Dispositivo e principio di funzionamento del generatore eolico cinetico

Il moderno generatore eolico cinetico consente di utilizzare la potenza del flusso d'aria, convertendola in energia elettrica. A tale scopo, esistono modelli di dispositivi fabbricati in fabbrica e utilizzati sia nell'industria che nelle aziende agricole private.

Parleremo di come sono disposti i mulini a vento di questo tipo, conosceremo le caratteristiche del dispositivo e le opzioni costruttive. L'articolo da noi proposto mostra i punti di forza e di debolezza della centrale eolica. I maestri indipendenti qui troveranno schemi e raccomandazioni utili per il montaggio.

Il principio di funzionamento del generatore eolico

La base del funzionamento del generatore eolico è la trasformazione dell'energia cinetica del vento nell'energia meccanica del rotore, che viene quindi convertita in energia elettrica.

Il principio di funzionamento è abbastanza semplice: la rotazione delle pale montate sull'asse del dispositivo, porta a movimenti circolari del generatore di rotori, generando in tal modo elettricità.

La risultante corrente alternata instabile "scorre" nel controller, dove viene convertita in una tensione costante in grado di caricare le batterie. Da lì, l'alimentazione viene fornita all'inverter, dove viene trasformata in una tensione alternata con un indicatore 220/380 V, che viene alimentato ai consumatori.

La potenza del generatore eolico dipende direttamente dalla potenza del flusso d'aria (N), calcolato secondo la formula N = pSV³/ 2, dove V è la velocità del vento, S è l'area di lavoro, p è la densità dell'aria.

Dispositivo generatore di vento

Diverse versioni di generatori eolici sono significativamente diverse l'una dall'altra.

I dispositivi industriali sono un complesso design multi-metro, la cui installazione richiede una fondazione, mentre la casa Il modello può essere costituito da un minimo di componenti (un motore elettrico CC da 3-12 V, un condensatore elettrico da 1000 μF 6 V, un raddrizzatore al silicio Diode).

L'installazione tipica include i seguenti componenti:

• alternatore (la potenza dipende dalla velocità del vento);
• pale che trasmettono la rotazione all'albero del generatore (spesso sono inoltre dotate di riduttori, stabilizzatori di velocità del rotore);
• l'albero del mulino a vento, a cui sono attaccate le pale (più alti sono questi elementi, maggiore è la quantità di energia del vento che possono ottenere);
• batterie che accumulano energia, che consente il suo utilizzo con un piccolo flusso del vento o la sua assenza. La batteria svolge anche la funzione di stabilizzare l'energia elettrica dal generatore;
• controller - convertitore di tensione alternata, ottenuto dal generatore, in una costante, che viene utilizzato per caricare la batteria. Il controller è controllato ruotando le lame, il che consente di tenere conto di dove scorre l'aria;
• AVR - il dispositivo della commutazione automatica che collega il generatore eolico ad altre fonti di energia (pannelli solari, rete elettrica);
• Sensore di direzione del vento - un dispositivo che facilita il flusso del vento di ricerca delle pale;
• inverter per convertire la corrente continua dalle batterie alla tensione alternata, che viene utilizzata nelle comunicazioni elettriche.

Per soddisfare al meglio le esigenze degli utenti, il dispositivo può essere dotato di vari tipi di inverter:

• dispositivi con onda sinusoidale invertita, che emettono un'onda sinusoidale quadrata. Dispositivi di questo tipo sono adatti per elementi riscaldanti, lampade ad incandescenza e altri dispositivi che non richiedono una buona qualità della rete;
• invertitori di tensione trifase progettati per reti elettriche trifase;
• impianti a onda sinusoidale pura che producono energia per attrezzature più sensibili;
• inverter di rete in grado di funzionare senza batterie. Tali dispositivi sono progettati per circuiti che comportano l'ingresso di energia elettrica direttamente nella rete comune.

Quando si scelgono i modelli, assicurarsi di prestare attenzione al tipo di inverter.

Tipi di generatori eolici

La classificazione delle turbine eoliche può tenere conto di caratteristiche come:

• nomina;
• caratteristiche del design;
• il numero di lame;
• i materiali da cui sono fatti;
• asse di rotazione;
• passo della vite.

Consideriamo in dettaglio le due classificazioni più comunemente utilizzate.

Classificazione delle turbine eoliche per scopo

Ci sono varietà di turbine eoliche che differiscono nello scopo. Le principali caratteristiche dei dispositivi, ad esempio la potenza, dipendono da questo.

Turbine eoliche industriali

Tali dispositivi sono installati dalle maggiori compagnie energetiche o dallo stato per fornire elettricità agli impianti industriali. Turbine con una capacità di decine di megawatt si trovano solitamente su tratte di vento (elevazioni aperte, coste).

