Kinetiskā vēja ģeneratora ierīce un darbības princips

Modernais kinētiskais vēja ģenerators ļauj izmantot gaisa plūsmas jaudu, pārveidojot to par elektrību. Šim nolūkam ir ražotnes un mājās ražoti modeļi, kurus izmanto gan rūpniecībā, gan privātajās saimniecībās.

Mēs runāsim par to, kā šāda veida vējdzirnavas ir sakārtotas, mēs iepazīsimies ar ierīces īpašībām un konstruktīvām iespējām. Mūsu piedāvātajā rakstā redzamas vēja elektrostacijas stiprās un vājās puses. Neatkarīgie meistari šeit atradīs noderīgas shēmas un ieteikumus montāžai.

Vēja ģeneratora darbības princips

Vēja ģeneratora darbības pamatā ir vēja kinētiskās enerģijas pārveidošana par rotora mehānisko enerģiju, kas pēc tam tiek pārveidota elektrībā.

Darbības princips ir diezgan vienkāršs: lāpstiņu rotācija, kas uzstādīta uz ierīces ass, noved pie rotora ģeneratora apļveida kustībām, tādējādi radot elektrību.

Iegūtās nestabilās maiņstrāvas "plūsmas" kontrolierī, kur tas tiek pārveidots par nemainīgu spriegumu, kas var uzlādēt baterijas. No turienes jauda tiek piegādāta invertoram, kur tas tiek pārveidots par mainīgu spriegumu ar 220/380 V indikatoru, kas tiek patērēts patērētājiem.

Vēja ģeneratora jauda tieši atkarīga no gaisa plūsmas jaudas (N), ko aprēķina pēc formulas N = pSV³/ 2, kur V ir vēja ātrums, S ir darba zona, p ir gaisa blīvums.

Vēja ģeneratoru ierīce

Dažādas vēja ģeneratoru versijas būtiski atšķiras.

Rūpnieciskās ierīces ir komplekss vairāku metru dizains, kura uzstādīšana prasa pamatu, kamēr mājsaimniecība Modelis var sastāvēt no vismazākiem komponentiem (līdzstrāvas elektromotors no 3 līdz 12 V, elektriskais kondensators 1000 μF 6 V, silīcija taisngriezis). diode).

Tipiski uzstādījumi ietver šādus komponentus:

• ģenerators (jauda ir atkarīga no vēja ātruma);
• asmeņi, kas pārnes rotāciju uz ģeneratora vārpstu (bieži vien tie ir aprīkoti arī ar pārnesumkārbām, rotora ātruma stabilizatoriem);
• vējdzirnavas masts, kuram pievienoti asmeņi (jo lielāki ir šie elementi, jo lielāks ir vēja enerģijas daudzums, ko tie var iegūt);
• baterijas, kas uzkrāj enerģiju, kas ļauj to izmantot ar nelielu vēja plūsmu vai tās neesamību. Akumulators arī veic elektroenerăijas stabilizēšanas funkciju no ģeneratora;
• kontrolieris - mainīgā sprieguma pārveidotājs, kas iegūts no ģeneratora, uz konstantu, ko izmanto, lai uzlādētu akumulatoru. Kontrolieri kontrolē, griežot asmeņus, kas ļauj ņemt vērā gaisa plūsmu;
• AVR - automātiskās pārslēgšanas ierīce, kas savieno vēja ģeneratoru ar citiem enerģijas avotiem (saules paneļi, elektriskais tīkls);
• vēja virziena sensors - ierīce, kas atvieglo asmeņu meklēšanu vēja plūsmā;
• invertors, lai pārveidotu līdzstrāvu no baterijām līdz maiņstrāvai, ko izmanto elektriskajās komunikācijās.

Lai labāk apmierinātu lietotāju vajadzības, ierīci var aprīkot ar dažāda veida invertoriem:

• ierīces ar apgrieztu sinusoidālu vilni, izsniedzot kvadrātveida sinusoidālu vilni. Šāda veida ierīces ir piemērotas elementu, kvēlspuldzes un citu ierīču apkurei, kas nav nepieciešamas tīkla kvalitātei;
• trīsfāžu sprieguma invertori, kas paredzēti trīsfāžu elektriskajiem tīkliem;
• tīri sinusa viļņu augi, kas ražo enerģiju jutīgākām iekārtām;
• tīkla invertori, kas spēj darboties bez baterijām. Šādas ierīces ir paredzētas shēmām, kas ietver elektroenerģijas ieplūdi tieši kopējā tīklā.

