Urządzenie i zasada działania kinetycznego generatora wiatru

Nowoczesny kinetyczny generator wiatru pozwala na wykorzystanie mocy przepływu powietrza, przekształcając go w energię elektryczną. W tym celu istnieją fabryczne i domowe modele urządzeń, które są używane zarówno w przemyśle, jak iw prywatnych gospodarstwach.

Porozmawiamy o tym, jak rozmieszczone są wiatraki tego typu, zapoznamy się z funkcjami urządzenia i konstruktywnymi opcjami. Zaproponowany przez nas artykuł pokazuje mocne i słabe strony elektrowni wiatrowej. Niezależni mistrzowie znajdą tu przydatne schematy i zalecenia dotyczące montażu.

Zasada działania generatora wiatru

Podstawą działania generatora wiatru jest przekształcenie energii kinetycznej wiatru w energię mechaniczną wirnika, która jest następnie przekształcana w energię elektryczną.

Zasada działania jest dość prosta: obrót łopatek zamontowanych na osi urządzenia prowadzi do kołowych ruchów generatora wirnika, generując w ten sposób elektryczność.

Powstały niestabilny prąd przemienny „płynie” do regulatora, gdzie jest przekształcany w stałe napięcie, które może ładować akumulatory. Stamtąd zasilanie jest dostarczane do falownika, gdzie jest przekształcane w napięcie przemienne ze wskaźnikiem 220/380 V, który jest podawany do konsumentów.

Moc generatora wiatrowego zależy bezpośrednio od mocy przepływu powietrza (N), obliczonego według wzoru N = pSV³/ 2, gdzie V jest prędkością wiatru, S jest obszarem roboczym, p jest gęstością powietrza.

Urządzenie generatora wiatru

Różne wersje generatorów wiatrowych znacznie się od siebie różnią.

Urządzenia przemysłowe są złożoną konstrukcją wielometrową, której instalacja wymaga fundamentu, a jednocześnie gospodarstwa domowego Model może składać się z minimum komponentów (silnik elektryczny DC 3-12 V, kondensator elektryczny 1000 μF 6 V, prostownik silikonowy dioda).

Typowa instalacja obejmuje następujące elementy:

• alternator (moc zależy od prędkości wiatru);
• ostrza, które przenoszą obrót na wał generatora (często są one dodatkowo wyposażone w skrzynie biegów, stabilizatory prędkości wirnika);
• maszt wiatraka, do którego przymocowane są łopaty (im wyższe są te elementy, tym większa ilość energii wiatru może uzyskać);
• akumulatory, które gromadzą energię, co pozwala na jej użycie przy niewielkim przepływie wiatru lub jego braku. Bateria pełni również funkcję stabilizowania energii elektrycznej z generatora;
• kontroler - konwerter napięcia przemiennego, uzyskiwany z generatora, na stałą, która służy do ładowania akumulatora Sterownik jest sterowany przez obracanie łopatek, co pozwala uwzględnić, gdzie przepływa powietrze;
• AVR - urządzenie automatycznego przełączania łączące generator wiatrowy z innymi źródłami energii (panele słoneczne, sieć elektryczna);
• czujnik kierunku wiatru - urządzenie ułatwiające przepływ wiatru przez łopatki;
• falownik do przetwarzania prądu stałego z baterii na napięcie przemienne, które jest wykorzystywane w komunikacji elektrycznej.

Aby lepiej zaspokoić potrzeby użytkowników, urządzenie może być wyposażone w różnego rodzaju falowniki:

• urządzenia z odwróconą falą sinusoidalną, emitujące kwadratową falę sinusoidalną. Urządzenia tego typu nadają się do elementów grzewczych, żarówek i innych urządzeń niewymagających jakości sieci;
• trójfazowe falowniki napięcia przeznaczone do trójfazowych sieci elektrycznych;
• czysto sinusoidalne rośliny wytwarzające energię dla bardziej czułych urządzeń;
• falowniki sieciowe zdolne do pracy bez baterii. Takie urządzenia są przeznaczone do obwodów obejmujących wnikanie energii elektrycznej bezpośrednio do wspólnej sieci.

Przy wyborze modeli należy zwrócić uwagę na typ falownika.

