Άνοιγμα κυρίου μενού
Ανεμογεννήτριες

Η ανεμογεννήτρια είναι μια αιολική μηχανή που μετατρέπει τον άνεμο από κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η κατασκευή της αποτελείται από μία στήλη κάθετη προς το έδαφος και από μία τουρμπίνα στην κορυφή της. Μικρές ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται για διάφορες εφαρμογές όπως η φόρτιση μπαταριών, για συμπληρωματική ενέργεια σε σκάφη και τροχόσπιτα ή για τροφοδοσία ρεύματος σε πινακίδες. Μεγαλύτερες ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται για παροχή ρεύματος σε σπίτια. Πλήθος τέτοιων ανεμογεννητριών συγκροτούν τα αιολικά πάρκα, που αποτελούν ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Πολλές χώρες έχουν κατασκευάσει αιολικά πάρκα, με σκοπό τη μείωση εκπομπής ρυπογόνων ουσιών και την απεξάρτησή τους από τα ορυκτά καύσιμα.

ΙστορίαΕπεξεργασία

 
Η ανεμογεννήτρια που κατασκευάστηκε από τον Τζέιμς Μπλιθ (1891)

Η αιολική ενέργεια μάλλον χρησιμοποιόταν στην Περσία μεταξύ το 900-500 μ.Χ.[1] Η αιολόσφαιρα του Ήρωνα αποτελεί μία από τις πρώτες κατασκευές που αξιοποιούσαν την αιολική ενέργεια.[2][3] Ωστόσο, η πρώτη γνωστή κατασκευή κατασκευάστηκε στο Σιστάν, στην ανατολική επαρχία του Ιράν, τον 7ο αιώνα. Τα πανεμόνια ήταν μηχανές κατακόρυφου άξονα, που διαθέτανε 6-12 ημικυλινδρικά πτερύγια. Χρησιμοποιήθηκαν για το άλεσμα του σιταριού ή για την μεταφορά νερού, καθώς και στην παραγωγή ζαχαροκάλαμου.[4]

Η αιολική ενέργεια εμφανίστηκε για πρώτη φορά στην Ευρώπη στη διάρκεια του Μεσαίωνα. Τα πρώτα ιστορικά στοιχεία της χρήσης της φαίνονται στην Αγγλία, κατά τον 11ο ή 12ο αιώνα και υπάρχουν αναφορές πως Γερμανοί σταυροφόροι έμαθαν την τεχνογνωσία των ανεμογεννητριών στη Συρία περίπου το 1190. Από τον 14ο αιώνα, οι ολλανδικοί ανεμόμυλοι χρησιμοποιούνταν για την αποστράγγιση περιοχών κοντά στο δέλτα του Ρήνου. Προηγμένες ανεμογεννήτριες έχουν περιγραφεί από τον Κροάτη εφευρέτη Φάουστο Βεράνζιο. Στο βιβλίο του "Machinae Novae" (1595) περιέγραψε ανεμογεννήτριες με κυρτά πτερύγια ή σχήματος V.

Η πρώτη ανεμογεννήτρια παραγωγής ρεύματος ήταν μία μηχανή φόρτισης μπαταριών που εφευρέθηκε τον Ιούλιο του 1887 από τον Σκωτσέζο ακαδημαϊκό Τζέιμς Μπλιθ στο Μέρικιρκ της Σκωτίας.[5] Λίγους μήνες αργότερα ο Αμερικανός εφευρέτης Τσαλρς Φ. Μπρας κατάφερε να κατασκευάσει την πρώτη αυτόματη ανεμογεννήτρια και, έπειτα από διαβούλευση με τους Τζάκομπ Σ. Γκιμπς και Μπρίνσλεϊ Κόουλμπερντ, καθηγητές του τοπικού πανεπιστημίου, κατάφερε να ηλεκτροδοτήσει το Κλίβελαντ. Αν και η εφεύρεση του Μπλιθ κρίθηκε ασύμφορη στο Ηνωμένο Βασίλειο, οι ανεμογεννήτριες φάνηκαν πιο αποδοτικές σε χώρες με μικρή πυκνότητα πληθυσμού.

