Vėjo malūnas: kas tai, kaip veikia ir kam naudojamas

Atraskite, kas yra vėjo malūnas, kaip jis vėjo energiją paverčia sukimu ar elektra ir kam naudojamas – nuo grūdų malimo ir vandens pumpavimo iki šiuolaikinių vėjo jėgainių.

Vėjo malūnas - tai tam tikros rūšies darbo variklis. Jis vėjo energiją paverčia sukimosi energija. Tam naudojamos mentės, vadinamos burėmis arba mentėmis. Mentės pritvirtintos prie rotoriaus, kuris perduoda sukimosi momentą per ašį į mechaninę pavarą arba tiesiogiai į darbinius mechanizmus. Tradiciniuose malūnuose sukimosi judesį perkeldavo į akmens arba metalo girnas, o moderniose vėjo jėgainėse rotorius suka generatorių, gaminant elektros srovę.

Kaip veikia vėjo malūnas

Vėjo malūno veikimas paremtas vėjo kinetine energija: pro mentes praeinantis oras perduoda joms jėgą, dėl kurios mentės suka rotorių. Iš vėjo galima paimti tik dalį energijos — techninis apribojimas apibrėžiamas kaip Betzo riba (apie 59,3 % teorinis maksimumas). Praktikoje galia priklauso nuo kelių veiksnių:

• vėjo greičio (galia proporcinga vėjo greičio kubui),
• rotoriaus ploto (mentių skerspjūvio ploto),
• oro tankio (veikia aukštis ir temperatūra),
• mašinų efektyvumo (gearinės, generatoriaus, mentių aerodinamikos kokybė).

Modernios vėjo turbinų dalys paprastai apima rotorių (mentes ir hub'ą), bokštą, generatorių, pavarų dėžę (kartais ji panaikinta prie tiesioginės pavaros sprendimų), valdymo elektroniką ir naccelę (korpusą ant bokšto viršaus). Turbinos turi nustatytus cut-in (įsijungimo), nominalų ir cut-out (saugos išjungimo) vėjo greičius, kad būtų užtikrintas veikimas ir saugumas.

Istorija ir tipai

Vėjo malūnai naudojami jau šimtmečius. Tradiciniai malūnai maldavo grūdus į miltus, pumpuodavo vandenį laukams ir drenažui, taip pat naudoti medienos pjaustymui ar druskos garinimui. Yra keli tradicinių malūnų tipai: stulpiniai (post mills), bokštiniai (tower mills) ir smock tipo malūnai. Vertikalios ašies (VAWT) ir horizontolios ašies (HAWT) konstrukcijos — tai esminės vėjo turbinų klasės; dauguma modernių didelių jėgainių yra HAWT su trimis mentėmis.

Panaudojimas

Vėjo malūnų pagaminta energija gali būti naudojama įvairiais būdais. Pavyzdžiui, malant grūdus ar prieskonius, pumpuojant vandenį ir pjaunant medieną. Šiuolaikinės vėjo jėgainės naudojamos elektros energijai gaminti. Inžinieriai jas vadina vėjo turbinomis, o paprasti žmonės - vėjo malūnais. Iki modernių laikų vėjo malūnai dažniausiai buvo naudojami grūdams malti į miltus duonai kepti. Vėjo malūnai į istoriją įėjo prieš daugelį metų.

Modernios vėjo jėgainės ir technologijos

Šiuolaikinės vėjo jėgainės gali būti nuo mažų (kelis kilovatus skirti ūkiui ar namams) iki labai didelių (keletas megavatų, statomų ant žemės arba jūroje). Pastaraisiais metais tobulinamos mentės aerodinaminės formos, lengvų ir tvirčių medžiagų panaudojimas, valdymo sistemos (orientacijos ir sukimosi greičio reguliavimas) bei prediktyvinė priežiūra su sensorių ir diagnostikos sprendimais. Jūrinės (offshore) vėjo jėgainės leidžia išnaudoti stipresnį ir nuolatinį vėją, tačiau reikalauja sudėtingesnės statybos ir priežiūros.

Privalumai ir trūkumai

• Privalumai: švari atsinaujinanti energija, mažina šiltnamio efektą ir priklausomybę nuo iškastinio kuro; technologijos sąnaudos mažėja.
• Trūkumai: vėjo svyravimai (intermitentiškumas), triukšmas, vizualinis poveikis peizažui, galimas poveikis paukščiams ir šikšnosiams; reikalauja tinklo integracijos sprendimų.

Kur statomi vėjo malūnai

Vėjo malūnai statomi ten, kur yra patikimas vėjo resursas: atvirose vietovėse, kalvotose vietovėse, pakrantėse ir jūroje. Statant įvertinami vėjo greičiai (vėjo žemėlapiai), topografija, atstumas iki gyvenamųjų zonų, keliavimo sąlygos ir galimybė prisijungti prie elektros tinklo. Taip pat svarbūs leidimai ir poveikio aplinkai vertinimai.

