Turbine de vent
Cet article discute les machines d'énergie-conversion. Voir l'article plus large sur l'énergie éolienne pour plus sur le placement, les sciences économiques, les préoccupations publiques, et la polémique de turbine : en particulier, voir la section de l'énergie éolienne de cet article pour un arrangement de la distribution temporelle de l'énergie éolienne et comment ce affecte la conception de vent-turbine. Voir les soucis environnementaux de avec la production d'électricité pour l'examen des problèmes écologiques avec la production de vent-énergie.
Histoire
voient également : Histoire de l'énergie éolienne
Des éoliennes ont été utilisées pour rectifier le grain en Perse dès 200 AVANT JÉSUS CHRIST. Ce type de machine a été présenté dans l'empire romain par 250 A. Par XIVème siècle les moulins à vent hollandais étaient en service pour vidanger des secteurs du delta du fleuve de Rhin . Dans le Danemark d'ici 1900 il y avait environ 2500 moulins à vent pour les charges mécaniques telles que des pompes et des moulins, produisant une puissance de crête combinée prévue environ de 30 MW. Le premier moulin à vent pour la production d'électricité a été construit dans le Cleveland, Ohio par la brosse de Charles F en 1888, et en 1908 il y avait 72 générateurs électriques éoliens de 5 kilowatts à 25 kilowatts. Les plus grandes machines étaient sur 24 tours de m (79 pi) avec les rotors à quatre pales de diamètre de 23 m (75 pi).
Par les années 30 les moulins à vent ont été principalement utilisés pour produire de l'électricité sur des fermes, la plupart du temps aux Etats-Unis où des systèmes de distribution n'avaient pas été encore installés. Dans cette période, l'acier à haute limite élastique était bon marché, et des moulins à vent ont été placés placé sur les tours en acier ouvertes préfabriquées de trellis. Un précurseur des générateurs de vent modernes de horizontal-axe était en service au Yalta , le URSS en 1931. C'était un générateur de 100 kilowatts sur une tour de 30 m (100 pi), reliée au système de distribution local de 6. On a rapporté qu'a une densité d'occupation annuelle de 32 pour cent, pas beaucoup différente des éoliennes courantes.
Types de turbines de vent
Des turbines de vent peuvent être séparées dans deux types basés sur l'axe autour duquel la turbine tourne. Les turbines qui tournent autour d'un axe horizontal sont plus communes. des turbines de Vertical-axe sont moins fréquemment utilisées.
Axe horizontal
les turbines de vent de Horizontal-axe (HAWT) ont l'axe principal et le générateur électrique du rotor de au dessus d'une tour, et doivent être aiguës dans le vent. De petites turbines sont dirigées par une palette de vent simple , alors que les grandes turbines utilisent généralement une sonde de vent ajoutée à un moteur servo . Les la plupart ont une boîte de vitesse , qui tourne la rotation lente des lames dans une rotation plus rapide qui est plus appropriée à produire de l'électricité.Puisqu'une tour produit la turbulence derrière elle, la turbine est habituellement vent de face aigu de la tour. Des lames de turbine de turbines sont rendues raides pour empêcher les lames d'être poussée dans la tour par de forts vents. En plus, les lames sont placées une distance considérable devant la tour et sont parfois inclinées vers le haut d'un peu.
Des machines vent arrière ont été construites, en dépit du problème de la turbulence, parce qu'elles n'ont pas besoin d'un mécanisme additionnel pour les garder en conformité avec le vent, et parce qu'en forts vents, on peut permettre aux les lames de se plier qui réduit leur secteur balayé et ainsi leur résistance de vent. Puisque la turbulence mène aux défaillances de fatigue, et la fiabilité est si importante, la plupart de HAWTs sont les machines à contre vent.
Sous-types de HAWT
Il y a plusieurs types de HAWT : ; Moulins à vent : Ces quatre (ou plus) structures accroupies à lames, habituellement avec les obturateurs ou les voiles en bois de tissu, ont été développées en Europe. Ces moulins à vent étaient aigus dans le vent manuellement ou par l'intermédiaire d'un queue-ventilateur et ont été typiquement employés pour rectifier le grain. Dans le les Pays Bas ils ont été également employés pour pomper l'eau de la terre de basse terre, et étaient instrumentaux en maintenant ses Polders secs. Des moulins à vent ont été également situés dans l'ensemble des Etats-Unis, particulièrement dans la région du nord-est.; Moulins à vent ruraux modernes :
L'usine de moulin à vent d'éclipse a été installée autour de 1866 dans Beloit, le Wisconsin et est bientôt devenue un bâtiment énorme de succès moulins pour le pompage de l'eau de ferme et le remplissage de réservoir de chemin de fer. D'autres sociétés comme l'étoile, le Dempster, et l'aéromoteur ont également accédé au marché.
