Zariadenie a princíp činnosti kinetického veterného generátora

Moderný kinetický veterný generátor vám umožní využiť výkon prúdenia vzduchu a premieňať ho na elektrinu. Pre tento účel existujú továrne a domáce modely zariadení, ktoré sa používajú v priemysle aj na súkromných farmách.

Budeme hovoriť o tom, ako sú usporiadané veterné mlyny tohto typu, oboznámime sa s vlastnosťami zariadenia a konštrukčnými možnosťami. Navrhovaný článok ukazuje silné a slabé stránky veternej elektrárne. Nezávislí majstri tu nájdu užitočné schémy a odporúčania pre zhromaždenie.

Princíp činnosti veterného generátora

Základom činnosti veterného generátora je transformácia kinetickej energie vetra na mechanickú energiu rotora, ktorá sa potom premieňa na elektrinu.

Princíp činnosti je celkom jednoduchý: rotácia lopatiek namontovaných na osi zariadenia vedie k kruhovým pohybom generátora rotora, čím sa vytvára elektrina.

Výsledný nestabilný striedavý prúd "prúdi" do regulátora, kde sa premieňa na konštantné napätie, ktoré môže nabíjať batérie. Odtiaľ sa napája do meniča, kde sa transformuje na striedavé napätie s indikátorom 220/380 V, ktorý sa napája na spotrebiče.

Výkon veterného generátora priamo závisí od výkonu prúdenia vzduchu (N) vypočítaného podľa vzorca N = pSV³/ 2, kde V je rýchlosť vetra, S je pracovná plocha, p je hustota vzduchu.

Zariadenie na generovanie vetra

Rôzne verzie veterných generátorov sa navzájom výrazne líšia.

Priemyselné zariadenia sú komplexné multi-meter design, ktorého inštalácia vyžaduje nadáciu, zatiaľ čo domácnosť Model sa môže skladať z minimálne komponentov (elektromotor s jednosmerným prúdom 3-12 V, elektrický kondenzátor 1000 μF 6 V, silikónový usmerňovač Diode).

Typická inštalácia zahŕňa nasledujúce komponenty:

• alternátor (výkon závisí od rýchlosti vetra);
• lopatky, ktoré prenášajú rotáciu na hriadeľ generátora (často sú navyše vybavené prevodovkami, stabilizátormi otáčok rotora);
• stožiar veterného mlyna, ku ktorému sú pripevnené lopatky (čím vyššie sú tieto prvky, tým väčšie množstvo veternej energie môžu dostať);
• batérie, ktoré akumulujú energiu, čo umožňuje jej použitie s malým prúdením vetra alebo jeho neprítomnosťou. Batéria tiež plní funkciu stabilizácie elektrickej energie z generátora;
• regulátor - prevod striedavého napätia získaného z generátora na konštantu, ktorá sa používa na nabíjanie batérie. Regulátor je riadený otáčaním lopatiek, čo umožňuje zohľadniť miesto prúdenia vzduchu;
• AVR - zariadenie automatického prepínania, ktoré spája veterný generátor s inými zdrojmi energie (solárne panely, elektrická sieť);
• senzor smeru vetra - zariadenie, ktoré uľahčuje vyhľadávanie prietoku vetra;
• menič na prevod jednosmerného prúdu z batérií na striedavé napätie, ktoré sa používa v elektrických komunikáciách.

Pre lepšie uspokojenie potrieb užívateľov môže byť zariadenie vybavené rôznymi typmi striedačov:

• zariadenia s inverznou sínusovou vlnou, vydávajúce štvorcovú sínusovú vlnu. Zariadenia tohto typu sú vhodné pre vykurovacie telesá, žiarovky a iné zariadenia, ktoré sú nenáročné na kvalitu siete;
• trojfázové meniče napätia určené pre trojfázové elektrické siete;
• čisté sínusové rastliny, ktoré produkujú energiu pre citlivejšie zariadenia;
• sieťové striedače schopné fungovať bez batérií. Takéto zariadenia sú určené pre obvody, ktoré zapájajú elektrickú energiu priamo do spoločnej siete.

Pri výbere modelov dávajte pozor na typ meniča.