Izvēloties modeļus, pievērsiet uzmanību invertora tipam.

Vēja ģeneratoru veidi

Vēja turbīnu klasifikācijā var ņemt vērā tādas īpašības kā:

• iecelšana amatā;
• dizaina iezīmes;
• asmeņu skaits;
• materiāli, no kuriem tie izgatavoti;
• rotācijas ass;
• skrūvju piķis.

Detalizēti izskatīsim divas visbiežāk izmantotās klasifikācijas.

Vēja turbīnu klasifikācija pēc mērķa

Ir dažādas vēja turbīnu šķirnes, kas atšķiras pēc mērķa. No tā ir atkarīgas ierīces galvenās īpašības, piemēram, jauda.

Rūpnieciskās vēja turbīnas

Šādas ierīces uzstāda lielākie enerģijas uzņēmumi vai valsts, lai piegādātu elektroenerģiju rūpnieciskām iekārtām. Turbīnas, kuru ietilpība ir desmitiem megavatu, parasti atrodas uz vēja gabaliem (atklātie pacēlumi, krasti).

Ģenerētā elektroenerģija parasti iet tieši tīklā, savukārt stabilitātei un vēja turbīnas asmeņu rotācijas kontrolei ir aprīkoti papildu mehānismi.

Komerciālie vēja ģeneratori

Šādas ražotnes izmanto, lai ražotu elektroenerģiju pārdošanai vai nodrošinātu elektroenerģiju rūpniecības nozarēm reģionos, kuros ir mazjaudas elektrotīkls (vai ar pilnīgu tās trūkumu). Šādas vēja enerģijas ražotnes sastāv no enerģijas ģeneratoru kopām, kurām var būt dažādas jaudas.

Komerciālā jauda var ieplūst tieši elektriskajās komunikācijās vai izmanto, lai uzlādētu lielu bateriju masīvu, kur tas uzkrājas un tiek pārveidots, lai to ievadītu elektrotīkls.

Sadzīves vēja ierīces

Mazjaudas ierīces tiek izmantotas privātām vajadzībām. Saskaņā ar noteikumiem vēja turbīnas, kuru masts ir mazāks par 25 metriem, var uzstādīt saimnieki bez iestāžu piekrišanas, augstākiem mastiem ir nepieciešama īpaša atļauja.

Sadzīves vēja ģeneratori ir piemēroti akumulatoru uzlādēšanai ar 12/24 / 48V spriegumu, kura enerģija tiek pārveidota 220 voltu spriegumā. Šādas ierīces ļauj pilnībā vai daļēji atrisināt elektrības piegādi maziem objektiem, kas atrodas prom no centralizētā elektrotīkla.

Ar vadlīnijām vēja ģeneratora izvēlei, lai nodrošinātu enerģiju privātmājā iepazīstinās ar rakstuveltīts šim interesantam jautājumam.

Vējdzirnavas modeļu šķirnes

Saskaņā ar ierīces konstrukcijas iezīmēm var iedalīt arī vairākās kategorijās, lai gan visas šķirnes ir samazinātas uz diviem galvenajiem veidiem: vertikāli un horizontāli.

Klasiskie horizontālie vēja ģeneratori

Šādām iekārtām (tās sauc arī par propelleru vai spārnu) parasti ir 3-5 asmeņi, kas uzstādīti uz horizontālas ass. Rotējot ar lielu ātrumu, šādi elementi ļauj iegūt maksimālu enerģijas daudzumu (KIEV līdz 0,4).

Tajā pašā laikā saražotās elektroenerģijas daudzums lielā mērā ir atkarīgs no ierīces augstuma (jo lielāks tas ir, jo lielāks rezultāts).

Šādas ierīces parasti tiek uzstādītas vēja parkos, kur enerģija tiek ražota rūpnieciskai un komerciālai izmantošanai, bet tās ir piemērotas arī vietējai lietošanai.

Vertikālās vēja turbīnas

Šādu iekārtu darbības elements ir rotējošs vēja ritenis. Dizainparaugu dēļ šādas konstrukcijas atšķiras tipos (“Barrel”, “Savonius”).

Neskatoties uz zemo KIEV (0,1-0,2), tie tiek plaši izmantoti: vertikālās iekārtas iedarbojas uz turbulentu gaisa plūsmu, lai tās varētu novietot pat vietās, kur tas ir spēcīgs vējš

Lai uzlabotu vertikālo vējdzirnavu darbību, ražotāji bieži palielina izmēru parametrus, kas rada ievērojamu izmaksu pieaugumu. Tā kā šādas iekārtas ir diezgan trauslas, tām nepieciešama pastiprināta aizsardzība pret viesuļvētrām un citām dabas parādībām.

