47,332
עריכות
שינויים
אין תקציר עריכה
[[תמונה:Turbiny wiatrowe ubt.jpeg|left|thumb|400px|טורבינת רוח בנוף]]
[[תמונה:Turbiny wiatrowe ubt.jpeg|left|thumb|400px|טורבינת רוח בנוף]]
'''טורבינת רוח''' היא מכונה המשמשת להמרת האנרגיה הקינטית של הרוח ('''[[אנרגיית רוח]]''') לאנרגיה מכנית. אם האנרגיה המכנית
'''טורבינת רוח''' היא מכונה המשמשת להמרת האנרגיה הקינטית של הרוח ('''[[אנרגיית רוח]]''') לאנרגיה מכנית. אם האנרגיה המכנית מנוצלת באופן ישיר על ידי מכונות כמו משאבה או מטחנה, המכונה נקראת בדרך כלל טחנת רוח. אם האנרגיה המכנית מומרת לאנרגיה חשמלית, המכונה נקראת גנרטור רוח.
מנוצלת באופן ישיר על ידי מכונות כמו משאבה או מטחנה, המכונה נקראת בדרך כלל טחנת רוח. אם האנרגיה המכנית מומרת לאנרגיה חשמלית, המכונה נקראת גנרטור רוח.
==סוגי טורבינות רוח==
==סוגי טורבינות רוח==
ניתן לסווג את טורבינות הרוח לשני סוגים כלליים בהתבסס על פי הציר שעליו הטורבינה סובבת. טורבינות הסובבות סביב ציר אופקי הינן הנפוצות ביותר, בעוד שטורבינות בעלות ציר אנכי, הינן נדירות יותר. הנסיון מראה כי [[נצילות|נצילותן]] של טורבינות ציר אנכי גבוהה מזו של טורבינות ציר אופקי, אך השימוש בהן רווח פחות, מסיבות של עלויות תכנון והקמה.
ניתן לסווג את טורבינות הרוח לשני סוגים כלליים בהתבסס על הציר שעליו סובבת הטורבינה. טורבינות הסובבות סביב ציר אופקי הינן הנפוצות ביותר, בעוד שטורבינות בעלות ציר אנכי, הינן נדירות יותר. הנסיון מראה כי [[נצילות|נצילותן]] של טורבינות ציר אנכי גבוהה מזו של טורבינות ציר אופקי, אך השימוש בהן רווח פחות, מסיבות של עלויות תכנון והקמה.
ניתן לסווג את הטורבינות גם על פי המיקום בו הן משתמשים בהם. טורבינות רוח על על החוף, בים ואפילו באוויר, הינן בעלות מאפייני עיצוב ייחודיים שמוסברים בהרחבה רבה יותר בחלק [[#עיצוב ובניה של טורבינות רוח|עיצוב ובניה של טורבינות רוח]].
ניתן לסווג את הטורבינות גם על פי המיקום בו משתמשים בהן. טורבינות רוח על על החוף, בים ואפילו באוויר, הינן בעלות מאפייני עיצוב ייחודיים שמוסברים בהרחבה רבה יותר בחלק [[#עיצוב ובניה של טורבינות רוח|עיצוב ובניה של טורבינות רוח]].
ב[[מגדל סולארי עם רוח עולה]] משתשמשים בטורבינות רוח יחד עם [[אוגרי חום שמש]] כדי להפיק חשמל באמצעות חימום אויר על ידי השמש בדיסקת איסוף רחבה, ואז זרימה מהירה של האויה במעלה ארובה מרכזית גבוהה.
ב[[מגדל סולארי עם רוח עולה]] משתשמשים בטורבינות רוח יחד עם [[אנרגיית שמש]]. אוגרי חום אוספים את אור השמש, גורמים לחימום אויר בדיסקת איסוף רחבה, וגורמים לזרימה מהירה של האויר במעלה ארובה מרכזית גבוהה שמסובבת טורבינה.
===טורבינות ציר אופקי===
===טורבינות ציר אופקי===
[[תמונה:Turbine aalborg.jpg|left|thumb|200px|טורבינת רוח בעלת ציר אנכי באלבורג, דנמרק. ניתן להבחין בדלת כניסה סטנדרטית שמספקת קנה מידה לתמונה.]]
[[תמונה:Turbine aalborg.jpg|left|thumb|200px|טורבינת רוח בעלת ציר אנכי באלבורג, דנמרק. ניתן להבחין בדלת כניסה רגילה שמספקת קנה מידה לתמונה.]]
