Dispositivo e princípio de funcionamento do gerador eólico cinético

O moderno gerador eólico cinético permite que você use o poder do fluxo de ar, convertendo-o em eletricidade. Para este propósito, existem modelos de fábrica e caseiros de dispositivos que são usados ​​tanto na indústria quanto em fazendas privadas.

Vamos falar sobre como os moinhos de vento deste tipo estão dispostos, vamos familiarizar com as características do dispositivo e opções construtivas. O artigo proposto por nós mostra os pontos fortes e fracos da usina eólica. Mestres independentes aqui encontrarão esquemas e recomendações úteis para a montagem.

O princípio de funcionamento do gerador eólico

A base da operação do gerador eólico é a transformação da energia cinética do vento em energia mecânica do rotor, que é então convertida em eletricidade.

O princípio de funcionamento é bastante simples: a rotação das pás montadas no eixo do dispositivo, conduz a movimentos circulares do gerador de rotor, gerando assim eletricidade.

A corrente alternada instável resultante "flui" para o controlador, onde é convertida em uma voltagem constante que pode carregar as baterias. A partir daí, a energia é fornecida ao inversor, onde é transformada em uma tensão alternada com um indicador de 220/380 V, que é alimentado para os consumidores.

A potência do gerador eólico depende diretamente da potência do fluxo de ar (N), calculada de acordo com a fórmula N = pSV³/ 2, onde V é a velocidade do vento, S é a área de trabalho, p é a densidade do ar.

Dispositivo gerador de vento

Diferentes versões de geradores eólicos são significativamente diferentes umas das outras.

Os dispositivos industriais são um design complexo de múltiplos medidores, cuja instalação requer uma base, enquanto O modelo pode consistir de um mínimo de componentes (um motor elétrico DC de 3-12 V, um capacitor elétrico 1000 μF 6 V, um retificador de silício diodo).

Instalação típica inclui os seguintes componentes:

• alternador (o poder depende da velocidade do vento);
• lâminas que transmitem a rotação para o eixo do gerador (muitas vezes estão também equipadas com caixas de engrenagens, estabilizadores de velocidade do rotor);
• o mastro do moinho de vento, ao qual as lâminas estão ligadas (quanto maiores esses elementos, maior a quantidade de energia eólica que eles podem obter);
• baterias que acumulam energia, o que permite seu uso com um pequeno fluxo de vento ou sua ausência. A bateria também desempenha a função de estabilizar a energia elétrica do gerador;
• controlador - conversor de tensão alternada, obtida do gerador, em uma constante, que é usada para carregar a bateria. O controlador é controlado girando as pás, o que permite levar em consideração onde o ar flui;
• AVR - o dispositivo da comutação automática que conecta o gerador de vento com outras fontes de energia (painéis solares, a rede elétrica);
• sensor de direção do vento - um dispositivo que facilita a busca de pás pelo vento;
• inversor para converter a corrente contínua das baterias à tensão alterna, que é usada em comunicações elétricas.

Para melhor atender às necessidades do usuário, o dispositivo pode ser equipado com vários tipos de inversores:

• dispositivos com onda senoidal invertida, emitindo uma onda senoidal quadrada. Dispositivos deste tipo são adequados para elementos de aquecimento, lâmpadas incandescentes e outros dispositivos pouco exigentes quanto à qualidade da rede;
• Inversores de tensão trifásica concebidos para redes eléctricas trifásicas;
• plantas de onda senoidal pura que produzem energia para equipamentos mais sensíveis;
• Inversores de rede capazes de funcionar sem baterias. Tais dispositivos são projetados para circuitos que envolvem o ingresso de energia elétrica diretamente na rede comum.

Ao escolher modelos, certifique-se de prestar atenção ao tipo de inversor.

Tipos de geradores eólicos

A classificação das turbinas eólicas pode levar em conta características como:

• nomeação;
• características de design;
• o número de lâminas;
• os materiais de que são feitos;
• eixo de rotação;
• passo do parafuso.

Vamos considerar em detalhes as duas classificações mais usadas.

Classificação da turbina eólica por finalidade

Existem variedades de turbinas eólicas que diferem em propósito. As principais características dos dispositivos, por exemplo, energia, dependem disso.

Turbinas Eólicas Industriais

Tais dispositivos são instalados por grandes empresas de energia ou pelo estado para fornecer eletricidade a instalações industriais. Turbinas com uma capacidade de dezenas de megawatts são geralmente localizadas em parcelas de vento (elevações abertas, costas).

