Kineettisen tuuligeneraattorin laite ja toimintaperiaate

Moderni kineettinen tuuligeneraattori mahdollistaa ilmavirran voiman, muuntaa sen sähköksi. Tätä varten on olemassa tehdas- ja kotitekoisia laitteita, joita käytetään sekä teollisuudessa että yksityisillä tiloilla.

Puhumme siitä, miten tämäntyyppiset tuulimyllyt järjestetään, tutustumme laitteen ominaisuuksiin ja rakentaviin vaihtoehdoihin. Meidän ehdottamamme artikkeli osoittaa tuulivoimalan vahvuudet ja heikkoudet. Riippumattomat mestarit löytävät hyödyllisiä järjestelmiä ja suosituksia kokoonpanolle.

Tuulivoimalan toiminnan periaate

Tuuligeneraattorin toiminnan perustana on tuulen kineettisen energian muuntaminen roottorin mekaaniseksi energiaksi, joka sitten muunnetaan sähköksi.

Toimintaperiaate on melko yksinkertainen: laitteen akselille asennettujen terien pyöriminen johtaa roottorigeneraattorin pyöröliikkeisiin, jolloin syntyy sähköä.

Tuloksena oleva epävakaa vaihtovirta "virtaa" ohjaimeen, jossa se muunnetaan vakiojännitteeksi, joka voi ladata akkuja. Sieltä taajuusmuuttajalle syötetään tehoa, jossa se muunnetaan vaihtojännitteeksi 220/380 V -indikaattorilla, joka syötetään kuluttajille.

Tuuligeneraattorin teho riippuu suoraan ilmavirran (N) tehosta laskettuna kaavan N = pSV mukaisesti³/ 2, jossa V on tuulen nopeus, S on työskentelyalue, p on ilman tiheys.

Tuulivoimalaite

Tuulivoimaloiden eri versiot eroavat merkittävästi toisistaan.

Teollisuuslaitteet ovat monimutkainen monimittai- nen muotoilu, jonka asennus vaatii perusta, kun taas kotitalous Malli voi koostua vähimmäisosista (tasavirta-sähkömoottori 3-12 V, sähköinen kondensaattori 1000 μF 6 V, pii-tasasuuntaaja). Diode).

Tyypillinen asennus sisältää seuraavat osat:

• laturi (teho riippuu tuulen nopeudesta);
• terät, jotka välittävät pyörimisen generaattorin akselille (usein ne on lisäksi varustettu vaihteistoilla, roottorin nopeuden stabiloijilla);
• tuulimyllyn masto, johon terät on kiinnitetty (mitä korkeammat nämä elementit ovat, sitä suurempi määrä tuulivoimaa he voivat saada);
• akut, jotka keräävät energiaa, mikä mahdollistaa sen käytön pienellä tuulen virtauksella tai sen poissaololla. Akku toimii myös generaattorin sähköenergian stabilointitoiminnon avulla;
• ohjain - generaattorista saatu vaihtojännitteen muunnin vakiona, jota käytetään akun lataamiseen. Ohjainta ohjataan kääntämällä teriä, mikä mahdollistaa ilmavirtojen huomioon ottamisen;
• AVR - automaattisen kytkennän laite, joka yhdistää tuulivoimalan muihin energialähteisiin (aurinkopaneelit, sähköverkko);
• tuulen suunta-anturi - laite, joka helpottaa terien etsintää tuulen virtaukseen;
• taajuusmuuttaja muuntamaan tasavirta paristoista vaihtojännitteeksi, jota käytetään sähköisessä viestinnässä.

Jotta käyttäjä vastaisi paremmin käyttäjien tarpeisiin, laite voidaan varustaa erilaisilla inverttereillä:

• laitteet, joissa on käänteinen siniaalto ja jotka antavat neliösinisen aallon. Tämän tyyppiset laitteet soveltuvat lämmityselementteihin, hehkulamppuihin ja muihin laitteisiin, jotka eivät ole tarpeellisia verkon laadun kannalta;
• kolmivaiheiset sähköverkot, jotka on suunniteltu kolmivaiheisiin sähköverkkoihin;
• puhtaat siniaaltoiset kasvit, jotka tuottavat energiaa herkempiin laitteisiin;
• verkko-invertterit, jotka voivat toimia ilman paristoja. Tällaiset laitteet on suunniteltu piireihin, joihin liittyy sähköenergian syöttö suoraan yhteiseen verkkoon.

Kun valitset malleja, muista kiinnittää huomiota taajuusmuuttajan tyyppiin.