L'elettricità generata, di norma, va direttamente alla rete, mentre per la stabilità e il controllo della frequenza di rotazione delle pale della turbina eolica sono dotati di meccanismi aggiuntivi.

Generatori eolici commerciali

Tali impianti sono utilizzati per generare elettricità per la vendita o per fornire elettricità alle industrie in regioni con una rete a bassa potenza (o con la sua completa assenza). Tali parchi eolici sono costituiti da gruppi di generatori di energia che possono avere capacità diverse.

L'energia commerciale può fluire direttamente nelle comunicazioni elettriche o utilizzato per caricare una vasta gamma di batterie, dove si accumula e viene convertito in ingresso rete elettrica.

Elettrodomestici eolici per la casa

Le unità a bassa potenza sono utilizzate per uso privato. Secondo le regole, le turbine eoliche con alberi di altezza inferiore a 25 metri possono essere installate dai proprietari senza il consenso delle autorità, mentre per gli alberi più alti è richiesto un permesso speciale.

I generatori eolici domestici sono adatti per caricare batterie con una tensione di 12/24 / 48V, la cui energia viene trasformata in una tensione di 220 volt. Tali dispositivi consentono di risolvere completamente o parzialmente il problema della fornitura di energia elettrica a piccoli oggetti che si trovano lontano dalla rete elettrica centralizzata.

Con le linee guida per la scelta di un generatore eolico per fornire energia a una casa privata introdurrà l'articolodedicato a questa interessante domanda.

Varietà di disegni di mulini a vento

Secondo le caratteristiche del design del dispositivo può anche essere diviso in un certo numero di categorie, anche se tutte le varietà sono ridotte a due tipi principali: verticale e orizzontale.

Generatori eolici orizzontali classici

Tali installazioni (si chiamano anche eliche o alette) hanno generalmente 3-5 pale montate su un asse orizzontale. Ruotando ad alta velocità, tali elementi consentono di ottenere la massima quantità di energia (KIEV fino a 0,4).

Allo stesso tempo, la quantità di elettricità generata dipende in gran parte dall'altezza del dispositivo (più è alto, maggiore è il risultato).

Tali dispositivi sono generalmente installati in parchi eolici, dove l'energia viene generata per uso industriale e commerciale, ma sono adatti anche per l'uso domestico.

Turbine eoliche verticali

L'elemento operativo di tali installazioni è una ruota del vento rotante. A causa delle caratteristiche del design, tali costruzioni differiscono per tipo ("Barrel", "Savonius").

Nonostante il basso KIEV (0.1-0.2), sono ampiamente utilizzati: installazioni verticali agire sul flusso d'aria turbolenta, in modo che possano essere posizionati anche in aree dove forti vento.

Per migliorare le prestazioni dei mulini a vento verticali, i produttori spesso aumentano i loro parametri dimensionali, il che porta a un significativo aumento dei costi. Poiché tali installazioni sono piuttosto fragili, richiedono una maggiore protezione contro gli uragani e altri fenomeni naturali.

Generatori eolici "Rotor Daria"

Tali dispositivi appartengono alla categoria delle turbine eoliche verticali, tuttavia presentano notevoli differenze nel design. A causa di caratteristiche simili, si ottiene una riduzione del rumore e cresce anche KIEV, che è vicino alle prestazioni dei modelli orizzontali.

Lo svantaggio di tali strutture è un basso punto di partenza (a causa della presenza di solo due lame, è difficile che il dispositivo si avvii in modo indipendente). Per risolvere il problema viene spesso utilizzato l'ibrido "Savonius + Darya".

Impianti eolici a vela

Per tali installazioni, è possibile applicare il principio delle turbine eoliche verticali e orizzontali. La caratteristica principale del progetto è una ruota del vento, coperta da più pale o vele, mentre il profilo aerodinamico di tali modelli è assente.

Nonostante il fatto che gli impianti di navigazione siano caratterizzati da bassa velocità e bassa efficienza, sono spesso utilizzati nell'economia nazionale. Disegni simili sono facili da installare e utilizzare e la combinazione di coppia elevata e bassa gira ti permette di mettere direttamente in movimento vari meccanismi utili, ad esempio una pompa per pompando acqua.

Generatore di turbine eoliche

Per il funzionamento dei mulini a vento occorrono i soliti generatori trifase. Il design di tali dispositivi è simile ai modelli utilizzati sulle auto, ma ha grandi parametri.

I dispositivi della turbina eolica hanno un avvolgimento statorico trifase (collegamento a stella), dove vanno i tre fili al controller, dove si trasforma la tensione CA. costante.

