Հողմային էլեկտրակայաններ՝ տեսակներ, նախագծեր, առավելություններ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Հողմային էներգիան հեռու է էներգամատակարարման նոր ճյուղից, սակայն ներկայիս պայմաններում այն գնալով ավելի ու ավելի ընդգծված է դառնում հետագա զարգացման հեռանկարային ուղղության հատկանիշներ։ Դեռևս դժվար է խոսել քամու գեներատորների տեխնիկական իրականացման ունիվերսալ հայեցակարգերի մասին, բայց անհատական ինժեներական լուծումների օգտագործման առաջընթացը հուշում է, որ մոտ ապագայում կհայտնվի միասնական կառուցվածքային մոդել: Միաժամանակ աշխարհում օգտագործվում են մի քանի տեսակի հողմային տուրբիններ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր ուժեղ կողմերը։

Հողմատուրբինների շահագործման ընդհանուր սկզբունք

Ինչպես շատ ժամանակակից այլընտրանքային էներգիայի աղբյուրներ, հողմատուրբինը գործում է բնական գործընթացի արդյունքում ազդող ուժի շնորհիվ: Խոսքը անհավասար տաքացումից առաջացած քամու հոսքերի մասին էերկրի մակերեսը արևի կողմից. Գրեթե բոլոր հողմատուրբիններն աշխատում են հետևյալ սկզբունքով. օդային հոսքերը պտտում են անիվը սայրերով հատուկ լիսեռի վրա՝ այդպիսով փոխանցելով մոմենտը գեներատորին կամ մարտկոցի փաթեթին: Կայունության և օդի շարժման բավարար ուժի պայմաններում էլեկտրաէներգիա արտադրող հողմաղացները կարողանում են ապահովել 45-50% արդյունավետություն։ Հենց քամու փոփոխականությունն ու նրա ուժգնությունն է, որ որոշում է հողմային տուրբինների նախագծման լայն տեսականի, որոնք նույնպես հաշվարկվում են՝ ելնելով օգտագործման հատուկ կլիմայական պայմաններից:

Որո՞նք են հողմային տուրբինների հիմնական առավելությունները:

Հողմային տուրբինների արդյունավետությունը կարելի է գնահատել ինչպես էներգիայի ավանդական աղբյուրների համեմատությամբ, այնպես էլ վերականգնվող անվճար ռեսուրսներով աշխատող գեներատորների ֆոնի վրա: Նման համակարգերի առավել ցայտուն առավելությունները, որոնք հույս են ներշնչում ապագայում դրանց հաջող զարգացման համար, հետևյալ գործոններն են.

• Քամու էներգիան ինքնին ոչ միայն վերականգնվող է, այլև հասանելի է կուտակման և վերամշակման համար:
• Տնտեսական օգուտ. Կոնկրետ տնտեսական ցուցանիշների վերաբերյալ միանշանակ գնահատականները դեռևս չեն կարող պայմանավորված լինել տարբեր արդյունավետությամբ գործող համակարգերի բազմազանությամբ: Բայց կարելի է խոսել առանձին նախագծերի ակնառու արդյունքների մասին։ Օրինակ, որքա՞ն արժե 1 կիլովատ էլեկտրաէներգիան մեծ օֆշորային հողմաղացից: Մենք կարող ենք խոսել 2-12 ռուբլի միջակայքի մասին: 1 կՎտժ-ի դիմաց։
• Էկոլոգիապես մաքուր: Հողմատուրբինների շահագործումը վնասակար չէօդը աղտոտող արտանետումներ.
• Կոմպակտ. Հողմատուրբինի տեղադրումը, նույնիսկ արդյունաբերական ձևաչափով, չի կարող համեմատվել ավանդական էլեկտրակայանների հետ: Սա մեծապես պայմանավորված է նման համակարգերի ինքնավարությամբ և անկախությամբ՝ օժանդակ հաղորդակցություններից և ռեսուրսներից:

Հորիզոնական առանցքի գեներատորներ

Նման հողմաղացների նախագծման սխեման նախատեսում է էլեկտրական գեներատորի, փոխանցման տուփի, շեղբերների և շրջանակով աշտարակի առկայություն։ Շեղբերների կոնֆիգուրացիան իրականացվում է այնպես, որ օդը հոսում է ձագարի մեջ, որը ստեղծում է ոլորման պահ: Էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար նման հողմաղացների շահագործման կարևոր պայմանը հոսքերի շարժման բնութագրերին (ուղղություն և ուժ) հարմարվելու ունակությունն է։ Դրա համար կառույցներին ապահովված են սայրերը երկրի մակերեսի նկատմամբ պտտելու և թեքելու մեխանիզմներ։ Ամենաառաջադեմ մոդելներում օգտագործվում են նաև ավտոմատ կառավարմամբ կարգավորիչներ։ Ինչ վերաբերում է քամու անիվի իրականացմանը, ապա երեք սայրի կոնֆիգուրացիան ավելի հաճախ օգտագործվում է հորիզոնական սխեմաներում: Ավելին, գեներատորների արդյունավետությունը բարձրացնելու համար ինժեներները հակված են մեծացնել ֆունկցիոնալ ընդունիչ մասի չափերը, ինչը, օրինակ, բացատրում է կառուցվածքների արտադրության մեջ պլաստիկ և թեթև մետաղներից թանկարժեք կոմպոզիտային տարրերի անցման ներկայիս միտումը։

Ուղղահայաց առանցքի գեներատորներ

Նման գեներատորները զգալի առավելություն ունեն հորիզոնական կառույցների նկատմամբ,որը բաղկացած է տեղադրման մոնիտորինգի և վերահսկման լրացուցիչ միջոցների անհրաժեշտության բացակայությունից: Այսինքն՝ շահագործման ընթացքում ուղղահայաց առանցքով հողմաղացը ոչ մի կերպ չի հարմարվում հոսքերի շարժին։ Օդի զանգվածների հետ փոխազդեցության այս հատկանիշը միաժամանակ նվազեցնում է քամու գեներատորի շեղբերների լարումը և նվազեցնում գիրոսկոպիկ բեռները: Հաղորդակցված գեներատորը, որը կազմում է կայանի շարժիչը, կարող է տեղակայվել կառույցի աշտարակի հիմքում՝ առանց վնասվելու կամ խափանվելու վտանգի: Բայց ինչո՞ւ, նկարագրված առավելություններով, ուղղահայաց տեղակայանքները չփոխարինեցին ամբողջովին հորիզոնական հողմաղացներին: Ցավոք, այս մոդելներն ունեն նաև զգալի թերություններ. Քանի որ քամու անիվը չի առաջնորդվում քամու հոսքերով և միշտ աշխատում է էներգիայի գրավման միջակայքերի նեղ միջակայքում, գեներատորի աշխատանքը տրամաբանորեն նվազում է: Հետևաբար, ուղղահայաց հողմաղացների բավարար հզորությունը պահպանելու համար պահանջվում է դրանց զանգվածային օգտագործում՝ ընդգրկելով մեծ տարածքներ, ինչը միշտ չէ, որ հնարավոր է։

Դիզայններ՝ հիմնված Darrieus ռոտորի վրա

Հողմատուրբինային գեներատորները ուղղահայաց շարժիչով հիմնված են Savonius կամ Darrieus ռոտորների նախագծման վրա: Բայց այս խումբն ունի նաև իր տատանումները և ժամանակակից փոփոխությունները։ Վերջերս ամենահեռանկարային զարգացումը Գորլովի ուղղաթիռային տուրբինն է, որը ստեղծվել է 2001 թվականին: Դա Darrieus ռոտորի հայեցակարգի մի տեսակ շարունակությունն է, բայց ավելի օպտիմիզացված տեսքով: Պարուրաձև ուղղահայաց շեղբերները թույլ են տալիս էներգիա ստանալ ջրի և օդի հոսքերից նվազագույն ակտիվությամբ: Այսօր այս գեներատորներըօգտագործվում են ինչպես մասնագիտացված հողմակայաններում, այնպես էլ որպես հիդրոէլեկտրակայանների մաս։