Tuulivoimaloiden tyypit

Tuulivoimaloiden luokittelussa voidaan ottaa huomioon seuraavat ominaisuudet:

• nimittäminen;
• suunnittelun ominaisuudet;
• terien lukumäärä;
• materiaalit, joista ne on valmistettu;
• pyörimisakseli;
• ruuvi.

Tarkastellaan yksityiskohtaisesti kahta yleisimmin käytettyä luokitusta.

Tuuliturbiinien luokittelu käyttötarkoituksen mukaan

On olemassa erilaisia ​​tuuliturbiineja, jotka eroavat toisistaan. Laitteiden pääominaisuudet, esimerkiksi teho, riippuvat siitä.

Teollisuuden tuuliturbiinit

Suuret energiayhtiöt tai valtio asentavat tällaisia ​​laitteita sähkön toimittamiseksi teollisuuslaitoksille. Turbiinit, joiden kapasiteetti on kymmeniä megawattia, sijaitsevat yleensä tuulialueilla (avoin korkeus, rannikko).

Muodostunut sähkö siirtyy pääsääntöisesti suoraan verkkoon, kun taas vakautta ja tuuliturbiinin terien pyörimisnopeuden säätämistä varten on lisämekanismeja.

Kaupalliset tuulivoimalat

Tällaisia ​​laitoksia käytetään sähkön myyntiin tai sähkön tuottamiseen teollisuudelle alueilla, joilla on pienitehoinen sähköverkko (tai sen täydellinen poissaolo). Tällaiset tuulipuistot muodostuvat sellaisten sähköntuottajien klustereista, joiden kapasiteetti voi olla erilainen.

Kaupallinen teho voi virrata suoraan sähköiseen viestintään tai käytetään lataamaan suuri joukko paristoja, joissa se kerääntyy ja muunnetaan syötettäväksi sähköverkko.

Kotitalouksien tuulilaitteet

Vähätehoisia yksiköitä käytetään yksityiseen käyttöön. Sääntöjen mukaan vuokranantajat voivat asentaa tuuliturbiineja, joiden mastoja on alle 25 metriä, ilman viranomaisten suostumusta, korkeampiin mastoihin tarvitaan erityislupa.

Kotitalouksien tuulivoimageneraattorit soveltuvat lataamaan akkuja jännitteellä 12/24 / 48V, jonka energia muunnetaan 220 voltin jännitteeksi. Tällaiset laitteet mahdollistavat kokonaan tai osittain ongelman, joka koskee sähkön toimittamista pienille esineille, jotka sijaitsevat kaukana keskitetystä sähköverkosta.

Suuntaviivat tuulivoimalan valitsemiseksi energian toimittamiseksi yksityiselle kodille esittelee artikkelinomistettu tähän mielenkiintoiseen kysymykseen.

Tuulimyllyjen mallit

Laitteen suunnitteluominaisuuksien mukaan ne voidaan jakaa myös useisiin luokkiin, vaikka kaikki lajikkeet on vähennetty kahteen päätyyppiin: pystysuora ja vaakatasossa.

Klassiset horisontaaliset tuulivoimalat

Tällaisissa asennuksissa (joita kutsutaan myös potkuriksi tai siipiksi) on yleensä 3-5 terää, jotka on asennettu vaakasuoraan akseliin. Suurella nopeudella pyörivät elementit mahdollistavat maksimaalisen energian määrän (KIEV jopa 0,4).

Samaan aikaan tuotetun sähkön määrä riippuu suuresti laitteen korkeudesta (sitä suurempi se on, sitä suurempi tulos).

Tällaiset laitteet asennetaan yleensä tuulivoimaloihin, joissa energiaa tuotetaan teolliseen ja kaupalliseen käyttöön, mutta ne soveltuvat myös kotikäyttöön.

Vertikaaliset tuuliturbiinit

Tällaisten laitteiden käyttöelementti on pyörivä tuulipyörä. Suunnitteluominaisuuksien vuoksi tällaiset rakenteet poikkeavat tyypistä (”Barrel”, ”Savonius”).

Alhaisesta KIEV: stä (0,1-0,2) huolimatta niitä käytetään laajalti: pystysuoriin asennuksiin toimivat turbulenttisessa ilmavirrassa, niin että ne voidaan sijoittaa jopa niille alueille, joilla on vahva tuuli.

