Historiquement, la première unité stationnaire utilisant l'énergie éolienne a été Moulin à vent, guidé manuellement par le vent. Son corps de travail principal était une roue à plusieurs pales avec un axe de rotation horizontal, installée dans la direction du vent. Ces éoliennes étaient largement utilisées au Moyen Âge et plus tard pour moudre le grain, soulever et pomper l'eau, ainsi que pour faire fonctionner certaines industries. Les grandes éoliennes fabriquées en usine à des vitesses de vent élevées pourraient développer une puissance allant jusqu'à 60 kW. Au 19ème siècle, le nombre d'éoliennes en Russie dépassait 200 000, leur capacité totale était d'environ 1,3 million de kW et en 1930, il y en avait plus de 800 000 en URSS.
Roues éoliennes des éoliennes à turbine: 1 - multipales, 2 - tripales, 3 - bipales, 4 - monopales avec contrepoids
Actuellement connu de nombreux types d'éoliennes - éoliennes(). Les éoliennes à roues éoliennes à ailettes et à axe de rotation horizontal sont largement utilisées. Parmi elles, les éoliennes à deux et trois pales ont connu le plus grand développement. Le couple de la roue éolienne est créé par la force de levage générée lorsque le flux d'air circule autour du profil des pales. De ce fait, l'énergie cinétique du flux d'air à l'intérieur de la zone balayée par les pales est convertie en énergie mécanique de rotation de l'éolienne.
Moulins à vent
Moulins à vent
La puissance développée sur l'axe de l'éolienne est proportionnelle au carré de son diamètre et au cube de la vitesse du vent. Selon la théorie classique de N.E. Joukovski pour une éolienne idéale, le facteur d'utilisation de l'énergie éolienne £ = 0,593. C'est-à-dire qu'un idéal (avec un nombre infini de pales) peut extraire 59,3% de l'énergie traversant sa section transversale. En réalité, dans la pratique, pour les meilleures roues à grande vitesse, la valeur maximale du facteur d'utilisation de l'énergie éolienne atteint 0,45-0,48, et pour les roues à basse vitesse, jusqu'à 0,36-0,38.
Une caractéristique importante de l'éolienne est sa vitesse Z, qui est le rapport de la vitesse de l'extrémité de la pale à la vitesse du flux de vent. L'extrémité de la pale se déplace généralement dans le plan de l'éolienne à une vitesse plusieurs fois supérieure à la vitesse du vent. Les valeurs de vitesse optimales pour une roue à deux pales sont de 5 à 7, pour une à trois pales - 4-5, pour une à six pales - 2,5 à 3,5. Moulins à vent
Parmi les caractéristiques de conception, la puissance d'une éolienne est principalement influencée par son diamètre, ainsi que par la forme et le profil des pales. La puissance dépend peu du nombre de pales. La fréquence de rotation de l'éolienne est proportionnelle à la vitesse et à la vitesse du vent et inversement proportionnelle au diamètre. La hauteur du centre de la roue affecte également la quantité de puissance, car la vitesse du vent dépend de la hauteur.
La puissance, comme indiqué, est proportionnelle à la vitesse du vent à la troisième puissance. À la vitesse du vent de conception et au-dessus, le fonctionnement de l'éolienne avec la puissance nominale est assuré. À des vitesses de vent inférieures à la capacité nominale d'une éolienne, elle peut être de 20 à 30 % de la valeur nominale ou moins.
Dans de telles conditions de fonctionnement, des pertes d'énergie importantes se produisent dans les générateurs en raison de leur faible rendement. à faibles charges et dans les générateurs asynchrones, de plus, des courants réactifs importants se produisent, qui doivent être compensés. Pour pallier ce défaut, certaines éoliennes utilisent 2 générateurs d'une puissance nominale de 100 et 20 - 30% de la puissance nominale de l'éolienne. Par vent faible, le premier générateur est éteint. Dans certaines éoliennes, un petit générateur permet également de faire fonctionner l'installation à faible vitesse de vent à faible vitesse avec un facteur d'utilisation de l'énergie éolienne élevé. Moulins à vent
Installation d'une éolienne dans le vent, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction du vent, est produit dans des unités de très faible puissance à l'aide d'une queue (queue), dans des unités de petite et moyenne puissance - au moyen d'un mécanisme de rose des vents, et dans les grandes installations modernes - par un spécial système d'orientation qui reçoit une impulsion de commande d'un capteur de direction du vent (girouette) installé au sommet de la nacelle de l'éolienne. Le mécanisme de la rose des vents est constitué d'une ou deux petites éoliennes, dont le plan de rotation est perpendiculaire au plan de rotation de la roue principale, travaillant pour entraîner la vis sans fin qui fait tourner la plate-forme de la tête de l'éolienne jusqu'à ce que les roses des vents se trouvent dans un plan parallèle à la direction du vent.