Priežiūra ir gyvenimo trukmė

Vėjo jėgainės eksploatacija reikalauja reguliarios priežiūros: mentių patikra, guolių ir pavarų stebėjimas, elektronikos atnaujinimai. Tipinė gyvenimo trukmė yra apie 20–25 metus; pasibaigus eksploatacijos laikui, įrenginius galima modernizuoti (repowering) arba išmontuoti ir perdirbti dalis.

Vėjo malūnai Lietuvoje

Lietuvoje vėjo energetika vystosi — veikia žemės vėjo parkai ir planuojami jūriniai projektai Baltijos jūroje. Tradicinius vėjo malūnus galima pamatyti muziejuose ir istoriniuose kaimuose, o modernios vėjo jėgainės prisideda prie šalies energetinio saugumo ir atsinaujinančių šaltinių plėtros.

Kaip pasirinkti vėjo jėgainę

• Įvertinkite vėjo sąlygas vietovėje (vidutinį vėjo greitį, sklaidą).
• Pasirinkite tinkamą dydį ir tipą (maža jėgainė namui ar didesnis parkas).
• Patikrinkite leidimų reikalavimus ir tinklo prisijungimo galimybes.
• Apskaičiuokite investicijų ir eksploatacijos kaštus bei numatomą grąžą.
• Rinkitės tiekėjus su garantija ir patikima priežiūra.

Vėjo malūnai — tiek istorinis, tiek modernus sprendimas, leidžiantis perkelti natūralų gamtos judesį į naudingą mechaninę arba elektros energiją. Tinkamai pasirinkus ir prižiūrint, jie gali būti patikimu ir tvariu energijos šaltiniu.

Istorija

Apie vargonus, varomus vėjo ratu, II mūsų eros amžiuje rašė graikų inžinierius Hero. Tai galėjo būti pirmoji mašina istorijoje, naudojanti vėjo energiją. Vertikalios ašies vėjo malūnai buvo naudojami rytų Persijoje (Sistaras) iki 60 m. po Kr. Horizontalios ašies vėjo malūnai buvo išrasti Šiaurės Vakarų Europoje 1180 m. Tai šiandien dažnai naudojamas tipas.

Ankstyvoji istorija

Pirmieji vėjo malūnai turėjo ilgus vertikalius velenus su stačiakampio formos mentėmis. IX a. jų būta Persijoje. Yra istorija apie vėjo malūną ir antrąjį kalifą Umarą (634 m. po Kr.). Nėra žinoma, ar tai tikra istorija. Šiuos vėjo malūnus sudarė nuo šešių iki dvylikos burių. Burės buvo uždengtos nendrių paklode arba audiniu. Jie labai skyrėsi nuo europietiškų versijų. Panašaus tipo vertikalaus veleno vėjo malūnų su stačiakampėmis mentėmis galima rasti ir XIII a. Kinijoje. Jie buvo naudojami drėkinimui.

Herojaus vėjo varomi vargonai (rekonstrukcija)

Kaip jie veikia

Vėjo malūno mentes arba bures suka vėjas. Vėjo malūno viduje esantis pavaros velenas sukasi dėl krumpliaračių ir krumpliaračių. Miltams gaminti naudojamame vėjo malūne jis suka malimo akmenis. Sukdamiesi akmenys sutrupina tarp jų esančius kviečius (arba kitus grūdus). Vėjo malūne, naudojamame vandeniui pumpuoti, sukant varomąjį veleną, judinamas stūmoklis. Judėdamas aukštyn ir žemyn stūmoklis gali įsiurbti ir išstumti vandenį. Elektros energijai gaminti naudojamame vėjo malūne varantysis velenas sujungtas su daugeliu krumpliaračių. Tai padidina greitį ir yra naudojama generatoriui sukti, kad būtų gaminama elektros energija

Seno vėjo malūno krumpliaračiai ir krumpliaračiai

Vėjo malūnai kultūroje ir literatūroje

Miguelio de Cervanteso knygoje "Don Kichotas iš La Mančos" yra svarbi scena, kurioje Don Kichotas puola vėjo malūnus. Jis mano, kad jie yra žiaurūs milžinai. Dėl šios priežasties La Manča ir jos vėjo malūnai yra garsūs. Iš čia kilo ir frazė "tilting at windmills" (liet. "sukti į vėjo malūnus"). Ji reiškia nenaudingą veiksmą. "Moulin Rouge" išverstas tiesiai iš prancūzų kalbos ir reiškia "Raudoni vėjo malūnai".

Ispanijos vėjo malūnai La Mančoje.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra vėjo malūnas?

K: Kaip galima panaudoti vėjo malūnų gaminamą energiją?

K: Kaip inžinieriai vadina šiuolaikines vėjo jėgaines?

K: Kaip vėjo malūnai dažniausiai buvo naudojami iki šių laikų?

K: Kaip seniai istorijoje naudojami vėjo malūnai?

K: Kaip vadinamos tradicinio malūno mentės?

Paieška pagal raidę