Zařízení a princip činnosti kinetického větrného generátoru

Moderní kinetický větrný generátor umožňuje využít výkon proudění vzduchu a převést jej na elektřinu. Pro tento účel existují továrny a domácí modely přístrojů, které se používají jak v průmyslu, tak v soukromých farmách.

Budeme hovořit o tom, jak jsou větrné mlýny tohoto typu uspořádány, seznámíme se s vlastnostmi zařízení a konstrukčními možnostmi. Námi navržený článek ukazuje silné a slabé stránky větrné elektrárny. Nezávislí mistři zde najdou užitečné schémata a doporučení pro shromáždění.

Princip činnosti větrného generátoru

Základem činnosti větrného generátoru je přeměna kinetické energie větru na mechanickou energii rotoru, která je následně přeměněna na elektřinu.

Princip činnosti je poměrně jednoduchý: otáčení lopatek namontovaných na ose zařízení vede k kruhovým pohybům generátoru rotoru, čímž vzniká elektřina.

Výsledný nestabilní střídavý proud "proudí" do regulátoru, kde je přeměněn na konstantní napětí, které může nabíjet baterie. Odtud je napájení měniče napájeno do střídavého napětí s indikátorem 220/380 V, který je napájen spotřebiči.

Výkon generátoru větru přímo závisí na výkonu proudění vzduchu (N), vypočteném podle vzorce N = pSV³/ 2, kde V je rychlost větru, S je pracovní plocha, p je hustota vzduchu.

Zařízení pro větrné generátory

Různé verze větrných generátorů se výrazně liší.

Průmyslová zařízení jsou komplexní multimetrovou konstrukcí, jejíž instalace vyžaduje základ, zatímco domácnost Model se může skládat z minima komponent (elektromotor stejnosměrného napětí 3-12 V, elektrický kondenzátor 1000 μF 6 V, silikonový usměrňovač dioda).

Typická instalace zahrnuje následující komponenty:

• alternátor (výkon závisí na rychlosti větru);
• čepele, které přenášejí rotaci na hřídel generátoru (často jsou navíc vybaveny převodovkami, stabilizátory otáček rotoru);
• stožár větrného mlýna, ke kterému jsou čepele připevněny (čím vyšší jsou tyto prvky, tím větší je množství větrné energie, které mohou dostat);
• akumulátory, které akumulují energii, což umožňuje její použití s ​​malým prouděním větru nebo jeho nepřítomností. Baterie také plní funkci stabilizace elektrické energie z generátoru;
• regulátor - převodník střídavého napětí, získaného z generátoru, do konstanty, která se používá k nabíjení akumulátoru. Regulátor je řízen otáčením lopatek, což umožňuje vzít v úvahu, kde proudí vzduch;
• AVR - zařízení automatického přepínání spojujícího větrný generátor s jinými zdroji energie (solární panely, elektrická síť);
• senzor směru větru - zařízení, které usnadňuje hledání větru větrem;
• měnič pro převod stejnosměrného proudu z baterií na střídavé napětí, které se používá v elektrických komunikacích.

Pro lepší uspokojení potřeb uživatelů může být přístroj vybaven různými typy střídačů:

• zařízení s obrácenou sinusovou vlnou, vydávající čtvercovou sinusovou vlnu. Zařízení tohoto typu jsou vhodná pro topná tělesa, žárovky a jiná zařízení, která jsou nenáročná na kvalitu sítě;
• třífázové napěťové střídače určené pro třífázové elektrické sítě;
• čistá sinusoida, která produkuje energii pro citlivější zařízení;
• síťové střídače schopné provozu bez baterií. Taková zařízení jsou navržena pro obvody zahrnující vnikání elektrické energie přímo do společné sítě.

Při výběru modelů dávejte pozor na typ střídače.

Typy větrných generátorů

Klasifikace větrných turbín může brát v úvahu takové charakteristiky, jako jsou:

• jmenování;
• konstrukční prvky;
• počet lopatek;
• materiály, z nichž jsou vyrobeny;
• osa otáčení;
• rozteč šroubů.

Podívejme se podrobně na dvě nejčastěji používané klasifikace.

Klasifikace větrných turbín podle účelu

Existují různé druhy větrných turbín, které se liší svým účelem. Hlavní vlastnosti zařízení, například výkon, závisí na tom.

Průmyslové větrné turbíny

Taková zařízení jsou instalována velkými energetickými společnostmi nebo státem pro dodávku elektřiny do průmyslových zařízení. Turbíny s kapacitou desítek megawattů jsou obvykle umístěny na větrných parcích (otevřené výšky, pobřeží).

