Pembangkit listrik tenaga angin: jenis, desain, keunggulan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Energi angin masih jauh dari cabang baru pasokan energi, namun, dalam kondisi saat ini, ini menjadi fitur yang semakin menonjol dari arah yang menjanjikan untuk pengembangan lebih lanjut. Masih sulit untuk berbicara tentang konsep universal untuk implementasi teknis generator angin, tetapi kemajuan dalam penggunaan solusi rekayasa individu menunjukkan bahwa satu model struktural terpadu akan muncul dalam waktu dekat. Pada saat yang sama, beberapa jenis turbin angin digunakan di dunia, yang masing-masing memiliki kekuatannya sendiri.

Prinsip umum pengoperasian turbin angin

Seperti kebanyakan sumber energi alternatif modern, turbin angin beroperasi karena gaya yang bekerja sebagai hasil dari proses alami. Kita berbicara tentang aliran angin yang dihasilkan dari pemanasan yang tidak meratapermukaan bumi oleh matahari. Hampir semua turbin angin bekerja sesuai dengan prinsip berikut: aliran udara memutar roda pada poros khusus dengan bilah, sehingga mentransmisikan torsi ke generator atau paket baterai. Dalam kondisi stabilitas dan kekuatan pergerakan udara yang cukup, kincir angin untuk pembangkit listrik mampu memberikan efisiensi 45-50%. Justru variabilitas angin dan kekuatannya yang menentukan berbagai desain turbin angin, yang juga dihitung berdasarkan kondisi iklim tertentu penggunaan.

Apa keunggulan utama turbin angin?

Evaluasi efisiensi turbin angin dapat dibandingkan dengan sumber energi tradisional, dan dengan latar belakang generator yang menggunakan sumber daya gratis terbarukan. Keuntungan paling menonjol dari sistem semacam itu, yang memberikan harapan untuk pengembangan yang sukses di masa depan, adalah faktor-faktor berikut:

• Energi angin itu sendiri tidak hanya terbarukan, tetapi juga tersedia untuk akumulasi dan pemrosesan.
• Manfaat ekonomi. Penilaian yang jelas mengenai indikator ekonomi tertentu belum dapat disebabkan oleh keragaman sistem yang beroperasi dengan kinerja yang berbeda. Tetapi kita dapat berbicara tentang hasil luar biasa yang ditunjukkan oleh masing-masing proyek. Misalnya, berapa kilowatt listrik dari kincir angin lepas pantai yang besar? Kita dapat berbicara tentang kisaran 2-12 rubel. untuk 1 kWh.
• Ramah lingkungan. Pengoperasian turbin angin tidak menimbulkan bahayaemisi polutan udara.
• Ringkas. Memasang turbin angin, bahkan dalam format industri, tidak dapat dibandingkan dengan pembangkit listrik tradisional. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh otonomi dan kemandirian sistem tersebut dari komunikasi dan sumber daya tambahan.

Generator Sumbu Horisontal

Skema desain kincir angin semacam itu menyediakan keberadaan generator listrik, kotak roda gigi, bilah, dan menara dengan bingkai. Konfigurasi bilah diimplementasikan sedemikian rupa sehingga udara mengalir ke corong, yang menciptakan momen puntir. Kondisi penting untuk pengoperasian kincir angin tersebut untuk menghasilkan listrik adalah kemampuan untuk beradaptasi dengan karakteristik pergerakan arus (arah dan kekuatan). Untuk ini, struktur dilengkapi dengan mekanisme untuk memutar dan memiringkan bilah sehubungan dengan permukaan bumi. Dalam model paling canggih, pengontrol dengan kontrol otomatis juga digunakan. Sedangkan untuk implementasi kincir angin, konfigurasi tiga bilah lebih sering digunakan pada skema horizontal. Selain itu, untuk meningkatkan kinerja generator, para insinyur cenderung meningkatkan ukuran bagian penerima fungsional, yang, misalnya, menjelaskan tren transisi saat ini dari plastik dan logam ringan ke elemen komposit yang mahal dalam pembuatan struktur.