A eletricidade gerada, via de regra, vai diretamente para a rede, enquanto que para estabilidade e controle da frequência de rotação das pás da turbina eólica estão equipadas com mecanismos adicionais.

Geradores eólicos comerciais

Essas usinas são usadas para gerar eletricidade para venda ou para fornecer eletricidade a indústrias em regiões com uma rede de baixa energia (ou com sua completa ausência). Tais parques eólicos consistem em grupos de geradores de energia que podem ter diferentes capacidades.

A energia comercial pode fluir diretamente para comunicações elétricas ou usado para carregar uma grande variedade de baterias, onde se acumula e é convertido para alimentar rede elétrica.

Aparelhos eólicos domésticos

Unidades de baixa potência são usadas para uso privado. De acordo com as regras, turbinas eólicas com mastros com menos de 25 metros de altura podem ser instaladas por proprietários sem o consentimento das autoridades, para mastros mais elevados, é necessária uma autorização especial.

Os geradores eólicos domésticos são adequados para carregar baterias com uma voltagem de 12/24 / 48V, cuja energia é transformada em uma voltagem de 220 volts. Tais dispositivos permitem resolver completa ou parcialmente o problema de fornecer eletricidade a pequenos objetos localizados longe da rede elétrica centralizada.

Com diretrizes para a escolha de um gerador eólico para fornecer energia a uma residência particular vai apresentar o artigodedicado a esta questão interessante.

Variedades de projetos de moinhos de vento

De acordo com as características de design do dispositivo também pode ser dividido em um número de categorias, embora todas as variedades são reduzidas para dois tipos principais: vertical e horizontal.

Geradores eólicos horizontais clássicos

Tais instalações (também chamadas de hélice ou asa) geralmente têm de 3 a 5 lâminas montadas em um eixo horizontal. Girando com alta velocidade, tais elementos permitem obter a quantidade máxima de energia (KIEV até 0,4).

Ao mesmo tempo, a quantidade de eletricidade gerada depende em grande parte da altura do dispositivo (quanto maior, maior o resultado).

Tais dispositivos são normalmente instalados em parques eólicos, onde a energia é gerada para uso industrial e comercial, mas eles também são adequados para uso doméstico.

Turbinas eólicas verticais

O elemento operacional de tais instalações é uma roda de vento rotativa. Devido às características do projeto, tais construções diferem em tipos (“Barrel”, “Savonius”).

Apesar do baixo KIEV (0,1-0,2), eles são amplamente utilizados: instalações verticais agir sobre o fluxo de ar turbulento, de modo que eles podem ser colocados mesmo em áreas onde forte vento

Para melhorar o desempenho de moinhos de vento verticais, os fabricantes geralmente aumentam seus parâmetros dimensionais, o que leva a um aumento significativo no custo. Como tais instalações são bastante frágeis, elas exigem maior proteção contra furacões e outros fenômenos naturais.

Geradores Eólicos "Rotor Daria"

Tais dispositivos pertencem à categoria de turbinas eólicas verticais, no entanto, eles têm pronunciado diferenças no design. Devido a características semelhantes, a redução de ruído é alcançada, e também cresce KIEV, que é próximo ao desempenho de modelos horizontais.

A desvantagem de tais estruturas é um baixo ponto de partida (devido à presença de apenas duas lâminas, é difícil para o dispositivo iniciar independentemente). Para resolver o problema é frequentemente utilizado híbrido "Savonius + Darya".

Instalações de vento à vela

Para tais instalações, o princípio de turbinas eólicas verticais e horizontais pode ser aplicado. A principal característica do projeto é uma roda de vento, coberta com várias lâminas ou velas, enquanto o perfil aerodinâmico de tais modelos está ausente.

Apesar do fato de que as instalações de vela são caracterizadas por baixa velocidade e baixa eficiência, elas são freqüentemente usadas na economia nacional. Projetos similares são fáceis de instalar e operar, e a combinação de alto torque com baixa permite que você ponha em movimento diretamente vários mecanismos úteis, por exemplo, uma bomba para bombeando a água.

Gerador de turbina eólica

Para o funcionamento dos moinhos de vento precisam dos geradores trifásicos usuais. O design desses dispositivos é semelhante aos modelos usados ​​em carros, mas possui parâmetros grandes.

Os dispositivos de turbina eólica possuem um enrolamento de estator trifásico (conexão em estrela), onde os três fios vão para o controlador, onde a transformação da tensão AC em permanente.

Para aumentar a velocidade, muitas vezes usado multiplicador. Esse dispositivo permite aumentar a potência do gerador de corrente ou usar um dispositivo menor, o que reduz o custo da instalação.