Generovaná elektřina zpravidla jde přímo do sítě, zatímco pro stabilitu a řízení frekvence rotace lopatek větrné turbíny jsou vybaveny dalšími mechanismy.

Komerční větrné generátory

Taková zařízení se používají k výrobě elektřiny k prodeji nebo k poskytování elektřiny průmyslovým odvětvím v regionech s nízkoenergetickou sítí (nebo s její úplnou absencí). Tyto větrné elektrárny se skládají z uskupení generátorů, které mohou mít různé kapacity.

Komerční energie může proudit přímo do elektrické komunikace nebo slouží k nabíjení velkého množství baterií, kde se akumuluje a je přeměněn na napájení elektrické sítě.

Větrné spotřebiče pro domácnost

Nízkoenergetické jednotky se používají pro soukromé použití. Větrné turbíny se stožáry nižšími než 25 metrů mohou být podle pravidel instalovány majiteli bez souhlasu úřadů, pro vyšší stožáry je vyžadováno zvláštní povolení.

Větrné generátory pro domácnost jsou vhodné pro nabíjení baterií s napětím 12/24 / 48V, jejichž energie je transformována na napětí 220 voltů. Taková zařízení umožňují zcela nebo částečně vyřešit problém dodávky elektřiny malým objektům, které jsou umístěny mimo centralizovanou elektrickou síť.

S pokyny pro výběr větrného generátoru, který poskytne energii soukromému domu představí článektéto zajímavé otázce.

Odrůdy větrných elektráren

Podle konstrukčních vlastností zařízení lze také rozdělit do několika kategorií, i když všechny druhy jsou redukovány na dva hlavní typy: vertikální a horizontální.

Klasické horizontální větrné generátory

Takové instalace (oni jsou také nazvaní vrtule nebo křídlo) obvykle mají 3-5 ostří namontovaných na vodorovné ose. Tyto prvky umožňují otáčení s vysokou rychlostí a dosahují maximálního množství energie (KIEV až 0,4).

Současně je množství vyrobené elektřiny do značné míry závislé na výšce zařízení (čím vyšší je, tím větší je výsledek).

Taková zařízení jsou obvykle instalována ve větrných elektrárnách, kde je energie vyráběna pro průmyslové a komerční využití, ale jsou také vhodná pro domácí použití.

Vertikální větrné turbíny

Obslužným prvkem těchto zařízení je otočné větrné kolo. Díky konstrukčním prvkům se tyto konstrukce liší podle typu („Barrel“, „Savonius“).

Navzdory nízkému KIEV (0,1-0,2) jsou široce používány: vertikální instalace působí na turbulentní proudění vzduchu, takže mohou být umístěny iv místech, kde je silný vítr

Pro zlepšení výkonu vertikálních větrných mlýnů výrobci často zvyšují své rozměrové parametry, což vede k významnému zvýšení nákladů. Vzhledem k tomu, že taková zařízení jsou velmi křehká, vyžadují zvýšenou ochranu před hurikány a jinými přírodními jevy.

Větrné generátory "Rotor Daria"

Taková zařízení patří do kategorie vertikálních větrných turbín, mají však výrazné rozdíly v designu. Vzhledem k podobným vlastnostem je dosaženo snížení hluku a roste i KIEV, což je blízko výkonu horizontálních modelů.

Nevýhoda těchto konstrukcí je nízký výchozí bod (vzhledem k přítomnosti pouze dvou lopatek, je obtížné, aby se zařízení spouštělo nezávisle). K vyřešení problému se často používá hybrid "Savonius + Darya".

Instalace větrných elektráren

Pro takové instalace lze použít princip vertikálních i horizontálních větrných turbín. Hlavním designovým prvkem je větrné kolo, které je pokryto více lopatkami nebo plachtami, zatímco aerodynamický profil těchto modelů chybí.

Přestože se plachetnice vyznačují nízkou rychlostí a nízkou účinností, často se používají v národním hospodářství. Podobné konstrukce se snadno instalují a provozují a kombinace vysokého krouticího momentu s nízkým otočení umožňuje přímo uvést do pohybu různé užitečné mechanismy, například čerpadlo pro čerpání vody.

Generátor větrné turbíny

Pro provoz větrných mlýnů potřebují obvyklé třífázové generátory. Konstrukce těchto zařízení je podobná modelům používaným u automobilů, ale má velké parametry.

Zařízení pro větrné turbíny mají třífázové vinutí statoru (zapojení hvězdy), kde tři dráty jdou do regulátoru, kde transformace střídavého napětí do trvalé.

Pro zvýšení rychlosti se často používá násobitel. Takové zařízení umožňuje zvýšit výkon stávajícího generátoru nebo použít menší zařízení, což snižuje náklady na instalaci.