Vēja ģeneratori "Rotor Daria"

Šādas ierīces pieder vertikālo vēja turbīnu kategorijai, tomēr tām ir izteikti atšķirīgas dizaina atšķirības. Līdzīgu iezīmju dēļ tiek sasniegts trokšņa samazinājums, kā arī pieaug KIEV, kas ir tuvu horizontālo modeļu darbībai.

Šādu struktūru trūkums ir zems sākuma punkts (tikai divu asmeņu klātbūtnes dēļ ierīcei ir grūti startēt atsevišķi). Lai atrisinātu šo problēmu, bieži tiek izmantots hibrīds "Savonius + Darya".

Burāšanas vēja iekārtas

Šādām iekārtām var piemērot gan vertikālo, gan horizontālo vēja turbīnu principu. Galvenais dizaina elements ir vēja ritenis, kas pārklāts ar vairākiem asmeņiem vai burām, bet šādu modeļu aerodinamiskais profils nav.

Neskatoties uz to, ka burāšanas iekārtas raksturo zema ātruma un zema efektivitāte, tās bieži izmanto tautsaimniecībā. Līdzīgas konstrukcijas ir viegli uzstādīt un lietot, kā arī lielā griezes momenta kombinācija ar zemu pagriezieni ļauj tieši iedarbināt dažādus noderīgus mehānismus, piemēram, sūkni sūknēt ūdeni.

Vēja turbīnu ģenerators

Lai vējdzirnavas darbotos, ir nepieciešami parastie trīsfāžu ģeneratori. Šādu ierīču dizains ir līdzīgs modeļiem, ko izmanto automašīnās, bet tam ir lieli parametri.

Vēja turbīnu ierīcēm ir trīsfāžu statora tinums (zvaigžņu savienojums), kur trīs vadi dodas uz kontrolieri, kur maiņstrāvas sprieguma pārveidošana pastāvīga.

Lai palielinātu ātrumu, ko bieži izmanto reizinātājs. Šāda ierīce ļauj palielināt strāvas ģeneratora jaudu vai izmantot mazāku ierīci, kas samazina uzstādīšanas izmaksas.

Reizinātājus biežāk izmanto vertikālos vēja ģeneratoros, kuros vēja riteņa pagriešanas process ir lēnāks. Horizontālām ierīcēm ar augstu asmeņu griešanās ātrumu nav vajadzīgi reizinātāji, kas vienkāršo un samazina būvniecības izmaksas.

Vēja ģeneratora montāžas un uzstādīšanas specifika no veļas mazgājamās mašīnas un vēja turbīnas no auto ģeneratora detalizēti aprakstīti mūsu ieteiktajos rakstos.

Vēja ģeneratora plusi un mīnusi

Detalizēti aplūkosim vēja turbīnu priekšrocības un trūkumus, jo viņiem ir jāizlemj, vai pirkt vēja turbīnu.

Vēja turbīnu priekšrocības

Vēja enerģiju izmantojošo ierīču priekšrocības ir:

• Videi draudzīgums. Iekārtas izmanto atjaunojamo enerģijas avotu, ko var izmantot nepārtraukti, neradot kaitējumu videi. Vēja ģeneratoru saražotā elektroenerģija aizstāj siltumelektrostaciju enerģiju, samazinot siltumnīcefekta gāzu emisijas.
• Daudzpusība. Vēja enerģiju var būvēt gandrīz visur: līdzenumos, kalnos, laukos, salās un pat seklā ūdenī. Vēja enerģija ir īpaši novērtēta attālās vietās, kur ir grūti izstiept parasto elektrisko komunikāciju. Šādā gadījumā vēja ģeneratori ļauj pielāgot elektroapgādi iekārtām, nodrošinot, ka tas ir neatkarīgs no nejaušiem faktoriem (piemēram, no degvielas, kas nav piegādāta laikā).
• Izmantojiet efektivitāti. Modernie modeļi pārstrādā enerģiju pat vāji vēji - minimālā robeža ir 3,5 m / s. Tāpat ir iespējams veikt papildu elektroenerģijas piegādi centralizētam tīklam, kā arī organizēt atsevišķu objektu (salu vai vietējo) elektroapgādi neatkarīgi no to jauda.
• Cienīga alternatīva tradicionālajiem avotiem. Stacionārie vēja ģeneratoru uzņēmumi var pilnībā nodrošināt dzīvojamo māju vai pat nelielu ražotni ar elektrību. Tādā gadījumā turbīna akumulatoros uzkrās nepieciešamo elektroenerģijas piegādi lietošanai laikā, kas nav vējains.
• Efektivitāte. Salīdzinājumā ar tradicionālajiem elektroenerģijas avotiem (gāzi, kūdru, ogli, naftu), cikla turbīnas var ievērojami samazināt enerģijas izmaksas. Daudzos gadījumos vēja parka būvniecība ir lētāka nekā savienošana ar esošajām energosistēmām.

