Dispositif et principe de fonctionnement de l'éolienne cinétique

L'éolienne cinétique moderne vous permet d'utiliser la puissance du flux d'air, en le convertissant en électricité. À cette fin, il existe des modèles d'usine et de modèles maison de dispositifs utilisés aussi bien dans l'industrie que dans les fermes privées.

Nous parlerons de la manière dont les éoliennes de ce type sont disposées, nous nous familiariserons avec les caractéristiques de l'appareil et les options constructives. L'article proposé par nous montre les forces et les faiblesses de l'éolien. Les maîtres indépendants trouveront ici des schémas et des recommandations utiles pour l’assemblée.

Le principe de fonctionnement de l'éolienne

La base du fonctionnement de l’éolienne est la transformation de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique du rotor, qui est ensuite convertie en électricité.

Le principe de fonctionnement est assez simple: la rotation des pales montées sur l'axe de l'appareil entraîne des mouvements circulaires du générateur à rotor, générant ainsi de l'électricité.

Le courant alternatif instable résultant "passe" dans le contrôleur, où il est converti en une tension constante pouvant charger les batteries. À partir de là, l'onduleur est alimenté en électricité, où il est transformé en une tension alternative avec un indicateur 220/380 V, qui alimente les consommateurs.

La puissance de l’éolienne dépend directement de la puissance du débit d’air (N), calculée selon la formule N = pSV³/ 2, où V est la vitesse du vent, S la zone de travail, p la densité de l’air.

Générateur de vent

Différentes versions d'éoliennes sont très différentes les unes des autres.

Les appareils industriels sont une conception complexe à plusieurs compteurs, dont l’installation nécessite une fondation, tandis que Le modèle peut consister en un minimum de composants (un moteur électrique à courant continu de 3-12 V, un condensateur électrique de 1000 μF à 6 V, un redresseur au silicium diode).

L'installation typique comprend les composants suivants:

• alternateur (la puissance dépend de la vitesse du vent);
• les pales qui transmettent la rotation à l'arbre du générateur (elles sont souvent équipées en plus de boîtes de vitesses, de stabilisateurs de vitesse de rotor)
• le mât de l'éolienne auquel sont fixées les pales (plus ces éléments sont hauts, plus l'énergie éolienne qu'ils peuvent obtenir est importante);
• batteries qui accumulent de l'énergie, ce qui permet son utilisation avec un faible vent ou son absence. La batterie a également pour fonction de stabiliser l’énergie électrique du générateur;
• contrôleur - convertisseur de tension alternative, obtenue du générateur, en une constante, qui sert à charger la batterie. Le contrôleur est commandé en tournant les pales, ce qui permet de prendre en compte l'endroit où l'air circule;
• AVR - le dispositif de commutation automatique reliant l'éolienne à d'autres sources d'énergie (panneaux solaires, réseau électrique);
• capteur de direction du vent - un dispositif qui facilite la recherche du flux de vent par les pales;
• onduleur pour convertir le courant continu provenant de batteries en tension alternative, utilisé dans les communications électriques.

Pour mieux répondre aux besoins des utilisateurs, l’appareil peut être équipé de différents types d’onduleurs:

• dispositifs à onde sinusoïdale inversée, émettant une onde sinusoïdale carrée. Les appareils de ce type conviennent aux éléments chauffants, aux lampes à incandescence et à d’autres appareils peu exigeants pour la qualité du réseau;
• onduleurs de tension triphasés conçus pour les réseaux électriques triphasés;
• des installations à ondes sinusoïdales pures qui produisent de l’énergie pour des équipements plus sensibles;
• onduleurs de réseau capables de fonctionner sans batteries. De tels dispositifs sont conçus pour des circuits impliquant une entrée d'énergie électrique directement dans le réseau commun.

Lors du choix des modèles, veillez au type d'onduleur.

Types d'éoliennes

La classification des éoliennes peut prendre en compte des caractéristiques telles que:

• rendez-vous;
• caractéristiques de conception;
• le nombre de pales;
• les matériaux à partir desquels ils sont fabriqués;
• axe de rotation;
• pas de vis.

Examinons en détail les deux classifications les plus couramment utilisées.

Classement des éoliennes par objectif

Il existe différentes variétés d’éoliennes dont le but est différent. Les principales caractéristiques des appareils, par exemple l’alimentation, en dépendent.

Éoliennes industrielles

Ces appareils sont installés par les grandes entreprises énergétiques ou par l'État pour fournir de l'électricité aux installations industrielles. Les turbines d'une capacité de plusieurs dizaines de mégawatts sont généralement situées sur des parcelles éoliennes (altitudes dégagées, côtes).