 
Η πρώτη αυτόματη ανεμογεννήτρια κατασκευασμένη στο Κλίβελαντ το 1887 από τον Τσαρλς Φ. Μπρας. Είχε 18 μέτρα ύψος, ζύγιζε 4 τόνους και παρήγαγε 12 kW.[6]

Στη Δανία από το 1900, υπήρχαν περίπου 2500 ανεμόμυλοι για τα μηχανικά φορτία όπως οι αντλίες και τα ελαιοτριβεία, με την παραγωγή να εκτιμάται σε ισχύ περίπου 30 MW. Οι μεγαλύτερες μηχανές είχαν 24 μέτρα ύψος με τέσσερα πτερύγια των 23 μέτρων. Στις ΗΠΑ, από το 1908 υπήρχαν 72 ανεμογεννήτριες που παρήγαγαν από 5 ΚW έως 25 ΚW. Την περίοδο του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου, κατασκευάστηκαν στις ΗΠΑ 100.000 ανεμόμυλοι το χρόνο, κυρίως για άντληση νερού.[7]

Από τη δεκαετία του 1930, οι ανεμογεννήτριες ήταν ιδιαίτερα συνηθισμένες σε αγροκτήματα, κυρίως στις ΗΠΑ, όπου δεν είχε κατασκευαστεί ακόμα δίκτυο διανομής ηλεκτρισμού. Εκείνη την περίοδο, οι τιμές του χάλυβα ήταν χαμηλές και ως εκ τούτου πολλές ανεμογεννήτριες στηρίζονταν σε χαλύβδινο σκελετό.

Ένας πρόδρομος της σύγχρονης ανεμογεννήτριας βρίσκονταν στη Γιάλτα το 1931. Παρήγαγε 100 ΚW, είχε 30 μέτρα ύψος και συνδεόταν με ένα τοπικό δίκτυο διανομής 6.3 ΚV. Έχει αναφερθεί πως η ετήσια ικανότητα παραγωγής έφτανε το 32%, ποσοστό που δεν διαφέρει από τις σύγχρονες ανεμογεννήτριες.[8]

Το φθινόπωρο του 1941, η πρώτη ανεμογεννήτρια MW βρίσκονταν στο Βερμόντ. Λειτούργησε μόνο για 1.100 ώρες πριν υποστεί σοβαρή βλάβη. Δεν επισκευάστηκε ποτέ, λόγω έλλειψης υλικών κατά τη διάρκεια του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου.

Η πρώτη ανεμογεννήτρια που ήταν συνδεδεμένη στο εθνικό δίκτυο λειτούργησε το 1951 στο Ηνωμένο Βασίλειο. Κατασκευάστηκε από την εταιρεία John Brown & Company στις Ορκάδες.[9]

Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, στη Δανία ξέσπασαν διαμαρτυρίες κατά της χρήσης πυρηνικής ενέργειας. Αυτό ώθησε τη χώρα να αναπτύξουν μικροτουρμπίνες ικανότητας 22 ΚW. Κατά τη δεκαετία του 1980, πολλοί οργανισμοί και συνεταιρισμοί άσκησαν πίεση στην κυβέρνηση για την κατασκευή μεγαλύτερων τουρμπίνων σε όλη τη χώρα. Στη συνέχεια, οι ακτιβιστές (κυρίως στη Γερμανία), οι νεοϊδρυθέντες κατασκευαστικές εταιρείες στην Ιαπωνία και οι επενδύσεις στις ΗΠΑ πίεσαν τις κυβερνήσεις αυτών των κρατών για την κατασκευή ανεμογεννητριών. Εταιρείες δημιουργήθηκαν στην Ινδία και στην Κίνα. Από το 2012, η δανέζικη εταιρεία Vestas θεωρείται ο μεγαλύτερος κατασκευαστής ανεμογεννητριών.