Vēja turbīnu izmantošana var būt alternatīva dārgu dīzeļģeneratoru izmantošanai, kas vēl vairāk samazina degvielas transportēšanas un uzglabāšanas izmaksas līdz pat 80%.

Vēja turbīnas vidējā jauda ir vairākas reizes atšķirīga no maksimālās slodzes. Vēja ģenerators ir atbildīgs tikai par enerģijas ražošanas apjomu uz noteiktu laiku ar vidējo mēneša vēja ātrumu, kas raksturīgs šai teritorijai.

Lai precīzāk novērtētu vēja resursus, varat izmantot speciāli iegūtus datus (Weibull parametrus). Šie skaitļi atspoguļo raksturīgo atšķirīgo stiprumu vēja sadalījumu konkrētai vietai. Šāda informācija ir svarīga, izstrādājot projektus vēja ģeneratoru parkiem, kuru jauda ir desmitiem MW.

Vēja turbīnas radītā jauda ir proporcionāla trīskāršajam vēja ātrumam. Līdz ar to vājajām vēja plūsmām šis rādītājs ir ļoti mazs, tomēr, palielinoties, tas ievērojami palielinās. Vēja virziena un to ātruma mainīguma dēļ vēja turbīnas projektēšanā nepieciešams nodrošināt stabilizējošas sastāvdaļas.

Vēja ģeneratora jaudas aprēķināšanas noteikumi un formulas šeitMēs iesakām iepazīties ar ļoti noderīgu informāciju.

Mazās autonomās sistēmās to funkcijas veic baterijas, kuru uzlāde sāk pieaugt, tiklīdz vēja ģeneratora jauda pārsniedz slodzes indikatoru.

Jāatzīmē, ka vēja plūsmu efektīva izmantošana veicina dažādu vēja ģeneratoru dizainu.

Horizontālās turbīnas nodrošina augstu veiktspēju plakanās vietās, kur ir daudz vēja, bet vertikālās turbīnas labāk strādāt reģionos, kuros vērojama zema plūsma no zemes (kalnu augšdaļā, kalnā) kores).

Galvenie vēja turbīnu trūkumi

Tajā pašā laikā vēja turbīnām ir negatīvas puses:

• Vēja spēka lielumu ir grūti iepriekš paredzēt, jo tā bieži mainās. Tādēļ ir ieteicams padomāt par drošības tīklu, kas nodrošina rezerves enerģijas avotu (saules paneļi, elektriskais pieslēgums).
• Vertikālās ierīces ir pakļautas dzenskrūves lāpstiņu iznīcināšanas riskam centrbēdzes spēku dēļ, kad asmeņi griežas ap galveno asi. Šā iemesla dēļ nozīmīgi struktūras elementi laika gaitā deformējas un iznīcināti, un mehānisms neizdodas.
• Labāk ir uzstādīt vēja turbīnas brīvā telpā, jo blakus esošās ēkas var “dzēst” vējš, veidojot “mirušu” gaisa zonu.
• Lai saglabātu vēja turbīnu lieko enerģiju, ir nepieciešams nodrošināt bateriju un citu izmantošanu papildu ierīces, kas kalpo, lai pārveidotu iegūto elektroenerģiju par piemērotu patērētāju īpašības.
• Strādājot, vēja ģeneratori rada troksni, kas var radīt diskomfortu cilvēkiem, baidīt dzīvniekus. Iekārtu asmeņi var arī izraisīt to putnu nāvi, kuri lido uz tiem.
• Pēc dažu ekspertu domām, vēja turbīnas var pasliktināt radio un televīzijas raidījumu uzņemšanu.

Negatīvos aspektus var attiecināt arī uz šādu vienību salīdzinoši augstajām izmaksām, tomēr enerģijas avota lētība lielā mērā novērš šo faktoru.