En règle générale, l’électricité générée va directement au réseau, tandis que des mécanismes supplémentaires sont prévus pour la stabilité et le contrôle de la fréquence de rotation des pales de l’éolienne.

Éoliennes commerciales

Ces centrales sont utilisées pour produire de l’électricité destinée à la vente ou pour fournir de l’électricité à des industries situées dans des régions disposant d’un réseau de faible puissance (ou en son absence complète). Ces parcs éoliens sont constitués de groupes de groupes électrogènes pouvant avoir différentes capacités.

L’énergie commerciale peut passer directement dans les communications électriques ou utilisé pour charger un large éventail de batteries, où il s'accumule et est converti pour alimenter réseau électrique.

Appareils à vent domestiques

Les unités de faible puissance sont utilisées pour un usage privé. Selon les règles en vigueur, les propriétaires peuvent installer des éoliennes avec des mâts de moins de 25 mètres de haut sans le consentement des autorités, mais un permis spécial est nécessaire pour les mâts plus hauts.

Les éoliennes domestiques conviennent pour charger des batteries avec une tension de 12/24 / 48V, dont l'énergie est transformée en une tension de 220 volts. De tels dispositifs permettent de résoudre totalement ou partiellement le problème de l'alimentation en électricité de petits objets éloignés du réseau électrique centralisé.

Avec des directives pour choisir une éolienne pour fournir de l'énergie à une maison privée présentera l'articledédié à cette question intéressante.

Variétés de modèles de moulins à vent

Selon les caractéristiques de conception de l'appareil, il est également possible de les diviser en plusieurs catégories, même si toutes les variétés sont réduites à deux types principaux: vertical et horizontal.

Éoliennes horizontales classiques

De telles installations (également appelées hélices ou ailes) comportent généralement 3 à 5 pales montées sur un axe horizontal. En rotation à grande vitesse, ces éléments permettent d’obtenir le maximum d’énergie (KIEV jusqu’à 0,4).

Dans le même temps, la quantité d’électricité produite dépend en grande partie de la hauteur de l’appareil (plus il est élevé, meilleur est le résultat).

De tels dispositifs sont généralement installés dans des parcs éoliens, où l’énergie est générée pour un usage industriel et commercial, mais ils conviennent également à un usage domestique.

Éoliennes verticales

L'élément de fonctionnement de telles installations est une éolienne en rotation. En raison des caractéristiques de conception, ces constructions diffèrent par leurs types ("Barrel", "Savonius").

Malgré le faible KIEV (0,1-0,2), ils sont largement utilisés: installations verticales agir sur le flux d'air turbulent, de sorte qu'ils puissent être placés même dans les zones où fort vent

Pour améliorer les performances des éoliennes verticales, les fabricants augmentent souvent leurs paramètres dimensionnels, ce qui entraîne une augmentation significative des coûts. Comme ces installations sont assez fragiles, elles nécessitent une protection accrue contre les ouragans et autres phénomènes naturels.

Générateurs de vent "Rotor Daria"

De tels dispositifs appartiennent à la catégorie des éoliennes verticales, mais ils présentent des différences de conception marquées. Grâce à des caractéristiques similaires, la réduction du bruit est atteinte et la croissance de KIEV est également proche, ce qui est proche des performances des modèles horizontaux.

L'inconvénient de telles structures est un point de départ bas (en raison de la présence de seulement deux lames, il est difficile pour le dispositif de démarrer indépendamment). Pour résoudre le problème est souvent utilisé hybride "Savonius + Darya".

Installations éoliennes de voile

Pour de telles installations, le principe des éoliennes verticales et horizontales peut être appliqué. La conception principale est une roue éolienne, recouverte de plusieurs pales ou voiles, tandis que le profil aérodynamique de ces modèles est absent.

Bien que les installations de navigation à la voile se caractérisent par une faible vitesse et une faible efficacité, elles sont souvent utilisées dans l'économie nationale. Des conceptions similaires sont faciles à installer et à utiliser, et la combinaison d'un couple élevé avec une faible tours vous permet de mettre en marche directement divers mécanismes utiles, par exemple une pompe pour pomper de l'eau.

Éolienne

Pour le fonctionnement des éoliennes ont besoin des générateurs triphasés habituels. La conception de tels dispositifs est similaire à celle des modèles utilisés sur les voitures, mais ses paramètres sont importants.

Les éoliennes ont un enroulement triphasé de stator (connexion en étoile), où vont les trois fils au contrôleur, où la transformation de la tension alternative en permanent.

Pour augmenter la vitesse souvent utilisé multiplicateur. Un tel appareil vous permet d'augmenter la puissance du générateur de courant ou d'utiliser un appareil plus petit, ce qui réduit les coûts d'installation.

