Vēja ģeneratori, turbīnas

[imgl]https://notepad.lv/userpix/55_logo_1.jpg[/imgl]Ar katru gadu mēs tuvojamies brīdim, kad daba tiks “izpumpēta” tukša. No tās dzīlēm izķeksēsim pēdējo naftu, akmeņogles, kūdru un visu citu noderīgo, kas mūs ikdienā pārvieto uz priekšu, silda vai ļauj pagatavot vakariņas. Par laimi lielākie pesimisti jau tagad apgalvo, ka šis brīdis drīz pienāks, bet reālā situācija neesot pagaidām tik bēdīga. Kādēļ jāpateicas lielajiem pesimistiem? Tādēļ, ka viņu inicatīvas dēļ ir radušies daudzi un dažādi alternatīvās enerģijas iegūšanas veidi. Viens no tiem ir elektrības iegūšana ar vēja palīdzību, kas arī ir izplatīts Latvijā, kā arī daudzās citās pasaules valstīs.

Lai saprastu kaut ko vairāk, ir jāizprot no kurienes tad rodas vējš.

Vēja rašanās

Lai gan mēs sadzīvē uzskatām, ka vējš rodas pats no sevis, tas ir mazliet aplami, jo vējš rodas no saules enerģijas. Saules starojums, kas nonāk uz Zemes, palīdz veidoties atmosfēras procesiem, kuri izraisa vējus, ap 2% no kopējā saules starojuma enerģijas pārvēršas vēja enerģijā.[imgl]https://bildites.lv/images/8rrp3wknwjahxqb53km1.jpg[/imgl]Liekas, ka šis daudzums ir smieklīgs, bet pat šie niecīgie 2% pārsniedz enerģiju, ko spēj radīt visi pasaules augi, veidojot biomasu (kas ir vēlviens enerģijas resurss).

Saules stari visvairāk sasilda Zemes ekvatoru. Š ajā vietā uzsilušais gaiss ceļas augšup, aptuveni līdz 10 kilometru augstumam un Zemes griešanās iespaidā aizplūst uz dienvidiem un ziemeļiem. Š is process ir par pamatu globālajiem vējiem. Kas ir globāla mēroga valdošie vēja virzieni, ko tie nozīmē un kam vajadzīgi? Š ie virzieni ir jāzin, jo tas noteiks, uz kuru pusi tiks uzstādīta turbīna. Protams, vērā ņemams faktors ir arī apkārtne. Augstas klintis, kalnu masīvi, mežs vai kāds cits šķērslis var ietekmēt valdošo vēju virzienu.

Vēja enerģija

Vēja grieztās turbīnas enerģiju iegūst, pārvēršot vērpes momentā spēku, ko rada vēja skriešana cauri rotora spārniem. Enerģijas apjoms, kādu spēs radī vējš ir atkarīgs no trīs faktoriem:

– gaisa blīvuma,

– laukuma, kuru šķeļ rotora spārni,

– vēja ātruma.

Gaisa blīvums – lielums, kas tieši ietekmē vēja turbīnas radīto enerģiju, jo kustīga ķermeņa kinētiskā enerģija ir proporcionāla tā masai. Jo blīvāks ir gaiss, jo lielāku enerģiju būs iespējams iegūt. Kur tad atrast un kas ietekmē gaisa blīvumu? Ir zināms, ka aukstāks gaiss ir blīvāks par siltu. Kā arī ir tāda sakarība, jo augstāk atrodamies, jo gaiss ir aukstāks, bet šeit jāatceras tāda lieta, ka ir tāda lieta kā retināts gaiss.

Rotora laukums – svarīgs lielums, kas ir proporcionāls rotora diametra lielumam. Ja palielinās rotora diametru divas reizes – turbīna ievāks četras reizes vairāk enerģijas. Tipiskais 600 kW turbīnai rotora diametrs svārstās no 43 līdz 44 metriem, kas atbilst ~1500 kvadrātmetru lielam laukumam.

