Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Съвременният кинетичен вятърен генератор ви позволява да използвате силата на въздушния поток, превръщайки го в електричество. За тази цел съществуват фабрични и домашни модели на устройства, които се използват както в промишлеността, така и в частните стопанства.

Ще говорим за това как са подредени вятърните мелници от този тип, ще се запознаем с характеристиките на устройството и конструктивните възможности. Предложената от нас статия показва силните и слабите страни на вятърната електроцентрала. Тук независимите майстори ще намерят полезни схеми и препоръки за събранието.

Принципът на работа на вятърния генератор

В основата на работата на вятърния генератор е превръщането на кинетичната енергия на вятъра в механичната енергия на ротора, който след това се преобразува в електричество.

Принципът на работа е доста прост: въртенето на ножовете, монтирани върху оста на устройството, води до кръгови движения на роторния генератор, като по този начин генерира електричество.

Вятърната енергия е една от най-обещаващите индустрии за възобновяема енергия. Модерният дизайн позволява икономично използване на силата на въздушния поток, като я използва за генериране на електричество

Полученият нестабилен променлив ток "тече" в контролера, където се превръща в постоянно напрежение, което може да зарежда батериите. Оттам захранването се подава към инвертора, където се превръща в променливо напрежение с индикатор 220/380 V, който се подава на потребителите.

Мощността на вятърния генератор зависи пряко от мощността на въздушния поток (N), изчислен по формулата N = pSV 3/2, където V е скоростта на вятъра, S е работната зона, p е плътността на въздуха.

Уред за вятърни генератори

Различните версии на вятърните генератори се различават значително една от друга.

Диаграмата показва вътрешната структура на класическия хоризонтален ветрогенератор. Такива модели най-често се използват както в промишлеността, така и в ежедневието.

Индустриалните устройства са сложна мултиметрова конструкция, инсталацията на която изисква основа, а вътрешният модел може да се състои от минимум компоненти (електрически двигател 3-12V, електрически кондензатор 1000 μF 6V, силиконов диод).

Типичната инсталация включва следните компоненти:

  • алтернатор (мощност зависи от скоростта на вятъра);
  • лопатки, които предават въртене към вала на генератора (често те са допълнително оборудвани с предавателни кутии, стабилизатори на скоростта на ротора);
  • мачтата на вятърната мелница, към която са прикрепени ножовете (колкото по-високи са тези елементи, толкова по-голямо е количеството вятърна енергия, което могат да получат);
  • батерии, които акумулират енергия, което позволява използването им с малък вятърен поток или отсъствието му. Батерията изпълнява и функцията за стабилизиране на електрическата енергия от генератора;
  • контролер - преобразувател на променливо напрежение, получен от генератора, в константа, която се използва за зареждане на батерията. Контролерът се контролира чрез завъртане на лопатките, което позволява да се вземе предвид мястото на въздушния поток;
  • AVR - устройството за автоматично превключване на вятърния генератор с други енергийни източници (слънчеви панели, електрическа мрежа);
  • датчик за посока на вятъра - устройство, което улеснява търсенето на вятър по течението;
  • инвертор за преобразуване на постоянен ток от батерии в променливо напрежение, което се използва в електрическите комуникации.

За да отговарят по-добре на нуждите на потребителите, устройството може да бъде оборудвано с различни видове инвертори:

  • устройства с инвертирана синусова вълна, издаващи квадратна синусова вълна. Устройства от този тип са подходящи за нагревателни елементи, лампи с нажежаема жичка и други устройства, които не изискват качеството на мрежата;
  • трифазни инвертори на напрежение, предназначени за трифазни електрически мрежи;
  • заводи за чиста вълна, които произвеждат енергия за по-чувствително оборудване;
  • мрежови инвертори, които могат да функционират без батерии. Такива устройства са предназначени за вериги, включващи проникване на електрическа енергия директно в общата мрежа.

Когато избирате модели, обърнете внимание на типа инвертор.

Видове вятърни генератори

Класификацията на вятърните турбини може да отчита такива характеристики като:

  • назначаване;
  • характеристики на дизайна;
  • броя на ножовете;
  • материалите, от които са направени;
  • ос на въртене;
  • стъпка на винта.

Нека разгледаме подробно двата най-често използвани класификации.

Класификация на вятърните турбини по предназначение

Има сортове вятърни турбини, които се различават по предназначение. Основните характеристики на устройствата, например мощност, зависят от него.