Αιολική ενέργειαΕπεξεργασία

 
Ανεμογεννήτρια στη Γερμανία

Η ποσότητα της αιολικής ενέργειας που είναι διαθέσιμη για παραγωγή ενέργειας σε οποιαδήποτε τοποθεσία, ονομάζεται πυκνότητα ισχύος αέρα (Wind Power Density). Ο υπολογισμός της μέσης ετήσιας ισχύος ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας διαφέρει ανάλογα με το ύψος από την επιφάνεια του εδάφους. Η χαμηλότερη βαθμίδα είναι η "Κατηγορία 1" (200W/τ.μ. σε υψόμετρο 50 μ.) και η υψηλότερη είναι η "Κατηγορία 7" με 800-2000W/τ.μ. Συνήθως τα αιολικά πάρκα ανήκουν στην "Κατηγορία 3", αν και ορισμένα είναι αποδοτικά στην "Κατηγορία 1".[10]

Οι ανεμογεννήτριες κατηγοριοποιούνται επίσης για το ποσοστό αναταράξεων ανάλογα με τη μέση ταχύτητα του ανέμου σε κλίμακα από I ως IV, με Α ή Β να αναφέρεται στο ποσοστό αναταράξεων.[11]

Κατηγορία Μέση Ταχύτητα Ανέμου (m/s) Αναταράξεις
IA 10 18%
ΙΒ 10 16%
IIA 8.5 18%
IIB 8.5 16%
IIIA 7.5 18%
IIIB 7.5 16%
IVA 6 18%
IVB 6 16%

ΑποδοτικότηταΕπεξεργασία

Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί όλη η αιολική ενέργεια για παραγωγή ενέργειας, αν και έχουν κατασκευαστεί ορισμένες μικρές ανεμογεννήτριες, σχεδιασμένες να λειτουργούν σε χαμηλές ταχύτητες ανέμου.[12]

Οι ανεμογεννήτριες υπακούν στην αρχή διατήρησης της μάζας: η μάζα αέρα που εισέρχεται στην ανεμογεννήτρια θα πρέπει να είναι ίση με τη μάζα που εξέρχεται από αυτή. Σύμφωνα με το νόμο του Μπετζ, η μέγιστη αναλογία αιολικής/κινητικής ενέργειας είναι 16/27 (59,3%).[13]

Η μέγιστη θεωρητική παραγωγή ενέργειας είναι 16/27 φορές την κινητική ενέργεια του ανέμου που περνά από τις παραγωγικές περιοχές της γεννήτριας. Συνεπώς, αν οι περιοχές αυτές είναι Α και η ταχύτητα του ανέμου v, τότε η θεωρητική παραγωγή παραγωγής ενέργειας P δίνεται από τον τύπο:

 ,

όπου ρ είναι η πυκνότητα αέρα.

Καθώς ο αέρας παρέχεται δωρεάν (δεν έχει κάποιο κόστος), η αποδοτικότητα αέρα-ρότορα (συμπεριλαμβανομένου της τριβής των πτερυγίων) είναι μία από τις πολλές περιπτώσεις που επηρεάζουν την τελική τιμή της αιολικής ενέργειας.[14] Περαιτέρω ανεπάρκειες, όπως απώλεια στο κιβώτιο ταχυτήτων ή της γεννήτριας και του μετατροπέα μπορούν να μειώσουν την παραγωγή ενέργειας της ανεμογεννήτριας. Για να προστατευθούν τα εξαρτήματα από αδικαιολόγητες φθορές, πολλές φορές η παραγόμενη ενέργεια διατηρείται σταθερά λίγο πάνω από την ονομαστική ταχύτητα λειτουργίας όσο η θεωρητική δύναμη της κινητικής ενέργειας υψώνεται στον κύβο, ώστε να επιτευχθεί περαιτέρω μείωση της θεωρητικής απόδοσης. Το 2001, η αποδοτικότητα των ανεμογεννητριών άγγιζε το 75-80% από το όριο του Μπετζ της δύναμης του ανέμου, σε σχέση με την εκτιμώμενη ταχύτητα λειτουργίας.[15][16]

Η αποδοτικότητα αρχίζει να μειώνεται ελαφρώς με την πάροδο του χρόνου, λόγω φθοράς. Στη Δανία αναλύθηκαν 3.128 ανεμογεννήτριες άνω των 10 ετών όπου στις μισές δεν παρατηρήθηκε καμία πτώση της αποδοτικότητας, ενώ στις υπόλοιπες παρατηρήθηκε πτώση της τάξης του 1,2% ανά έτος.[17] Οι ανεμογεννήτριες με κάθετο άξονα περιστροφής έχουν μικρότερη απόδοση σε σχέση με αυτές με οριζόντιο άξονα.[18]