Vertikaalisten tuulimyllyjen suorituskyvyn parantamiseksi valmistajat lisäävät usein mittaparametrejaan, mikä johtaa huomattavaan kustannusten nousuun. Koska tällaiset laitokset ovat varsin hauraita, ne vaativat suurempaa suojaa hurrikaaneja ja muita luonnonilmiöitä vastaan.

Tuulivoimalat "Rotor Daria"

Tällaiset laitteet kuuluvat vertikaalisten tuuliturbiinien luokkaan, mutta niillä on huomattavia eroja suunnittelussa. Samankaltaisten ominaisuuksien takia kohinanvaimennus saavutetaan, ja myös KIEV kasvaa, mikä on lähellä horisontaalisten mallien suorituskykyä.

Tällaisten rakenteiden haittapuoli on alhainen lähtökohta (vain kahden terän läsnäolon vuoksi laitteen on vaikea käynnistää itsenäisesti). Ongelman ratkaisemiseksi käytetään usein hybridi "Savonius + Darya".

Purjehduslaitteet

Tällaisten laitteiden osalta voidaan soveltaa sekä vertikaalisten että vaakasuorien tuulivoimaloiden periaatetta. Pääpiirteenä on tuulipyörä, joka on peitetty useilla terillä tai purjeilla, kun taas tällaisten mallien aerodynaaminen profiili puuttuu.

Huolimatta siitä, että purjehduslaitteille on ominaista alhainen nopeus ja alhainen tehokkuus, niitä käytetään usein kansantaloudessa. Samankaltaisia ​​malleja on helppo asentaa ja käyttää sekä suurta vääntömomenttia ja matala kääntöjen avulla voit suoraan asettaa käyttöön erilaisia ​​hyödyllisiä mekanismeja, esimerkiksi pumpun pumpataan vettä.

Tuuliturbiinigeneraattori

Tuulimyllyjen käyttöön tarvitaan tavanomaisia ​​kolmivaiheisia generaattoreita. Tällaisten laitteiden suunnittelu on samanlainen kuin autoissa käytettävät mallit, mutta siinä on suuria parametreja.

Tuuliturbiinilaitteissa on kolmivaiheinen staattorikäämitys (tähtiyhteys), Missä kolme johdinta menee ohjaimeen, jossa AC-jännitteen muuntaminen vakio.

Nopeuden lisäämiseksi usein käytetty kerroin. Tällainen laite sallii nykyisen generaattorin tehon lisäämisen tai käyttää pienempää laitetta, mikä vähentää asennuskustannuksia.

Kerroimia käytetään useammin pystysuorissa tuulivoimaloissa, joissa tuulipyörän pyöriminen on hitaampaa. Horisontaalisissa laitteissa, joissa terien kierrosnopeus on suuri, kertoimia ei tarvita, mikä yksinkertaistaa ja vähentää rakennuskustannuksia.

Tuuligeneraattorin kokoonpanon ja asennuksen spesifisyys pesukoneesta ja tuulivoimalat auton generaattorista yksityiskohtaisesti suositelluissa artikkeleissa.

Tuulivoimalan edut ja haitat

Tarkastellaanpa yksityiskohtaisesti tuuliturbiinien etuja ja haittoja, sillä niiden tehtävänä on päättää, ostaako tuulivoimala vai ei.

Tuulivoimaloiden edut

Tuulivoimaa käyttävien laitteiden etuja ovat:

• Ympäristöystävällisyys. Laitokset käyttävät uusiutuvaa energialähdettä, jota voidaan käyttää jatkuvasti, aiheuttamatta vahinkoa ympäristölle. Tuulivoimaloiden tuottama sähkö korvaa lämpövoimalaitosten energian ja vähentää kasvihuonekaasupäästöjä.
• monipuolisuus. Tuulivoima voidaan rakentaa lähes kaikkialla: tasangoilla, vuoristossa, pelloilla, saarilla ja jopa matalassa vedessä. Tuulienergiaa arvostetaan erityisesti syrjäisissä paikoissa, joissa tavallista sähköistä viestintää on vaikea venyttää. Tällöin tuulivoimalat mahdollistavat laitteiden virtalähteen säätämisen varmistamalla, että se on riippumaton satunnaisista tekijöistä (esimerkiksi polttoaineesta, jota ei toimiteta ajoissa).
• Käytä tehokkuutta. Nykyaikaiset mallit kierrättävät energiaa jopa heikoilla tuulilla - vähimmäisraja on 3,5 m / s. Samoin on mahdollista tehdä sähkön lisätoimitusta keskitettyyn verkkoon sekä järjestää yksittäisten esineiden (saari tai paikallinen) virtalähde riippumatta siitä teho.
• Arvokas vaihtoehto perinteisille lähteille. Kiinteät tuulivoimapuistot voivat tarjota sähköä täydellisesti asuin- tai jopa pienen tuotantolaitoksen. Tällöin turbiini kerääntyy akkuihin tarvittavan sähkönsyötön käytettäväksi muissa kuin tuulisissa jaksoissa.
• Taloutta. Perinteisiin sähköenergian lähteisiin (kaasu, turve, hiili, öljy) verrattuna pyörätuotteet voivat vähentää merkittävästi energiakustannuksia. Monissa tapauksissa tuulipuiston rakentaminen on halvempaa kuin liittyminen olemassa oleviin sähköjärjestelmiin.