Rodzaje generatorów wiatrowych

Klasyfikacja turbin wiatrowych może uwzględniać takie cechy, jak:

• spotkanie;
• cechy konstrukcyjne;
• liczba ostrzy;
• materiały, z których są wykonane;
• oś obrotu;
• skok śruby.

Rozważmy szczegółowo dwie najczęściej stosowane klasyfikacje.

Klasyfikacja turbin wiatrowych według celu

Istnieją różne rodzaje turbin wiatrowych, które różnią się celem. Główne cechy urządzeń, na przykład moc, zależą od tego.

Przemysłowe turbiny wiatrowe

Takie urządzenia są instalowane przez duże przedsiębiorstwa energetyczne lub przez państwo w celu dostarczania energii elektrycznej do obiektów przemysłowych. Turbiny o pojemności kilkudziesięciu megawatów są zwykle zlokalizowane na działkach wiatrowych (otwarte elewacje, wybrzeża).

Wytworzona energia elektryczna z reguły trafia bezpośrednio do sieci, natomiast dla stabilności i kontroli częstotliwości obrotów łopatek turbiny wiatrowej są wyposażone w dodatkowe mechanizmy.

Komercyjne generatory wiatrowe

Takie instalacje są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej na sprzedaż lub do dostarczania energii elektrycznej do przemysłów w regionach o niskiej mocy sieci (lub przy jej całkowitej nieobecności). Takie farmy wiatrowe składają się z grup agregatów prądotwórczych, które mogą mieć różne pojemności.

Moc komercyjna może płynąć bezpośrednio do komunikacji elektrycznej lub używane do ładowania dużej liczby baterii, gdzie gromadzi się i jest przekształcane do zasilania sieć energetyczna.

Domowe urządzenia wiatrowe

Jednostki małej mocy są wykorzystywane do użytku prywatnego. Zgodnie z przepisami, turbiny wiatrowe z masztami o wysokości poniżej 25 metrów mogą być instalowane przez właścicieli bez zgody władz, w przypadku wyższych masztów wymagane jest specjalne zezwolenie.

Domowe generatory wiatrowe są odpowiednie do ładowania akumulatorów o napięciu 12/24 / 48V, których energia jest przekształcana w napięcie 220 woltów. Takie urządzenia umożliwiają całkowite lub częściowe rozwiązanie problemu dostarczania energii elektrycznej do małych obiektów, które znajdują się z dala od scentralizowanej sieci energetycznej.

Ze wskazówkami dotyczącymi wyboru generatora wiatrowego w celu dostarczenia energii do prywatnego domu przedstawi artykułpoświęcony temu interesującemu pytaniu.

Odmiany wzorów wiatraków

Zgodnie z cechami projektowymi urządzenia można również podzielić na kilka kategorii, chociaż wszystkie odmiany są zredukowane do dwóch głównych typów: pionowy i poziomy.

Klasyczne poziome generatory wiatrowe

Takie instalacje (nazywane są również śmigłami lub skrzydłami) zwykle mają 3-5 łopat zamontowanych na osi poziomej. Obracając się z dużą prędkością, elementy takie pozwalają uzyskać maksymalną ilość energii (KIJÓW do 0,4).

Jednocześnie ilość generowanej energii elektrycznej zależy w dużej mierze od wysokości urządzenia (im wyższa, tym większy wynik).

Takie urządzenia są zwykle instalowane w farmach wiatrowych, gdzie energia jest wytwarzana do użytku przemysłowego i komercyjnego, ale są one również odpowiednie do użytku domowego.

Pionowe turbiny wiatrowe

Elementem roboczym takich instalacji jest obrotowe koło wiatrowe. Ze względu na cechy konstrukcyjne takie konstrukcje różnią się typami („Barrel”, „Savonius”).

Pomimo niskiego KIJÓW (0,1-0,2) są one szeroko stosowane: instalacje pionowe działają na turbulentny przepływ powietrza, dzięki czemu można je umieścić nawet w miejscach, w których jest silny wiatr

Aby poprawić wydajność pionowych wiatraków, producenci często zwiększają swoje parametry wymiarowe, co prowadzi do znacznego wzrostu kosztów. Ponieważ takie instalacje są dość kruche, wymagają zwiększonej ochrony przed huraganami i innymi zjawiskami naturalnymi.