Vēja ātrums – ārkārtīgi svarīgs faktors. Nosaka cik daudz enerģijas vējturbīna spēj pārvērst elektrībā. Enerģijas daudzums, ko satur vējš, izmainās atbilstoši vēja ātruma kubam. Tas nozīmē, ka vējš, kura ātrums ir divas reizes lielāks, saturēs astoņas reizes vairāk enerģijas.

Piemēram, no vēja, kura ātrums ir astoņi metri sekundē, mēs vējam pakļautajā rotora laukumā iegūstam 314 vatus uz kvadrātmetra. Ja vēja ātrums ir 16 m/s, tad mēs iegūsim astoņas reizes lielāku jaudu , tas ir, 2509 vatus uz kvadrātmetra.

Visu enerģiju, ar kādu vējš saduras ar turbīnu, nav iespējams satvert. Daļa tās novirzās sānis pirms tā sasniedz rotora plakni.

Vēja ātruma mērīšana

Parasti vēja ātrumu mēra ar kausu anemometru. Tam ir vertikāla ass un trīs kausi, kuri tver vēju. Apgriezienu skaitu minūtē piereģistrē elektroniski. Parasti anemometram pievieno arī vēja rādītāju, kurš nosaka vēja virzienu.

[imgl]https://notepad.lv/userpix/55_veja_atruma_meritajs_1.jpg[/imgl] Tradicionālā anemometra vietā var lietot ultraskaņas vai lāzera mēriekārtas, kuras spēj sajust skaņas nobīdi (Doplera efekts) vai no garām skrejošām gaisa molekulām atstaroto gaismu. Sakarsētas stieples anemometrs nosaka vēja ātrumu atkarībā no niecīgas temperatūras starpības starp stieplītēm, kuras atrodas vēja un aizvēja pusē. Nemehānisko iekārtu priekšrocība ir tā, ka aukstā klimatā tās ir mazāk jutīgas pret apledojumu. Praksē gan parasti to pārvar, elektriski apsildot vārpstas un kausus. Labākais veids, kā izmērīt vēja ātrumu vietā, kur paredzēts uzstādīt vējturbīnu, ir novietot anemometru masta galā, paredzamās vējturbīnas rumbas augstumā. Līdz ar to tiek novērsta nenoteiktība, pārrēķinot vēja ātrumu dažādos augstumos.

Vēja rozes

Lai uzkrātu datus par vēja stiprunu un virzienu, no kurienes tas nāk, tiek veidotas šīs vēja rozes, kas attēlo visu informāciju par vēju vienkopus. Rozi parasti iedala astoņos vai sešpadsmit sektoros. Bet par spīti šim populārajam dalījumam Dānijas nacionālās pētniecības organizācijas RISO izstrādātā Vēja atlantā, roze tiek dalīta 12 sektoros. RISO sastādītais atlants ir par Eiropu. Š ādas informācijas nozīmīgums ir neatsverams, jo pirms turbīnas uzstādīšanas mums ir jāzina, uz kuru pusi to pavērst, lai iegūtu maksimālo iespējamo jaudu.

Jāatceras, ka vēja rozes mainās no gada uz gadu un tās var izmainīties līdz pat 10%. Dēļ šīs parādības pirms veido vēja fermas informāciju par teritorijā esošo vēju, dati tiek ievākti kā minimums 6 mēnešus.

Faktors, kas stipri ietekmē vēja stiprumu, ir reljefs jeb nelīdzenumi. Piemēram, mežs, pilsēta vēju aizturēs daudz vairāk kā lidmašīnas skrejceļš. Pati gludākā virsma, kas gandrīz nemaz nemaina vēja stiprumu un virzienu ir ūdens, tādēļ arī daudzas vēja fermas ir izdevīgi izvietot tieši jūrā.

Vēja industrijā nelīdzenumus iedala klasēs, kur 3. vai 4. atbilst vietai ar daudziem kokiem. Betona skrejceļš atbildīs 0,5. klasei, bet jūra – 0. klasei.

[img]https://bildites.lv/images/qa54xx8mkqw3pigtfhv.jpg[/img]

Orogrāfija

Vējturbīnu konstruktoriem un vējfermu projektētājiem ir svarīgas vēl divas vēja īpašības. Viena no tām saistās ar to, ka dabīgos tuneļos, piemēram, šaurās kalnu pārejās gaiss tiek saspiests. Vēja ātrums pieaug un līdz ar to šādas vietas ir ļoti pievilcīgas turbīnu novietošanai, bez šaubām, pie nosacījuma, ka zemes virsmas nelīdzenumi šai vietā nerada papildus turbulenci.