Typy veterných generátorov

Klasifikácia veterných turbín môže zohľadňovať také charakteristiky, ako sú: \ t

• menovanie;
• konštrukčné prvky;
• počet čepelí;
• materiály, z ktorých sú vyrobené;
• os rotácie;
• rozstup skrutiek.

Pozrime sa podrobne na dve najčastejšie používané klasifikácie.

Klasifikácia veterných turbín podľa účelu

Existujú rôzne druhy veterných turbín, ktoré sa líšia v účele. Hlavné charakteristiky zariadení, napríklad výkon, závisia od toho.

Priemyselné veterné turbíny

Takéto zariadenia inštalujú veľké energetické spoločnosti alebo štát, aby dodávali elektrinu do priemyselných zariadení. Turbíny s kapacitou desiatok megawattov sa zvyčajne nachádzajú na veterných plochách (otvorené nadmorské výšky, pobrežia).

Generovaná elektrina spravidla ide priamo do siete, zatiaľ čo pre stabilitu a kontrolu frekvencie rotácie lopatiek veternej turbíny sú vybavené ďalšími mechanizmami.

Komerčné veterné generátory

Takéto zariadenia sa používajú na výrobu elektriny na predaj alebo na poskytovanie elektriny priemyselným odvetviam v regiónoch s nízkou energetickou sieťou (alebo s jej úplnou neprítomnosťou). Takéto veterné farmy sa skladajú z klastrov generátorov energie, ktoré môžu mať rôzne kapacity.

Komerčná energia môže prúdiť priamo do elektrickej komunikácie alebo používa sa na nabíjanie veľkého množstva batérií, kde sa akumuluje a je konvertovaný na vstup elektrickej siete.

Veterné prístroje pre domácnosť

Nízkoenergetické jednotky sa používajú na súkromné ​​účely. Podľa pravidiel môžu byť veterné turbíny so stožiarmi menej ako 25 metrov inštalované prenajímateľmi bez súhlasu úradov, pre vyššie stožiare sa vyžaduje osobitné povolenie.

Veterné generátory pre domácnosť sú vhodné na nabíjanie batérií s napätím 12/24 / 48V, ktorých energia sa transformuje na napätie 220 voltov. Takéto zariadenia umožňujú úplne alebo čiastočne vyriešiť problém dodávky elektriny malým objektom, ktoré sa nachádzajú mimo centrálnej rozvodnej siete.

S pokynmi pre výber veterného generátora na dodávku energie do súkromného domu predstaví článoktejto zaujímavej otázke.

Odrody dizajnov veterného mlyna

Podľa dizajnérskych prvkov môže byť zariadenie rozdelené do niekoľkých kategórií, hoci všetky odrody sú redukované na dva hlavné typy: vertikálne a horizontálne.

Klasické horizontálne veterné generátory

Takéto inštalácie (nazývajú sa tiež vrtuľa alebo krídlo) majú zvyčajne 3-5 lopatiek namontovaných na horizontálnej osi. Tieto prvky umožňujú otáčaním s vysokou rýchlosťou dosiahnuť maximálne množstvo energie (KIEV až 0,4).

Zároveň množstvo vyrobenej elektriny do značnej miery závisí od výšky zariadenia (čím vyššie je, tým väčší je výsledok).

Takéto zariadenia sa zvyčajne inštalujú vo veterných farmách, kde sa energia vytvára na priemyselné a komerčné účely, ale sú tiež vhodné na domáce použitie.

Vertikálne veterné turbíny

Ovládacím prvkom takýchto zariadení je rotujúce veterné koleso. Vzhľadom na konštrukčné vlastnosti sa takéto konštrukcie líšia v typoch („Barrel“, „Savonius“).

Napriek nízkemu KIEV (0,1-0,2) sa široko používajú: vertikálne inštalácie pôsobia na turbulentné prúdenie vzduchu, takže môžu byť umiestnené aj v oblastiach, kde je silný vietor.

Na zlepšenie výkonu vertikálnych veterných mlynov výrobcovia často zvyšujú svoje rozmerové parametre, čo vedie k výraznému zvýšeniu nákladov. Keďže takéto inštalácie sú dosť krehké, vyžadujú zvýšenú ochranu pred hurikánmi a inými prírodnými javmi.