Generator Sumbu Vertikal

Generator semacam itu memiliki keunggulan signifikan dibandingkan struktur horizontal,yang terdiri dari tidak adanya kebutuhan akan sarana tambahan untuk memantau dan mengendalikan instalasi. Artinya, dalam proses operasi, kincir angin dengan sumbu vertikal tidak menyesuaikan dengan cara apa pun terhadap pergerakan arus. Fitur interaksi dengan massa udara ini secara bersamaan mengurangi tegangan pada bilah generator angin dan mengurangi beban giroskopik. Generator roda gigi, yang membentuk mesin pembangkit, dapat ditempatkan di dasar menara struktur tanpa risiko kerusakan atau kegagalan. Tetapi mengapa, dengan keunggulan yang dijelaskan, instalasi vertikal tidak menggantikan kincir angin horizontal sepenuhnya? Sayangnya, model ini juga memiliki kelemahan yang signifikan. Karena kincir angin tidak dipandu oleh aliran angin dan selalu beroperasi dalam rentang rentang penangkapan energi yang sempit, kinerja generator secara logis berkurang. Oleh karena itu, untuk mempertahankan daya yang cukup dari kincir angin vertikal, diperlukan penggunaan massal yang mencakup area yang luas, yang tidak selalu memungkinkan.

Desain berdasarkan rotor Darrieus

Generator turbin angin dengan impeller vertikal didasarkan pada desain rotor Savonius atau Darrieus. Namun grup ini juga memiliki variasi dan modifikasi modern tersendiri. Perkembangan terbaru yang paling menjanjikan adalah turbin helikoid Gorlov, dibuat pada tahun 2001. Ini adalah semacam kelanjutan dari konsep rotor Darrieus, tetapi dalam bentuk yang lebih optimal. Bilah vertikal spiral memungkinkan energi dihasilkan dari aliran air dan udara dengan aktivitas minimal. Hari ini generator inidigunakan baik di ladang angin khusus maupun sebagai bagian dari pembangkit listrik tenaga air.

Generator angin dengan penguat fluks

Juga, dalam beberapa hal, merupakan kelanjutan dari desain klasik kincir angin, tetapi disesuaikan dengan kondisi pengoperasian teknologi tinggi saat ini. Modifikasi dengan penguat aliran dibedakan dengan adanya satu atau lebih talang, yang dirancang untuk memusatkan aliran udara. Elemen berbentuk kerucut aerodinamis dalam bentuk talang yang sama mengumpulkan aliran di area yang luas, mengarahkannya ke satu titik arah dan dengan demikian meningkatkan kecepatan sistem sudu. Kesulitan menggunakan turbin angin dengan penguat fluks adalah bahwa mereka memerlukan penggunaan kelompok unsur tambahan. Selain itu, dimungkinkan untuk mencapai peningkatan produktivitas yang signifikan dalam sistem seperti itu hanya dengan menghubungkan sumber energi tambahan, yang tidak selalu dibenarkan secara ekonomi.

Turbin angin tanpa roda gigi

Sejalan dengan gagasan optimasi struktural, varian pembangkit listrik tenaga angin tanpa gearbox juga muncul. Sebagai gantinya, saluran annular digunakan, dilengkapi dengan batang logam internal. Cincin ini dipasang di sekitar pelek rotor. Sekelompok magnet juga terletak di sini, yang berinteraksi dengan batang logam, sehingga berkontribusi pada pembangkitan arus. Performa turbin angin tanpa gearbox dengan diameter rotor sekitar 200 cm dapat mencapai 1500 kWhdi tahun. Keuntungan utama dari desain ini adalah pengurangan kehilangan energi yang terjadi secara alami dalam pengoperasian generator yang dilengkapi dengan kotak roda gigi. Tetapi Anda harus membayar untuk keuntungan ini dengan batas kecepatan. Agar unit masuk ke dalam alur kerja yang optimal, diperlukan kecepatan aliran minimal 2 m/s.

