Ang enerhiya ng hangin ay isa sa pinakamahalagang renewable energies sa mundo. Ito ay lalong ginagamit dahil sa kakayahan nitong makabuo ng malinis na enerhiya nang hindi gumagawa ng mga greenhouse gas. Samakatuwid, mahalagang malaman ang operasyon nito at, lalo na, ang mga wind turbine. Dito, tatalakayin natin nang malalim kung paano gumagana ang mga ito at ang kanilang mga pangunahing tampok.
Ang wind turbine, na kilala rin bilang wind turbine, ay isa sa mga pangunahing elemento ng ganitong uri ng enerhiya. Bagama't sa pangkalahatan ang lahat ng turbine ay nagbabahagi ng magkatulad na aspeto, may iba't ibang uri depende sa wind farm o pag-install. Higit pa rito, ang mga turbine ay nag-evolve mula noong kanilang mga unang modelo, na nagpapahintulot sa amin na makakuha ng enerhiya sa isang mas mahusay na paraan.
Sa artikulong ito, sasabihin namin sa iyo ang lahat ng kailangan mong malaman tungkol sa mga wind turbine, ang kanilang mga katangian at kung paano gumagana ang mga ito, pati na rin ang mga karagdagang detalye tungkol sa istraktura ng mga wind farm.
Ano ang isang turbine ng hangin
Ang wind turbine ay isang mekanikal na aparato na nagpapalit ng enerhiya ng hangin sa elektrikal na enerhiya. Ito ay idinisenyo upang i-convert ang kinetic energy ng hangin sa mekanikal na enerhiya sa pamamagitan ng paggalaw ng rotor blades, na pagkatapos ay na-convert sa kuryente salamat sa isang generator.
Ang pangunahing prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang wind turbine ay batay sa tatlong pangunahing batas ng pisika:
- Ang enerhiya na ginawa ng turbine ay proporsyonal sa parisukat ng bilis ng hangin. Iyon ay, kung ang bilis ng hangin ay doble, ang kapangyarihan na nabuo ay tumataas ng apat na beses.
- Ang enerhiya na magagamit ay proporsyonal sa lugar na na-sweep ng mga blades, na nangangahulugan na kung mas malaki ang mga blades, mas malaki ang dami ng enerhiya na nakuha.
- Ang pinakamataas na teoretikal na kahusayan ng isang wind turbine ay 59%, na kilala bilang limitasyon ng Betz.
Hindi tulad ng mga lumang windmill, na pinalakas ng direktang wind thrust, ang mga modernong turbine ay gumagamit ng mas kumplikadong mga prinsipyo ng aerodynamic, tulad ng Venturi effect, upang makuha ang mas maraming enerhiya hangga't maaari.
Panloob na mga generator ng hangin
Sa loob ng wind turbine, makikita natin ang ilang pangunahing elemento na nagpapahintulot sa kinetic energy ng hangin na ma-convert sa kuryente. Ang rotor, na binubuo ng mga blades, ay may pananagutan sa pagkuha ng enerhiya ng hangin at pagpapaikot nito sa paligid ng axis nito.
Ang rotational motion na ito ay ipinapadala sa electric generator sa pamamagitan ng power train system, na kinabibilangan ng gearbox na nagpapataas ng bilis ng pag-ikot sa mga antas na angkop para sa generator. Ang generator ay batay sa batas ng Faraday, na nagsasaad kung paano ang rotational mechanical energy ay na-convert sa electrical energy.
Upang gawin ito, ang sistema ay nagsasama ng isang rotor na isinama sa alternator, na nagbabago sa mekanikal na paggalaw sa elektrikal na enerhiya. Ang kuryenteng nabuo ay maaaring gamitin nang direkta o iimbak sa mga baterya para magamit sa ibang pagkakataon.
Mga elemento ng isang turbine ng hangin
Ang wind turbine ay binubuo ng iba't ibang elemento na nagtutulungan upang matiyak ang pinakamainam na operasyon ng turbine at ang epektibong conversion ng wind energy sa kuryente. Ito ang mga pangunahing bahagi:
- rotor: Ang rotor ay ang elemento na nangongolekta ng enerhiya ng hangin. Binubuo ito ng mga blades, na umiikot kahit sa mababang bilis ng hangin, salamat sa kanilang aerodynamic na disenyo.
- Sistema ng pagsasama: Ito ang hanay ng mga mekanismo na nag-uugnay sa mga blades sa rotor ng generator upang ilipat ang paggalaw ng pag-ikot.
- Multiplier o gearbox: Itinataas ng system na ito ang bilis ng pag-ikot mula sa humigit-kumulang 10-40 RPM ng rotor hanggang sa 1.500 RPM na kinakailangan sa generator upang makagawa ng kuryente.