Savienojuma shēmas un metodes

Lai gan vēja turbīna var darboties autonomi, ar kombinēto shēmu palīdzību var sasniegt daudz labākus rezultātus, apvienojot vēja ierīci ar saules paneļiem, centralizētu elektrību, dīzeļdegvielu vai gāzi enerģijas avotiem.

Autonomais darbs. Šādā gadījumā tiek uzstādīta viena instalācija, kuras rezultātā tiek uztverta un uzkrāta vēja enerģija, kas pēc tam tiek pārveidota par patērētāja pieprasīto elektrisko strāvu.

Vēja ģeneratoru kombinācija ar saules paneļiem. Kombinētā opcija tiek uzskatīta par uzticamu un efektīvu elektroapgādes veidu. Ja nav vēja, akumulators darbojas no saules paneļiun mākoņainā laikā un nakts laikā uzlāde notiek no vēja instalācijas.

Vēja ģeneratora un jaudas apvienotais darbs. Vēja turbīnu var apvienot ar elektrokomunikāciju.

Pārsniedzot saražoto elektroenerģiju, tas nonāk centralizētajā tīklā, un ar tās trūkumu ir iespējams izmantot elektrisko strāvu no kopējā elektrotīkla.

Vēja turbīnu izmantošanas nianses

Šobrīd vēja turbīnas izmanto dažādās tautsaimniecības nozarēs. Dažādu jaudu rūpnieciskos modeļus izmanto naftas un gāzes, telekomunikāciju uzņēmumi, urbšanas un ģeoloģiskās izpētes stacijas, ražošanas iekārtas un valsts aģentūras.

Īpaši jāatzīmē, cik svarīgi ir izmantot vēja turbīnas, lai ātri atjaunotu traucēto elektrību kataklizmu un dabas katastrofu laikā. Tālab vēja turbīnas bieži izmanto ārkārtas situāciju ministrijas vienības.

Mājsaimniecības vēja turbīnas ir ideāli piemērotas lauku ciematu un privātmāju apgaismojuma un apkures organizēšanai, kā arī saimnieciskiem mērķiem saimniecībās.

Tajā jāņem vērā daži punkti:

• Ierīces līdz 1 kW var nodrošināt pietiekamu elektroenerģijas daudzumu tikai vējajās vietās. Parasti saražotā enerģija ir pietiekama tikai LED apgaismojumam un mazu elektronisko ierīču darbināšanai.
• Lai pilnībā nodrošinātu elektroenerģiju vasarnīcai (lauku mājai), būs nepieciešams vēja ģenerators ar jaudu virs 1 kW. Šis indikators tomēr ir pietiekams, lai darbinātu apgaismes ierīces, kā arī datoru un televizoru tās jauda nav pietiekama, lai nodrošinātu mūsdienīgu elektrību visu diennakti ledusskapis
• Lai nodrošinātu mājai enerģiju, būs nepieciešama vēja turbīna ar jaudu 3-5 kW, bet pat šis skaitlis nav pietiekams, lai apsildītu mājas. Lai izmantotu šo funkciju, ir nepieciešama jaudīga iespēja, sākot no 10 kW.

Izvēloties modeli, jāatzīmē, ka uz ierīces norādītais jaudas indikators tiek sasniegts tikai ar maksimālo vēja ātrumu. Tādējādi 300V uzstādīšana radīs noteiktu enerģijas daudzumu tikai ar gaisa ātrumu 10-12 m / s.

Mēs vēlamies būvēt vēja ģeneratoru ar savām rokām nākamais raksts, kuru detalizētu noderīgu informāciju.

Secinājumi un noderīgs video par šo tēmu

Zemāk redzamajā videoklipā sniegta detalizēta informācija par vēja ģeneratora sadzīves modeļa darbības principu un ierīci:

Vēja ģenerators ir lielisks elektroenerģijas ražošanas avots, ko īpaši novērtēs attālo reģionu iedzīvotāji. Dažādi Krievijas un ārvalstu uzņēmumi piedāvā plašu vēja konstrukciju klāstu, turklāt vietējos modeļus var izgatavot ar savām rokām.

Lūdzu, ierakstiet komentārus zemāk redzamajā lodziņā. Pastāstiet mums, kā veidot vēja ģeneratoru savā vietnē vai kā vēja turbīnas darbojas jūsu kaimiņiem. Uzdodiet jautājumus, kopīgojiet noderīgu informāciju un fotoattēlus par šo tēmu.