Vējdzirnavas ir darba dzinēja veids. Tās pārvērš vēja enerģiju rotācijas enerģijā, izmantojot lāpstiņas — dažkārt sauktas par burām vai lāpstiņām. Rotācijas enerģija tiek pārnesta uz iekārtu ass un tālāk uz mehānismiem vai ģeneratoru, kas rada izmantojamus enerģijas veidus.

Darbības princips

Vienkāršākais skaidrojums: vējš, saduroties ar lāpstiņām, rada spēku, kas liek rīvot rotoram. Modernākās turbīnas balstās ne tikai uz vilkmi, bet galvenokārt uz spēka un paceliena (lift) principu — lāpstiņas formas un leņķa dēļ gaisa plūsma rada spieduma starpību, kas griež rotoru.

Galvenās daļas un to loma:

  • Lāpstiņas/rotors — uztver vēju un pārvērš to griešanās kustībā;
  • Tornis — paceļ rotoru augstumā, kur vējš parasti ir spēcīgāks un stabilāks;
  • Nacelle (korpuss) — satur ģeneratoru, pārnesumus un elektroniku;
  • Ģenerators un pārnesumu kaste — pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā (ja izmanto elektrību); dažām konstrukcijām pārnesumu kaste var nebūt nepieciešama;
  • Vadības sistēma — regulē lāpstiņu leņķi (pichu), rotora ātrumu un drošības mehānismus.

Vēsture

Vējdzirnavu priekšgājēji ir pazīstami jau gadsimtiem senā pagātnē. Dažās pasaules daļās — īpaši Persijā un Āzijā — attīstījās pirmie vertikālās ass vēja dzinēji. Eiropā populāras kļuva post- un torņu dzirnavas, vēlāk — Nīderlandē attīstītie polderu sūkšanas dzinēji.

Pirms rūpnieciskās elektrifikācijas vējdzirnavas galvenokārt izmantoja praktiskiem mērķiem: graudu vai garšvielu malšana, ūdens sūknēšana un koka zāģēšana. Ar tehnoloģiju attīstību tās pārdzīvoja transformāciju — 20. gadsimtā un vēlāk parādījās vēja iekārtas, kas ražoja elektroenerģijas.

Pielietojums

Vējdzirnavu saražoto enerģiju var izmantot dažādos veidos:

  • Klasisks mehāniskais darbs: miltos graudu malšana maizes cepšanai (maizes izgatavošana) un citi lauksaimniecības darbi;
  • Ūdens sūknēšana polderos, dārzu laistīšanai un dzērienu sagatavošanai;
  • Sākotnējā rūpnieciskā darbība: pie kokzāģētavām (kā minēts ar koka zāģēšanu), rīku virpošana u. c.;
  • Mūsdienās lielākā daļa vēja dzirnavas tiek izmantotas elektroenerģijas ražošanai — tās inženieri sauc par vēja turbīnām, bet ikdienā bieži vien turpina lietot vārdu "vējdzirnavas".

Veidi un konstrukcijas

Galvenie veidi pēc asas ass orientācijas:

  • Horizontālās ass turbīnas — visizplatītākās modernajās elektroenerģijas iekārtās; lāpstiņas atgādina vēja plostus un rotors stāv pret vējā virzienu;
  • Vertikālās ass turbīnas — vieglāk piestiprināmas uz ēkām un labāk darbojas mainīga vēja apstākļos; piemērotas urbānai videi vai mazai ražai.

Konstrukcijas variācijas ietver salokāmās, divlape, trīslape un citus dizainus; materiāli — koks, tērauds, kompozītmateriāli — lielākoties tiek izvēlēti pēc izturības un efektivitātes prasībām.

Priekšrocības un trūkumi

  • Priekšrocības: atjaunojams energoavots, zemākas emisijas nekā fosilajiem kurināmajiem, iespējami zemi ekspluatācijas izmaksu procents pēc uzstādīšanas un vietējas enerģijas ražošana;
  • Trūkumi: mainīga ražošana atkarībā no vēja, nepieciešama laika gaitā uzturēšana, iespējamā ietekme uz putniem un sikspārņiem, vizuāla un akustiska ietekme tuvcīņām;

Ietekme uz vidi un uzturēšana

Vējdzirnavu vides ietekme ir salīdzināmi mazāka nekā fosilo resursu iekārtām, taču svarīgi ievērot labu plānošanu un tehnoloģiskas novēršanas metodes, lai samazinātu putnu traucējumus, trokšņu izplatīšanos un vietējo ainavas degradāciju. Uzturēšana ietver regulāras pārbaudes, lāpstiņu balansēšanu un remontu, eļļošanas un elektronikas diagnostiku.

Nākotne un tendences

Nākotnē vējdzirnavu nozare attīstās virzienā uz lielākiem un efektīvākiem rotoriem, plašāku offshore (jūras) parku izmantošanu, bateriju uzglabāšanas sistēmu un elektroenerģijas tīklu integrāciju, kā arī ūdeņraža ražošanu no pārprodukcijas. Turklāt digitalizācija un vieda vadība uzlabo ražību un uzticamību.

Apkopojot: vējdzirnavas — gan tradicionālās, gan mūsdienu vēja turbīnas — ir būtisks atjaunojamās enerģijas avots ar plašu pielietojumu vēsturē un arvien nozīmīgāku lomu mūsdienu enerģētikā.