Veterné generátory "Rotor Daria"

Takéto zariadenia patria do kategórie vertikálnych veterných turbín, majú však výrazné rozdiely v dizajne. Vďaka podobným vlastnostiam sa dosahuje redukcia šumu a rastie aj KIEV, čo je blízko výkonu horizontálnych modelov.

Nevýhoda takýchto štruktúr je nízky východiskový bod (kvôli prítomnosti iba dvoch lopatiek, je pre zariadenie ťažké samostatne spúšťať). Na vyriešenie problému sa často používa hybrid "Savonius + Darya".

Inštalácie vetra

Pre takéto inštalácie je možné použiť princíp vertikálnych aj horizontálnych veterných turbín. Hlavným dizajnovým prvkom je veterné koleso, ktoré je pokryté viacerými lopatkami alebo plachtami, zatiaľ čo aerodynamický profil takýchto modelov chýba.

Napriek tomu, že plachetnice sa vyznačujú nízkou rýchlosťou a nízkou účinnosťou, často sa používajú v národnom hospodárstve. Podobné konštrukcie sa ľahko inštalujú a prevádzkujú a kombinácia vysokého krútiaceho momentu s nízkymi otočenie umožňuje priamo uviesť do pohybu rôzne užitočné mechanizmy, napríklad čerpadlo pre čerpanie vody.

Generátor veternej turbíny

Pre prevádzku veterných mlynov potrebujú obvyklé trojfázové generátory. Konštrukcia takýchto zariadení je podobná modelom používaným na vozidlách, ale má veľké parametre.

Zariadenia veterných turbín majú trojfázové vinutie statora (zapojenie hviezd), kde sa tri drôty ísť do regulátora, kde transformácia striedavého napätia do konštantný.

Na zvýšenie rýchlosti sa často používa multiplikátor. Takéto zariadenie umožňuje zvýšiť výkon súčasného generátora alebo použiť menšie zariadenie, čo znižuje náklady na inštaláciu.

Multiplikátory sa častejšie používajú vo vertikálnych veterných generátoroch, v ktorých je proces otáčania veterného kolesa pomalší. Pre horizontálne zariadenia s vysokou rýchlosťou otáčania lopatiek nie sú potrebné multiplikátory, čo zjednodušuje a znižuje náklady na konštrukciu.

Špecifickosť montáže a inštalácie veterného generátora z práčky a veterné turbíny z generátora automobilov podrobne uvedené v článkoch, ktoré odporúčame.

Výhody a nevýhody veterného generátora

Pozrime sa podrobne na výhody a nevýhody veterných turbín, pretože je na nich, či sa rozhodnú, či si kúpia veternú turbínu.

Výhody veterných turbín

Medzi výhody zariadení využívajúcich veternú energiu patria:

• Environmentálna šetrnosť. Zariadenia využívajú obnoviteľný zdroj energie, ktorý je možné používať nepretržite, bez toho, aby došlo k poškodeniu životného prostredia. Elektrina vyrobená veternými generátormi nahrádza energiu tepelných elektrární a znižuje emisie skleníkových plynov.
• všestrannosť. Veterná energia sa dá stavať takmer všade: na rovinách, v horách, na poliach, na ostrovoch a dokonca aj v plytkej vode. Veterná energia sa obzvlášť oceňuje na vzdialených miestach, kde je ťažké natiahnuť obvyklú elektrickú komunikáciu. V tomto prípade veterné generátory umožňujú nastaviť napájanie zariadenia, čím sa zabezpečí, že je nezávislý od náhodných faktorov (napríklad od paliva nedodaného včas).
• Použite efektívnosť. Moderné modely recyklujú energiu aj slabé vetry - minimálny limit je 3,5 m / s. Podobne je možné vykonať dodatočnú dodávku elektriny do centralizovanej siete, ako aj organizovať napájanie jednotlivých objektov (ostrovných alebo miestnych) bez ohľadu na ich napájanie.
• Dobrá alternatíva k tradičným zdrojom. Stacionárne veterné farmy môžu plne zabezpečiť obytný dom alebo dokonca malé výrobné zariadenie s elektrinou. V tomto prípade sa turbína akumuluje v batériách s potrebným prívodom elektriny na použitie v obdobiach, ktoré nie sú veterné.
• Economy. V porovnaní s tradičnými zdrojmi elektrickej energie (plyn, rašelina, uhlie, ropa) môžu cyklické turbíny výrazne znížiť náklady na energiu. V mnohých prípadoch je výstavba veternej farmy lacnejšia ako pripojenie k existujúcim energetickým systémom.