Multiplikátory se častěji používají ve vertikálních větrných generátorech, ve kterých je proces otáčení větrného kola pomalejší. Pro horizontální zařízení s vysokou rychlostí otáčení lopatek nejsou zapotřebí násobiče, což zjednodušuje a snižuje náklady na konstrukci.

Specifičnost montáže a instalace větrného generátoru z pračky a větrné turbíny z generátoru automobilů podrobně popsány v článcích, které doporučujeme.

Výhody a nevýhody větrného generátoru

Podívejme se podrobně na výhody a nevýhody větrných elektráren, protože je na nich, zda se rozhodnou, zda koupí větrnou turbínu.

Výhody větrných turbín

Mezi výhody zařízení využívajících větrnou energii patří:

• Ekologická šetrnost. Zařízení využívají obnovitelný zdroj energie, který může být používán nepřetržitě, aniž by způsobil škody na životním prostředí. Elektřina vyráběná větrnými generátory nahrazuje energii tepelných elektráren a snižuje emise skleníkových plynů.
• Všestrannost. Větrná energie může být postavena téměř všude: na rovinách, v horách, na polích, na ostrovech a dokonce i v mělké vodě. Větrná energie je obzvláště ceněna na vzdálených místech, kde je obtížné natáhnout obvyklou elektrickou komunikaci. V tomto případě větrné generátory umožňují přizpůsobit napájení zařízení, což zajišťuje, že je nezávislý na náhodných faktorech (například z paliva nedodaného včas).
• Použijte efektivitu. Moderní modely recyklují energii i slabé větry - minimální limit je 3,5 m / s. Stejně tak je možné provést dodatečnou dodávku elektřiny do centralizované sítě, jakož i do sítě organizovat napájení jednotlivých objektů (ostrovních nebo místních), bez ohledu na jejich moci.
• Hodná alternativa k tradičním zdrojům. Stacionární větrné farmy mohou plně zajistit bytový dům nebo dokonce malé výrobní zařízení s elektřinou. V tomto případě se turbína akumuluje v bateriích potřebný přívod elektřiny pro použití v období bez větrného počasí.
• Účinnost. Ve srovnání s tradičními zdroji elektrické energie (plyn, rašelina, uhlí, ropa) mohou cyklické turbíny výrazně snížit náklady na energii. V mnoha případech je výstavba větrné farmy levnější než připojení k existujícím energetickým systémům.

Použití větrných turbín může být alternativou k používání drahých dieselových generátorů, což dále snižuje náklady na dopravu a skladování paliva až na 80%.

Průměrný výkon větrné turbíny je několikrát odlišný od špičkového zatížení. Větrný generátor je zodpovědný pouze za množství výroby energie za určité časové období s průměrnou měsíční charakteristikou rychlosti větru.

Pro přesnější vyhodnocení zdrojů větru můžete použít speciálně odvozená data (Weibullovy parametry). Tato čísla odrážejí charakteristickou distribuci větrů různých sil pro konkrétní lokalitu. Tyto informace je důležité zvážit při vývoji projektů větrných elektráren s kapacitou desítek MW.

Výkon generovaný větrnou turbínou je úměrný trojnásobné rychlosti větru. V důsledku toho je tento ukazatel v případě slabých větrných toků velmi malý, avšak když se zvýší, dramaticky se zvýší. Kvůli variabilitě směru větru a jejich rychlosti je nutné v konstrukci větrné turbíny zajistit stabilizační komponenty.

Pravidla a vzorce pro výpočet výkonu větrného generátoru zdeDoporučujeme se seznámit s velmi užitečnými informacemi.

V malých autonomních systémech je jejich funkce prováděna bateriemi, jejichž náboj se začíná zvyšovat, jakmile výkon větrného generátoru překročí ukazatel zatížení.

Je třeba poznamenat, že efektivní využití větrných toků přispívá k různým návrhům větrných generátorů.

Horizontální turbíny dávají vysoký výkon na plochých místech, kde je hodně větru, zatímco vertikální turbíny fungují lépe v regionech s turbulentními toky pozorovanými nízko od země (v horní části kopců, v horách hřebeny).