Τύποι ανεμογεννητριώνΕπεξεργασία

 
Οι τρεις βασικοί τύποι ανεμογεννητριών

Οι ανεμογεννήτριες μπορεί να περιστρέφονται πάνω σε οριζόντιο ή κάθετο άξονα. Η πρώτη περίπτωση είναι η πιο συχνή αλλά και η πιο παλιά.[19] Μπορούν να έχουν πτερύγια, πολλές φορές αποσπώμενα[20] ή όχι.[21] Οι ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα παράγουν λιγότερη ενέργεια και είναι λιγότερο συχνές.[22]

Οριζόντιος άξοναςΕπεξεργασία

 
Εξαρτήματα ανεμογεννήτριας οριζόντιου άξονα (κιβώτιο ταχυτήτων, ρότορας και φρένα)
 
Μεταφορά πτερυγίων ανεμογεννήτριας οριζόντιου άξονα (Έντενφιλντ, Αγγλία)

Οι ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα (HAWT-horizontal-axis wind turbines) έχουν τοποθετημένους το ρότορα του άξονα και την ηλεκτρική γεννήτρια στην κορυφή ενός πύργου, στραμένους προς την κατεύθυνση του ανέμου. Οι μικρές ανεμογεννήτριες κατευθύνονται από έναν ανεμοδείκτη, ενώ οι μεγαλύτερες χρησιμοποιούν έναν αισθητήρα και ένα βοηθητικό μοτέρ (σερβοκινητήρας) για να στραφούν προς την κατεύθυνση του ανέμου. Χρησιμοποιούν επίσης ένα κιβώτιο ταχυτήτων, το οποίο μετατρέπει την αργή περιστροφή των πτερυγίων σε μια ταχύτερη περιστροφή που απαιτείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.[23]

Κάθε στερεό αντικείμενο παράγει στροβιλισμούς από πίσω όταν φυσάει ο άνεμος, που οδηγεί σε κόπωση του μετάλλου των ανεμογεννητριών. Έτσι η γεννήτρια τοποθετείται από την αντίθετη κατεύθυνση του πύργου υποστήριξης. Σε δυνατούς ανέμους, τα πτερύγια μπορούν να καμφθούν, μειώνοντας την αντίσταση του αέρα πάνω τους. Επιπλέον, τα πτερύγια τοποθετούνται σε απόσταση από τον πύργο υποστήριξης και μερικές φορές με μία μικρή κλίση προς τα εμπρός.

Οι ανεμογεννήτριες που χρησιμοποιούνται σε αιολικά πάρκα για την εμπορική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούνται συνήθως από τρία πτερύγια. Αυτή η διάταξη έχει χαμηλή κυμάτωση ροπής, η οποία συμβάλλει στην καλή αξιοπιστία. Τα πτερύγια είναι συνήθως λευκό χρώμα για να είναι ορατά από τα αεροσκάφη και το μήκος τους κυμαίνεται στα 20 με 80 μέτρα. Το μέγεθος και το ύψος των ανεμογεννητριών αυξάνεται με το πέρασμα του χρόνου. Ανεμογεννήτριες παραγωγής 8MW που έχουν χτιστεί σε θαλάσσια αιολικά πάρκα έχουν πτερύγια που φτάνουν τα 80 μ. Ο πύργος στον οποίο στηρίζεται η γεννήτρια, είναι κατασκευασμένος συνήθως από χάλυβα, έχει σχήμα σωληνοειδές και ύψος 70 ως 120 μέτρα, ενώ σε ακραίες περιπτώσεις φτάνει τα 160 μέτρα.

Τα πτερύγια περιστρέφονται με ταχύτητα 10 έως 22 στροφές ανά λεπτό. Στις 22 περιστροφές ανά λεπτό, η ταχύτητα στις άκρες της λεπίδας υπερβαίνει τα 90 m/s.[24][25] Όσο πιο υψηλή είναι η ταχύτητα περιστροφής, τόσο περισσότερο θόρυβος παράγεται και η διάβρωση των λεπίδων επιταχύνεται. Για να ενισχυθεί η ταχύτητα της γεννήτριας χρησιμοποιείται ένα κιβώτιο ταχυτήτων, αν και ορισμένες ανεμογεννήτριες μπορούν να παραγάγουν ενέργεια μόνο από την ταχύτητα του ρότορα. Ακόμα, πολλές γεννήτριες λειτουργούν με σταθερή ταχύτητα, αν και οι περισσότερες παράγουν ρεύμα με μεταβλητή ταχύτητα. Τέλος οι ανεμογεννήτριες είναι εξοπλισμένες με ένα σύστημα ασφαλείας για την αποφυγή ζημιών από την μεγάλη ταχύτητα του ανέμου, σταματώντας το ρότορα.