Generatory wiatrowe „Rotor Daria”

Takie urządzenia należą do kategorii pionowych turbin wiatrowych, jednak mają wyraźne różnice w konstrukcji. Dzięki podobnym cechom uzyskuje się redukcję szumów, a także KIJÓW, który jest bliski wydajności modeli poziomych.

Wadą takich struktur jest niski punkt początkowy (ze względu na obecność tylko dwóch ostrzy, trudno jest urządzeniu uruchomić się niezależnie). Aby rozwiązać ten problem, często stosuje się hybrydę „Savonius + Darya”.

Żeglarskie instalacje wiatrowe

W przypadku takich instalacji można zastosować zasadę pionowych i poziomych turbin wiatrowych. Główną cechą konstrukcyjną jest koło wiatrowe, pokryte wieloma łopatami lub żaglami, podczas gdy profil aerodynamiczny takich modeli jest nieobecny.

Pomimo faktu, że instalacje żeglarskie charakteryzują się niską prędkością i niską wydajnością, są one często wykorzystywane w gospodarce narodowej. Podobne konstrukcje są łatwe w instalacji i obsłudze, a połączenie wysokiego momentu obrotowego z niskim zakręty umożliwiają bezpośrednie uruchomienie różnych przydatnych mechanizmów, na przykład pompy wypompowywanie wody.

Generator turbiny wiatrowej

Do działania wiatraków potrzebne są zwykłe generatory trójfazowe. Konstrukcja takich urządzeń jest podobna do modeli stosowanych w samochodach, ale ma duże parametry.

Urządzenia turbin wiatrowych mają trójfazowe uzwojenie stojana (połączenie w gwiazdę), skąd trzy przewody przechodzą do sterownika, gdzie następuje przekształcenie napięcia AC na stały.

Aby zwiększyć prędkość często używany mnożnik. Takie urządzenie pozwala zwiększyć moc generatora prądu lub użyć mniejszego urządzenia, co zmniejsza koszty instalacji.

Mnożniki są częściej stosowane w pionowych generatorach wiatru, w których proces obracania koła wiatrowego jest wolniejszy. W przypadku urządzeń poziomych z dużą prędkością obrotową łopatek nie są wymagane mnożniki, co upraszcza i zmniejsza koszty budowy.

Specyfika montażu i instalacji generatora wiatrowego z pralki i turbiny wiatrowe z generatora samochodowego szczegółowo w artykułach, które polecamy.

Plusy i minusy generatora wiatrowego

Rozważmy szczegółowo zalety i wady turbin wiatrowych, ponieważ to one decydują o zakupie turbiny wiatrowej.

Zalety turbin wiatrowych

Do zalet urządzeń wykorzystujących energię wiatru należą:

• Przyjazność dla środowiska. Instalacje wykorzystują odnawialne źródło energii, które może być używane w sposób ciągły, nie powodując szkód dla środowiska. Energia elektryczna wytwarzana przez generatory wiatrowe zastępuje energię elektrociepłowni, zmniejszając emisję gazów cieplarnianych.
• Wszechstronność. Energię wiatrową można zbudować prawie wszędzie: na równinach, w górach, na polach, na wyspach, a nawet w płytkiej wodzie. Energia wiatru jest szczególnie ceniona w odległych miejscach, gdzie trudno jest rozciągnąć zwykłą komunikację elektryczną. W tym przypadku generatory wiatrowe umożliwiają dostosowanie zasilania do urządzeń, zapewniając, że jest ono niezależne od czynników losowych (na przykład od paliwa niedostarczonego na czas).
• Użyj wydajności. Nowoczesne modele przetwarzają energię nawet przy słabym wietrze - minimalny limit wynosi 3,5 m / s. Podobnie możliwe jest dodatkowe dostarczanie energii elektrycznej do scentralizowanej sieci, jak również organizować zasilanie poszczególnych obiektów (wyspowych lub lokalnych), niezależnie od ich moc.
• Godna alternatywa dla tradycyjnych źródeł. Stacjonarne farmy wiatrowe mogą w pełni zapewnić dom mieszkalny lub nawet mały zakład produkcyjny z elektrycznością. W tym przypadku turbina zgromadzi w bateriach wymagane zasilanie elektryczne do użytku w okresach niewietrznych.
• Wydajność. W porównaniu z tradycyjnymi źródłami energii elektrycznej (gaz, torf, węgiel, ropa naftowa), turbiny cykliczne mogą znacznie obniżyć koszty energii. W wielu przypadkach budowa farmy wiatrowej jest tańsza niż podłączenie do istniejących systemów zasilania.