Ailé avec un axe de rotation horizontal peut être situé devant la tour et derrière elle. Dans ce dernier cas, la pale est soumise à une action répétée constante de forces variables tout en traversant l'ombre de la tour, ce qui augmente en même temps considérablement le niveau de bruit. Un certain nombre de méthodes sont utilisées pour contrôler la puissance et limiter la vitesse de rotation de la roue éolienne, y compris la rotation des pales ou de parties de celles-ci autour de leur axe longitudinal, ainsi que des volets, des vannes sur les pales et d'autres méthodes. Moulins à vent
Les principaux avantages des éoliennes à axe de rotation horizontal de la roue éolienne sont que les conditions d'écoulement de l'air autour des pales sont constantes, ne changent pas lorsque la roue éolienne tourne, mais ne sont déterminées que par la vitesse du vent. Pour cette raison, ainsi que la valeur plutôt élevée du facteur d'utilisation de l'énergie éolienne, les éoliennes à palettes sont actuellement les plus largement utilisées.
Rotor Savonius : a) à deux pales, b) à quatre palesUn autre type d'éolienne est le rotor Savonius.
Le couple se produit lorsque le rotor Savonius circule autour du rotor en raison de la résistance différente des parties convexes et concaves. Rotor Savonius. La roue est simple, mais a un facteur d'utilisation de l'énergie éolienne très faible - seulement 0,1 - 0,15. Moulins à vent
Centrales éoliennes () à rotor vertical: a - en forme de F, b - en forme de L, c - à pales droites. 1 - tour (arbre), 2 - rotor, 3 - extensions, 4 - support, 5 - transmission de couple
Ces dernières années, dans un certain nombre de pays étrangers, notamment au Canada, on a commencé à développer une éolienne avec un rotor Darrieus, proposé en France en 1920. Ce rotor Darrieus a un axe de rotation vertical et se compose de deux à quatre pales courbes .
Les pales forment une structure spatiale qui tourne sous l'action des forces de portance résultant sur les pales du flux de vent. Dans le rotor Darrieus, le facteur d'utilisation de l'énergie éolienne atteint des valeurs de 0,30 à 0,35. Récemment, le développement d'un moteur rotatif Darrieus à aubes droites a été réalisé.
Moulins à vent de type vertical
Le principal avantage des éoliennes Darrieus (rotors) est qu'elles n'ont pas besoin d'un mécanisme d'orientation du vent. Ils ont un générateur et d'autres mécanismes placés à une légère hauteur près de la base. Tout cela simplifie grandement la conception. Cependant, un inconvénient organique sérieux de ces éoliennes est un changement significatif des conditions d'écoulement autour de l'aile pendant un tour du rotor Darrieus, qui se répète cycliquement pendant le fonctionnement.
Cela peut provoquer des phénomènes de fatigue et conduire à la destruction des éléments du rotor Darrieus et à des accidents graves, dont il faut tenir compte lors de la conception du rotor Darrieus (surtout au niveau des éoliennes de forte puissance). De plus, pour commencer, ils doivent être détordus.
Dépendances du facteur d'utilisation de l'énergie éolienne £, sur la vitesse Z pour divers Moulins à vent montré dans la figure.