ב'''טורבינות ציר-אופקי''' (HAWT) ציר הרוטור הראשי והגנרטור נמצאים בראש מגדל, וחייבים להיות מכוונים אל תוך הרוח באמצעות אמצעי כלשהו. טורבינות קטנות מכוונות על ידי שבשבת רוח פשוטה, בעוד שטורבינות גדולות משתמשות בדרך כלל בחיישן רוח הפועל יחד עם מנוע-שרות. לרוב הטורבינות יש גם תיבת הילוכים, שהופכת את הסיבוב האיטי של הלהבים לסיבוב מהיר יותר, שמתאים יותר להפקת חשמל.
היות ונוצרות מערבולות רוח מאחורי מגדלים, הטורבינה בדרך כלל מכוונת עם כיוון הרוח לפני המגדל. להבי הטורבינה מיוצרים כך שהם קשיחים כדי למנוע את דחיפת הלהבים אל תוך המגדל ברוחות מהירות. בנוסף לכך, הלהבים מוצבים במרחק ניכר לפני המגדל ולפעמים מוטים מעט למעלה.
היות ונוצרות מערבולות רוח מאחורי מגדלים, הטורבינה בדרך כלל מכוונת עם כיוון הרוח לפני המגדל. להבי הטורבינה מיוצרים כך שהם קשיחים כדי למנוע את דחיפת הלהבים אל תוך המגדל ברוחות מהירות. בנוסף לכך, הלהבים מוצבים במרחק ניכר לפני המגדל ולפעמים מוטים מעט למעלה.
עומס מחזורי (Cyclic Stresses) גורם לעייפות חומר בלהבים, בציר ובמגדל הנושא. עומס זה הוא הסיבה המובילה לכשלים טכניים בטורבינות במשך שנים רבות, וכתוצאה מכך לעלות תחזוקה גבוה יותר. מהירות הרוח הממוצעת עולה בדרך כלל עם הגובה. כתוצאה מכך כוח הכפיפה לאחור והפיתול בטורבינות בעלות ציר אופקי הינם בשיאם כאשר הלהב נמצא בנקודה הגבוהה ביותר במעגל. המגדל מפריע לזרימת האוויר בחלק הנמוך ביותר של המעגל, דבר שיוצר שפל בכוח ובפיתול. השפעות אלו יוצרות עיוות מחזורי בצירים הראשיים של טורבינות ציר אנכי. העיוות גרוע יותר בטורבינות בעלות מספר זוגי של להבים, שבהם להב אחד נמצא למעלה כאשר להב נגדי נמצא למטה. כדי לשפר את אמינות הטורבינות הותקנו צירי טלטול שמאפשרים לציר הראשי להתנדנד בטווח של כמה מעלות, כך שמיסבים הכדוריים הראשיים לא צריכים להתנגד לשיאי הפיתול.
עומס מחזורי (Cyclic Stresses) גורם לעייפות חומר בלהבים, בציר ובמגדל הנושא. עומס זה הוא הסיבה המובילה לכשלים טכניים בטורבינות במשך שנים רבות, וכתוצאה מכך לעלות תחזוקה גבוה יותר. מהירות הרוח הממוצעת עולה בדרך כלל עם הגובה. כתוצאה מכך כוח הכפיפה לאחור והפיתול בטורבינות בעלות ציר אופקי הינם בשיאם כאשר הלהב נמצא בנקודה הגבוהה ביותר במעגל. המגדל מפריע לזרימת האוויר בחלק הנמוך ביותר של המעגל, דבר שיוצר שפל בכוח ובפיתול. השפעות אלו יוצרות עיוות מחזורי בצירים הראשיים של טורבינות ציר אנכי. העיוות גרוע יותר בטורבינות בעלות מספר זוגי של להבים, שבהם להב אחד נמצא למעלה כאשר להב נגדי נמצא למטה. כדי לשפר את אמינות הטורבינות הותקנו צירי טלטול שמאפשרים לציר הראשי להתנדנד בטווח של כמה מעלות, כך שמיסבים הכדוריים הראשיים לא צריכים להתנגד לשיאי הפיתול.
כאשר הטורבינה מסתובבת כדי לעמוד בניצב לרוח, הלהבים הסובבים מתנהגים בדומה לג'ירוסקופ. כאשר היא מסתובבת לחץ ג'ירוסקופי מנסה לסובב את הטורבינה כך שזו תבצע "סלטה" קדימה או אחורה. הפיתול המעגלי הזה יכול להוביל לעייפות החומר ולסדקים במיסבים, בצירים ובשורשי הלהב של הטורבינה.