Otru īpašību nosaka pakalnu iespaids. Vējam atsitoties pret kalnu, gaiss vēja pusē tiek saspiests, bet sasniedzot virsotni un plūstot lejup, izplešas un aizvēja pusē veido zema spiediena apgabalu. Ja kalns ir stāvs un nelīdzens, tad visu šī saspiestā vēja efektu var iznīcināt turbulence.

No kā sastāv vēja ģenerators

[img]https://bildites.lv/images/9u6maj6xnknlhxl5np2i.jpg[/img]

Kad uzzināts, no kā sastāv vēja ģenerātori, laiks saprast cik izmaksā tādas iekārtas uzstādīšana pie savām mājām. Pēc kerveju.lv informācijas vēja ģeneratoru cenas svārstās no 620 līdz 7000 un vairāk latiem.

Ja esat liels entuziasts, krīze nav iedragājusi jūsu kabatu, tad šie informācijas avoti par to, kā izveidot pašam savu vēja ģeneratoru jums noteikti noderēs:

windstuffnow.com,

otherpower.com.

Par vēja ģeneratoriem notiek diskusija arī Latvijas lielākajā BMW auto cienītāju forumā – bmwpower.lv, kā arī saimnieks.lv.

Bet ko mums darīt ar ģeneratoru, ja tā radīto enerģiju mēs nedz izmantojam, nedz uzkrājam kādās baterijās vēlākam laikam? Tātad viens variants ir tāds, ka mēs uzreiz radīto elektroenerģiju izmantojam mājas elektropreču darbināšanai. Š ādi jūs varat pievadīt papildus elektroenerģiju jau esošam Latvenergo pieslēgumam. Pagaidām Latvijā nav paredzēts iegādāties elektroenerģiju no mazajiem ražotājiem, kas visbiežāk ir privātpersonas. Vēlviens šķērslis šādam variantam ir tāds, ka, lai varētu paša saražoto elektroenerģiju pievadīt savam tīklam, ir nepieciešams saskaņot šo darbību ar esošo elektroenerģijas piegādātāju (mūsu valstī – Latvenergo).

[img]https://notepad.lv/userpix/55_shema_tikla_1.jpg[/img]

Otrs variants ir uzkrāt saražoto enerģiju akumulatoros, baterijās un ar tām darbināt atsevišķas iekārtas. Š āds variants ir izdevīgs, kad kādam objektam nav iespējams garantēt citu elektroenerģijas piegādes veidu. Kā arī šāds variants palīdz samazināt esošos elektrības rēķinus, izveidojot autonomas sistēmas, kas darbojas no šo akumulatoru enerģijas.

[img]https://notepad.lv/userpix/55_shema_auton1_1.jpg[/img]

Gadījumos, ja saražoto elektroenerģiju uzkrāj, lielu lomu spēlē akumulatoru veidi un kvalitāte. Visefektīvākie darbam ar vēja vai saules ģenerētu elektroenerģiju ir dziļā cikla (deep cycle) akumulatori. Š ādi akumulatori labāk atdod uzkrāto enerģiju un tiem ir ievērojami ilgāks darbmūžs. Tomēr dziļā cikla akumulatori ir ievērojami dārgāki par parastajiem akumulatoriem.

Latvijā esošais vēja parks pie Liepājas (1,8 MW katrs ģenerators)

[img]https://notepad.lv/userpix/28_liepaja_generatori_veja_parks_img_6023_1.jpg[/img]

Uz ūdens:

[img]https://notepad.lv/userpix/28_turbineswater_1.jpg[/img]

Informācija, kam pieder lielākā vēja turbīna.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=fNudnI5tzf8[/youtube]

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=WZ5kX5Yw4eY[/youtube]

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=Hg9fiDUroo4[/youtube]

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=NxMh18SGhyA[/youtube]

Avoti: 1, 2, 3, 4, 5, 6.