Ces moulins à vent, inventés en 1876 par Griffiths Bros et Co (Australie), ont été employés par l'Australien et les plus défunts fermiers américains pour pomper l'eau et pour produire de l'électricité. Ils ont typiquement eu beaucoup de lames, ont fonctionné aux rapports de vitesse de bout de (défini ci-dessous) pour ne pas améliorer qu'un, et ont eu bon commençant le couple. Certains ont eu de petits générateurs à courant continu utilisés pour charger des batteries d'accumulateurs, pour fournir quelques lumières, ou pour actionner un récepteur radioélectrique. L'électrification rurale américain a relié beaucoup de fermes à la puissance central-produite et a remplacé différents moulins à vent comme source primaire de puissance de ferme par les années 50. De tels dispositifs sont encore utilisés dans les endroits où elle est trop coûteuse pour apporter la puissance commerciale. ; Turbines de vent modernes communes : Habituellement tripale, parfois bipale ou même un-à lames (et équilibré), et dirigé dans le vent par les moteurs commandés par ordinateur. Le type tripale raboteux de turbine a été soutenu par les fabricants danois de turbine. Ceux-ci ont des vitesses de bout élevées de jusqu'à la vitesse du vent 6x, au rendement élevé, et à la basse ondulation de couple qui contribue à la bonne fiabilité. C'est le type de turbine qui est utilisée commercialement pour produire l'électricité. Les lames sont habituellement colorées gris-clair pour se mélanger dedans avec les nuages et la gamme dans la longueur de 20 à 40 mètres (65 à 130 pi) ou à plus. Les poteaux s'étendent d'environ 200 à 295 pieds de haut. Les modèles contemporains tournent à 16.6 t/mn avec une boîte de vitesse planétaire qui intensifie la vitesse des composants de générateur à 2. Tous sont équipés des configurations arrêtées de fort vent pour éviter au-dessus des dommages de vitesse.
Avantages de HAWT les lames de
sont au côté du centre de la turbine de la gravité, aidant la stabilité. capacité de de s'envoler la chaîne, qui donne aux lames de turbine de turbines le meilleur angle d'attaque. Permettre à l'angle d'attaque d'être à distance ajusté donne une plus grande commande, ainsi la turbine rassemble la quantité maximum d'énergie éolienne pour l'heure et la saison. capacité de
de lancer les lames de rotor dans un orage, pour réduire au minimum des dommages. la tour grande de
permet l'accès à un vent plus fort dans les emplacements avec le cisaillement du vent. Dans quelques emplacements de cisaillement du vent, tous les dix mètres vers le haut, la vitesse du vent peuvent augmenter de 20% et le rendement de puissance de la tour grande de
peut être situé dans les forêts au-dessus de la ligne d'arbre. le
plus individu-commencent. le
peut être meilleur marché en raison d'un volume plus élevé de production, de plus grandes tailles et, en général des facteurs de capacité plus élevée et des efficacités.
Inconvénients de HAWT le
- de ont l'opération de difficulté en terre proche, vents turbulents parce que leur lacet et roulement de lame ont besoin de vent plus lisse et plus laminaire coule. il est difficile transporter
- HAWTs grand de , ayant besoin de grues très grandes et chères et d'opérateurs habiles. l'approvisionnement de
les tours grandes et les longues lames (jusqu'à longtemps) sur la mer et sur la terre. Le transport peut maintenant coûter 20% de coûts d'équipement. il est difficile installer
en HAWTs est moins que la demande et entre 2004 et 2006, prix de turbine accrus jusqu'à 60%. À la fin de 2006, tous les fabricants de commandant ont été réservés vers le haut avec des ordres par 2008.
que Le FAA a soulevé des inquiétudes concernant des effets grands de HAWTs sur le radar dans la proximité aux bases aériennes. le
leur taille peut créer l'opposition locale basée sur des impacts aux viewsheds. de
souffrent de la fatigue et de la défaillance de structure provoquées par turbulence.
