Салхин турбины бүтэц, ажиллагаа ба чадлын муруй
Салхин турбин нь салхины урсгалын кинетик энергийг эргэлтийн механик энерги, улмаар цахилгаан энерги болгон хоёр шатлан хувиргадаг машин юм. Орчин үеийн гурван иртэй, хэвтээ тэнхлэгт турбин нь дунджаар 2–4 МВт нэрлэсэн чадалтай бөгөөд түүний нэгжийн ажиллагааг зөв ойлгох нь салхин ферм төлөвлөх, ашиглах суурь мэдлэг болдог.
Салхин турбины үндсэн бүтэц
Турбин нь функцийн хувьд гурван том хэсэгт хуваагдана: эргэлтийн хэсэг (ротор), энергийг хувиргах гондол, түүнийг өргөж тогтоох тулгуур цамхаг.
Ротор ба ир
Ротор нь ихэвчлэн гурван ир болон буйдангаас (хаб) бүрдэнэ. Ир нь нисэх онгоцны далавчтай адил аэродинамик хэлбэртэй бөгөөд урсаж буй агаарын даралтын зөрүүгээс өргөх хүч үүсгэж роторыг эргүүлдэг. Ирний өнцгийг тохируулах (pitch) механизм нь салхи хэтэрхий хүчтэй үед иргэ салхины урсгалд параллель эргүүлэн чадлыг хязгаарлаж, механик ачааллыг бууруулна.
Гондол доторх механизм
Гондол дотор гол тэнхлэг, хурд өсгөгч (редуктор), генератор, тоормос болон удирдлагын систем байрлана. Ротор удаан (15–20 эрг/мин) эргэдэг тул хурд өсгөгч эргэлтийг генераторын шаардлагатай хурд хүртэл нэмэгдүүлдэг. Сүүлийн үеийн шууд хөтлөгч (direct-drive) хувилбарт редукторыг байхгүй болгож, олон туйлт генераторын ороомгийг шууд ашигладаг. Салхи чиглэлээ өөрчлөх бүрд эргэлтийн (yaw) систем гондолыг салхи руу харуулан эргүүлнэ.
Тулгуур цамхаг ба суурь
Цамхаг ихэвчлэн 80–120 м өндөр ба өндөр байх тусам салхины хурд нэмэгдэж, эргэлтгүй урсгал багасна. Суурь нь салхи, өөрийн жин, эргэлтийн момент зэрэг ачааллыг газарт дамжуулах ба Говийн бат бус хөрсний нөхцөлд суурийн тооцоо онцгой ач холбогдолтой.
Аэродинамик хувиргалт ба Бетзийн хязгаар
Салхинаас гарган авах чадал нь дараах хамаарлаар илэрхийлэгдэнэ:
P = 0.5 · ρ · A · v3 · Cp
Энд ρ нь агаарын нягт, A нь роторын шүүрдэх талбай, v нь салхины хурд, Cp нь чадлын коэффициент юм. Чадал нь хурдны кубтай пропорциональ тул хурд хоёр дахин нэмэгдэхэд онолын чадал найм дахин өснө. Бетзийн хууль ёсоор нэг ч турбин салхины энергийн 59.3%-иас (Cp = 16/27) илүүг гарган авах боломжгүй бөгөөд бодит турбины Cp 0.40–0.50 орчим байдаг.
Чадлын муруй ба ажиллагааны бүсүүд
Чадлын муруй нь салхины хурд ба гарах цахилгаан чадлын хамаарлыг харуулах ба турбины ажиллагааг дөрвөн бүсэд хуваадаг.
| Бүс | Салхины хурд | Ажиллагаа |
|---|---|---|
| Эхлэх (cut-in) | ~3–4 м/с | Турбин эргэж эхэлж, гүйдэл гаргаж эхэлнэ |
| Хэсэгчилсэн ачаалал | 4–12 м/с | Чадал хурдны кубаар өсөж, Cp-г дээд хэмжээнд барина |
| Нэрлэсэн (rated) | ~12–15 м/с | Нэрлэсэн чадалд хүрч, ирний өнцгөөр чадлыг тогтоон барина |
| Зогсох (cut-out) | ~25 м/с | Хамгаалалтын үүднээс турбиныг зогсооно |
Иймд салхин фермийн бодит үр ашгийг тухайн байршлын салхины хурдны магадлалын тархалт болон энэ муруйг хамтад нь тооцож гаргадаг. Байршлын дундаж хурд нэрлэсэн бүсэд ойр байх тусам жилийн ашиглалтын коэффициент (capacity factor) өндөр болно.