Les multiplicateurs sont plus souvent utilisés dans les éoliennes verticales, dans lesquelles le processus de rotation de la roue éolienne est plus lent. Pour les appareils horizontaux avec une vitesse de rotation élevée des pales, des multiplicateurs ne sont pas nécessaires, ce qui simplifie et réduit les coûts de construction.

Spécificité de montage et d'installation d'une éolienne de la machine à laver et éoliennes du générateur de voiture détaillés dans les articles que nous recommandons.

Avantages et inconvénients d'une éolienne

Examinons en détail les avantages et les inconvénients des éoliennes, car il leur appartient de décider d’acheter ou non une éolienne.

Avantages des éoliennes

Les avantages des appareils utilisant l’énergie éolienne incluent:

• Respect de l'environnement. Les installations utilisent une source d’énergie renouvelable, qui peut être utilisée en continu, sans causer de dommages à l’environnement. L'électricité générée par les éoliennes remplace l'énergie des centrales thermiques, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre.
• La polyvalence. L'éolien peut être construit presque partout: dans les plaines, dans les montagnes, dans les champs, sur les îles et même dans les eaux peu profondes. L'énergie éolienne est particulièrement appréciée dans les régions reculées où il est difficile d'étirer les communications électriques habituelles. Dans ce cas, les éoliennes permettent d’ajuster l’alimentation électrique des installations, en veillant à ce qu’elle soit indépendante de facteurs aléatoires (par exemple, du carburant non livré à temps).
• Utiliser l'efficacité. Les modèles modernes recyclent l'énergie même les vents faibles - la limite minimale est de 3,5 m / s. De même, il est possible d’apporter de l’électricité supplémentaire à un réseau centralisé, ainsi que organiser l’alimentation d’éléments individuels (insulaires ou locaux), indépendamment de leur pouvoir.
• Une alternative valable aux sources traditionnelles. Les parcs éoliens fixes peuvent entièrement alimenter une maison résidentielle ou même une petite installation de production en électricité. Dans ce cas, la turbine accumulera dans les batteries l’alimentation électrique requise pour une utilisation en dehors des périodes de vent.
• L'efficacité Comparées aux sources traditionnelles d’énergie électrique (gaz, tourbe, charbon, pétrole), les turbines à cycle peuvent réduire considérablement les coûts énergétiques. Dans de nombreux cas, la construction d'un parc éolien coûte moins cher que la connexion aux systèmes d'alimentation existants.

L'utilisation d'éoliennes peut être une alternative à l'utilisation de générateurs diesel coûteux, réduisant encore les coûts de transport et de stockage de carburant jusqu'à 80%.

La puissance moyenne de l'éolienne est plusieurs fois différente de la charge de pointe. L'éolienne n'est responsable que de la quantité d'énergie produite pendant une certaine période de temps avec une vitesse de vent mensuelle moyenne caractéristique de la région.

Pour une évaluation plus précise des ressources éoliennes, vous pouvez utiliser des données spécialement dérivées (paramètres de Weibull). Ces chiffres reflètent la distribution caractéristique des vents de forces différentes pour une localité donnée. Ces informations sont importantes à prendre en compte lors de l’élaboration de projets d’éoliennes d’une capacité de plusieurs dizaines de MW.

La puissance générée par l'éolienne est proportionnelle à la vitesse du vent triplée. Par conséquent, cet indicateur est très faible en cas de faibles vents, mais il augmente considérablement lorsqu'ils augmentent. En raison de la variabilité de la direction des vents et de leur vitesse, il est nécessaire de prévoir des composants de stabilisation dans la conception de l’éolienne.

Règles et formules de calcul de la puissance d'une éolienne donné iciNous vous recommandons de vous familiariser avec des informations très utiles.

Dans les petits systèmes autonomes, leur fonction est assurée par des batteries dont la charge commence à augmenter dès que la puissance de l'aérogénérateur dépasse l'indicateur de charge.

Il convient de noter que l'utilisation efficace des courants éoliens contribue à la diversité des conceptions d'éoliennes.

Les turbines horizontales offrent de hautes performances dans les endroits plats où il y a beaucoup de vent, tandis que les turbines verticales fonctionnent mieux dans les régions à courants turbulents observés à basse altitude (dans la partie supérieure des collines, crêtes).