Efforts et vibration de répétition
La répétition de souligne la fatigue de la lame, l'axe et les échecs matériels du roulement étaient une cause importante d'échec de turbine pendant beaucoup d'années. Puisque la vitesse de vent augmente souvent à des altitudes plus élevées, la force et le couple en arrière sur une lame de turbine de turbines de vent (HAWT) de horizontal-axe fait une pointe pendant qu'elle tourne par le point le plus élevé en son cercle. La tour gêne le flux d'air au plus bas point en cercle, qui produit une immersion locale en vigueur et le couple. Ces effets produisent une torsion cyclique sur les roulements principaux d'un HAWT. La torsion combinée est la plus mauvaise dans des machines avec un chiffre pair des lames, où on est droit vers le haut quand un autre est réduit droit. Pour améliorer la fiabilité, on a utilisé des hub de balancement qui permettent à l'axe principal de basculer par quelques degrés, de sorte que les roulements principaux ne doivent pas résister aux crêtes de couple.Quand la turbine tourne pour faire face au vent, les lames tournantes agissent comme un gyroscope . En tant qu'elle pivote, des essais gyroscopiques de la précession pour tordre la turbine dans un saut périlleux vers l'avant ou en arrière. Pour chaque lame sur une turbine de générateur de vent, la force precessive est à un minimum quand la lame est horizontale et à un maximum quand la lame est verticale. Ce vrillage de répétition peut rapidement fatiguer et fendre les racines de lame, le hub et l'axe des turbines.
Axe vertical
le des turbines de vent de Vertical-axe de de (ou le VAWTs) ont l'arbre de rotor principal fonctionner verticalement. Les avantages principaux de cet arrangement sont que le générateur et/ou la boîte de vitesse peuvent être placés au fond, près de la terre, ainsi la tour n'a pas besoin de la soutenir, et que la turbine n'a pas besoin d'être dirigée dans le vent. Les inconvénients sont habituellement un couple de palpitation qui peut être produit pendant chaque révolution et drague créées quand la lame tourne dans le vent. Il est également difficile de monter des turbines de vertical-axe sur des tours, signifiant ils doit fonctionner dans la circulation d'air souvent plus lente et plus turbulente près de la terre, ayant pour résultat l'efficacité d'extraction d'énergie inférieure.
Sous-types de VAWT
; Turbine de vent de Darrieus : " ; Eggbeater" ; turbines. Elles ont la bonne efficacité, mais produisent la grande ondulation de couple et l'effort cyclique sur la tour, qui contribue à la fiabilité pauvre. En outre, elles exigent généralement d'une certaine source d'énergie externe, ou d'un rotor additionnel de Savonius, pour commencer à tourner, parce que le couple commençant est très bas. L'ondulation de couple est réduite par l'utilisation de 3 lames ou plus qui a comme conséquence une solidité plus élevée pour le rotor. La solidité est mesurée par secteur de lame au-dessus du secteur de rotor. Un plus nouveau type turbines de Darrieus ne sont pas retardés par des câbles de haubanage mais ont une superstructure externe reliée au roulement supérieur.
; Giromill : Un sous-type de turbine de Darrieus avec la verticale, par opposition à incurvé, lames. La variété de cycloturbine ont le lancement variable pour réduire la pulsation de couple et individu-commencent. Les avantages du lancement variable sont : couple commençant élevé ; une courbe large et relativement plate de couple ; un rapport inférieur de vitesse de lame ; un coefficient plus élevé d'exécution ; une opération plus efficace en vents turbulents ; et un rapport inférieur de vitesse de lame qui abaisse des contraintes de flexion de lame. Directement, V, ou lames incurvées peut être utilisé. Récemment, ce type de turbine a été avancé par les anciens scientifiques russes de fusée qui prétendent avoir augmenté l'efficacité du VAWT jusqu'à 38%. Une compagnie, SRC Vertical Ltd. a été formée, et a commencé à vendre la nouvelle turbine.
; Turbine de vent de Savonius : Ce sont traîner-type dispositifs avec deux (ou plus) godets qui sont utilisés dans des anémomètres, les passages de Flettner de (généralement - vu sur autobus et van roofs), et dans des quelques turbines de puissance de bas-efficacité de haut-fiabilité. Ils individu-commencent toujours s'il y a au moins trois godets. Ils ont parfois de longs godets hélicoïdaux pour donner un couple doux. Le rotor de Banesh et particulièrement le rotor de Rahai améliorent l'efficacité avec des lames formées pour produire l'ascenseur significatif comme la drague. Une nouvelle variété utilise les voiles qui peuvent s'ouvrir ou se fermer avec des changements de la vitesse du vent.