Per aumentare la velocità si usa spesso il moltiplicatore. Tale dispositivo consente di aumentare la potenza del generatore di corrente o utilizzare un dispositivo più piccolo, riducendo il costo di installazione.

I moltiplicatori sono più spesso usati nei generatori eolici verticali, in cui il processo di rotazione della ruota del vento è più lento. Per i dispositivi orizzontali con un'alta velocità di rotazione delle pale non sono necessari moltiplicatori, il che semplifica e riduce il costo di costruzione.

Specificità di assemblaggio e installazione di un generatore eolico dalla lavatrice e turbine eoliche dal generatore di auto dettagliato negli articoli che raccomandiamo.

Pro e contro di un generatore eolico

Consideriamo in dettaglio i vantaggi e gli svantaggi delle turbine eoliche, poiché spetta a loro decidere se acquistare o meno una turbina eolica.

Vantaggi delle turbine eoliche

I vantaggi dei dispositivi che usano l'energia eolica includono:

• Compatibilità ambientale Le installazioni utilizzano una fonte di energia rinnovabile, che può essere utilizzata continuamente, senza causare danni all'ambiente. L'elettricità generata dai generatori eolici sostituisce l'energia delle centrali termiche, riducendo le emissioni di gas serra.
• versatilità. L'energia eolica può essere costruita quasi ovunque: in pianura, in montagna, nei campi, sulle isole e persino in acque poco profonde. L'energia eolica è particolarmente apprezzata in luoghi remoti dove è difficile allungare le solite comunicazioni elettriche. In questo caso, i generatori eolici consentono di regolare l'alimentazione degli impianti, assicurando che sia indipendente da fattori casuali (ad esempio, dal carburante non consegnato in tempo).
• Efficienza d'uso. Modelli moderni riciclano energia anche con venti deboli - il limite minimo è 3,5 m / s. Allo stesso modo, è possibile effettuare consegne aggiuntive di energia elettrica a una rete centralizzata, così come organizzare l'alimentazione di singoli oggetti (isola o locale), indipendentemente dalla loro il potere.
• Una valida alternativa alle fonti tradizionali. I parchi eolici stazionari possono fornire energia elettrica a una casa residenziale o addirittura a un piccolo impianto di produzione. In questo caso, la turbina accumulerà nelle batterie la quantità di elettricità necessaria per l'uso durante periodi non ventosi.
• Economia. Rispetto alle tradizionali fonti di energia elettrica (gas, torba, carbone, petrolio), le turbine a ciclo possono ridurre significativamente i costi energetici. In molti casi, la costruzione di un parco eolico è più economica rispetto alla connessione a sistemi di alimentazione esistenti.

L'uso di turbine eoliche può essere un'alternativa all'uso di costosi generatori diesel, riducendo ulteriormente i costi di trasporto e stoccaggio di carburante fino all'80%.

La potenza media della turbina eolica è diverse volte diversa dal carico di punta. Il generatore eolico è responsabile solo della quantità di produzione di energia per un certo periodo di tempo con una caratteristica media della velocità del vento mensile dell'area.

Per una valutazione più accurata delle risorse del vento, è possibile utilizzare dati derivati ​​appositamente (parametri Weibull). Queste cifre riflettono la distribuzione caratteristica di venti di forza diversa per una particolare località. Tali informazioni sono importanti da considerare quando si sviluppano progetti per parchi eolici con una capacità di decine di MW.

La potenza generata dalla turbina eolica è proporzionale alla velocità del vento triplicata. Di conseguenza, questo indicatore è molto piccolo in caso di flussi deboli di vento, tuttavia, quando aumentano, aumenta drammaticamente. A causa della variabilità della direzione dei venti e della loro velocità, è necessario fornire componenti stabilizzanti nel progetto della turbina eolica.

Regole e formule per calcolare la potenza di un generatore eolico dato quiRaccomandiamo di familiarizzare con informazioni molto utili.

Nei piccoli sistemi autonomi, la loro funzione viene eseguita da batterie, la cui carica inizia ad aumentare non appena la potenza del generatore eolico supera l'indicatore di carico.

Va notato che l'uso efficace dei flussi del vento contribuisce a una varietà di progetti di generatori eolici.

Le turbine orizzontali offrono alte prestazioni in luoghi piani dove c'è molto vento, mentre le turbine verticali lavorare meglio in regioni con flussi turbolenti osservati bassi dal suolo (nella parte superiore delle colline, montagna creste).