Les principaux inconvénients des éoliennes

Dans le même temps, les éoliennes ont leurs côtés négatifs:

• L’ampleur de la force du vent est difficile à prévoir, car elle change souvent. Pour cette raison, il est conseillé de réfléchir à un filet de sécurité, prévoyant une source d'énergie de secours (panneaux solaires, connexion électrique).
• Les appareils verticaux sont exposés au risque de destruction des pales de l'hélice du fait des forces centrifuges lors de la rotation des pales autour de l'axe principal. En raison de cet effet, des éléments importants de la structure au fil du temps sont déformés et détruits, et le mécanisme en panne.
• Il est préférable d’installer des éoliennes dans un espace libre, car les bâtiments adjacents peuvent «étouffer» le vent et former une zone d’air «morte».
• Pour économiser l’énergie excédentaire des éoliennes, il est nécessaire de prévoir l’utilisation de batteries et d’autres des dispositifs supplémentaires permettant de convertir l’électricité résultante en courant avec le consommateur caractéristiques.
• Lorsqu'ils travaillent, les éoliennes émettent des bruits susceptibles de gêner les gens et d'effrayer les animaux. Les pales des installations peuvent aussi causer la mort des oiseaux qui les volent.
• Selon certains experts, les éoliennes peuvent aggraver la réception d'émissions de radio et de télévision.

Les aspects négatifs peuvent également être attribués au coût relativement élevé de telles unités. Cependant, le bas prix de la source d’énergie élimine en grande partie ce facteur.

Schémas et méthodes de connexion

Bien que l’éolienne puisse fonctionner de manière autonome, de meilleurs résultats peuvent être obtenus à l’aide de systèmes combinés, combinaison d'un dispositif éolien avec des panneaux solaires, électricité centralisée, diesel ou gaz sources d'énergie.

Travail autonome. Dans ce cas, une seule installation est installée, à l'aide de laquelle l'énergie éolienne est capturée et accumulée, qui est ensuite convertie en un courant électrique requis par les consommateurs.

Combinaison d'éolienne avec des panneaux solaires. L'option combinée est considérée comme un moyen d'alimentation fiable et efficace. En l'absence de vent, la batterie fonctionne à partir de panneaux solaireset par temps nuageux et pendant la nuit, la charge provient d’une installation éolienne.

Le travail combiné de l'éolienne et de l'énergie. L'éolienne peut être combinée avec elektrokomcommunications.

Avec un excès d’électricité produit, il entre dans le réseau centralisé et, grâce à sa pénurie, il est possible d’utiliser le courant électrique du réseau électrique commun.

Nuances d'utilisation des éoliennes

Actuellement, les éoliennes sont utilisées dans divers domaines de l'économie nationale. Des modèles industriels de différentes capacités sont utilisés par les sociétés pétrolières et gazières, les sociétés de télécommunications, les stations de forage et d’exploration géologique, les installations de production et les agences gouvernementales.

L'importance d'utiliser des éoliennes pour la restauration rapide de l'électricité perturbée lors de cataclysmes et de catastrophes naturelles est particulièrement importante. À cette fin, les unités du ministère des Situations d'urgence utilisent souvent des éoliennes.

Les éoliennes domestiques sont idéales pour organiser l’éclairage et le chauffage des villages de chalets et des maisons privées, ainsi que pour des objectifs économiques dans les exploitations agricoles.

Il devrait prendre en compte certains points:

• Les appareils d’une puissance jusqu’à 1 kW ne peuvent fournir une quantité suffisante d’électricité que dans les endroits venteux. Habituellement, l’énergie qu’ils produisent suffit à l’éclairage LED et à l’alimentation de petits appareils électroniques.
• Pour fournir entièrement l'électricité au chalet (maison de campagne), vous aurez besoin d'un générateur éolien d'une capacité de plus de 1 kW. Cet indicateur suffit pour alimenter les dispositifs d'éclairage, ainsi que l'ordinateur et le téléviseur. sa puissance ne suffit pas à fournir de l'électricité autour de l'horloge de travail moderne un frigo
• Pour fournir de l'énergie au chalet, vous aurez besoin d'une éolienne d'une puissance de 3 à 5 kW, mais même ce chiffre ne suffit pas pour chauffer les maisons. Pour tirer parti de cette fonctionnalité, une option puissante, allant de 10 kW, est nécessaire.

Lors du choix d'un modèle, il convient de noter que l'indicateur de puissance indiqué sur l'appareil est obtenu uniquement à la vitesse maximale du vent. Ainsi, une installation de 300 V ne produira la quantité d’énergie spécifiée qu’à une vitesse de l’air de 10 à 12 m / s.

Souhaitant construire une éolienne de nos propres mains, nous proposons prochain article, quelles informations utiles détaillées.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo ci-dessous présente des informations détaillées sur le principe de fonctionnement et le dispositif d'un modèle domestique d'éolienne:

L'éolienne constitue une excellente source de production d'énergie électrique, qui sera particulièrement appréciée par les habitants des régions éloignées. Diverses entreprises russes et étrangères proposent une large gamme de structures éoliennes. En outre, des modèles nationaux peuvent être fabriqués de vos propres mains.

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