O que é turbina eólica
Uma turbina eólica é um dispositivo que converte a energia cinética do vento em energia elétrica. Em 2020, centenas de milhares de grandes turbinas, em instalações conhecidas como parques eólicos, geravam mais de 650 gigawatts de energia, com 60 GW adicionados a cada ano.
Benefícios da turbina eólica
Combustível grátis
Como as próprias turbinas eólicas funcionam estritamente com a energia gerada pelo vento, não há necessidade de combustível. Depois que a turbina estiver concluída e instalada, ela não precisará ser abastecida ou conectada à energia para continuar funcionando. Isto também reduz o custo global para continuar a gerir parques eólicos de grande escala em comparação com outras formas de energias renováveis, que podem exigir algum investimento energético.
Uma das formas mais limpas de energia
Dado que a energia eólica não depende de combustíveis fósseis para alimentar as turbinas, a energia eólica não contribui para as alterações climáticas ao emitir gases com efeito de estufa durante a produção de energia. A única altura em que a energia eólica liberta indiretamente gases com efeito de estufa é durante o fabrico e transporte das turbinas eólicas, bem como durante o processo de instalação.
Avanços em tecnologia
Os mais recentes avanços tecnológicos transformaram projetos preliminares de turbinas eólicas em coletores de energia extremamente eficientes. As turbinas estão disponíveis em uma ampla variedade de tamanhos, aumentando o mercado para diversos tipos de empresas e por indivíduos para uso doméstico em lotes e terrenos maiores. À medida que a tecnologia melhora, também melhoram as funcionalidades da própria estrutura, criando designs que irão gerar ainda mais eletricidade, exigir menos manutenção e funcionar de forma mais silenciosa e segura.
Não interrompe as operações agrícolas
Os fornecedores de energia podem construir as suas turbinas eólicas em terras agrícolas pré-existentes e pagar aos proprietários das explorações agrícolas para construírem nas suas propriedades sob a forma de contratos ou arrendamentos. Isto é uma grande vantagem para os agricultores que podem utilizar algum rendimento extra, e as pegadas das turbinas eólicas ocupam muito pouco espaço ao nível do solo, por isso não perturbam a produção da sua exploração agrícola. Actualmente, menos de 1,5% da área terrestre contígua dos EUA é utilizada por centrais eólicas.
Reduz nossa dependência de combustíveis fósseis
A energia gerada a partir de combustíveis fósseis não só contribui para as alterações climáticas, mas um dia ficaremos sem ela. Enquanto o sol aquecer o planeta, haverá um fornecimento infinito de vento. Além disso, desenvolver e investir em tecnologia que só pode funcionar com um recurso finito – que pode esgotar-se durante a nossa vida – é um terrível desperdício de capital humano, fundos privados e dólares de impostos.
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Tipos de turbina eólica
Turbinas eólicas de eixo horizontal
As turbinas eólicas de eixo horizontal são as turbinas mais utilizadas devido à sua resistência e eficiência. A base das torres deve ser extremamente resistente, permitindo que o eixo do rotor seja instalado no topo da torre o que permite que a turbina fique exposta a ventos mais fortes. Com as pás da turbina perpendiculares ao vento, a rotação das pás pode gerar mais energia em comparação com a turbina eólica de eixo vertical. No entanto, a construção deste tipo de turbina requer um suporte pesado para a torre suportar o peso das pás, caixa de velocidades e gerador, bem como utilizar um guindaste de tamanho considerável para levantar os componentes até ao topo da torre. o vento sopra para baixo, a estrutura da turbina pode sofrer fadiga do metal, o que pode levar a uma falha estrutural. Isto é resolvido projetando as turbinas com um projeto contra o vento. É necessário um controle adicional de guinada para as turbinas eólicas de eixo horizontal, a fim de rastrear a direção do vento e evitar danos à turbina.
Turbinas eólicas de eixo vertical
As turbinas eólicas de eixo vertical são menos afetadas por mudanças frequentes na direção do vento em comparação com as turbinas eólicas de eixo horizontal devido às pás serem giradas no eixo do rotor perpendicularmente ao solo. Com as pás e o eixo instalados desta forma, a turbina não precisa girar para acompanhar a direção do vento. O eixo é montado próximo ao nível do solo devido às dificuldades de montagem do eixo e seus componentes na torre. Uma vantagem de ser montada ao nível do solo é que a manutenção da turbina é mais fácil e pode ser instalada em locais como telhados. As desvantagens desta instalação de turbina são que a eficiência é menor devido à resistência do ar e às velocidades mais baixas do vento em comparação com as velocidades mais altas do vento encontradas em altitudes mais elevadas.