Dépendances typiques du facteur d'utilisation de l'énergie éolienne £ sur la vitesse de l'éolienne Z : 1 - une éolienne à ailettes idéale ; 2,3 et 4 - éoliennes à deux, trois et plusieurs pales ; 5 - Rotor Darier; 6 - Rotor Savonius; 7 - éolienne à quatre pales d'un moulin danois
On peut voir que les roues à deux et trois pales avec un axe de rotation horizontal ont la plus grande valeur de ξ. Pour eux, £ élevé est préservé dans une large plage de vitesse Z. Cette dernière est essentielle, puisque les éoliennes doivent fonctionner à des vitesses de vent qui varient dans de larges limites. C'est pourquoi les installations de ce type ont reçu la plus grande diffusion ces dernières années.
La plupart des types d'éoliennes sont connus depuis si longtemps que l'histoire est muette sur les noms de leurs inventeurs.
Types d'éoliennes :
Les principaux types d'éoliennes sont présentés dans la figure. Ils sont divisés en deux groupes :
éoliennes à axe de rotation horizontal (type à palettes) (2...5);
éoliennes à axe de rotation vertical (carrousel : aubagé (1) et orthogonal (6)).
Les types d'éoliennes à palettes ne diffèrent que par le nombre de pales.
ailé
Pour les éoliennes à palettes, dont le rendement le plus élevé est atteint lorsque le flux d'air est perpendiculaire au plan de rotation des pales-ailes, un dispositif de rotation automatique de l'axe de rotation est nécessaire.
A cet effet, une aile stabilisatrice est utilisée.
Les éoliennes carrousel ont l'avantage de pouvoir fonctionner dans n'importe quelle direction du vent sans changer leur position.
Le facteur d'utilisation de l'énergie éolienne (voir fig.) des éoliennes à palettes est beaucoup plus élevé que celui des carrousels.
Dans le même temps, les carrousels ont beaucoup plus de couple.
Elle est maximale pour les pales de carrousel, à vitesse de vent relative nulle.
La propagation des éoliennes ailées s'explique par l'importance de leur vitesse de rotation.
Ils peuvent être directement connectés à un générateur de courant électrique sans multiplicateur.
La vitesse de rotation des éoliennes à palettes est inversement proportionnelle au nombre d'ailes, par conséquent, les unités à plus de trois pales ne sont pratiquement pas utilisées.
carrousel
La différence d'aérodynamisme donne aux carrousels un avantage sur les moulins à vent traditionnels.
Avec une augmentation de la vitesse du vent, ils augmentent rapidement la force de traction, après quoi la vitesse de rotation se stabilise.
Les éoliennes carrousel sont à basse vitesse et cela permet l'utilisation de circuits électriques simples, par exemple, avec un générateur asynchrone, sans risque d'accident en cas de rafale de vent accidentelle.
La lenteur pose une exigence limitative : l'utilisation d'un générateur multipolaire fonctionnant à basse vitesse.
De tels générateurs ne sont pas largement utilisés et l'utilisation de multiplicateurs (multiplicateur [lat. Multiplicateur - multiplicateur] - boîte de vitesses élévatrice) n'est pas efficace, en raison du faible rendement de ces derniers.
Un avantage encore plus important de la conception du carrousel était sa capacité, sans astuces supplémentaires, à suivre «d'où vient le vent», ce qui est très important pour les flux d'affouillement de surface.
Des éoliennes de ce type sont construites aux USA, au Japon, en Angleterre, en Allemagne, au Canada.
L'éolienne à pales carrousel est la plus facile à utiliser. Sa conception offre un couple maximal au démarrage de l'éolienne et une autorégulation automatique de la vitesse de rotation maximale pendant le fonctionnement.
Avec une augmentation de la charge, la vitesse de rotation diminue et le couple augmente jusqu'à l'arrêt complet.
Orthogonal
Les éoliennes orthogonales, comme le pensent les experts, sont prometteuses pour l'énergie à grande échelle.
Aujourd'hui, les éoliennes de structures orthogonales rencontrent certaines difficultés. Parmi eux, notamment, le problème de lancement.
Dans les installations orthogonales, on utilise le même profil d'aile que dans un avion subsonique (voir Fig. 6).
L'avion, avant de "s'appuyer" sur la force de portance de l'aile, doit s'élancer. Il en est de même dans le cas d'une configuration orthogonale.
Tout d'abord, vous devez lui apporter de l'énergie - le faire tourner et l'amener à certains paramètres aérodynamiques, et alors seulement, il passera lui-même du mode moteur au mode générateur.