Použitie veterných turbín môže byť alternatívou k používaniu drahých dieselových generátorov, čo ďalej znižuje náklady na prepravu a skladovanie paliva až na 80%.

Priemerný výkon veternej turbíny je niekoľkokrát odlišný od špičkového zaťaženia. Veterný generátor je zodpovedný iba za množstvo výroby energie za určité časové obdobie s priemernou mesačnou charakteristikou rýchlosti vetra.

Pre presnejšie posúdenie veterných zdrojov môžete použiť špeciálne odvodené údaje (Weibullove parametre). Tieto údaje odrážajú charakteristickú distribúciu vetra s rôznou silou pre danú lokalitu. Tieto informácie je dôležité zvážiť pri príprave projektov pre veterné farmy s kapacitou desiatok MW.

Výkon generovaný veternou turbínou je úmerný trojnásobnej rýchlosti vetra. V dôsledku toho je tento ukazovateľ veľmi malý v prípade slabých prúdov vetra, avšak keď sa zvýšia, dramaticky sa zvýši. Kvôli variabilite smeru vetra a ich rýchlosti je potrebné zabezpečiť stabilizačné komponenty v konštrukcii veternej turbíny.

Pravidlá a vzorce pre výpočet výkonu veterného generátora tu uvedenéOdporúčame sa zoznámiť s veľmi užitočnými informáciami.

V malých autonómnych systémoch je ich funkcia vykonávaná batériami, ktorých náboj sa začína zvyšovať, akonáhle výkon veterného generátora prekročí indikátor zaťaženia.

Treba poznamenať, že efektívne využívanie prúdenia vetra prispieva k rôznym návrhom veterných generátorov.

Horizontálne turbíny poskytujú vysoký výkon na plochých miestach, kde je veľký vietor, zatiaľ čo vertikálne turbíny fungujú lepšie v regiónoch s turbulentnými prúdmi pozorovanými nízko od zeme (v hornej časti kopcov, v horách hrebene).

Hlavné nevýhody veterných turbín

Veterné turbíny majú zároveň svoje negatívne stránky:

• Veľkosť sily vetra je ťažké vopred predvídať, pretože sa často mení. Z tohto dôvodu je vhodné uvažovať o bezpečnostnej sieti, ktorá poskytuje záložný zdroj energie (solárne panely, elektrické pripojenie).
• Vertikálne zariadenia sú vystavené riziku zničenia lopatiek vrtule v dôsledku odstredivých síl počas otáčania lopatiek okolo hlavnej osi. Vďaka tomuto efektu sú dôležité prvky štruktúry v priebehu času deformované a zničené a mechanizmus zlyhá.
• Je lepšie inštalovať veterné turbíny vo voľnom priestore, pretože priľahlé budovy môžu „uhasiť“ vietor a vytvoriť „mŕtvu“ vzdušnú zónu.
• Pre úsporu nadbytočnej energie veterných turbín je potrebné zabezpečiť používanie batérií a iných prídavné zariadenia slúžiace na premenu výslednej elektriny na prúd s vhodným spotrebičom charakteristiky.
• Keď pracujú, veterné generátory vydávajú hluk, ktorý môže spôsobiť nepohodlie ľuďom, vystrašiť zvieratá. Lopatky zariadení môžu tiež spôsobiť smrť vtákov, ktoré na ne lietajú.
• Podľa niektorých odborníkov môžu veterné turbíny zhoršiť príjem rozhlasového a televízneho vysielania.