כאשר הטורבינה מסתובבת כדי לעמוד בניצב לרוח, הלהבים הסובבים מתנהגים בדומה לג'ירוסקופ. כאשר היא מסתובבת, לחץ ג'ירוסקופי מנסה לסובב את הטורבינה כך שזו תבצע "סלטה" קדימה או אחורה. הפיתול המעגלי הזה יכול להוביל לעייפות החומר ולסדקים במיסבים, בצירים ובשורשי הלהב של הטורבינה.
===טורבינות ציר אנכי===
===טורבינות ציר אנכי===
[[תמונה:Windlahor.jpg|left|thumb|200px|טחנת רוח עם מפרשים סובבים בקרואטיה]]
[[תמונה:Windlahor.jpg|left|thumb|200px|טחנת רוח עם מפרשים סובבים בקרואטיה]]
בטורבינות ציר אנכי, ציר הרוטור הראשי עומד מאונך לקרקע. יתרון אחד של עיצוב זה הינו שהגנרטור ו\או תיבת ההילוכים יכולים להיות מוצבים בתחתית, ליד האדמה, כך שהמגדל לא נדרש לשאת אותם. יתרון שני הוא שאין צורך להפנות את הטורבינה אל תוך הרוח. החסרונות הם פעימות של מומנט פיתול שנוצרות במהלך כל סיבוב, והקושי של הצבת טוריבינות ציר אנכי על מגדלים, דבר שמשמעותו היא שהן חייבות לפעול בזרמי אוויר איטיים יותר ומערבולתיים יותר שזורמים לדי הקרקע, עם יעילות הפקת אנרגיה נמוכה יותר.
בטורבינות ציר אנכי, ציר הרוטור הראשי עומד מאונך לקרקע. יתרון אחד של עיצוב זה הוא שהגנרטור ו\או תיבת ההילוכים יכולים להיות מוצבים בתחתית, ליד האדמה, כך שהמגדל לא נדרש לשאת אותם. יתרון שני הוא שאין צורך להפנות את הטורבינה אל תוך הרוח. החסרונות הם פעימות של מומנט פיתול שנוצרות במהלך כל סיבוב, והקושי של הצבת טוריבינות ציר אנכי על מגדלים, דבר שמשמעותו הוא שהן חייבות לפעול בזרמי אוויר איטיים יותר ומערבולתיים יותר שזורמים ליד הקרקע, עם יעילות הפקת אנרגיה נמוכה יותר.
====טחנת רוח עם מפרשים סובבים====
====טחנת רוח עם מפרשים סובבים====
'''[[טחנת רוח עם מפרשים סובבים]]''' היא בעלת 3 מפרשים בעלי שטח משתנה. מהירות הסיבוב נשלטת על ידי מונה סיבובים מגנטי יחד עם יחידת בקרה בעלת מעבד שפורשת או מצמצמת את המפרשים בהתאם למהירות הרצויה ולמהירות הרוח. תחנות רוח אלו מתחילות לייצר חשמל במהירויות מעל 2 מטר בשנייה. במקרה של כשל ביחדית הבקרה, רוחות מהירות יקרעו את המפרשים, אבל המסגרת תישאר ללא פגע. עיצוב זה הוא חדש, נכון לשנת 2007.
'''[[טחנת רוח עם מפרשים סובבים]]''' היא בעלת 3 מפרשים בעלי שטח משתנה. מהירות הסיבוב נשלטת על ידי מונה סיבובים מגנטי יחד עם יחידת בקרה בעלת מעבד שפורשת או מצמצמת את המפרשים בהתאם למהירות הרצויה ולמהירות הרוח. תחנות רוח אלו מתחילות לייצר חשמל במהירויות מעל 2 מטר בשנייה. במקרה של כשל ביחידת הבקרה, רוחות מהירות יקרעו את המפרשים, אבל המסגרת תישאר ללא פגע. עיצוב זה הוא חדש יחסית, נכון לשנת 2007.
[[תמונה:Darrieus-windmill.jpg|left|thumb|200px|[[טורבינות רוח דריוס]] בגובה 30 מטר באיי מגדלה, קנדה.]]
[[תמונה:Darrieus-windmill.jpg|left|thumb|200px|[[טורבינות רוח דריוס]] בגובה 30 מטר באיי מגדלה, קנדה.]]