Κάθετος άξοναςΕπεξεργασία

 
Ανεμογεννήτρια κάθετου άξονα

Οι ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα έχουν τοποθετημένο το ρότορα κάθετα στο έδαφος. Το βασικό πλεονέκτημα αυτού του τύπου είναι πως η γεννήτρια δε χρειάζεται να είναι στραμμένη προς την κατεύθυνση του ανέμου για να είναι παραγωγική, οπότε είναι πιο αποδοτική σε περιοχές με μεταβλητούς ανέμους, αφού περιστρέφονται κατά 360°. Επίσης, το κιβώτιο ταχυτήτων και η γεννήτρια βρίσκονται τοποθετημένα κοντά στο έδαφος, κάνοντάς τα πιο εύκολα προσβάσιμα για συντήρηση. Ωστόσο, το βασικό μειονέκτημα αυτών των ανεμογεννητριών είναι ότι παράγουν πολύ λιγότερη ενέργεια κατά μέσο όρο με την πάροδο του χρόνου.[26]

Άλλα μειονεκτήματα αυτού του τύπου είναι η σχετικά χαμηλή ταχύτητα περιστροφής του ρότορα, το υψηλότερο κόστος της γεννήτριας, ο χαμηλότερος συντελεστής απόδοσης, η μεγάλη φθορά των πτερυγίων λόγω της περιστροφής των 360° και η δυσκολία μοντελοποίησης του ανέμου κατά το σχεδιασμό, δυσκολεύοντας την ανάλυση και το σχεδιασμό του ρότορα κατά τη κατασκευή της ανεμογεννήτριας.

Πολλές ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα είναι εγκατεστημένες στις κορυφές κτηρίων. Όμως δημιουργούνται στροβιλισμοί όταν περνάει ο άνεμος από τη γεννήτρια. Για βέλτιστη απόδοση μέγιστης ενέργειας σε σχέση με τους ελάχιστους στροβιλισμούς είναι όταν η γεννήτρια είναι περίπου το μισό ύψος του κτηρίου.

Κατηγορίες της ανεμογεννήτριας κατακόρυφου άξονα είναι:

Ανεμογεννήτρια Darrieus
Ο Γάλλος εφευρέτης Ζορζ Ντάριους κατασκεύασε ένα τύπο ανεμογεννήτριας η οποία πήρε το όνομά του. Έχουν καλή απόδοση, αλλά δημιουργούν πολλούς στροβιλισμούς και ασκούν κυκλική πίεση στον πύργο υποστήριξης. Μπορεί να χρειάζονται μία εξωτερική πηγή ενέργειας να ξεκινήσει η περιστροφή της γεννήτριας, καθώς έχει πολύ χαμηλή ροπή εκκίνησης. Οι στροβιλισμοί μειώνονται με τη χρήση τριών ή περισσοτέρων κυρτών πτερυγίων, που προσφέρουν μεγαλύτερη σταθερότητα στο ρότορα. Οι σύγχρονες ανεμογεννήτριες Darrieus δεν έχουν σχοινιά υποστήριξης, αλλά μία εξωτερική υπερκατασκευή που συνδέεται με ρουλεμάν.
Γυρόμυλος
Μία δευτερεύουσα ανεμογεννήτρια Darrieus, με τη διαφορά ότι έχει ίσια πτερύγια και όχι κυρτά. Τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου είναι η υψηλή αρχική ροπή, σταθερή καμπυλότητα και έχουν υψηλότερο συντελεστή απόδοσης. Είναι επίσης πιο αποδοτικά όταν λειτουργούν μέσα σε θύελλα και τα πτερύγια μπορούν να καμφθούν ευκολότερα.
Ανεμογεννήτρια savonius
Αυτή η ανεμογεννήτρια αποτελείται από δύο η περισσότερες «κουτάλες» ενωμένες αντικριστά τοποθετημένες σε κάθετο άξονα. Ο άνεμος ασκεί δύναμη να περιστραφούν αυτές οι «κουτάλες» και κατ' επέκταση τον άξονα της γεννήτριας.
Υπάρχει και η αντεστραμμένη ανεμογεννήτρια savonius, η οποία χρησιμοποιείται σε σκάφη.

