Vēja turbīna

Vēja turbīna ir ierīce, kas pārveido vēja kinētisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Ja mehāniskā enerģija tiek pārvērsta elektriskajā enerģijā, ierīci mēdz saukt arī par vēja ģeneratoru. Ierīces, kas vēja enerģiju izmanto ūdens sūknēšanai vai graudu malšanai, sauc par vējdzirnavām.

5 MW vēja ģeneratori Ziemeļjūrā Beļģijas piekrastē

Vēja enerģija rodas, gaisa masām sastopot savā ceļā šķērsli un atdodot tam daļu savas enerģijas. Šo principu lieto mūsdienu vēja turbīnās. Vējš ar savu spēku iekustina turbīnas spārnus, radot mehānisko enerģiju, kura pēc tam ar ģeneratoru palīdzību tiek pārvērsta elektriskajā enerģijā. Enerģiju, ko iegūst no vēja (E),var aprēķināt pēc formulas E=cv³, kur c ir vēja izmantošanas koeficients, bet v ir vēja ātrums.

Vēja turbīnu veidi

Vēja turbīnas iedalās mazajās, vidēja lieluma un lielajās turbīnās. Mazo jaudu turbīnām jauda ir 20 līdz 3000 W. Tās izmanto atsevišķu objektu energoapgādei. Savukārt vidēji lielu turbīnu jauda ir no 30—600 kW. Vidēji lielās turbīnas apvieno grupās — vēja fermās. Šīs turbīnas izmanto komerciālās enerģijas ražošanai. Lielo turbīnu jauda pārsniedz 1 MW un šīs turbīnas spēj nodrošināt ar elektrību nelielu pilsētiņu. Vēja turbīnām mēdz būt dažāds spārnu skaits — no viena līdz pat ļoti daudziem, bet vispopulārākās ir trīsspārnu turbīnas.

Vēja turbīnas uzbūve

Horizontālās ass vēja turbīnas komponenti

• Anemometrs — ar to mēra vēja ātrumu, rezultātus elektroniski nosūta kontrolierim, kas iedarbina turbīnu.
• Vējrādis — nosūta signālus par vēja virzienu uz kontrolieri.
• Gondola — tajā atrodas visi mehānismi — spārnu vārpstas, ģenerators ar elektroiekārtu, gondolas grozīšanas mehānisms, dzesēšanas iekārtas, zobrati u.c. Gondolā var uzturēties arī apkalpojošais personāls. Tās izmēri ir līdz pat autobusa lielumam un svars līdz pat 100 tonnām.
• Rotora spārni — notver vēju un tā spēku pievada rotora rumbai. Modernajās vēja turbīnās spārnu garums var sasniegt 50 m. Tos izgatavo no stikla vai oglekļa šķiedras kopā ar epoksīda sveķiem.
• Rotora rumba — pievienota vēja turbīnas mazo ātrumu asij (vārpstai).
• Mazo ātrumu ass — vējš iegriež spārnu un tad sāk griezt mazo ātrumu asi, kura savienota ar zobratu pārvadu, kas savukārt iegriež lielo ātrumu asi.
• Zobratu pārvads — liek lielo ātrumu asij griezties apmēram 50 reižu ātrāk par mazo ātrumu asi.
• Lielo ātrumu ass — rotē ar ātrumu apmēram 1500 apgriezieni minūtē un griež elektroģeneratora vārpstu.
• Bremze — diska bremze var mehāniski, elektriski vai hidrauliski apturēt rotoru.
• Elektrības ģenerators — to bieži dēvē par indukcijas ģeneratoru. Modernas vēja turbīnas maksimālā elektriskā jauda ir 500—1500 kW.
• Kontrolieris — nepārtraukti seko līdzi vēja turbīnas darbībai un stāvoklim. Ja atgadās kļūme, tad tas aptur mehānismu. Kontrolē zobratu mehānismu.
• Zobratu mehānisms — pagriež gondolu kopā ar rotoru pret vēju.
• Dzesēšanas iekārta — elektriskais ventilators, kas dzesē elektroģeneratoru.
• Tornis — būvēts no biezsienu (20—40 mm) metāla caurulēm un tā iekšpusē ir kāpnes vai lifts. Torņa augstums ir vismaz tik liels, cik rotora diametrs. Visu turbīnu nokrāso baltu, lai pasargātu konstrukciju no sasilšanas un deformācijas.

Vēja ģeneratoru izmantošana Latvijā

Latvijā pirmais vēja ģenerators tika uzstādīts Jelgavas rajonā Nākotnē, DOSAAF aerodroma vajadzībām (demontēts).^{[nepieciešama atsauce]} Tārgales vēja parkā ir 14 turbīnas ar 4,2MW jaudu katra. Pie Liepājas uzstādīts Grobiņas vēja parks, kurā ir 33 vēja turbīnas, ar kopjaudu 20 MW. Vēja ģeneratori ir uzstādīti arī Užavā (P = 1 MW) un citur.

Video vēja turbīna

Vēja ģeneratoru izmantošana pasaulē

Pasaulē aizvien lielāku uzmanību pievērš atjaunojamajai enerģijai, kuru iespējams iegūt no vēja. Zinātnieki cenšas palielināt vēja ģeneratoru lietderības koeficientu. Lielu ieguldījumu šajā darbā ir devis Latvijas izgudrotājs Vasilijs Jegorovs, kurš izstrādājis pavisam atšķirīgas konstrukcijas vēja dzinēju — par 20% lētāku un ar augstāku lietderības koeficientu k=0,82 (pārējiem k = 0,45).^{[nepieciešama atsauce]} Pēdējos gados pasaulē ir strauji pieaugusi vēja turbīnu jauda. 1997. gadā to kopējā jauda bija 7600 MW, 2002. gadā — 31000 MW. Vislielāko ieguldījumu dod Eiropa, tad ASV un visa pārējā pasaule.

Vēja ģeneratoru jauda

Vācija	39 165 MW
Spānija	22 987 MW
Dānija	4 845 MW
Itālija	8 663 MW
Nīderlande	2 805 MW
Latvija	62 MW
Lietuva	279 MW
Igaunija	303 MW
Visas Eiropas valstis	133 969 MW