O que é Nacelle em turbinas eólicas?
Para monitorar vários parâmetros, incluindo velocidade e direção do vento e desempenho da turbina, sofisticados sistemas de controle são colocados dentro da nacela. Para maximizar a produção de energia e garantir uma operação segura, estes sistemas modificam a orientação da turbina e o ângulo de inclinação das pás.
Gerador
É função do gerador converter a energia mecânica produzida pelas pás rotativas da turbina em energia elétrica. A indução eletromagnética ajuda a acelerar esse processo.
Caixa de velocidade
Em muitas turbinas eólicas, uma caixa de engrenagens é usada para acelerar o eixo de baixa velocidade que está conectado à rotação do rotor em comparação com o eixo de alta velocidade que está conectado ao gerador. O gerador pode produzir eletricidade de forma mais eficaz graças a esta amplificação.
Resfriamento e ventilação
Dado o calor significativo gerado pelo gerador e pela caixa de engrenagens durante a operação, a nacela está equipada com sistemas de refrigeração e ventilação para manter as temperaturas operacionais ideais.
Materiais usados em turbinas eólicas
Torre
A torre fornece suporte estrutural sobre o qual ficam a nacela e as pás do rotor e é feita de aço tubular, concreto ou treliça de aço. Naturalmente, os materiais devem ser fortes e robustos por natureza para resistir a condições ambientais adversas e ventos fortes.
Nacela
A nacela abriga o maquinário interno, incluindo o gerador, que converte a energia mecânica em energia elétrica. Como a nacela contém principalmente partes mecânicas de operação da turbina eólica, os materiais não estão particularmente sujeitos a muitos desvios e variações.
Lâmina do rotor
O rotor gera torque aerodinâmico a partir do vento com seu movimento giratório à medida que as pás giram. A otimização da forma e do material das pás deve permitir que elas girem mais rápido e capturem o vento em velocidades mais baixas para aumentar a eficiência da turbina. O formato da pá do rotor deve ser aerodinâmico, semelhante ao das asas de um avião. O material das pás deve melhorar, em vez de prejudicar, a sua aerodinâmica e cumprir os seguintes critérios: alta rigidez para uma aerodinâmica ideal, baixa densidade para reduzir as forças gravitacionais e longa vida útil em fadiga para reduzir a degradação do material. Uma vida útil de 20-anos geralmente é o padrão do setor para longa vida útil em fadiga, que sustenta 108-109 ciclos de tensão que o material pode suportar antes da falha.
Fibras
Os materiais fibrosos são caracterizados pelo fato de serem significativamente mais longos do que largos. A excepcional resistência e rigidez das fibras as tornam excelentes candidatas para materiais de pás de turbinas, onde as fibras longas proporcionam rigidez longitudinal quando alinhadas paralelamente ao longo do comprimento da pá. As fibras são muitas vezes frágeis e podem romper-se facilmente, por isso não são utilizadas isoladamente como material, mas sim como reforços aditivos. As fibras de carbono têm propriedades mecânicas superiores com alta rigidez, alta resistência e baixa densidade, embora com custos mais elevados. Eles são compostos de átomos de carbono puro como unidades hexagonais repetidas em uma rede cristalográfica dispostas umas sobre as outras em planos, com forças fortes dentro do plano e forças fracas entre eles. Isto dá origem a alta anisotropia com alta rigidez e propriedades de expansão térmica. A baixa densidade das pás de fibra de carbono oferece maior comprimento sem o peso do aumento, aumentando assim a eficiência da turbina. Além disso, as lâminas mais leves reduzem o peso total e a tensão que a nacela carrega.