Промишлени вятърни турбини

Такива устройства се инсталират от големи енергийни компании или от държавата, за да доставят електричество на промишлени съоръжения. Турбините с капацитет от десетки мегавата обикновено се намират на вятърни парцели (отворени коти, брегове).

Вятърните паркове, където са инсталирани десетки вятърни турбини, са разбити не само на земята, но и в плитки води. Полученото електричество обикновено се използва за промишлени цели.

Генерираното електричество, като правило, отива директно в мрежата, докато за стабилност и контролиране на честотата на въртене на лопатките на вятърната турбина са снабдени с допълнителни механизми.

Търговски вятърни генератори

Такива инсталации се използват за производство на електроенергия за продажба или за предоставяне на електроенергия на индустрии в региони с ниско енергийна мрежа (или с пълното им отсъствие). Такива вятърни паркове се състоят от клъстери от генератори на енергия, които могат да имат различен капацитет.

Енергията на търговските инсталации може да тече директно в електрическите комуникации или да се използва за зареждане на голям набор от батерии, където се натрупва и се преобразува в захранващата мрежа.

Домакински вятърни уреди

Уредите с ниска мощност се използват за лично ползване. Според правилата, ветрогенераторите с мачти с височина по-малка от 25 метра могат да бъдат монтирани от наемодателите без съгласието на властите, а за по-високите мачти е необходимо специално разрешение.

Вятърните турбини с ниска и средна мощност могат да служат като източник на електрическа енергия за вили, вили, вили, ферми

Домашните вятърни генератори са подходящи за зареждане на акумулатори с напрежение 12/24 / 48V, енергията на която се преобразува в напрежение от 220 волта. Такива устройства позволяват напълно или частично да се реши проблемът за снабдяването с електричество на малки обекти, разположени далеч от централизираната електрическа мрежа.

С референтни точки на избор на ветрогенератор за поддръжка с енергия на частния дом ще се запознае статията, посветена на този интересен въпрос.

Сортове дизайни на вятърни мелници

Според конструктивните характеристики на устройството може да се раздели на няколко категории, въпреки че всички видове са сведени до два основни вида: вертикален и хоризонтален.

Класически хоризонтални вятърни генератори

Такива инсталации (те също се наричат витло или крило) обикновено имат 3-5 лопатки, монтирани на хоризонтална ос. Въртящи се с висока скорост, такива елементи позволяват да се получи максимално количество енергия (KIEV до 0.4).

В същото време, количеството генерирана електроенергия зависи до голяма степен от височината на устройството (колкото е по-високо, толкова е по-голям резултатът).

Хоризонтален вятърен генератор използва сила на повдигане, която възниква, когато налягането се повиши в точката, където пряк въздушен поток преминава през лопатките, отразявайки се от тези елементи

Такива устройства обикновено се инсталират във вятърни паркове, където енергията се генерира за промишлена и търговска употреба, но те също са подходящи за домашна употреба.

Вертикални вятърни турбини

Експлоатационният елемент на такива инсталации е въртящо се колело на вятъра. Поради конструктивните особености, тези конструкции се различават по типове (“Барел”, “Савониус”).

Въпреки ниската KIEV (0.1-0.2), те са широко използвани: вертикалните инсталации действат на турбулентни въздушни потоци, така че могат да бъдат поставени дори в райони, където силните ветрове рядко духат.

Работата на вертикалните вятърни турбини не зависи от посоката на ветровете. Те са лесни за монтаж и експлоатация, като освен това тези устройства могат да бъдат поставени близо до земята

За да се подобри производителността на вертикалните вятърни мелници, производителите често увеличават размерите си, което води до значително увеличение на разходите. Тъй като такива инсталации са доста крехки, те изискват повишена защита срещу урагани и други природни явления.

Вятърни генератори "Ротор Дария"

Такива устройства принадлежат към категорията на вертикалните вятърни турбини, но имат изразени разлики в дизайна. Поради сходни характеристики се постига намаляване на шума, а също и KIEV нараства, което е близко до изпълнението на хоризонтални модели.

Турбината с ниско налягане, предложена през 1931 г. от френския авиационен дизайнер Жорж Дарие, с ос на въртене, перпендикулярна на въздушната среда, е намерила широко приложение във вятърната енергетика.

Недостатъкът на тези конструкции е ниска начална точка (поради наличието само на две остриета, устройството трудно може да започне самостоятелно). За решаването на проблема често се използва хибрид "Савоний + Даря".

Инсталации за ветроходство

За такива инсталации може да се прилага принципът на вертикални и хоризонтални вятърни турбини. Основната характеристика на дизайна е колело на вятъра, покрито с множество ножове или платна, докато аеродинамичният профил на такива модели липсва.