Wykorzystanie turbin wiatrowych może być alternatywą dla stosowania drogich generatorów diesla, dodatkowo zmniejszając koszty transportu i przechowywania paliwa do 80%.

Średnia moc turbiny wiatrowej jest kilka razy różna od obciążenia szczytowego. Generator wiatrowy jest odpowiedzialny tylko za wielkość produkcji energii przez pewien okres czasu ze średnią miesięczną charakterystyką prędkości wiatru charakterystyczną dla tego obszaru.

W celu dokładniejszej oceny zasobów wiatru można użyć specjalnie uzyskanych danych (parametry Weibulla). Liczby te odzwierciedlają charakterystyczny rozkład wiatrów o różnych mocach dla danej miejscowości. Informacje takie należy wziąć pod uwagę przy opracowywaniu projektów farm wiatrowych o mocy dziesiątek MW.

Moc generowana przez turbinę wiatrową jest proporcjonalna do potrojonej prędkości wiatru. W konsekwencji wskaźnik ten jest bardzo mały w przypadku słabych przepływów wiatru, jednak gdy się zwiększają, gwałtownie wzrasta. Ze względu na zmienność kierunku wiatrów i ich prędkość, konieczne jest zapewnienie elementów stabilizujących w konstrukcji turbiny wiatrowej.

Zasady i wzory do obliczania mocy generatora wiatrowego podany tutajZalecamy zapoznanie się z bardzo przydatnymi informacjami.

W małych systemach autonomicznych ich funkcja jest wykonywana przez baterie, których ładunek zaczyna rosnąć, gdy tylko moc generatora wiatrowego przekroczy wskaźnik obciążenia.

Należy zauważyć, że efektywne wykorzystanie przepływów wiatru przyczynia się do różnych konstrukcji generatorów wiatrowych.

Turbiny poziome zapewniają wysoką wydajność w płaskich miejscach, gdzie jest dużo wiatru, podczas gdy turbiny pionowe pracuj lepiej w regionach z burzliwym przepływem obserwowanym nisko nad ziemią (w górnej części wzgórz, w górach) grzbiety).

Główne wady turbin wiatrowych

Jednocześnie turbiny wiatrowe mają swoje negatywne strony:

• Wielkość siły wiatru jest trudna do przewidzenia z wyprzedzeniem, ponieważ często się zmienia. Z tego powodu wskazane jest zastanowienie się nad siatką bezpieczeństwa, zapewniającą zapasowe źródło energii (panele słoneczne, połączenie elektryczne).
• Urządzenia pionowe narażone są na ryzyko zniszczenia łopatek śmigła z powodu sił odśrodkowych podczas obrotu łopatek wokół głównej osi. Z tego powodu ważne elementy struktury z czasem ulegają deformacji i zniszczeniu, a mechanizm zawodzi.
• Lepiej jest zainstalować turbiny wiatrowe w wolnej przestrzeni, ponieważ sąsiednie budynki mogą „ugasić” wiatr, tworząc „martwą” strefę powietrzną.
• Aby zaoszczędzić nadmiar energii turbin wiatrowych, konieczne jest zastosowanie baterii i innych dodatkowe urządzenia służące do przekształcenia uzyskanej elektryczności w prąd za pomocą odpowiedniego odbiornika cechy.
• Podczas pracy generatory wiatru emitują hałas, który może powodować dyskomfort dla ludzi, odstraszyć zwierzęta. Ostrza instalacji mogą również powodować śmierć ptaków, które do nich lecą.
• Według niektórych ekspertów turbiny wiatrowe mogą pogorszyć odbiór programów radiowych i telewizyjnych.

Negatywne aspekty można również przypisać stosunkowo wysokiemu kosztowi takich jednostek, jednak taniość źródła energii w dużej mierze eliminuje ten czynnik.