Πλωτές ανεμογεννήτριες

Τον Ιούλιο του 2017 έγινε στο Πίτερχεντ η εγκατάσταση ενός πλωτού αιολικού πάρκου. Οι ανεμογεννήτριες επιπλέουν χάρη σε μία πλατφόρμα βάθους 78 μέτρων, γεμισμένη με σιδηρομετάλλευμα για να διατηρηθεί η όρθια θέση στο νερό. Το αιολικό πάρκο αναμένεται να παρέχει ρεύμα για 20.000 σπίτια. Κατασκευάζεται από την Statoil και οι πλωτές ανεμογεννήτριες μπορούν να βρίσκονται στο νερό μέχρι και ένα χιλιόμετρο βάθος.

Σχεδιασμός και κατασκευήΕπεξεργασία

 
Εξαρτήματα ανεμογεννήτριας οριζόντιου άξονα
 
Εσωτερική άποψη του πύργου της ανεμογεννήτριας.

Οι ανεμογεννήτριες είναι σχεδιασμένες, χρησιμοποιώντας μια σειρά από τεχνικές μοντελοποίησης,[27] να εκμεταλλεύονται την αιολική ενέργεια που υπάρχει στην περιοχή. Η αεροδυναμική μοντελοποίηση χρησιμοποιείται για να καθοριστεί το βέλτιστο ύψος του πύργου, τα συστήματα ελέγχου, τον αριθμό και το σχήμα των λεπίδων.

Οι ανεμογεννήτριες μετατρέπουν την ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι συμβατικές ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα μπορούν να χωριστούν σε τρία βασικά εξαρτήματα:

  • Ο ρότορας, ο οποίος αποτελεί περίπου το 20% του κόστους της ανεμογεννήτριας, και περιλαμβάνει τις λεπίδες οι οποίες μετατρέπουν την αιολική ενέργεια σε χαμηλής ταχύτητας κινητική.
  • Η ανεμογεννήτρια, η οποία αποτελεί περίπου το 34% του κόστους. Περιλαμβάνει τη γεννήτρια,[28][29] τα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου, και (συνήθως) το κιβώτιο ταχυτήτων[30] τη διευθυντήρια οδηγό ταχύτητας ή τη συνεχώς μεταβαλλόμενη μετάδοση[31], οι οποίες μετατρέπουν τη χαμηλή ταχύτητα περιστροφής σε υψηλή, ώστε να παραχθεί ενέργεια.
  • Ο πύργος υποστήριξης, ο οποίος αποτελεί περίπου το 15% του κόστους και περιλαμβάνει τον πύργο και το μηχανισμό εκτροπής στροφών.[32]

Μία ανεμογεννήτρια 1,5 MW (συχνός τύπος στις ΗΠΑ), έχει συνήθως ύψος 80 μέτρων. Ο ρότορας ζυγίζει 22.000 κιλά, ενώ η γεννήτρια, μαζί με τα υπόλοιπα εξαρτήματα ζυγίζει 52.000 κιλά. Ο πύργος αποτελείται από 26.000 κιλά χαλύβδινου οπλισμού και 190 κυβικά μέτρα σκυρόδεμα. Στη βάση, ο πύργος έχει 15 μέτρα διάμετρο, ενώ το τοίχωμα είναι 2,4 μέτρα παχύ.[33]

Ανάμεσα σε όλα τα συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, οι ανεμογεννήτριες έχουν την υψηλότερη αποτελεσματική ένταση σε σχέση με την επιφάνεια.[34]

Υλικά και αντοχήΕπεξεργασία

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως για τα πτερύγια των ανεμογεννητριών είναι σύνθετα, καθώς τείνουν να έχουν υψηλή ακαμψία, υψηλή αντοχή, υψηλή αντίσταση κόπωσης και χαμηλό βάρος.[35] Χρησιμοποιούνται ρητίνες για την κατασκευή των εξαρτημάτων, συνήθως πολυεστέρα και εποξίνη, ενώ για την ενίσχυση χρησιμοποιείται γυάλινες ίνες και ίνες άνθρακα.[36] Η κατασκευή μπορεί να γίνει είτε με στρώσεις ινών είτε με έκχυση των ινών σε καλούπι. Καθώς η τιμή των γυάλινων ινών είναι το ένα δέκατο της τιμής των ινών άνθρακα, οι γυάλινες ίνες είναι το κυρίαρχο υλικό.