Tuulivoimaloiden käyttö voi olla vaihtoehto kalliiden dieselgeneraattoreiden käytölle, mikä vähentää polttoaineen kuljetus- ja varastointikustannuksia jopa 80 prosenttiin.

Tuuliturbiinin keskimääräinen teho on useita kertoja erilainen kuin huippukuorma. Tuuligeneraattori vastaa vain tietyn ajanjakson energiantuotannosta, kun alueelle on ominaista keskimääräinen kuukausittainen tuulen nopeus.

Tuulivoimaloiden tarkempaa arviointia varten voit käyttää erityisesti johdettuja tietoja (Weibull-parametrit). Nämä luvut heijastavat eri vahvuuksien tuulien ominaista jakaumaa tietylle paikkakunnalle. Tällaisia ​​tietoja on tärkeää pohtia, kun kehitetään hankkeita, joilla tuetaan tuulivoimapuistoja, joiden kapasiteetti on kymmeniä MW.

Tuuliturbiinin tuottama teho on verrannollinen kolminkertaistettuun tuulen nopeuteen. Näin ollen tämä indikaattori on hyvin pieni, jos tuulen virtaus on heikko, mutta kun se kasvaa, se kasvaa dramaattisesti. Tuulien suunnan vaihtelun ja nopeuden vuoksi on välttämätöntä tarjota tuulivoimalan suunnittelussa stabilointikomponentteja.

Säännöt ja kaavat tuulivoimalan tehon laskemiseksi täälläSuosittelemme tutustumaan erittäin hyödylliseen tietoon.

Pienissä itsenäisissä järjestelmissä niiden toiminta suoritetaan akuilla, joiden lataus alkaa kasvaa heti, kun tuuligeneraattorin teho ylittää kuormitusindikaattorin.

On huomattava, että tuulivirtojen tehokas käyttö vaikuttaa moniin tuulivoimaloiden malleihin.

Horisontaaliset turbiinit antavat korkean suorituskyvyn tasaisissa paikoissa, joissa on paljon tuulia, kun taas vertikaaliset turbiinit toimimaan paremmin alueilla, joilla on myrskyisät virrat maapallolta (kukkuloiden yläosassa, vuori) harjut).

Tuulivoimaloiden tärkeimmät haitat

Samalla tuulivoimaloilla on negatiivinen puoli:

• Tuulen voiman suuruutta on vaikea ennustaa etukäteen, koska se usein muuttuu. Tästä syystä on suositeltavaa miettiä turvaverkkoa, joka tarjoaa varmuusenergialähteen (aurinkopaneelit, sähköliitäntä).
• Vertikaaliset laitteet altistuvat potkurin siipien tuhoutumisriskille johtuen keskipakovoimista, kun teriä kierretään pääakselin ympäri. Tästä syystä rakenteen tärkeät osat ajan myötä muuttuvat ja tuhoutuvat, ja mekanismi epäonnistuu.
• On parempi asentaa tuuliturbiinit vapaaseen tilaan, koska vierekkäiset rakennukset voivat “sammuttaa” tuulen ja muodostaa ”kuollut” ilmatilan.
• Tuuliturbiinien ylimääräisen energian säästämiseksi on tarpeen säätää paristojen ja muiden käyttö lisälaitteet, jotka tuottavat tuloksena olevan sähkön muuntamiseksi virran sopivalla kuluttajalla ominaisuudet.
• Tuulivoimalat tuottavat melua, joka voi aiheuttaa epämukavuutta ihmisille, pelottaa eläimiä. Laitteiden terät voivat myös aiheuttaa heille lentävien lintujen kuoleman.
• Joidenkin asiantuntijoiden mukaan tuulivoimalat voivat heikentää radio- ja televisiolähetysten vastaanottoa.