- Tagabuo: Ang generator ay nagko-convert ng mekanikal na enerhiya sa kuryente. Depende sa turbine, ang kapangyarihan nito ay maaaring mag-iba mula 5kW hanggang 10 MW sa pinakabagong mga modelo.
- Oryentasyong motor: Nagbibigay-daan ito sa nacelle at rotor na umikot para laging nakaharap sa nangingibabaw na direksyon ng hangin.
- Suporta ng palo: Ito ang istraktura na sumusuporta sa generator at rotor. Kung mas malaki ang turbine, mas mataas ang taas kung saan matatagpuan ang nacelle.
- Mga talim at anemometer: Sinusukat ng mga anemometer ang bilis ng hangin, habang pini-preno ng mga sensor ang mga blades kapag lumampas ang hangin sa ilang mga threshold, na pinipigilan ang pinsala sa turbine.
Mga uri ng wind turbine
Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga wind turbine, na naiiba sa oryentasyon ng rotor axis:
- Mga pahalang na axis turbine: Ang mga ito ay ang mga tradisyonal na ginagamit sa mga wind farm, na ang axis ng pag-ikot ay kahanay sa lupa. Ang ganitong uri ay ang pinaka mahusay sa mga tuntunin ng enerhiya na nakuha ng swept surface.
- Vertical axis turbines: Ang mga turbine na ito ay may kalamangan sa pagkuha ng mga hangin sa anumang direksyon nang hindi kinakailangang muling i-orient ang kanilang mga sarili, bagaman ang kanilang kahusayan ay karaniwang mas mababa kumpara sa mga may pahalang na axis.
Bilang karagdagan, may mga bagong umuusbong na disenyo, tulad ng mga bladeless wind turbine, na sinasamantala ang mga wind oscillations upang makabuo ng kuryente, bagama't sila ay nasa yugto pa rin ng pag-unlad.
Pagpapatakbo ng isang wind farm
Ang isang wind farm ay binubuo ng ilang mga wind turbine na estratehikong kinalalagyan upang masulit ang umiiral na hangin sa lugar. Ang hanay ng mga turbine ay nag-uugnay sa nabuong kuryente sa pamamagitan ng isang panloob na network na naghahatid nito sa isang substation, kung saan ang kuryente ay na-convert sa isang boltahe na angkop para sa pamamahagi.
Upang matiyak ang tuluy-tuloy na operasyon at kahusayan ng parke, ginagamit ang mga control system na sumusubaybay sa bilis ng hangin, ang oryentasyon ng mga nacelles at ang katayuan ng mga turbine. Nagbibigay-daan ito sa produksyon ng kuryente na ma-maximize at maiwasan ang pinsala kung sakaling magkaroon ng napakalakas na hangin.
Bilang karagdagan, ang ilang mga pasilidad ay gumagamit ng mga offshore wind turbine (palayo sa pampang) na, bagama't mas mahal ang pag-install, ay nag-aalok ng posibilidad na samantalahin ang mas pare-pareho at mas malakas na hangin sa dagat.
Mga kalamangan at kawalan ng enerhiya ng hangin
Tulad ng iba pang mga mapagkukunan ng enerhiya, ang enerhiya ng hangin ay may mga pakinabang at disadvantages:
Benepisyo:
- Ito ay pinagmumulan ng enerhiya nababago, hindi mauubos at hindi naglalabas ng greenhouse gases.
- Pinapayagan bawasan ang dependency ng fossil fuels.
- Maaaring i-install ang mga wind farm sa iba't ibang lokasyon, kabilang ang mga lugar sa dagat at mga lupang pang-agrikultura nang hindi naaapektuhan ang mga gamit nito.
- Su Ang carbon footprint ay minimal kumpara sa iba pang teknolohiya ng enerhiya.
Mga Disadvantages:
- Ang kahusayan ay nakasalalay sa pagkakaroon ng hangin, na ginagawang a pasulput-sulpot na pinagmulan ng lakas.
- Ang visual at tunog na epekto ng mga wind farm ay maaaring maging isang disadvantage sa ilang mga lugar.
- Maaaring makaapekto ang malalaking turbine sa wildlife, lalo na sa mga ibon, kaya kailangang isaalang-alang ang mga salik na ito kapag pumipili ng mga lokasyon.
- Ang paunang gastos sa pag-install ay mataas, bagaman nagbabayad ito para sa sarili nito sa mahabang panahon.
Ang enerhiya ng hangin ay patuloy na isa sa mga pinakamahusay na opsyon para sa mas napapanatiling at environment friendly na produksyon ng enerhiya. Sa patuloy na pag-unlad ng teknolohiya, ang mga wind turbine ay hindi lamang bumubuti sa mga tuntunin ng kahusayan, ngunit nagiging mas madaling ma-access at hindi gaanong mapanghimasok sa mga tuntunin ng visual at tunog, na ginagawa itong isang praktikal na opsyon para sa hinaharap ng pandaigdigang enerhiya.