Hlavní nevýhody větrných turbín

Současně mají větrné turbíny své negativní stránky:

• Velikost síly větru je obtížné předvídat předem, jak se často mění. Z tohoto důvodu je vhodné uvažovat o bezpečnostní síti, která poskytuje záložní zdroj energie (solární panely, elektrické připojení).
• Vertikální zařízení jsou vystavena riziku zničení lopatek vrtule v důsledku odstředivých sil během otáčení lopatek kolem hlavní osy. Díky tomuto efektu jsou důležité prvky struktury v průběhu času deformovány a zničeny a mechanismus selhává.
• Je lepší instalovat větrné turbíny ve volném prostoru, protože sousední budovy mohou „uhasit“ vítr a vytvořit „mrtvou“ vzdušnou zónu.
• Pro úsporu přebytečné energie větrných turbín je nutné zajistit použití baterií a dalších další zařízení sloužící k přeměně výsledné elektřiny na proud s vhodným spotřebičem charakteristik.
• Při práci větrné generátory vydávají hluk, který může způsobit nepohodlí pro lidi, vyděsit zvířata. Lopatky zařízení mohou také způsobit smrt ptáků, kteří k nim létají.
• Podle některých odborníků mohou větrné turbíny zhoršit příjem rozhlasového a televizního vysílání.

Negativní aspekty lze také připsat relativně vysokým nákladům na takové jednotky, avšak levnost zdroje energie tento faktor do značné míry eliminuje.

Schémata připojení a metody

Ačkoli větrná turbína může pracovat samostatně, lze dosáhnout mnohem lepších výsledků pomocí kombinovaných systémů, kombinuje větrné zařízení se solárními panely, centralizovanou elektřinou, naftou nebo plynem zdrojů energie.

Samostatná práce. V tomto případě je zavedena jediná instalace, pomocí které je zachycena a akumulována větrná energie, která je následně přeměněna na elektrický proud, který spotřebitelé potřebují.

Kombinace větrného generátoru se solárními panely. Kombinovaná volba je považována za spolehlivý a efektivní způsob napájení. V nepřítomnosti větru funguje baterie solární panely, a v oblačném počasí a během noci, nabíjení pochází z větrné instalace.

Kombinovaná práce větrného generátoru a výkonu. Větrnou turbínu lze kombinovat s elektrokomunikací.

S přebytkem vyrobené elektřiny vstupuje do centralizované sítě a se svým nedostatkem je možné využít elektrický proud ze společné elektrické sítě.

Nuance použití větrných turbín

V současné době se větrné turbíny používají v různých oblastech národního hospodářství. Průmyslové modely různých kapacit využívají ropa a plyn, telekomunikační společnosti, vrtné a geologické průzkumné stanice, výrobní zařízení a vládní agentury.

Za zmínku stojí zejména význam využití větrných turbín pro rychlou obnovu narušené elektřiny během katastrof a přírodních katastrof. Větrné turbíny jsou proto často využívány jednotkami ministerstva pro nouzové situace.

Větrné turbíny pro domácnost jsou ideální pro pořádání osvětlení a vytápění chatových vesnic a soukromých domů, jakož i pro ekonomické účely na farmách.

Mělo by se vzít v úvahu několik bodů:

• Zařízení do 1 kW mohou poskytnout dostatečné množství elektřiny pouze na větrných místech. Obvykle energie, kterou produkují, je dostatečná pouze pro LED osvětlení a napájení malých elektronických zařízení.
• Pro plnou dodávku elektřiny do chaty (venkovského domu) budete potřebovat větrný generátor s kapacitou nad 1 kW. Tento indikátor je však dostatečný pro napájení osvětlovacího zařízení, počítače a televizoru jeho síla nestačí k tomu, aby elektřina nepřetržitě fungovala moderní lednice
• Chcete-li poskytnout energii do chaty budete potřebovat větrnou turbínu s kapacitou 3-5 kW, ale i toto číslo nestačí k vytápění domů. Využití této funkce vyžaduje výkonnou volbu v rozsahu od 10 kW.

Při volbě modelu je třeba poznamenat, že indikátor napájení na přístroji je dosažen pouze při maximální rychlosti větru. Instalace 300V tak bude produkovat specifikované množství energie pouze při rychlosti vzduchu 10-12 m / s.

Přejeme si vybudovat větrný generátor vlastníma rukama, nabízíme další článek, která obsahuje podrobné informace.

Závěry a užitečné video na toto téma

Video níže uvádí podrobné informace o principu provozu a zařízení modelu větrného generátoru pro domácnost:

Větrný generátor je vynikajícím zdrojem výroby elektrické energie, což ocení zejména obyvatelé vzdálených oblastí. Různé ruské a zahraniční podniky nabízejí širokou škálu větrných struktur, navíc, domácí modely mohou být provedeny vlastními rukama.

Napište komentář do rámečku níže. Řekněte nám, jak postavit větrný generátor na vašem místě, nebo jak větrná turbína pracuje pro vaše sousedy. Ptejte se, sdílejte užitečné informace a fotografie na toto téma.