El ser humano ha utilizado la energía eólica durante miles de años. Civilizaciones antiguas como Egipto, Babilonia y China fueron los primeros países del mundo en utilizar la energía eólica. La navegación asistida por velas es la forma más antigua de utilización de la energía eólica. Hasta el siglo XIX, los veleros eran el principal medio de transporte marítimo. La extracción de agua con energía eólica era la principal forma de utilización de la energía eólica en los primeros tiempos. En el antiguo Egipto, alrededor del año 3600 a. C. se utilizaban molinos de viento para extraer agua y irrigar. A principios del siglo XII, los molinos de viento se introdujeron en Europa y, antes de la invención de la máquina de vapor, los molinos de viento habían sido una importante fuente de energía allí. Los Países Bajos, conocidos como el "país de las tierras bajas", han utilizado durante mucho tiempo molinos de viento para drenar el agua para la agricultura, la molienda de harina, la extracción de aceite y el aserrado de madera. Hasta el día de hoy, miles de molinos de viento se han conservado como reliquias culturales y se han convertido en símbolos de los Países Bajos. En el siglo XIX, cuando los molinos de viento europeos fueron reemplazados gradualmente por máquinas de vapor, Estados Unidos utilizó millones de modernos molinos de viento metálicos y frondosos para levantar agua a medida que desarrollaba Occidente. China también ha utilizado molinos de viento para elevar agua durante más de 1.700 años. Hasta mediados del siglo XX, sólo en la provincia de Jiangsu había más de 200.000 molinos de viento para riego, drenaje y producción de sal.
La generación de energía eólica es la principal forma de utilización moderna de la energía eólica. A finales de 2019, Dinamarca comenzó a desarrollar aerogeneradores (para abreviar, windturbers), pero hasta los años 1960, aunque los países industrializados produjeron algunos prototipos, no se comercializaron salvo pequeños aerogeneradores para carga. Desde 65438 hasta 0973, después de la crisis del petróleo, la gente se dio cuenta de que los recursos de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo eran limitados y eventualmente se agotarían. Los problemas ambientales como la contaminación del aire y el efecto invernadero causado por la quema de combustible se volvieron cada vez más graves. Para proteger la Tierra en la que vivimos, es imperativo desarrollar vigorosamente energías renovables y limpias, como la energía eólica, la energía solar y la energía oceánica. La utilización de la energía eólica ha recibido una atención renovada y se han logrado grandes avances. A finales de 1993, la capacidad mundial instalada de turbinas eólicas era de aproximadamente 3 millones de kilovatios, con una generación de energía anual de 5 mil millones de kilovatios hora. La energía eólica tiene la capacidad de competir con la generación de energía tradicional.
Máquina que convierte la energía cinética del viento en otras formas de energía utilizables (como energía eléctrica, energía mecánica, energía térmica, etc.). ) se denominan colectivamente dispositivos de conversión de energía eólica. Las turbinas eólicas son el dispositivo de conversión de energía eólica más común. Las turbinas eólicas modernas generalmente constan de un sistema de turbina eólica, un sistema de transmisión, un sistema de conversión de energía, un sistema de protección, un sistema de control y una torre.
El sistema de turbina eólica es el componente central de la turbina eólica, incluidas las palas y los bujes. Las palas de una turbina eólica son similares a los rotores de un avión-helicóptero y tienen una forma aerodinámica con una sección transversal similar al perfil aerodinámico de un avión. Desde la raíz de la pala hasta la punta de la pala, el ángulo de torsión y la longitud de la cuerda tienen un patrón de distribución determinado. Cuando el flujo de aire (viento) fluye sobre las aspas, crea elevación y resistencia. El componente de su fuerza combinada en la dirección vertical del eje del rotor puede hacer girar el rotor eólico e impulsar el eje de transmisión para que gire, convirtiendo la energía cinética del viento en energía mecánica del eje de transmisión.