Καθώς αυξάνεται ο ανταγωνισμός στον τομέα της αιολικής ενέργειας, οι επιχειρήσεις αναζητούν τρόπους ώστε τα σχέδια τους να είναι πιο αποδοτικά. Ένας τρόπος που αυξάνει την απόδοση της ανεμογεννήτριας είναι η αύξηση της διαμέτρου του ρότορα και, συνεπώς, των πτερυγίων. Μετασκευές σε ήδη υπάρχουσες ανεμογεννήτριες μετριάζουν τον κίνδυνο και τις ανάγκες επανασχεδιασμού. Με την ενσωμάτωση ινών άνθρακα στα ήδη υπάρχοντα πτερύγια, οι κατασκευαστές στοχεύουν στην αύξηση του μήκους των πτερυγίων χωρίς να αυξηθεί το συνολικό βάρος. Η μεγαλύτερη ακαμψία και η χαμηλότερη πυκνότητα σημαίνουν ελαφρύτερα πτερύγια που προσφέρουν ισοδύναμες επιδόσεις. Σε ανεμογεννήτριες 10MW, το μήκος των πτερυγίων φτάνει τα 100 μέτρα και ζυγίζει 50 τόνους αν είναι κατασκευασμένο από γυάλινες ίνες. Όμως αν συνδυαστούν με ίνες άνθρακα, τότε το βάρος μειώνεται περίπου 20-30% (15 τόνοι).[37] Οι ιδιότητες των ινών άνθρακα δεν διαφέρουν πολύ από αυτές των γυάλινων ινών και ως εκ τούτου, είναι δυνατό να τις αντικαταστήσουν.