====טורבינות רוח דריוס====
====טורבינות רוח דריוס====
[[טורבינות רוח דריוס]] (Darrieus)''', אלו הן טורבינות רוח הדומות למטרף ביצים. יש להן יעילות טובה, אבל הן מייצרות גל חזק של מומנט פיתול ומתח מעגלי חזק על המגדל, דבר התורם לאמינות נמוכה. כמו כן הם זקוקים בדרך כלל למקור אנרגיה חיצוני כלשהו, או למנוע שרות כדי להתחיל להסתובב, היות ומומנט הפיתול ההתחלי הוא נמוך מאוד. גל מומנט הפיתול נחלש כאשר משתמשים ב3 להבים או יותר.
'''[[טורבינות רוח דריוס]] (Darrieus)''', אלו הן טורבינות רוח הדומות למטרף ביצים. יש להן יעילות טובה, אבל הן מייצרות גל חזק של מומנט פיתול ומתח מעגלי חזק על המגדל, דבר התורם לאמינות נמוכה. כמו כן הן זקוקות בדרך כלל למקור אנרגיה חיצוני כלשהו, או למנוע שרות כדי להתחיל להסתובב, היות ומומנט הפיתול ההתחלי הוא נמוך מאוד. גל מומנט הפיתול נחלש כאשר משתמשים ב-3 להבים או יותר.
'''תחנת-ג'ירו (Giromill)''' היא סוג של טורבינת דריוס: מתקנים דמויי מעלית אלו הינם בעלי להבים אנכיים. סוג הטורבינה הציקלית הינו בעל שיפוע משתנה, דבר שנועד להקטין את מומנט הפיתול ולאפשר אתחול עצמי [http://www.awea.org/faq/vawt.html] היתרונות של שיפוע משתנה הם מומנט פיתול התחלי גבוה, עקומת מומנט פיתול רחבה ושטוחה יחסית, מתאם גבוה יותר של ביצועים, תפעול יעיל יותר ברוחות עם מערבולות, ויחס נמוך יותר של מהירות להב דבר שמוריד את מתח הכיפוף. ניתן לשתמש בלהבים ישרים, בצורת V או מעוקלים.
'''תחנת-ג'ירו (Giromill)''' היא סוג של טורבינת דריוס: מתקנים דמויי מעלית אלו הינם בעלי להבים אנכיים. סוג הטורבינה הציקלית הינו בעל שיפוע משתנה, דבר שנועד להקטין את מומנט הפיתול ולאפשר אתחול עצמי [http://www.awea.org/faq/vawt.html] היתרונות של שיפוע משתנה הם מומנט פיתול התחלי גבוה, עקומת מומנט פיתול רחבה ושטוחה יחסית, מתאם גבוה יותר של ביצועים, תפעול יעיל יותר ברוחות עם מערבולות, ויחס נמוך יותר של מהירות להב דבר שמוריד את מתח הכיפוף. ניתן לשתמש בלהבים ישרים, בצורת V או מעוקלים.
====טורבינות רוח סאבוניוס====
====טורבינות רוח סאבוניוס====
'''[[טורבינות רוח סאבוניוס]] (Savonius''')- אלו הם שניים או יותר "ידיות מצקת" הפועלות על עקרון של סחב (drag). המוכרות ממדי רוח או ממאווריים על גגות של אוטובוסים, ומכמה טורבינות בעלות יעילות נמוכה ואמינות גבוהה. הם תמיד יכולים לאתחל את עצמם (אם יש לפחות 3 ידיות), לפעמים הם בעלי מצקות ארוכות ולוליניות, כדי לתת מומנט פיתול חלק. רורטור בנש (Banesh) ובעיקר רוטור רהי (Rahai) משפרים את היעילות על ידי עיצוב הלהבים כך שהם ייצו גם כוח עילוי, ולא רק סחב.
'''[[טורבינות רוח סאבוניוס]] (Savonius''')- אלו הם שניים או יותר "ידיות מצקת" הפועלות על עקרון של סחב (drag). המוכרות ממדי רוח או ממאווררים על גגות של אוטובוסים, ומכמה טורבינות בעלות יעילות נמוכה ואמינות גבוהה. הם תמיד יכולים לאתחל את עצמם (אם יש לפחות 3 ידיות), לפעמים הם בעלי מצקות ארוכות ולוליניות, כדי לתת מומנט פיתול חלק. רורטור בנש (Banesh) ובעיקר רוטור רהי (Rahai) משפרים את היעילות על ידי עיצוב הלהבים כך שהם ייצו גם כוח עילוי, ולא רק סחב.
====טורבינת ענק עם ריחוף מגנטי====
====טורבינת ענק עם ריחוף מגנטי====