La prise de force démarre lorsque la vitesse du vent est d'environ 5 m/s et la puissance nominale est atteinte à une vitesse de 14...16 m/s.
Les calculs préliminaires des éoliennes prévoient leur utilisation dans la plage de 50 à 20 000 kW.
Dans une installation réaliste d'une puissance de 2000 kW, le diamètre de l'anneau le long duquel les ailes se déplacent sera d'environ 80 mètres.
La puissante éolienne a de grandes dimensions. Cependant, vous pouvez vous débrouiller avec des petits - prenez un nombre, pas une taille.
En alimentant chaque générateur électrique avec un convertisseur séparé, il est possible de totaliser la puissance de sortie générée par les générateurs.
Dans ce cas, la fiabilité et la capacité de survie de l'éolienne augmentent.
ÉNERGIE ÉOLIENNE
un dispositif qui convertit l'énergie éolienne en énergie de rotation. Le corps de travail principal d'une éolienne est une unité rotative - une roue entraînée par le vent et reliée de manière rigide à l'arbre, dont la rotation entraîne l'équipement qui effectue un travail utile. L'arbre est installé horizontalement ou verticalement. Les éoliennes sont généralement utilisées pour générer de l'énergie consommée périodiquement: lors du pompage de l'eau dans les réservoirs, de la mouture du grain, dans les réseaux électriques temporaires, d'urgence et locaux.
Référence historique. Bien que les vents de surface ne soufflent pas toujours, changent de direction et que leur force ne soit pas constante, l'éolienne est l'une des plus anciennes machines à obtenir de l'énergie à partir de sources naturelles. En raison de la fiabilité douteuse des anciens rapports écrits sur les éoliennes, on ne sait pas exactement quand et où ces machines sont apparues pour la première fois. Mais, à en juger par certains registres, ils existaient déjà avant le 7ème siècle. UN D On sait qu'ils ont été utilisés en Perse au Xe siècle, et en Europe occidentale les premiers appareils de ce type sont apparus à la fin du XIIe siècle. Au 16ème siècle le type de tente du moulin à vent hollandais a finalement été formé. Aucun changement particulier n'a été observé dans leur conception jusqu'au début du XXe siècle, lorsque, à la suite de recherches, les formes et les revêtements des ailes des moulins ont été considérablement améliorés. Les machines à basse vitesse étant encombrantes, dans la seconde moitié du XXe siècle. a commencé à construire des éoliennes à grande vitesse, c'est-à-dire ceux dont les éoliennes peuvent faire un grand nombre de tours par minute avec un fort coefficient d'utilisation de l'énergie éolienne.
Types modernes d'éoliennes. Actuellement, trois principaux types d'éoliennes sont utilisés - à tambour, à palettes (à vis) et rotatives (avec un profil de répulsif en forme de S).
Tambour et ailé. Bien que la roue éolienne de type tambour ait le taux d'utilisation de l'énergie éolienne le plus bas par rapport aux autres répulsifs modernes, elle est la plus largement utilisée. Dans de nombreuses fermes, il est utilisé pour pomper l'eau si, pour une raison quelconque, il n'y a pas d'électricité. Une forme typique d'une telle roue avec des lames en tôle est représentée sur la fig. 1. Les roues éoliennes à tambour et à palettes tournent sur un arbre horizontal, elles doivent donc être tournées face au vent pour obtenir les meilleures performances. Pour ce faire, on leur donne un gouvernail - une pale située dans un plan vertical, qui assure la rotation de la roue éolienne au vent. Le diamètre de roue de la plus grande éolienne à palettes au monde est de 53 m, la largeur maximale de sa pale est de 4,9 m. La roue éolienne est directement connectée à un générateur électrique d'une capacité de 1000 kW, qui se développe à une vitesse de vent de au moins 48 km/h. Ses pales sont réglées de manière à ce que la vitesse de rotation de l'éolienne reste constante et égale à 30 tr/min dans la plage de vitesse du vent de 24 à 112 km/h. En raison du fait que les vents soufflent assez souvent dans la zone où se trouvent ces éoliennes, l'éolienne génère généralement 50% de la puissance maximale du VENT et alimente le réseau électrique public. Les éoliennes à palettes sont largement utilisées dans les zones rurales reculées pour fournir de l'électricité aux exploitations agricoles, notamment pour charger les batteries des systèmes de communication radio. Ils sont également utilisés dans les centrales électriques embarquées des avions et des missiles guidés.