Има много модели ветрови генератори, които се различават по броя на ножовете, теглото, мощността. Всички тези параметри трябва да се вземат предвид при избора на устройство.

Въпреки че ветроходните съоръжения се характеризират с ниска скорост и ниска ефективност, те често се използват в националната икономика. Такива конструкции са лесни за инсталиране и експлоатация, а комбинацията от висок въртящ момент с ниски обороти ви позволява директно да задвижвате различни полезни механизми, например помпа за изпомпване на вода.

Генератор на вятърна турбина

За работата на вятърните мелници са необходими обичайните трифазни генератори. Дизайнът на такива устройства е подобен на моделите, използвани в автомобилите, но има големи параметри.

Устройствата за вятърна турбина имат трифазна статорна намотка (звездна връзка), от която три проводника преминават към контролера, където променливото напрежение се превръща в постоянно.

Роторът на генератора за вятърната турбина е произведен от неодимови магнити: в такива конструкции е непрактично да се използва електрическо възбуждане, тъй като бобината консумира много енергия

За увеличаване на скоростта често се използва множител. Такова устройство ви позволява да увеличите мощността на токовия генератор или да използвате по-малко устройство, което намалява разходите за инсталация.

Умножителите се използват по-често във вертикални ветрогенератори, при които процесът на въртене на колелото на вятъра е по-бавен. За хоризонтални устройства с висока скорост на въртене на ножовете не се изискват мултипликатори, което опростява и намалява разходите за строителство.

Спецификата на монтажа и монтажа на вятърен генератор от перална машина и вятърна турбина от автомобилен генератор са описани в препоръчаните от нас предмети.

Плюсове и минуси на вятърен генератор

Нека разгледаме подробно предимствата и недостатъците на вятърните турбини, тъй като от тях зависи да решат дали да купуват вятърна турбина.

Предимства на вятърните турбини

Предимствата на устройствата, използващи вятърна енергия, включват:

  • Екологичност. Инсталациите използват възобновяем енергиен източник, който може да се използва непрекъснато, без да причинява вреда на околната среда. Електроенергията, генерирана от вятърни генератори, замества енергията на топлоелектрическите централи, намалявайки емисиите на парникови газове.
  • Универсалност . Вятърната енергия може да бъде изградена почти навсякъде: на равнините, в планините, в полетата, на островите и дори в плитки води. Вятърната енергия е особено ценена в отдалечени места, където е трудно да се разпънат обичайните електрически комуникации. В този случай вятърните генератори дават възможност за регулиране на електрозахранването на съоръженията, като се гарантира, че той е независим от случайни фактори (например от гориво, което не е доставено навреме).
  • Ефективност на използване . Съвременните модели рециклират енергията дори при слаби ветрове - минималната граница е 3, 5 м / сек. По същия начин е възможно да се извърши допълнителна доставка на електроенергия до централизирана мрежа, както и организиране на електроснабдяването на отделни обекти (островни или местни), независимо от техния капацитет.
  • Достойна алтернатива на традиционните източници. Стационарните вятърни паркове могат напълно да осигурят жилищна сграда или дори малко производствено съоръжение с електричество. В този случай турбината ще акумулира в батериите необходимото захранване с електроенергия за използване по време на неветрови периоди.
  • Икономиката. В сравнение с традиционните източници на електрическа енергия (газ, торф, въглища, петрол), турбините могат да намалят значително разходите за енергия. В много случаи изграждането на вятърен парк е по-евтино от свързването към съществуващите енергийни системи.

Използването на вятърни турбини може да бъде алтернатива на използването на скъпи дизелови генератори, което допълнително намалява разходите за транспорт и съхранение на горивото до 80%.

Средната мощност на вятърната турбина е няколко пъти различна от пиковия товар. Вятърният генератор е отговорен само за количеството енергия, произведено за определен период от време, със средна месечна скорост на вятъра, характерна за района.

За по-точна оценка на ресурсите на вятъра можете да използвате специално извлечени данни (параметри на Weibull). Тези цифри отразяват характерното разпределение на ветровете с различна сила за дадено място. Тази информация е важна за разглеждане при разработването на проекти за вятърни паркове с капацитет от десетки MW.

Мощността, генерирана от вятърната турбина, е пропорционална на трикратната скорост на вятъра. Следователно този показател е много малък в случай на слаби ветрови потоци, но когато те се увеличават, той драстично се увеличава. Поради променливостта на посоката на ветровете и тяхната скорост е необходимо да се осигурят стабилизиращи компоненти при проектирането на вятърната турбина.