Os multiplicadores são mais usados ​​em geradores eólicos verticais, nos quais o processo de rotação da roda eólica é mais lento. Para dispositivos horizontais com alta velocidade de rotação das pás não são necessários multiplicadores, o que simplifica e reduz o custo de construção.

Especificidade de montagem e instalação de um gerador eólico da máquina de lavar roupa e turbinas eólicas de gerador de carros detalhado nos artigos que recomendamos.

Prós e contras de um gerador eólico

Vamos considerar em detalhe as vantagens e desvantagens das turbinas eólicas, uma vez que a decisão de comprar uma turbina eólica ou recusá-la depende delas.

Vantagens das turbinas eólicas

As vantagens dos dispositivos que usam energia eólica incluem:

• Amizade ambiental. As instalações utilizam fonte de energia renovável, que pode ser usada continuamente, sem causar danos ao meio ambiente. A eletricidade gerada pelos aerogeradores substitui a energia das usinas térmicas, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa.
• Versatilidade. A energia eólica pode ser construída em quase toda parte: nas planícies, nas montanhas, nos campos, nas ilhas e até mesmo em águas rasas. A energia eólica é especialmente apreciada em locais remotos onde é difícil esticar as comunicações elétricas usuais. Neste caso, os aerogeradores possibilitam o ajuste do fornecimento de energia para as instalações, garantindo que seja independente de fatores aleatórios (por exemplo, de combustível não entregue a tempo).
• Use eficiência. Modelos modernos reciclam energia mesmo com ventos fracos - o limite mínimo é de 3,5 m / s. Da mesma forma, é possível fazer entrega adicional de eletricidade a uma rede centralizada, bem como organizar a alimentação de objetos individuais (ilha ou local), independentemente de poder.
• Uma alternativa digna de fontes tradicionais. Parques eólicos estacionários podem fornecer totalmente uma casa residencial ou até mesmo uma pequena instalação de produção com eletricidade. Nesse caso, a turbina acumulará em baterias o suprimento de eletricidade necessário para uso durante períodos não ventosos.
• Eficiência. Em comparação com as fontes tradicionais de energia elétrica (gás, turfa, carvão, petróleo), as turbinas de ciclo podem reduzir significativamente os custos de energia. Em muitos casos, construir um parque eólico é mais barato do que conectar-se a sistemas de energia existentes.

O uso de turbinas eólicas pode ser uma alternativa ao uso de geradores a diesel caros, reduzindo ainda mais o custo de transporte e armazenamento de combustível em até 80%.

A potência média da turbina eólica é várias vezes diferente da carga de pico. O gerador eólico é responsável apenas pela quantidade de produção de energia durante um certo período de tempo, com uma característica média de velocidade do vento mensal da área.

Para uma avaliação mais precisa dos recursos eólicos, você pode usar dados especialmente derivados (parâmetros Weibull). Esses números refletem a distribuição característica de ventos de diferentes forças para uma localidade específica. Tal informação é importante a considerar quando se desenvolvem projetos para parques eólicos com capacidade de dezenas de MW.

A energia gerada pela turbina eólica é proporcional à velocidade do vento triplicada. Consequentemente, este indicador é muito pequeno no caso de fluxos de vento fraco, no entanto, quando aumentam, aumenta dramaticamente. Devido à variabilidade da direção dos ventos e sua velocidade, é necessário fornecer componentes estabilizadores no projeto da turbina eólica.

Regras e fórmulas para calcular a potência de um gerador eólico dado aquiRecomendamos que você conheça informações muito úteis.

Em pequenos sistemas autônomos, sua função é realizada por baterias, cuja carga começa a aumentar assim que a potência do gerador eólico excede o indicador de carga.

Deve-se notar que o uso eficaz dos fluxos de vento contribui para uma variedade de projetos de geradores eólicos.

Turbinas horizontais proporcionam alto desempenho em locais planos onde há muito vento, enquanto turbinas verticais funcionam melhor em regiões com fluxos turbulentos observados baixos do solo (na parte superior das colinas, cumes).