Rotor en forme de S. Le rotor en forme de S monté sur un arbre vertical (Fig. 2) est bon car une éolienne avec un tel répulsif n'a pas besoin d'être amenée dans le vent. Bien que le couple sur son arbre passe d'un minimum à un tiers de sa valeur maximale en un demi-tour, il ne dépend pas de la direction du vent. Lorsqu'un cylindre circulaire lisse tourne sous l'influence du vent, une force perpendiculaire à la direction du vent agit sur le corps du cylindre. Ce phénomène est appelé effet Magnus, du nom du physicien allemand qui l'a étudié (1852). En 1920-1930, A. Flettner a utilisé des cylindres rotatifs (rotors Flettner) et des rotors en forme de S au lieu d'éoliennes à aubes, ainsi que comme hélices pour un navire qui a fait la transition de l'Europe vers l'Amérique et retour.
Facteur d'utilisation de l'énergie éolienne. La puissance reçue du vent est généralement faible - moins de 4 kW sont développés par un type obsolète d'éolienne néerlandaise à une vitesse de vent de 32 km / h. La puissance du flux de vent utilisable est formée à partir de l'énergie cinétique des masses d'air se déplaçant par unité de temps perpendiculairement à la zone d'une taille donnée. Dans une éolienne, cette zone est déterminée par la surface au vent du répulsif. En tenant compte de la hauteur au-dessus du niveau de la mer, de la pression atmosphérique et de sa température, la puissance disponible N (en kW) par unité de surface est déterminée par l'équation N = 0,0000446 V3 (m/s). Le coefficient d'utilisation de l'énergie éolienne est généralement défini comme le rapport de la puissance développée sur l'arbre de l'éolienne à la puissance disponible du flux de vent agissant sur la surface au vent de la roue éolienne. Ce coefficient devient maximal à un certain rapport entre la vitesse du bord extérieur de la pale de l'éolienne w et la vitesse du vent u ; la valeur de ce rapport w/u dépend du type d'éolienne. Le facteur d'utilisation de l'énergie éolienne dépend du type d'éolienne et varie de 5 à 10 % (moulin hollandais à ailes plates, w/u = 2,5) à 35 à 40 % (répulseur à palettes profilées, 5 Ј w/u Ј 10) .
LITTÉRATURE
Énergie éolienne. M., 1982 Yaras L. et al., Énergie éolienne. M., 1982
Encyclopédie Collier. - Société ouverte. 2000 .
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Éolienne … Dictionnaire orthographique
Moteur, moteur pneumovent, éolienne, éolienne Dictionnaire des synonymes russes. éolienne n., nombre de synonymes : 4 moulin à vent (8) ... Dictionnaire des synonymes
Utilise l'énergie éolienne pour produire de l'énergie mécanique. La plupart des éoliennes à palettes sont répandues, dans lesquelles l'axe de rotation de la roue éolienne coïncide avec la direction du flux d'air ... Grand dictionnaire encyclopédique
éolienne- VD Un dispositif de conversion de l'énergie éolienne en énergie mécanique de rotation des éoliennes. [GOST R 51237 98] Sujets énergie éolienne Synonymes VD EN moteur éolien ... Manuel du traducteur technique
éolienne- éolienne... Dictionnaire des abréviations et abréviations
ÉNERGIE ÉOLIENNE- (éolienne) un moteur qui utilise l'énergie cinétique du vent pour générer de l'énergie mécanique. Vue primitive du moulin à vent V.. Il existe des éoliennes : à ailettes, à carrousel, ou rotatives, et à tambour... Grande Encyclopédie Polytechnique
Un moteur qui utilise l'énergie cinétique du vent pour générer de l'énergie mécanique. En tant que corps de travail du vent, qui perçoit l'énergie (pression) du flux de vent et la convertit en énergie mécanique de la rotation de l'arbre, ils utilisent ... ... Grande Encyclopédie soviétique
Machine qui convertit l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Le corps de travail d'une éolienne est une roue éolienne qui perçoit la pression du flux d'air et la convertit en énergie mécanique de la rotation de l'arbre. Distinguer… … Encyclopédie de la technologie
JE; M. Un moteur entraîné par la force du vent. * * * Une éolienne utilise l'énergie éolienne pour produire de l'énergie mécanique. La plupart des éoliennes à palettes sont répandues, dans lesquelles l'axe de rotation de la roue éolienne coïncide avec ... ... Dictionnaire encyclopédique