Δείτε επίσηςΕπεξεργασία

ΠαραπομπέςΕπεξεργασία

  1. «Part 1 – Early History Through 1875». Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  2. Drachmann, A.G. (1961). «Heron's Windmill». Centaurus 7: 145–151. 
  3. Dietrich Lohrmann, "Von der östlichen zur westlichen Windmühle", Archiv für Kulturgeschichte, Vol. 77, Issue 1 (1995), pp. 1–30 (10f.)
  4. Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American, May 1991, p. 64-69. (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering)
  5. Price, Trevor J. (2004), Blyth, James (1839–1906), 100957 (Subscription or UK public library membership required.)
  6. A Wind Energy Pioneer: Charles F. Brush. Danish Wind Industry Association. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 8 Σεπτεμβρίου 2008. Ανακτήθηκε στις 28 Δεκεμβρίου 2008. 
  7. Quirky old-style contraptions make water from wind on the mesas of West Texas Αρχειοθετήθηκε 3 February 2008[Date mismatch] στο Wayback Machine.
  8. Alan Wyatt: Electric Power: Challenges and Choices. Book Press Ltd., Toronto 1986, (ISBN 0-920650-00-7)
  9. Anon. «Costa Head Experimental Wind Turbine». Orkney Sustainable Energy Website. Orkney Sustainable Energy Ltd. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  10. «NREL: Dynamic Maps, GIS Data, and Analysis Tools – Wind Maps». Nrel.gov. 3 Σεπτεμβρίου 2013. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  11. IEC Wind Turbine Classes 7 Ιουνίου 2006
  12. Small-Scale "Dragonfly" Wind Turbine Works at Low Wind Speeds
  13. «The Physics of Wind Turbines Kira Grogg Carleton College, 2005, p.8» (PDF). Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  14. «Wind Energy Basics». Bureau of Land Management. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  15. "Enercon E-family, 330 Kw to 7.5 Mw, Wind Turbine Specification" Αρχειοθετήθηκε 16 May 2011[Date mismatch] στο Wayback Machine.
  16. Tony Burton et al., (ed), Wind Energy Handbook, John Wiley and Sons 2001 (ISBN 0471489972) σελ. 65
  17. Sanne Wittrup. "11 years of wind data shows surprising production decrease" (Δανικά) Ingeniøren, 1 Νοεμβρίου 2013.
  18. E. Hau., Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics. Springer. Γερμανία. 2006
  19. «Wind Energy Basics». American Wind Energy Association. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 23 Σεπτεμβρίου 2010. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  20. Transparent plexiglass blades
  21. No blades
  22. http://www.wind-works.org/cms/index.php?id=64&tx_ttnews%5Btt_news%5D=3103&cHash=be80a2ca690fe1bcec1c0dc0af1e795b
  23. [1] Αρχειοθετήθηκε 7 June 2008[Date mismatch] στο Wayback Machine.
  24. «Products & Services». Gepower.com. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 12 Μαΐου 2011. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  25. «Technical Specs of Common Wind Turbine Models». Aweo.org. 
  26. [2]
  27. Hewitt, Sam; Margetts, Lee; Revell, Alistair (18 April 2017). «Building a digital wind farm». Archives of Computational Methods in Engineering. doi:10.1007/s11831-017-9222-7. https://link.springer.com/article/10.1007/s11831-017-9222-7. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  28. Navid Goudarzi (Ιούνιος 2013). «A Review on the Development of the Wind Turbine Generators across the World». International Journal of Dynamics and Control (Springer) 1 (2): 192–202. doi:10.1007/s40435-013-0016-y. https://link.springer.com/article/10.1007/s40435-013-0016-y. 
  29. Navid Goudarzi; Weidong Zhu (November 2012). «A Review of the Development of Wind Turbine Generators Across the World». ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (ASME) 4 – Paper No: IMECE2012-88615: 1257–1265. http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=1750788. 
  30. «Hansen W4 series». Hansentransmissions.com. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 15 Μαρτίου 2012. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  31. John Gardner, Nathaniel Haro; Todd Haynes (October 2011). Active Drivetrain Control to Improve Energy Capture of Wind Turbines. Boise State University. http://coen.boisestate.edu/windenergy/files/2011/10/Active-Drivetrain-Control-to-Improve-Energy-Capture-of-Wind-Turbines.pdf. Ανακτήθηκε στις 28 February 2012Πρότυπο:Inconsistent citations 
  32. «"Wind Turbine Design Cost and Scaling Model", Technical Report NREL/TP-500-40566, December, 2006, page 35, 36» (PDF). Ανακτήθηκε στις 6 Νοεμβρίου 2013. 
  33. [3] Αρχειοθετήθηκε 15 July 2011[Date mismatch] στο Wayback Machine.
  34. See Erich Hau: Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. Berlin/ Heidelberg 2008, pp. 621. (German). (For the english Edition see Erich Hau, Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics, Springer 2005)
  35. Ancona, Dan; Jim, McVeigh. «Wind Turbine – Materials and Manufacturing Fact Sheet». psu.edu. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 
  36. Watson, James; Serrano, Juan. «Composite Materials for Wind Blades». windsystemsmag.com. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 11 Νοεμβρίου 2017. Ανακτήθηκε στις 6 Νοεμβρίου 2016. 
  37. «Wind turbine blades: Glass vs. carbon fiber». www.compositesworld.com. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2017. 

Περαιτέρω ανάγνωσηΕπεξεργασία

  • Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, Ervin Bossanyi: Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, 2η έκδοση (2011), (ISBN 978-0-470-69975-1)
  • Erich Hau, Wind turbines: fundamentals, technologies, application, economics Springer, 2013 (ISBN 978-3-642-27150-2) (preview on Google Books)
  • Siegfried Heier, Grid integration of wind energy conversion systems John Wiley & Sons, 3η έκδοση (2014), (ISBN 978-1-119-96294-6)
  • J. F. Manwell, J. G. McGowan, A. L. Roberts, Wind Energy Explained: Theory, Design and Application, John Wiley & Sons, 2η έκδοση (2012), (ISBN 978-0-47001-500-1)
  • David Spera (ed,) Wind Turbine Technology: Fundamental Concepts in Wind Turbine Engineering, 2η έκδοση (2009), ASME Press, (ISBN 9780791802601)
  • Alois Schaffarczyk (ed.), Understanding wind power technology, John Wiley & Sons, (2014), (ISBN 978-1-118-64751-6)
  • Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur, Introduction to wind energy systems. Basics, technology and operation. Springer (2013), (ISBN 978-3-642-32975-3)

Εξωτερικοί σύνδεσμοιΕπεξεργασία