El sistema de protección y el sistema de regulación de los aerogeneradores son componentes importantes para garantizar la seguridad y mejorar el funcionamiento. El sistema de ajuste de la turbina eólica es un mecanismo que ajusta automáticamente los parámetros de movimiento de la rueda eólica y se compone principalmente de un dispositivo de ajuste de dirección y un dispositivo de ajuste de velocidad. La función del dispositivo de ajuste de dirección es ajustar el plano de rotación de la rueda eólica perpendicular a la dirección del flujo de aire, maximizando así la potencia de salida de la turbina eólica. Los timones de cola se utilizan a menudo para ajustar la dirección de pequeñas turbinas eólicas. Cuando el eje de rotación de la rueda de viento no coincide con la dirección del flujo de aire, la fuerza aerodinámica que actúa sobre el timón de cola puede mantener el plano de rotación de la rueda de viento consistente con la dirección del flujo de aire. Los servomotores se utilizan habitualmente en turbinas eólicas medianas y grandes.
Bajo el control de la veleta y el motor del tacómetro, puede girar hacia adelante y hacia atrás para ajustar la dirección.
El dispositivo de regulación de velocidad de la turbina eólica de eje vertical ajusta la velocidad de la rueda eólica, desempeña un papel en la regulación de la potencia dentro del rango de velocidad del viento de trabajo de la turbina eólica y desempeña una función protectora en caso de vientos fuertes. velocidades.
Las torres se utilizan para soportar el rotor, la góndola y otros componentes del aerogenerador. La rueda de viento se coloca a cierta altura y utiliza el efecto cortante del viento para aumentar la potencia de salida de la rueda de viento. Por ejemplo, en campos rurales, si la velocidad del viento a una altura de 10 m es de 5 m/s, la velocidad del viento a una altura de 20 my 30 m puede alcanzar 5,6 m/s y 6 m/s respectivamente. La potencia de salida de la rueda de viento es proporcional al cubo de la velocidad del viento. La rueda eólica tiene una potencia de 100 kW con una velocidad del viento de 5 m/s y hasta 173 kW con una velocidad del viento de 6 m/s. Las turbinas eólicas modernas están equipadas con un sistema de monitoreo electrónico especial en la base de la torre que controla todos los componentes. para operar de manera coordinada y monitorear fallas.
Las turbinas eólicas existen en muchas formas, cada una con sus propias características. Según la potencia nominal de los aerogeneradores, se pueden dividir en micro (menos de 1 kW), pequeños (1 ~ 10 kW), medianos (10 ~ 100 kW) y grandes (más de 100 kW). Según la forma del eje del aerogenerador, existen aerogeneradores de eje horizontal y aerogeneradores de eje vertical. El más común es el aerogenerador de eje horizontal, que ya está técnicamente maduro. En comparación con las turbinas eólicas de eje horizontal, las ventajas de las turbinas eólicas de eje vertical son: pueden moverse en cualquier dirección del viento y no requieren un dispositivo de ajuste de dirección; en segundo lugar, el generador está ubicado cerca del suelo para facilitar el mantenimiento; Hay dos tipos de aerogeneradores de eje vertical, uno es el tipo de resistencia y los más comunes son los aerogeneradores Savonis, los aerogeneradores de placa plana y los aerogeneradores de turbina. El otro es el tipo de elevación, como la rueda de viento Darieux en forma de φ y la rueda de viento de pala recta. La desventaja de las turbinas eólicas de eje vertical es su pobre rendimiento de arranque y frenado.
Existen varios tipos de aerogeneradores de eje horizontal en función del número de palas: monopala, doble pala, tres palas y multipala. Las turbinas eólicas de eje horizontal se dividen según las posiciones relativas de la rueda de viento, la dirección del viento y la torre. Hay turbinas eólicas a favor del viento y turbinas a favor del viento. Los aerogeneradores a favor del viento son aquellos en los que el viento fluye primero a través del rotor y luego a través de la torre; los aerogeneradores a favor del viento, en los que el viento fluye primero a través de la torre y luego a través del rotor, tienen la capacidad de ir automáticamente en contra del viento, pero El flujo de aire fluye a través de la torre. Detrás se forman corrientes de Foucault, lo que reduce la potencia de salida del rotor. Este es el llamado efecto de sombra de la torre.