Un moteur utilisant la cinétique l'énergie éolienne pour générer des énergie. Distinguer V. vaned (voir fig.), En règle générale, avec un axe de rotation horizontal, avec un coefficient. consommation d'énergie éolienne jusqu'à 0,48 (le plus courant); carrousel, ... ... Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique
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éolienne, un dispositif qui convertit l'énergie éolienne en énergie de rotation. Le corps de travail principal d'une éolienne est une unité rotative - une roue entraînée par le vent et reliée de manière rigide à l'arbre, dont la rotation entraîne un équipement qui effectue un travail utile. L'arbre est installé horizontalement ou verticalement. Les éoliennes sont généralement utilisées pour générer de l'énergie consommée périodiquement: lors du pompage de l'eau dans les réservoirs, de la mouture du grain, dans les réseaux électriques temporaires, d'urgence et locaux.
Référence historique.
Bien que les vents de surface ne soufflent pas toujours, changent de direction et que leur force ne soit pas constante, l'éolienne est l'une des plus anciennes machines à obtenir de l'énergie à partir de sources naturelles. En raison de la fiabilité douteuse des anciens rapports écrits sur les éoliennes, on ne sait pas exactement quand et où ces machines sont apparues pour la première fois. Mais, à en juger par certains registres, ils existaient déjà avant le 7ème siècle. UN D On sait qu'ils ont été utilisés en Perse au Xe siècle, et en Europe occidentale les premiers appareils de ce type sont apparus à la fin du XIIe siècle. Au 16ème siècle le type de tente du moulin à vent hollandais a finalement été formé. Aucun changement particulier n'a été observé dans leur conception jusqu'au début du XXe siècle, lorsque, à la suite de recherches, les formes et les revêtements des ailes des moulins ont été considérablement améliorés. Les machines à basse vitesse étant encombrantes, dans la seconde moitié du XXe siècle. a commencé à construire des éoliennes à grande vitesse, c'est-à-dire ceux dont les éoliennes peuvent faire un grand nombre de tours par minute avec un fort coefficient d'utilisation de l'énergie éolienne.
Types modernes d'éoliennes.
Actuellement, trois principaux types d'éoliennes sont utilisés - à tambour, à palettes (à vis) et rotatives (avec un profil de répulsif en forme de S).
Tambour et ailé.
Bien que la roue éolienne de type tambour ait le taux d'utilisation de l'énergie éolienne le plus bas par rapport aux autres répulsifs modernes, elle est la plus largement utilisée. Dans de nombreuses fermes avec pomper de l'eau si, pour une raison quelconque, il n'y a pas d'électricité. Une forme typique d'une telle roue avec des lames en tôle est représentée sur la fig. 1. Les roues éoliennes à tambour et à palettes tournent sur un arbre horizontal, elles doivent donc être tournées face au vent pour obtenir les meilleures performances. Pour ce faire, on leur donne un gouvernail - une pale située dans un plan vertical, qui assure la rotation de la roue éolienne au vent. Le diamètre de roue de la plus grande éolienne à palettes au monde est de 53 m, la largeur maximale de sa pale est de 4,9 m. La roue éolienne est directement connectée à un générateur électrique d'une capacité de 1000 kW, qui se développe à une vitesse de vent de au moins 48 km/h. Ses pales sont réglées de manière à ce que la vitesse de rotation de l'éolienne reste constante et égale à 30 tr/min dans la plage de vitesse du vent de 24 à 112 km/h. En raison du fait que les vents soufflent assez souvent dans la zone où se trouvent ces éoliennes, l'éolienne génère généralement ~ 50% de la puissance maximale et alimente le réseau électrique public. Les éoliennes à palettes sont largement utilisées dans les zones rurales reculées pour fournir de l'électricité aux exploitations agricoles, notamment pour charger les batteries des systèmes de communication radio. Ils sont également utilisés dans les centrales électriques embarquées des avions et des missiles guidés.