Matriz polimérica
A matriz polimérica fornece suporte estrutural ao unir as fibras e consiste em duas classes principais: termofixos e termoplásticos. A principal diferença física entre eles é o comportamento em diferentes temperaturas. Você pode aprender mais sobre as diferenças aqui. Os termofixos contêm polímeros fortemente reticulados em ligações químicas irreversíveis. Isto os torna resistentes a altas temperaturas e permanecem em estado sólido permanente depois de resfriados. Isto pode possivelmente dar origem a tensões internas na estrutura mista. Exemplos de polímeros termofixos são os seguintes:
● Poliésteres Insaturados:Geral Tereftalato de polietileno, amorfo
● Ésteres vinílicos:Éster vinílico geral (VE)
● Epóxis:Epóxido Geral; Epóxi (EP+GF25+MD45), (EP+GF30+MD20)
Aplicação de Turbina Eólica
Fornecendo energia para casas
As turbinas eólicas podem ser utilizadas para gerar eletricidade para residências, quer através de instalações individuais, quer através de parques eólicos de grande escala.
Impulsionando negócios
A energia eólica também pode ser usada para abastecer empresas, desde pequenas lojas até grandes fábricas.
Reduzindo a dependência de combustíveis fósseis
A energia eólica é uma fonte de energia limpa e renovável, reduzindo a nossa dependência dos combustíveis fósseis e mitigando o impacto das alterações climáticas.
Fornecimento de energia em locais remotos
As turbinas eólicas podem ser instaladas em locais remotos, fornecendo energia a comunidades sem acesso às redes elétricas tradicionais.
Reduzindo custos de energia
A energia eólica pode reduzir os custos de energia para os consumidores, uma vez que é uma fonte de energia sustentável e barata, uma vez cobertos os custos iniciais de instalação.
Fornecendo energia suplementar
Em alguns casos, a energia eólica pode ser utilizada para complementar outras fontes de energia, como a solar ou a hidroeléctrica, para criar uma fonte de energia mais fiável e consistente.
Como as turbinas giram sem vento?
Salto de eficiência Precisão e estabilidade
As turbinas eólicas modernas são concebidas de forma a que os clientes finais continuem a receber energia, mesmo nos dias em que as turbinas eólicas produzem menos energia. As turbinas eólicas, como muitas fontes de energia alternativa, estão conectadas a uma fonte de energia de reserva. Assim como os painéis solares, por exemplo, as turbinas eólicas podem ter sua própria unidade de armazenamento de backup, para onde enviam o excesso de energia eólica quando produzem mais energia do que a exigida pelo consumidor em um determinado dia. Em dias de produção mais lenta, os consumidores podem simplesmente usar a energia armazenada na fonte de alimentação de reserva da turbina eólica para continuar a receber energia. As turbinas também podem ser conectadas à rede elétrica, o que permite que os consumidores passem a usar formas convencionais de eletricidade caso não obtenham energia suficiente de suas turbinas eólicas durante um dia sem vento.
Requisitos básicos de energia eólica
As turbinas eólicas operam dentro de uma faixa ideal de velocidade do vento. Se houver pouco vento, as turbinas não produzirão muita energia. Por outro lado, se as condições forem muito ventosas, as turbinas podem sofrer danos no sistema. Idealmente, as turbinas operarão em uma faixa com velocidades de vento médias de 15-25 MPH. Os ventos devem ter uma velocidade média de pelo menos 9 MPH num determinado local, a fim de tornar as turbinas eólicas uma fonte de electricidade económica.
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Perguntas feitas
P: O que pode dar errado com as turbinas eólicas?
P: Quanto tempo leva para uma turbina eólica se pagar?
P: Qual é o tamanho da turbina eólica necessária para abastecer uma casa?
P: Por que as turbinas eólicas nem sempre giram?
P: Por que tantas turbinas eólicas não giram?
P: Qual é a energia solar ou eólica mais barata?
P: Quanto os agricultores recebem para hospedar turbinas eólicas?
P: É seguro viver perto de turbinas eólicas?
P: Quão barulhentas são as turbinas eólicas?
P: Você precisa de permissão de planejamento para uma turbina eólica?
P: Por que os agricultores são contra as turbinas eólicas?
P: Por que as turbinas eólicas têm 3 pás?
P: Qual estado tem mais turbinas eólicas?
P: Qual é a taxa de falhas das turbinas eólicas?
P: Quantos painéis solares são necessários para equivaler a uma turbina eólica?
P: Quantos painéis solares você precisa para igualar uma turbina eólica?
P: Por que a energia hidrelétrica é melhor que a energia eólica?
P: Quantas turbinas eólicas cabem em 1 acre?
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P: As turbinas eólicas residenciais valem a pena?
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