Negatiiviset näkökohdat johtuvat myös tällaisten yksiköiden suhteellisen korkeista kustannuksista, mutta energialähteen halpuus poistaa suurelta osin tämän tekijän.

Yhteysjärjestelmät ja -menetelmät

Vaikka tuuliturbiini voi toimia itsenäisesti, yhdistettyjen järjestelmien avulla voidaan saavuttaa paljon parempia tuloksia. yhdistää tuulilaite aurinkopaneeleihin, keskitetty sähkö, diesel tai kaasu energialähteitä.

Itsenäinen työ. Tällöin laitetaan yksi laitos, jonka avulla tuulienergia otetaan talteen ja kerätään, minkä jälkeen se muunnetaan kuluttajien vaatimaksi sähkövirraksi.

Tuulivoimalan ja aurinkopaneelien yhdistelmä. Yhdistettyä vaihtoehtoa pidetään luotettavana ja tehokkaana tapana syöttää energiaa. Tuulen puuttuessa akku toimii aurinkopaneelit, ja pilvinen sää ja yön aikana lataus tulee tuuliasennuksesta.

Tuulivoimalan ja tehon yhdistetty työ. Tuulivoimala voidaan yhdistää elektrokomikommunikaatioon.

Sähköntuotanto ylittää keskitetyn verkon, ja sen puutteella on mahdollista käyttää sähkövirtaa yhteisestä sähköverkosta.

Tuuliturbiinien käyttökyvyt

Tällä hetkellä tuulivoimaloita käytetään eri kansantalouden aloilla. Eri kapasiteettisia teollisuusmalleja käyttävät öljy- ja kaasu-, televiestintä-, poraus- ja geologiset tutkimusasemat, tuotantolaitokset ja valtion virastot.

Erityisen tärkeää on, että tuuliturbiinien käyttö on tärkeää häiriintyneen sähkön nopeaa palauttamista varten katastrofien ja luonnonkatastrofien aikana. Tätä varten tuuliturbiinit käyttävät usein hätätilanteiden ministeriön yksiköitä.

Kotitalouksien tuulivoimalat sopivat erinomaisesti mökkikylien ja yksityisten talojen valaistuksen ja lämmityksen järjestämiseen sekä taloudellisiin tarkoituksiin tiloilla.

Siinä olisi otettava huomioon joitakin kohtia:

• Jopa 1 kW: n laitteet voivat tarjota riittävän määrän sähköä vain tuulisissa paikoissa. Yleensä niiden tuottama energia riittää vain LED-valaistukseen ja pienten elektronisten laitteiden virrankulutukseen.
• Jotta voisit tarjota sähköä mökille (maalaistalo), tarvitset tuulivoimalan, jonka kapasiteetti on yli 1 kW. Tämä merkkivalo riittää kuitenkin valaistuslaitteiden sekä tietokoneen ja TV: n käyttämiseen sen teho ei riitä tuottamaan sähköä ympäri vuorokauden nykyaikaisena jääkaappi
• Jotta voisimme tarjota energiaa mökille, tarvitset tuuliturbiinin, jonka kapasiteetti on 3-5 kW, mutta jopa tämä luku ei riitä kodin lämmittämiseen. Tämän ominaisuuden hyödyntämiseksi tarvitaan tehokas vaihtoehto, joka vaihtelee 10 kW: sta.

Mallia valittaessa on huomattava, että laitteessa näkyvä tehoindikaattori saavutetaan vain suurimmalla tuulen nopeudella. Näin ollen 300 V: n asennus tuottaa määritetyn energiamäärän vain ilman nopeudella 10-12 m / s.

Haluamme rakentaa tuulivoimalan omin käsin, tarjoamme seuraava artikkeli, mikä yksityiskohtainen hyödyllinen tieto.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Alla olevassa videossa on yksityiskohtaisia ​​tietoja tuulivoimalan kotitalouden mallin toimintaperiaatteesta ja laitteesta:

Tuulivoimala on erinomainen sähköntuotannon lähde, jota syrjäisten alueiden asukkaat arvostavat. Erilaiset venäläiset ja ulkomaiset yritykset tarjoavat laajan valikoiman tuulirakenteita, lisäksi kotimaisia ​​malleja voidaan valmistaa omin käsin.

Kirjoita kommentit alla olevaan ruutuun. Kerro meille, miten tuulivoimala rakennetaan sivustollesi tai miten tuulivoimala toimii naapureillesi. Esitä kysymyksiä, jaa hyödyllistä tietoa ja kuvia aiheesta.