Rotor en forme de S.
Le rotor en forme de S monté sur un arbre vertical (Fig. 2) est bon car une éolienne avec un tel répulsif n'a pas besoin d'être amenée dans le vent. Bien que le couple sur son arbre passe d'un minimum à un tiers de sa valeur maximale en un demi-tour, il ne dépend pas de la direction du vent. Lorsqu'un cylindre circulaire lisse tourne sous l'influence du vent, une force perpendiculaire à la direction du vent agit sur le corps du cylindre. Ce phénomène est appelé effet Magnus, du nom du physicien allemand qui l'a étudié (1852). En 1920–1930, A. Flettner a utilisé des cylindres rotatifs (rotors Flettner) et des rotors en forme de S au lieu de roues éoliennes à aubes, ainsi que comme hélices pour un navire qui a fait la transition de l'Europe vers l'Amérique et retour.
Facteur d'utilisation de l'énergie éolienne.
La puissance reçue du vent est généralement faible - moins de 4 kW sont développés par un type obsolète d'éolienne néerlandaise à une vitesse de vent de 32 km / h. La puissance du flux de vent utilisable est formée à partir de l'énergie cinétique des masses d'air se déplaçant par unité de temps perpendiculairement à la zone d'une taille donnée. Dans une éolienne, cette zone est déterminée par la surface au vent du répulsif. En tenant compte de l'altitude au-dessus du niveau de la mer, de la pression de l'air et de sa température, la puissance disponible N(en kW) par unité de surface est donnée par l'équation
N\u003d 0,0000446 V3 (m/s).
Le coefficient d'utilisation de l'énergie éolienne est généralement défini comme le rapport de la puissance développée sur l'arbre de l'éolienne à la puissance disponible du flux de vent agissant sur la surface au vent de la roue éolienne. Ce coefficient devient maximum à partir d'un certain rapport entre la vitesse du bord extérieur de la pale de l'éolienne w et la vitesse du vent tu; la signification de ce rapport w/tu dépend du type d'éolienne. Le facteur d'utilisation de l'énergie éolienne dépend du type d'éolienne et varie de 5 à 10 % (moulin hollandais à ailes plates, w/tu= 2,5) jusqu'à 35–40 % (répulseur à palettes profilées, 5 J w/tu 10 £).
un dispositif qui convertit l'énergie éolienne en énergie de rotation. Le corps de travail principal d'une éolienne est une unité rotative - une roue entraînée par le vent et reliée de manière rigide à l'arbre, dont la rotation entraîne l'équipement qui effectue un travail utile. L'arbre est installé horizontalement ou verticalement. Les éoliennes sont généralement utilisées pour générer de l'énergie consommée périodiquement: lors du pompage de l'eau dans les réservoirs, de la mouture du grain, dans les réseaux électriques temporaires, d'urgence et locaux.
Référence historique. Bien que les vents de surface ne soufflent pas toujours, changent de direction et que leur force ne soit pas constante, l'éolienne est l'une des plus anciennes machines à obtenir de l'énergie à partir de sources naturelles. En raison de la fiabilité douteuse des anciens rapports écrits sur les éoliennes, on ne sait pas exactement quand et où ces machines sont apparues pour la première fois. Mais, à en juger par certains registres, ils existaient déjà avant le 7ème siècle. UN D On sait qu'ils ont été utilisés en Perse au Xe siècle, et en Europe occidentale les premiers appareils de ce type sont apparus à la fin du XIIe siècle. Au 16ème siècle le type de tente du moulin à vent hollandais a finalement été formé. Aucun changement particulier n'a été observé dans leur conception jusqu'au début du XXe siècle, lorsque, à la suite de recherches, les formes et les revêtements des ailes des moulins ont été considérablement améliorés. Les machines à basse vitesse étant encombrantes, dans la seconde moitié du XXe siècle. a commencé à construire des éoliennes à grande vitesse, c'est-à-dire ceux dont les éoliennes peuvent faire un grand nombre de tours par minute avec un fort coefficient d'utilisation de l'énergie éolienne.