Fitur turbin angin industri

Kincir angin industri memiliki dua perbedaan mendasar - ukuran besar dan output daya tinggi. Kelebihan dan kekurangan stasiun jenis ini berasal dari fitur ini. Adapun strukturnya, cukup dikatakan bahwa ketinggian kincir angin industri modern dapat mencapai 150-200 m, dan rentang bilah dapat lebih dari 100 m. Daya tinggi juga membutuhkan kompleksitas infrastruktur fungsional. Jadi, untuk mengontrol proses konversi energi, pengontrol generator angin digunakan, yang memastikan bahwa muatan baterai saat ini diperhitungkan. Selain itu, isian listrik dari instalasi tersebut termasuk inverter dan sistem perlindungan hubung singkat.

Fitur turbin angin rumah tangga

Kincir angin paling sederhana tidak hanya dapat digunakan di rumah, tetapi juga dirakit dengan tangan. Biasanya, ini adalah instalasi berukuran kecil dengan ketinggian tidak lebih dari 10 m, mampu beroperasi pada daya 0,5-5 kW. Sebagai sumber energi pasif untuk peralatan rumah tanggaatau kelompok individu perangkat listrik, opsi ini membenarkan dirinya sendiri. Namun, turbin angin kompak digunakan dalam jumlah besar saat ini oleh perusahaan besar untuk memberi daya pada fasilitas produksi. Berdasarkan pertanian kincir angin mini, sistem yang cukup produktif dan andal terbentuk yang dapat bersaing dengan generator tunggal berdaya tinggi.

Fitur turbin angin lepas pantai

Kepopuleran kincir angin jenis ini karena beberapa keunggulan dibandingkan stasiun yang terletak di darat. Ini terutama tentang kondisi kerja yang lebih stabil, karena aliran angin tidak terhalang dari garis pantai. Pada saat yang sama, struktur turbin angin lepas pantai dibagi menjadi dua kelompok - pendukung dan mengambang. Yang pertama dipasang di air dangkal dengan dukungan klasik di tanah di bawah air. Stasiun apung, masing-masing, memiliki platform apung sendiri dengan fiksasi melalui jangkar dan perangkat laut lainnya.

Kombinasi struktur turbin angin dengan rangka bangunan

Ada juga kelompok kincir angin yang sangat menjanjikan yang secara harfiah terintegrasi ke dalam lambung bangunan bertingkat tinggi. Solusi ini memiliki dua keuntungan - kondisi yang menguntungkan untuk "penerimaan" aliran dan pengurangan jalur pengiriman listrik, karena sumber pasokan terakhir biasanya adalah konsumen di dalam gedung. Saat ini, integrasi turbin angin jenis ini lebih sering dilakukan dengan menggunakansilinder aerodinamis khusus yang dipasang di atap gedung pencakar langit. Konsep baling-baling mini juga sedang dikembangkan, yang dapat ditempatkan di bagian manapun dari lokasi konstruksi tinggi. Perangkat secara harfiah terintegrasi ke dalam dinding, setelah itu mereka terhubung ke sistem catu daya umum, memberikan sejumlah kecil energi namun stabil.

Kesimpulan

Dalam beberapa tahun terakhir, minat pada turbin angin telah meningkat secara signifikan di Rusia. Stasiun besar dengan kapasitas hingga 30-50 MW dioperasikan secara berkala di berbagai wilayah. Untuk negara kita, kincir angin sangat berguna karena memungkinkan kita untuk menyediakan energi ke daerah-daerah terpencil di mana saat ini tidak ada kemungkinan untuk mengatur cara lain untuk memasok energi. Segmen pembangkit listrik tenaga angin kecil juga aktif berkembang. Di Rusia, sistem tenaga individu dengan kapasitas 1-5 kW telah menjadi sangat populer. Pada saat yang sama, pengembang tidak menolak untuk menggabungkan prinsip-prinsip pengoperasian kincir angin dengan mesin pembakaran internal. Keberhasilan dalam arah ini ditunjukkan, khususnya, oleh desain solar-angin. Masih sulit untuk mengatakan berapa banyak energi angin yang akan dibutuhkan di Rusia dalam beberapa dekade mendatang, karena posisi sumber energi tradisional masih kuat. Namun tren transisi ke energi alternatif di seluruh dunia kemungkinan akan memacu industri Rusia untuk secara aktif mengeksplorasi bidang tersebut.