Правилата и формулите за изчисляване на мощността на вятърния генератор са дадени тук, препоръчваме ви да се запознаете с много полезна информация.

В малките автономни системи, тяхната функция се изпълнява от батерии, зарядът на които започва да се увеличава веднага щом мощността на вятърния генератор надвиши индикатора за натоварване.

При нарастване на натоварването батерията може да се изтощи. Тази характеристика на работата е важно да се вземе под внимание при избора на единица домакинство, нейната мощност трябва да съвпада с месечната или годишната норма на потреблението на електроенергия

Трябва да се отбележи, че ефективното използване на вятърните потоци допринася за разнообразието от проекти на вятърни генератори.

Хоризонталните турбини създават високи темпове в равнинните райони, където има много вятър, докато вертикалните турбини работят най-добре в райони с турбулентни потоци, наблюдавани ниско от земята (в горната част на хълмовете, планинските вериги).

Основните недостатъци на вятърните турбини

В същото време вятърните турбини имат своите отрицателни страни:

  • Мащабът на силата на вятъра е трудно да се предскаже предварително, тъй като често се променя. Поради това е препоръчително да се мисли за предпазна мрежа, осигуряваща резервен енергиен източник (слънчеви панели, електрическа връзка).
  • Вертикалните устройства са изложени на риск от разрушаване на лопатките на витлото поради центробежни сили по време на въртене на лопатките около главната ос. Поради това, важните елементи на структурата във времето се деформират и унищожават, а механизмът се проваля.
  • По-добре е да се инсталират вятърни турбини в свободно пространство, тъй като съседните сгради могат да „угасят“ вятъра, образувайки „мъртва“ въздушна зона.
  • За да се спести излишната енергия на вятърните турбини, е необходимо в проекта да се предвиди използването на батерии и други допълнителни устройства, служещи за превръщане на получената електрическа енергия в ток с подходящи потребителски характеристики.
  • При работа вятърните генератори излъчват шум, който може да причини дискомфорт на хората, да изплаши животните. Лопасти установок могут также стать причиной гибели подлетевших к ним птиц.
  • По мнению некоторых специалистов, ветротурбины способны ухудшать прием радио- и телевизионных передач.

К негативным моментам можно также отнести довольно высокую стоимость подобных агрегатов, однако дешевизна источника энергии во многом нивелирует этот фактор.

Схемы и способы подключения

Хотя ветроустановка может работать и автономно, значительно лучшего результата удается достичь при помощи комбинированных схем, предусматривающих сочетание ветрового устройства с солнечными батареями, централизованной электросетью, дизельными или газовыми источниками энергии.

Автономная работа . В этом случае ставится единичная установка, при помощи которой улавливается и накапливается ветровая энергия, которая затем преобразуется в необходимый потребителям электрический ток.

На схеме продемонстрирован наиболее простой способ применения ветрогенератора, который целесообразно использовать в регионах, где постоянно дуют сильные ветра

Совмещение ветрогенератора с солнечными панелями . Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом электроснабжения. В случае отсутствия ветра аккумулятор работает от солнечных панелей, а в пасмурную погоду и в течение ночи зарядка происходит от ветровой установки.

Идеальный вариант для частного дома или хозяйства, расположенного вдали централизованной электросети. Такая комбинированная схема позволяет использовать два вида возобновляемой энергии

Комбинированная работа ветрогенератора и электросети . Ветротурбину можно совмещать с элетрокоммуникациями.

Подобная схема типична для промышленных и коммерческих устройств. Подключение к электрокоммуникациям предусматривают также некоторые модели бытовых ветрогенераторов

При избытке произведенного электричества оно поступает в централизованную сеть, а при его недостатке имеется возможность воспользоваться электрическим током из общей энергосистемы.

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.

Ветряк может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в аварийных ситуациях

Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС.

Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.

При этом следует учесть некоторые моменты:

  • Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
  • Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
  • Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.

При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.

Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.

Заключения и полезно видео по темата

На представленном ниже видеоролике дается подробная информация о принципе работы и устройстве бытовой модели ветряного генератора:

Ветрогенератор – отличный источник производства электрической энергии, который особенно оценят жители отдаленных мест. Различные российские и зарубежные предприятия предлагают большой ассортимент ветряных конструкций, кроме того, бытовые модели можно сделать и своими руками.

Моля, напишете коментарите в полето по-долу. Расскажите о том, как сооружали ветряной генератор на вашем участке, или о том, как работает ветряк у ваших соседей. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией и фото по теме.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Строителство