Negatívne aspekty možno pripísať aj relatívne vysokým nákladom takýchto jednotiek, avšak lacnosť zdroja energie tento faktor do značnej miery eliminuje.

Schémy a metódy pripojenia

Hoci veterná turbína môže pracovať samostatne, oveľa lepšie výsledky možno dosiahnuť pomocou kombinovaných systémov, kombinácia veterného zariadenia so solárnymi panelmi, centralizovanej elektriny, nafty alebo plynu energie.

Samostatná práca. V tomto prípade sa umiestni jedno zariadenie, pomocou ktorého sa zachytáva a akumuluje veterná energia, ktorá sa potom premieňa na elektrický prúd vyžadovaný spotrebiteľmi.

Kombinácia veterného generátora so solárnymi panelmi. Kombinovaná možnosť sa považuje za spoľahlivý a efektívny spôsob dodávky energie. V neprítomnosti vetra, batéria pracuje z Solárne panely, a v oblačnom počasí a počas noci, nabíjanie pochádza z veternej inštalácie.

Kombinovaná práca veterného generátora a výkonu. Veterná turbína môže byť kombinovaná s elektrokomunikáciou.

Pri prebytku vyrobenej elektriny vstupuje do centralizovanej siete a so svojím nedostatkom je možné využiť elektrický prúd zo spoločnej rozvodnej siete.

Nuance používania veterných turbín

V súčasnosti sa veterné turbíny používajú v rôznych oblastiach národného hospodárstva. Priemyselné modely rôznych kapacít využívajú ropa a plyn, telekomunikačné spoločnosti, vrtné a geologické prieskumné stanice, výrobné zariadenia a vládne agentúry.

Osobitnú pozornosť si zasluhuje význam využívania veterných turbín na rýchlu obnovu narušenej elektriny počas katastrof a prírodných katastrof. Na tento účel útvary ministerstva pre mimoriadne situácie často využívajú veterné turbíny.

Veterné turbíny pre domácnosť sú ideálne pre organizovanie osvetlenia a vykurovania chatových dedín a súkromných domov, ako aj pre hospodárske účely na farmách.

Mala by zohľadniť niektoré body:

• Zariadenia do 1 kW môžu poskytovať dostatočné množstvo elektrickej energie len na veterných miestach. Zvyčajne je energia, ktorú produkujú, dostatočná len na osvetlenie LED a napájanie malých elektronických zariadení.
• Pre plnú dodávku elektriny do chaty (vidieckeho domu) budete potrebovať veterný generátor s kapacitou nad 1 kW. Tento indikátor však postačuje na napájanie osvetľovacích zariadení, ako aj počítača a televízora jeho výkon nestačí na zabezpečenie nepretržitej prevádzky elektrickej energie chladnička
• Na zabezpečenie energie na chate budete potrebovať veternú turbínu s kapacitou 3-5 kW, ale ani toto číslo nestačí na vykurovanie domov. Využitie tejto funkcie vyžaduje výkonnú možnosť v rozsahu od 10 kW.

Pri výbere modelu treba poznamenať, že indikátor výkonu zobrazený na prístroji sa dosahuje len pri maximálnej rýchlosti vetra. Inštalácia 300V tak bude produkovať špecifikované množstvo energie len pri rýchlosti vzduchu 10-12 m / s.

Ak chcete vybudovať veterný generátor vlastnými rukami, ponúkame nasledujúci článok, ktorá obsahuje podrobné užitočné informácie.

Závery a užitočné video na túto tému

Nižšie uvedené video obsahuje podrobné informácie o princípe prevádzky a zariadení modelu veternej elektrárne pre domácnosť:

Veterný generátor je vynikajúcim zdrojom výroby elektrickej energie, čo ocenia najmä obyvatelia vzdialených oblastí. Rôzne ruské a zahraničné podniky ponúkajú širokú škálu veterných štruktúr, navyše, domáce modely môžu byť vykonané vlastnými rukami.

Napíšte poznámky do poľa nižšie. Povedzte nám, ako vybudovať veterný generátor na vašej stránke, alebo ako funguje veterná turbína pre vašich susedov. Pýtajte sa, zdieľajte užitočné informácie a fotografie na túto tému.