Types modernes d'éoliennes. Actuellement, trois principaux types d'éoliennes sont utilisés - à tambour, à palettes (à vis) et rotatives (avec un profil de répulsif en forme de S).
Tambour et ailé. Bien que la roue éolienne de type tambour ait le taux d'utilisation de l'énergie éolienne le plus bas par rapport aux autres répulsifs modernes, elle est la plus largement utilisée. Dans de nombreuses fermes, il est utilisé pour pomper l'eau si, pour une raison quelconque, il n'y a pas d'électricité. Une forme typique d'une telle roue avec des lames en tôle est représentée sur la fig. 1. Les roues éoliennes à tambour et à palettes tournent sur un arbre horizontal, elles doivent donc être tournées face au vent pour obtenir les meilleures performances. Pour ce faire, on leur donne un gouvernail - une pale située dans un plan vertical, qui assure la rotation de la roue éolienne au vent. Le diamètre de roue de la plus grande éolienne à palettes au monde est de 53 m, la largeur maximale de sa pale est de 4,9 m. La roue éolienne est directement connectée à un générateur électrique d'une capacité de 1000 kW, qui se développe à une vitesse de vent de au moins 48 km/h. Ses pales sont réglées de manière à ce que la vitesse de rotation de l'éolienne reste constante et égale à 30 tr/min dans la plage de vitesse du vent de 24 à 112 km/h. En raison du fait que les vents soufflent assez souvent dans la zone où se trouvent ces éoliennes, l'éolienne génère généralement 50% de la puissance maximale du VENT et alimente le réseau électrique public. Les éoliennes à palettes sont largement utilisées dans les zones rurales reculées pour fournir de l'électricité aux exploitations agricoles, notamment pour charger les batteries des systèmes de communication radio. Ils sont également utilisés dans les centrales électriques embarquées des avions et des missiles guidés.
Rotor en forme de S. Le rotor en forme de S monté sur un arbre vertical (Fig. 2) est bon car une éolienne avec un tel répulsif n'a pas besoin d'être amenée dans le vent. Bien que le couple sur son arbre passe d'un minimum à un tiers de sa valeur maximale en un demi-tour, il ne dépend pas de la direction du vent. Lorsqu'un cylindre circulaire lisse tourne sous l'influence du vent, une force perpendiculaire à la direction du vent agit sur le corps du cylindre. Ce phénomène est appelé effet Magnus, du nom du physicien allemand qui l'a étudié (1852). En 1920-1930, A. Flettner a utilisé des cylindres rotatifs (rotors Flettner) et des rotors en forme de S au lieu d'éoliennes à aubes, ainsi que comme hélices pour un navire qui a fait la transition de l'Europe vers l'Amérique et retour.
Facteur d'utilisation de l'énergie éolienne. La puissance reçue du vent est généralement faible - moins de 4 kW sont développés par un type obsolète d'éolienne néerlandaise à une vitesse de vent de 32 km / h. La puissance du flux de vent utilisable est formée à partir de l'énergie cinétique des masses d'air se déplaçant par unité de temps perpendiculairement à la zone d'une taille donnée. Dans une éolienne, cette zone est déterminée par la surface au vent du répulsif. En tenant compte de la hauteur au-dessus du niveau de la mer, de la pression atmosphérique et de sa température, la puissance disponible N (en kW) par unité de surface est déterminée par l'équation N = 0,0000446 V3 (m/s). Le coefficient d'utilisation de l'énergie éolienne est généralement défini comme le rapport de la puissance développée sur l'arbre de l'éolienne à la puissance disponible du flux de vent agissant sur la surface au vent de la roue éolienne. Ce coefficient devient maximal à un certain rapport entre la vitesse du bord extérieur de la pale de l'éolienne w et la vitesse du vent u ; la valeur de ce rapport w/u dépend du type d'éolienne. Le coefficient d'utilisation de l'énergie éolienne dépend du type d'éolienne et varie de 5-10 % (moulin hollandais à ailes plates, w/u = 2,5) à 35-40 % (répulseur à palettes profilées, 5 R€ w/u R€ 10 ).
LITTÉRATURE
Énergie éolienne. M., 1982 Yaras L. et al., Énergie éolienne. M., 1982