Avantages de VAWT
plus facile à maintenir parce que la plupart de leurs pièces mobiles sont plac près de la terre. C'est dû à la forme verticale de turbine de vent. Les ailes ou les lames de rotor sont reliées par des bras à un axe qui se repose sur un roulement et conduit un générateur ci-dessous, habituellement en se reliant d'abord à une boîte de vitesse. le comme lames de rotor sont vertical, un dispositif de lacet n'est pas nécessaire, réduisant le besoin de ce roulement et de son coût. les turbines de vent verticales de
ont un angle de lancement plus élevé d'aile, donnant l'aérodynamique améliorée tandis que décroissantes traînent au bas et aux pressions. les MESAs, les sommets, les ridgelines et les passages de
peuvent avoir de plus hauts et plus puissants vents près de la terre que vers le haut de la haute en raison de l'effet d'accélération des vents relevant une pente ou la dirigeant dans un passage combinant avec les vents se déplaçant directement dans l'emplacement. Dans ces endroits, VAWTs a placé près de la terre peut produire plus de puissance que HAWTs placé plus haut vers le haut. taille de
basse utile où des lois ne permettent pas à des structures d'être placées haut. il peut être beaucoup plus facile transporter
ont habituellement un rapport inférieur d'Incliner-Vitesse de tellement moins probablement à casser en forts vents. le
n'a pas besoin d'être dirigé dans le vent, peut tourner indépendamment de la direction du vent.
ils peuvent potentiellement être construits à une taille bien plus grande que HAWT, par exemple les centaines de VAWT de flottement de mètres de diamètre où le navire entier tourne, peuvent éliminer le besoin de grand et cher roulement.
Inconvénients de VAWT
la plupart d'énergie de produit de VAWTs seulement à 50% de l'efficacité de HAWTs dans la grande partie en raison de la drague additionnelle qu'ils ont pendant que leurs lames tournent dans le vent. Ceci peut être surmonté en employant des structures pour diriger plus et pour aligner le vent dans le rotor (par exemple " ; stators" ; sur les turbines tôt de Windstar) ou le " ; vortex" ; effet de placer VAWTs à lames droit étroitement ensemble (par exemple brevet # 6784566). le là peut être une limitation de taille à la façon dont grand une turbine de vent verticale peut être construite et combien de secteur de champ elle peut avoir. Cependant, ceci peut être surmonté en reliant un nombre multiple de turbines ensemble dans un modèle triangulaire à l'attache à travers le dessus de la structure. De ce fait réduisant le besoin d'un tel appui vertical fort, et permettant aux lames de turbine de turbines d'être rendu beaucoup plus longues. le
la plupart de besoin de VAWTS d'être installé sur une parcelle relativement plate et quelques emplacements a pu être trop raide pour elles mais est encore utilisable par HAWTs. le
la plupart de VAWTs ont le bas commencer le couple, et peuvent exiger de l'énergie de commencer la rotation. le
tandis que les pièces de VAWTs sont plac au sol, elles sont également situées sous le poids de la structure au-dessus de elle, qui peut apporter la modification dehors partie près d'impossible sans démanteler la structure sinon conçue correctement.
Endroits
voient également :
l'énergie éolienne Des turbines de vent peuvent également être classifiées par l'endroit dans lequel elles doivent être employées. Les turbines de vent terrestres, en mer, ou même aériennes ont des caractéristiques uniques de conception, qui sont expliquées en plus détail dans la section sur la conception et la construction de turbine de .
Conception et construction de turbine
voient également :
la conception de turbine de vent de Des turbines de vent sont conçues pour exploiter l'énergie éolienne qui existe à un endroit. La modélisation aérodynamique est employée pour déterminer la taille optima de tour, des systèmes de contrôle, le nombre de lames, et la forme de lame.
Pratiquement toutes les turbines de vent modernes convertissent l'énergie éolienne en électricité pour la distribution d'énergie. Comme décrit, la turbine de vent moderne est un système qui comporte trois composants intégraux avec des disciplines distinctes de la science de technologie. Le composant de rotor, qui est approximativement 20% du coût de turbine de vent, inclut les lames pour convertir l'énergie éolienne en énergie de rotation à vitesse réduite intermédiaire. Le composant de générateur, qui est approximativement 34% du coût de turbine de vent, inclut le générateur électrique , les circuits de commande, et très probablement un composant de boîte de vitesse pour convertir l'énergie de rotation à vitesse réduite en électricité. Le composant structural de soutien, qui est approximativement 15% du coût de turbine de vent, inclut la tour pour situer de façon optimale le composant de rotor à la source d'énergie éolienne.