El uso humano de la energía eólica se puede dividir en muchas formas según sus usos, como ayuda a la vela, levantamiento de agua por el viento, generación de energía eólica, calentamiento del viento, etc. Entre ellos, la generación de energía eólica es la más importante forma de desarrollo moderno.
Especialmente en los últimos diez años, la generación de energía eólica ha recibido atención en muchos países alrededor del mundo, y su desarrollo y aplicación han sido muy rápidos. Existen varios métodos de aplicación principales: 1. El suministro de energía eólica es independiente, es decir, la energía eléctrica producida por el aerogenerador suministra energía a la carga a través de la batería. Generalmente, las microturbinas eólicas adoptan este método y son adecuadas para zonas rurales, zonas pastorales, islas y otros lugares en zonas remotas. Por supuesto, también existen algunos dispositivos de conversión de energía eólica que no requieren baterías para suministrar energía directamente a la carga. 2. Suministro de energía eólica conectado a la red, es decir, el método de operación en el que las turbinas eólicas están conectadas a la red y transmiten energía a la red. Este método suele ser utilizado por aerogeneradores medianos y grandes. Es seguro y sencillo, y no requiere que se consideren cuestiones de almacenamiento de energía. 3. El sistema de suministro de energía eólica/diésel es un método de suministro de energía complementario que combina turbinas eólicas y generadores diésel en un solo sistema para suministrar energía a la carga. En áreas remotas no cubiertas por la red eléctrica, este sistema puede proporcionar energía estable, confiable y continua, aprovechando así al máximo la energía eólica y ahorrando combustible. 4. El sistema de viento/luz, es decir, un sistema de suministro de energía combinado compuesto por turbinas eólicas y células solares, también es un método de suministro de energía complementario. En las zonas de clima monzónico de mi país, si se adopta este sistema, puede proporcionar una producción de energía relativamente estable durante todo el año para complementar la escasez de energía local.
La elevación del agua por el viento fue la principal forma de utilización temprana de la energía eólica y todavía se utiliza en muchos países, especialmente en los países en desarrollo. La navegación asistida por velas es la forma más antigua de utilización de la energía eólica. Hoy en día, además de los veleros tradicionales, también se han desarrollado modernos barcos a vela de gran tamaño, principalmente para el transporte marítimo.
En 1980, Japón construyó el primer barco moderno asistido por velas del mundo, el "New Amity". Tenía dos velas duras rectangulares con un área de 12,15 m × 8 m, un perfil aerodinámico laminar en sección transversal y un aire moderno. Nueva tecnología en dinámica. Según las estadísticas, las velas utilizadas como energía auxiliar para los barcos pueden reducir el consumo de combustible entre un 10 y un 15%.
El calentamiento eólico es una forma de aprovechamiento de la energía eólica desarrollada en los últimos años. Convierte directamente la energía mecánica producida por el eje de la rueda eólica en energía térmica a través de un calentador, que se utiliza para calentar invernaderos, acuicultura y secado de productos agrícolas. Hay dos tipos de calentadores: 1. Utilice métodos de calentamiento directo, como calentadores de fricción sólido-sólido, calentadores de líquido agitado, calentadores de amortiguación de presión de aceite, calentadores de gas comprimido, etc. 2. Utilice métodos de calentamiento indirecto, como calentamiento por resistencia, calentamiento por corrientes parásitas y electrólisis del agua para producir hidrógeno. En la actualidad, la tecnología de calefacción eólica todavía se encuentra en la etapa de demostración y prueba. Las pruebas han demostrado que los dispositivos de calentamiento directo son más eficientes que los dispositivos de calentamiento indirecto y el sistema es simple.