Schematy połączeń i metody

Chociaż turbina wiatrowa może działać autonomicznie, znacznie lepsze wyniki można osiągnąć dzięki połączonym systemom, połączenie urządzenia wiatrowego z panelami słonecznymi, scentralizowaną elektrycznością, olejem napędowym lub gazem źródła energii.

Praca autonomiczna. W tym przypadku umieszczana jest pojedyncza instalacja, za pomocą której energia wiatru jest wychwytywana i gromadzona, która jest następnie przekształcana w prąd elektryczny wymagany przez konsumentów.

Połączenie generatora wiatrowego z panelami słonecznymi. Połączona opcja jest uważana za niezawodny i wydajny sposób zasilania. Przy braku wiatru bateria działa panele słoneczneW pochmurną pogodę iw nocy ładowanie pochodzi z instalacji wiatrowej.

Połączona praca generatora wiatrowego i mocy. Turbina wiatrowa może być połączona z elektrokomcommunications.

Z nadwyżką wytwarzanej energii elektrycznej wchodzi do scentralizowanej sieci, a jej niedobór umożliwia wykorzystanie prądu elektrycznego ze wspólnej sieci energetycznej.

Niuanse stosowania turbin wiatrowych

Obecnie turbiny wiatrowe są wykorzystywane w różnych dziedzinach gospodarki narodowej. Modele przemysłowe o różnych pojemnościach są wykorzystywane przez firmy naftowe i gazowe, firmy telekomunikacyjne, stacje wiertnicze i geologiczne, zakłady produkcyjne i agencje rządowe.

Na szczególną uwagę zasługuje znaczenie stosowania turbin wiatrowych do szybkiego przywracania zakłóconej energii elektrycznej podczas kataklizmów i klęsk żywiołowych. W tym celu turbiny wiatrowe są często wykorzystywane przez jednostki Ministerstwa Sytuacji Nadzwyczajnych.

Turbiny wiatrowe domowe są idealne do organizowania oświetlenia i ogrzewania wiosek i domów prywatnych, a także do celów gospodarczych w gospodarstwach.

Należy wziąć pod uwagę kilka punktów:

• Urządzenia o mocy do 1 kW mogą zapewnić wystarczającą ilość energii elektrycznej tylko w wietrznych miejscach. Zwykle wytwarzana przez nich energia wystarcza tylko na oświetlenie LED i zasilanie małych urządzeń elektronicznych.
• Aby w pełni zapewnić elektryczność domowi (wiejskiemu domowi), potrzebny będzie generator wiatrowy o mocy ponad 1 kW. Ten wskaźnik wystarczy jednak do zasilania urządzeń oświetleniowych, a także komputera i telewizora jego moc nie wystarcza, aby dostarczać energię elektryczną przez całą dobę działającą w nowoczesnym stylu lodówka
• Aby dostarczyć energię do domku, będziesz potrzebować turbiny wiatrowej o mocy 3-5 kW, ale nawet ta liczba nie wystarczy do ogrzewania domów. Aby skorzystać z tej funkcji, potrzebna jest potężna opcja, od 10 kW.

Przy wyborze modelu należy zauważyć, że wskaźnik mocy wskazany na urządzeniu jest osiągany tylko przy maksymalnej prędkości wiatru. Tak więc instalacja 300V wytworzy określoną ilość energii tylko przy prędkości powietrza 10-12 m / s.

Chcąc zbudować generator wiatrowy własnymi rękami, oferujemy następny artykuł, które szczegółowe przydatne informacje.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Poniższy film przedstawia szczegółowe informacje o zasadzie działania i urządzeniu modelu gospodarstwa domowego generatora wiatrowego:

Generator wiatrowy jest doskonałym źródłem produkcji energii elektrycznej, co będzie szczególnie doceniane przez mieszkańców odległych obszarów. Różne rosyjskie i zagraniczne przedsiębiorstwa oferują szeroką gamę konstrukcji wiatrowych, a ponadto modele krajowe można wykonywać własnymi rękami.

Napisz komentarze w polu poniżej. Opowiedz nam, jak zbudować generator wiatrowy na swojej stronie lub jak działa turbina wiatrowa dla sąsiadów. Zadawaj pytania, udostępniaj przydatne informacje i zdjęcia na ten temat.