Turbines de vent spéciales
voient également :
spécial des turbines de vent Une turbine de vent E-66 au Windpark Holtriem , Allemagne de porte une plate-forme d'observation, s'ouvrent pour que les visiteurs voient. Une autre turbine du même type, avec une plate-forme d'observation, peut être située dans le Swaffham , Angleterre .
Une série de turbines de vent de flottement utilisant l'effet de Magnus est à l'étude au Canada par Magenn Power. Elles fournissent la puissance à la terre par un système de longe.
Des turbines de vent peuvent également être employées en même temps qu'un capteur solaire pour extraire l'énergie devant aérer heated par le Sun et l'augmentation par une tour solaire de courant aérien ascendant de grand vertical.
Petites turbines de vent
Les petites turbines de vent peuvent être aussi petites que des quatre cents des générateurs watts pour l'usage résidentiel. Les petits souvent ont des générateurs d'entraînement direct, rendement à courant continu du , lames aéroélastiques, roulements de vie et utilisent une palette pour se diriger dans le vent. De plus grandes, plus coûteuses turbines généralement ont embrayé des moteurs, rendement de courant alternatif, ailerons et sont activement dirigées dans le vent. Des générateurs d'entraînement direct et les lames aéroélastiques pour de grandes turbines de vent sont recherchés.Une petite turbine de vent peut être installée sur un toit. Les issues d'Istnallation incluent alors la force du toit, de la vibration, et de la turbulence provoquée par le rebord de toit.
Les turbines à échelle réduite pour résidentiel-mesurent l'utilisation sont disponibles que soient approximativement 7 ; pieds (2 ; m) à dans l'électricité de diamètre et de produit à un taux de 900 ; watts à 10.000 watts à leur vitesse du vent examinée. Quelques unités sont conçues pour être très légères, par exemple 16 ; kilogrammes (35 ; livre), permettant la réponse rapide aux rafales de vent typiques des environnements urbains et du support facile tout comme une antenne de télévision. On le réclame qu'ils sont inaudibles même quelques pieds sous la turbine. Le de freinage dynamique règle la vitesse en vidant l'énergie excessive, de sorte que la turbine continue à produire l'électricité même en forts vents. La résistance de freinage dynamique peut être installée à l'intérieur du bâtiment pour fournir la chaleur (pendant de forts vents quand plus de chaleur est perdue par le bâtiment, alors que plus de chaleur est également produite par la résistance de freinage). L'endroit fait la basse tension (autour de 12 ; distribution de volt) pratique.
Les turbines de vent résidentielles coûtent typiquement entre $12.000, mais il y a des incitations et des remises disponibles dans 19 états aux États-Unis qui peut réduire le prix d'achat par jusqu'à 50 pour cent.
L'association américaine d'énergie éolienne a libéré plusieurs études sur le petit marché de turbine de vent aux États-Unis et à l'étranger, prouvant que les États-Unis continuent à dominer la petite industrie de vent. Selon une autre organisation, l'association d'énergie éolienne du monde, il est difficile d'évaluer tout le nombre ou capacité de turbines de vent petit-mesurées, mais seule en Chine, il y a rudement de 300,000 ; turbines de vent de petite taille produisant de l'électricité.
le
Les guides du consommateur sont disponibles pour aider les clients potentiels à se renseigner sur résidentiel-mesurent les systèmes de vent, trois dont être :
-
"Systèmes électriques de petit vent : Guide" d'un consommateur des États-Unis ; par le service du vent de l'énergie actionnant le programme de l'Amérique
-
"Guide" de l'acheteur de turbine de vent ; Du magazine à la maison de puissance
-
"Pommes et oranges 2002 : Choix d'un vent Maison-Classé Generator" ;
- * FAQ : http://www.org/smallwind/toolbox2/index.html
Disques
Les plus grandes turbines du monde sont fabriquées par le allemand Enercon de compagnies du nordique et la pouvoir de réactionnement . Le '' Enercon E-126 '' livre jusqu'à 6 MW, a une hauteur hors-tout de 198 m (650 pi) et d'un diamètre de 126 m (413 pi). La pouvoir de réactionnement 5M de livre jusqu'à 5 MW, a une hauteur hors-tout de 183 m (600 pi) et d'un diamètre de 126 m (413 pi).La turbine la plus proche du Pôle Nord est un Nordex N-80 dans Havoygalven près de Hammerfest , Norvège . Celui le plus proche du Pôle du sud est deux le Enercon E-30 dans le Antarctique , employé pour actionner la station australienne de Mawson du de la Division de recherches.
Voir également
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.
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