I principali svantaggi delle turbine eoliche

Allo stesso tempo, le turbine eoliche hanno i loro lati negativi:

• L'entità della forza del vento è difficile da prevedere in anticipo, poiché spesso cambia. Per questo motivo, si consiglia di pensare alla rete di sicurezza, fornendo una fonte di energia di riserva (pannelli solari, connessione elettrica).
• I dispositivi verticali sono esposti al rischio di distruzione delle pale dell'elica a causa di forze centrifughe durante la rotazione delle lame attorno all'asse principale. A causa di questo effetto, elementi importanti della struttura nel tempo vengono deformati e distrutti e il meccanismo fallisce.
• È meglio installare turbine eoliche nello spazio libero, poiché gli edifici adiacenti possono "estinguere" il vento, formando una zona d'aria "morta".
• Per risparmiare l'energia in eccesso delle turbine eoliche, è necessario prevedere l'uso di batterie e altro dispositivi aggiuntivi che servono a convertire l'elettricità risultante in corrente con un consumatore adatto Caratteristiche.
• Durante il lavoro, i generatori eolici emettono rumore che può causare disagio alle persone, spaventare gli animali. Lame di installazioni possono anche causare la morte di uccelli che volano verso di loro.
• Secondo alcuni esperti, le turbine eoliche possono peggiorare la ricezione delle trasmissioni radiofoniche e televisive.

Gli aspetti negativi possono anche essere attribuiti al costo relativamente elevato di tali unità, tuttavia, l'economicità della fonte di energia elimina in gran parte questo fattore.

Schemi e metodi di connessione

Sebbene la turbina eolica possa funzionare autonomamente, con l'aiuto di schemi combinati si possono ottenere risultati molto migliori combinando un dispositivo a vento con pannelli solari, elettricità centralizzata, diesel o gas fonti di energia.

Lavoro autonomo. In questo caso, viene installata una singola installazione, con l'aiuto di cui viene catturata e accumulata l'energia eolica, che viene poi convertita in corrente elettrica richiesta dai consumatori.

Combinazione di generatore eolico con pannelli solari. L'opzione combinata è considerata un modo affidabile ed efficiente di alimentazione. In assenza di vento, la batteria funziona da pannelli solarie con tempo nuvoloso e durante la notte, la ricarica proviene da un'installazione di vento.

Il lavoro combinato del generatore eolico e della potenza. La turbina eolica può essere combinata con elektrokomcommunications.

Con un eccesso di elettricità prodotta, entra nella rete centralizzata, e con la sua carenza è possibile utilizzare la corrente elettrica dalla rete elettrica comune.

Sfumature di utilizzo di turbine eoliche

Attualmente, le turbine eoliche sono utilizzate in vari settori dell'economia nazionale. Modelli industriali di diverse capacità sono utilizzati da petrolio e gas, società di telecomunicazioni, stazioni di perforazione e di esplorazione geologica, impianti di produzione e agenzie governative.

Di particolare importanza è l'uso di turbine eoliche per il rapido ripristino dell'elettricità disturbata durante i cataclismi e le calamità naturali. A tal fine, le turbine eoliche sono spesso utilizzate dalle unità del Ministero delle situazioni di emergenza.

Le turbine eoliche per uso domestico sono perfette per organizzare l'illuminazione e il riscaldamento di villaggi e case private, nonché per scopi economici nelle fattorie.

Dovrebbe prendere in considerazione alcuni punti:

• I dispositivi fino a 1 kW possono fornire una quantità sufficiente di elettricità solo in luoghi ventosi. Di solito, l'energia che producono è sufficiente solo per l'illuminazione a LED e l'alimentazione di piccoli dispositivi elettronici.
• Per fornire energia elettrica al cottage (casa di campagna), avrete bisogno di un generatore eolico con una capacità di oltre 1 kW. Questo indicatore è sufficiente per alimentare i dispositivi di illuminazione, ma anche un computer e un televisore il suo potere non è sufficiente a fornire elettricità 24 ore su 24 funzionante moderno un frigorifero
• Per fornire energia al cottage avrete bisogno di una turbina eolica con una capacità di 3-5 kW, ma anche questa cifra non è sufficiente per riscaldare le case. Per usufruire di questa funzionalità è necessaria un'opzione potente, che va da 10 kW.

Quando si sceglie un modello, è necessario notare che l'indicatore di potenza indicato sul dispositivo viene raggiunto solo alla velocità massima del vento. Pertanto, un'installazione di 300 V produrrà la quantità di energia specificata solo alla velocità dell'aria di 10-12 m / s.

Desideriamo costruire un generatore eolico con le nostre mani, offriamo prossimo articolo, quali informazioni utili dettagliate.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video qui sotto presenta informazioni dettagliate sul principio di funzionamento e il dispositivo di un modello domestico di un generatore eolico:

Un generatore eolico è un'eccellente fonte di produzione di energia elettrica, che sarà particolarmente apprezzata dai residenti di aree remote. Varie imprese russe e straniere offrono una vasta gamma di strutture eoliche, inoltre, i modelli domestici possono essere realizzati con le proprie mani.

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