As principais desvantagens das turbinas eólicas

Ao mesmo tempo, as turbinas eólicas têm seus lados negativos:

• A magnitude da força do vento é difícil de prever com antecedência, pois muitas vezes muda. Devido a isso, é aconselhável pensar em rede de segurança, fornecendo uma fonte de energia de backup (painéis solares, conexão elétrica).
• Dispositivos verticais são expostos ao risco de destruição das pás da hélice devido a forças centrífugas durante a rotação das pás ao redor do eixo principal. Devido a esse efeito, elementos importantes da estrutura ao longo do tempo são deformados e destruídos, e o mecanismo falha.
• É melhor instalar turbinas eólicas no espaço livre, uma vez que os edifícios adjacentes podem “saciar” o vento, formando uma zona de ar “morta”.
• Para economizar o excesso de energia das turbinas eólicas, é necessário prover o uso de baterias e outros dispositivos adicionais servindo para converter a eletricidade resultante em corrente com o consumidor adequado características.
• Ao trabalhar, os geradores eólicos emitem ruído que pode causar desconforto às pessoas, assustando os animais. Lâminas de instalações também podem causar a morte de pássaros que voam para eles.
• Segundo alguns especialistas, as turbinas eólicas podem piorar a recepção de transmissões de rádio e televisão.

Os aspectos negativos também podem ser atribuídos ao custo relativamente alto de tais unidades, no entanto, o baixo preço da fonte de energia elimina amplamente esse fator.

Esquemas e métodos de conexão

Embora a turbina eólica possa operar de forma autônoma, resultados muito melhores podem ser obtidos com a ajuda de esquemas combinados, combinando um dispositivo eólico com painéis solares, eletricidade centralizada, diesel ou gás fontes de energia.

Trabalho autônomo. Neste caso, é colocada uma única instalação, com a ajuda de qual energia eólica é capturada e acumulada, que é então convertida em uma corrente elétrica requerida pelos consumidores.

Combinação de gerador eólico com painéis solares. A opção combinada é considerada uma maneira confiável e eficiente de fornecimento de energia. Na ausência de vento, a bateria opera a partir de painéis solares, e em tempo nublado e durante a noite, o carregamento vem de uma instalação de vento.

O trabalho combinado do gerador eólico e energia. A turbina eólica pode ser combinada com comunicação elektrokom.

Com um excesso de eletricidade produzida, ele entra na rede centralizada, e com sua escassez é possível usar a corrente elétrica da rede elétrica comum.

Nuances do uso de turbinas eólicas

Atualmente, as turbinas eólicas são utilizadas em vários campos da economia nacional. Modelos industriais de diferentes capacidades são usados ​​por empresas de petróleo e gás, telecomunicações, perfuração e estações de exploração geológica, instalações de produção e agências governamentais.

É de particular importância a importância do uso de turbinas eólicas para o rápido restabelecimento da eletricidade perturbada durante cataclismos e desastres naturais. Para este fim, as turbinas eólicas são frequentemente utilizadas pelas unidades do Ministério de Emergências.

As turbinas eólicas domésticas são perfeitas para organizar a iluminação e o aquecimento de vilas e casas particulares, bem como para fins econômicos em fazendas.

Deve levar em conta alguns pontos:

• Dispositivos de até 1 kW podem fornecer uma quantidade suficiente de eletricidade apenas em locais com muito vento. Normalmente, a energia que produzem é suficiente apenas para iluminação LED e alimentação de pequenos dispositivos eletrônicos.
• Para fornecer eletricidade ao chalé (casa de campo), você precisará de um gerador eólico com uma capacidade de mais de 1 kW. Este indicador é suficiente para alimentar os dispositivos de iluminação, bem como um computador e uma TV, no entanto seu poder não é suficiente para fornecer eletricidade ao redor do relógio trabalhando moderna uma geladeira
• Para fornecer energia para a casa você vai precisar de uma turbina eólica com capacidade de 3-5 kW, mas mesmo este número não é suficiente para aquecer casas. Para aproveitar esse recurso, é necessária uma opção poderosa, que varia de 10 kW.

Ao escolher um modelo, deve-se notar que o indicador de energia indicado no dispositivo é alcançado apenas na velocidade máxima do vento. Assim, uma instalação de 300V produzirá a quantidade de energia especificada apenas na velocidade do ar de 10-12 m / s.

Desejando construir um gerador eólico com nossas próprias mãos, oferecemos próximo artigo, que detalhou informações úteis.

Conclusões e vídeos úteis sobre o tema

O vídeo abaixo apresenta informações detalhadas sobre o princípio de funcionamento e o dispositivo de um modelo doméstico de um gerador eólico:

Um aerogerador é uma excelente fonte de produção de energia elétrica, que será especialmente apreciada pelos moradores de áreas remotas. Várias empresas russas e estrangeiras oferecem uma ampla gama de estruturas eólicas, além disso, modelos domésticos podem ser feitos com suas próprias mãos.

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