Քամու գեներատորներ հոսքի ուժեղացուցիչներով

Նաև ինչ-որ կերպ հողմաղացների դասական դիզայնի շարունակություն, բայց հարմարեցված ներկայիս բարձր տեխնոլոգիական աշխատանքային պայմաններին: Հոսքի ուժեղացուցիչներով փոփոխությունները տարբերվում են մեկ կամ մի քանի ջրհորների առկայությամբ, որոնք նախատեսված են օդային հոսքերը կենտրոնացնելու համար: Աերոդինամիկ կոնաձև տարրերը նույն ջրհեղեղների տեսքով հավաքում են հոսքեր մեծ տարածքի վրա՝ դրանք ուղղելով դեպի մեկ ուղղություն և դրանով իսկ մեծացնելով սայրերի համակարգի արագությունը: Հոսքի ուժեղացուցիչներով հողմային տուրբինների օգտագործման դժվարությունն այն է, որ դրանք պահանջում են լրացուցիչ տարրային խմբի օգտագործումը: Ավելին, նման համակարգերում արտադրողականության զգալի աճի հնարավոր է հասնել միայն էներգիայի օժանդակ աղբյուրների միացման միջոցով, ինչը ոչ միշտ է տնտեսապես արդարացված։

Առանց փոխանցման հողմատուրբիններ

Կառուցվածքային օպտիմալացման գաղափարին համահունչ՝ հայտնվել է նաև հողմային էլեկտրակայանի տարբերակ՝ առանց փոխանցման տուփի։ Փոխարենը օգտագործվում է օղակաձև ալիք՝ ապահովված ներքին մետաղական ձողով։ Այս օղակը տեղադրված է ռոտորի եզրի շուրջ: Այստեղ տեղակայված է նաև մագնիսների խումբ, որը փոխազդում է մետաղյա ձողի հետ՝ դրանով իսկ նպաստելով հոսանքի առաջացմանը։ Առանց փոխանցման տուփի քամու տուրբինների աշխատանքը մոտ 200 սմ ռոտորի տրամագծով կարող է հասնել 1500 կՎտժտարում։ Այս դիզայնի հիմնական առավելությունը էներգիայի կորուստների նվազեցումն է, որոնք բնականաբար տեղի են ունենում փոխանցման տուփերով ապահովված գեներատորների շահագործման ժամանակ: Բայց դուք պետք է վճարեք այս առավելությունը արագության սահմանափակումներով: Որպեսզի միավորը մտնի օպտիմալ աշխատանքային հոսքի մեջ, պահանջվում է հոսքի առնվազն 2 մ/վ արագություն:

Արդյունաբերական հողմային տուրբինների առանձնահատկությունները

Արդյունաբերական հողմաղացներն ունեն երկու հիմնարար տարբերություն՝ մեծ չափսեր և բարձր հզորություն: Այս տիպի կայանների և՛ առավելությունները, և՛ թերությունները գալիս են այս հատկանիշներից: Ինչ վերաբերում է կառուցվածքին, ապա բավական է ասել, որ ժամանակակից արդյունաբերական հողմաղացների բարձրությունը կարող է հասնել 150-200 մ-ի, իսկ սայրի բացվածքը կարող է լինել ավելի քան 100 մ: Բարձր հզորությունը պահանջում է նաև ֆունկցիոնալ ենթակառուցվածքի բարդություն: Այսպիսով, էներգիայի փոխակերպման գործընթացը վերահսկելու համար օգտագործվում են քամու գեներատորի կարգավորիչներ, որոնք ապահովում են մարտկոցի փաթեթի ընթացիկ լիցքը հաշվի առնելը: Բացի այդ, նման կայանքների էլեկտրական լցոնումը ներառում է ինվերտորներ և կարճ միացումից պաշտպանող համակարգեր։

Կենցաղային հողմային տուրբինների առանձնահատկությունները

Ամենապարզ հողմաղացները կարելի է ոչ միայն օգտագործել տանը, այլև հավաքել ձեռքով։ Որպես կանոն, դրանք 10 մ-ից ոչ ավելի բարձրությամբ փոքր կայանքներ են, որոնք կարող են աշխատել 0,5-5 կՎտ հզորությամբ: Որպես էներգիայի պասիվ աղբյուր կենցաղային տեխնիկայի համարկամ էլեկտրական սարքերի առանձին խմբեր, այս տարբերակը արդարացնում է իրեն: Այնուամենայնիվ, կոմպակտ հողմային տուրբինները այսօր մեծ քանակությամբ օգտագործվում են խոշոր ընկերությունների կողմից արտադրական օբյեկտների էներգիայի համար: Մինի հողմաղացային տնտեսությունների հիման վրա ձևավորվում են բավականաչափ արդյունավետ և հուսալի համակարգեր, որոնք կարող են մրցակցել բարձր հզորությամբ մեկ գեներատորների հետ:

Օֆշորային հողմային տուրբինների առանձնահատկությունները

Այս տեսակի հողմաղացների հանրաճանաչությունը պայմանավորված է մի քանի առավելություններով՝ ցամաքում տեղակայված կայանների նկատմամբ: Խոսքը հիմնականում ավելի կայուն աշխատանքային պայմանների մասին է, քանի որ քամու հոսքերը չեն խոչընդոտվում առափնյա գծից հեռու։ Միաժամանակ ծովային հողմային տուրբինների կառուցվածքները բաժանվում են երկու խմբի՝ հենարանային և լողացող։ Առաջինները տեղադրվում են ծանծաղ ջրի մեջ, ջրի տակ գտնվող գետնի մեջ դասական հենարանով: Լողացող կայանները, համապատասխանաբար, ունեն իրենց լողացող հարթակը խարիսխների և ծովային այլ սարքերի միջոցով ամրագրված։

Հողմատուրբինային կառույցների համադրություն շենքերի շրջանակներով

Գոյություն ունի նաև հողմաղացների շատ խոստումնալից խումբ, որոնք բառացիորեն ինտեգրված են բարձրահարկ շենքերի կորպուսների մեջ: Այս լուծումն ունի երկու առավելություն՝ բարենպաստ պայմաններ հոսքերի «ընդունման» համար և էլեկտրաէներգիայի մատակարարման ուղու կրճատում, քանի որ մատակարարման վերջնական աղբյուրը սովորաբար շենքի ներսում գտնվող սպառողներն են։ Ներկա պահին այս տիպի հողմային տուրբինների ինտեգրումն ավելի հաճախ կատարվում է օգտագործելովհատուկ աերոդինամիկ բալոններ, որոնք տեղադրված են երկնաքերերի տանիքներին: Մշակվում է նաև մինի-պտուտակների հայեցակարգը, որը կարելի է տեղադրել բարձր շինհրապարակի ցանկացած հատվածում։ Սարքերը բառիս բուն իմաստով ինտեգրվում են պատերին, որից հետո միացվում են ընդհանուր էլեկտրամատակարարման համակարգին՝ տալով փոքր, բայց կայուն քանակությամբ էներգիա։

Եզրակացություն

Վերջին տարիներին Ռուսաստանում զգալիորեն աճել է հետաքրքրությունը հողմային տուրբինների նկատմամբ։ Տարբեր մարզերում պարբերաբար շահագործման են հանձնվում մինչև 30-50 ՄՎտ հզորությամբ խոշոր կայաններ։ Մեր երկրի համար հողմաղացները հատկապես օգտակար են, քանի որ թույլ են տալիս էներգիայով ապահովել հեռավոր շրջաններ, որտեղ այս պահին չկա էներգամատակարարման այլ միջոցներ կազմակերպելու հնարավորություն։ Ակտիվորեն զարգանում է նաև հողմային փոքր էլեկտրակայանների հատվածը։ Ռուսաստանում մեծ տարածում են գտել 1-5 կՎտ հզորությամբ անհատական էներգահամակարգերը։ Միևնույն ժամանակ, մշակողները չեն հրաժարվում հողմաղացների շահագործման սկզբունքները համատեղել ներքին այրման շարժիչների հետ։ Այս ուղղությամբ հաջողությունները դրսևորվում են, մասնավորապես, հողմային դիզելային դիզայնով։ Դեռևս դժվար է ասել, թե առաջիկա տասնամյակներում Ռուսաստանում հողմային էներգիան որքան պահանջարկ կունենա, քանի որ էներգիայի ավանդական աղբյուրների դիրքերը դեռ ամուր են։ Սակայն ամբողջ աշխարհում այլընտրանքային էներգիային անցնելու միտումները, հավանաբար, կխրախուսեն ռուսական արդյունաբերությանը ակտիվորեն ուսումնասիրել նման ոլորտները: