Кинетичен генератор на вятър: устройство, принцип на работа, приложение

Модерен кинетичен генератор на вятър ви позволява да използвате силата на въздушните течения, превръщайки го в електричество. За тази цел има фабрични и домашни модели устройства, които се използват както в промишлеността, така и в частните ферми.

Ще поговорим за това как са подредени вятърните мелници от този тип, ще ви запознаем с характеристиките на устройството и възможностите за дизайн. Статията, която предложихме, показва силните и слабите страни на вятърната електроцентрала. Независимите майстори при нас ще намерят полезни схеми и препоръки за сглобяване.

Принципът на работа на ветрогенератор

Работата на ветрогенератора се основава на превръщането на кинетичната енергия на вятъра в механична енергия на ротора, която след това се преобразува в електричество.

Принципът на работа е доста прост: въртенето на лопатките, монтирани на оста на устройството, води до кръгови движения на роторния генератор, поради което се генерира електричество.

Вятърната енергия е един от най-перспективните сектори на възобновяемата енергия. Съвременните дизайни позволяват рентабилно използване на въздушния поток, използвайки го за генериране на електричество

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

Мощността на генератора на вятъра директно зависи от мощността на въздушния поток (N), изчислена по формулата N = pSV³/ 2, където V е скоростта на вятъра, S е работната зона, p е плътността на въздуха.

Устройство за ветрогенератор

Различните версии на ветрогенераторите значително се различават една от друга.

Горната диаграма показва вътрешната структура на класически хоризонтален генератор на вятър. Такива модели най-често се използват както в индустрията, така и в ежедневието.

Промишлените устройства са сложна многометрова конструкция, инсталирането на която изисква основа, докато битовият модел може да се състои от минимум компоненти (3-12V DC мотор, 1000uF 6V електрокондензатор, силиконов изправител).

Типичната инсталация включва следните компоненти:

• алтернатор (мощността зависи от скоростта на вятърните потоци);
• лопатки, които предават въртене към вала на генератора (често те са допълнително оборудвани с редуктори, стабилизатори на скоростта на ротора);
• мачта на вятърната мелница, към която са прикрепени остриетата (колкото по-високи са тези елементи, толкова по-голямо количество вятърна енергия могат да получат);
• батерии, които акумулират енергия, което ви позволява да го използвате с малък поток на вятъра или пълното му отсъствие. Батерията изпълнява и функцията за стабилизиране на електрическата енергия, получена от генератора;
• контролер - преобразувател на променливо напрежение, получено от генератора, в постоянен ток, който се използва за зареждане на батерията. Контролерът се управлява чрез завъртане на лопатките, което ви позволява да разгледате къде тече въздухът;
• ABP - устройство за автоматично превключване, което свързва генератора на вятъра с други източници на енергия (слънчеви панели, електрическа мрежа);
• сензор за посока на вятъра - устройство, което улеснява лопатките да намират потока на вятъра;
• инвертор за преобразуване на постоянен ток от батерии в променливо напрежение, който се използва в електрическите комуникации.

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

• устройства с модифицирана от инвертора синусоида, издаваща квадратна синусоида. Устройствата от този тип са подходящи за нагревателни елементи, лампи с нажежаема жичка и други устройства, които не изискват качество на мрежата;
• трифазни инвертори за напрежение, проектирани за трифазни захранващи мрежи;
• чисти синусоидни инсталации, които произвеждат енергия за по-чувствителна техника;
• мрежови инвертори, способни да работят без батерии. Такива устройства са предназначени за вериги, включващи навлизане на електрическа енергия директно в обща мрежа.

Когато избирате модели, определено трябва да обърнете внимание на типа инвертор.

Видове ветрогенератори

При класифициране на вятърни турбини, характеристики като:

• назначаване;
• характеристики на дизайна;
• брой остриета;
• материалите, от които са изработени;
• ос на въртене;
• стъпка на винта.

Разгледайте подробно двете най-често използвани класификации.

Класификация на ветрогенераторите по предназначение

Има разновидности на вятърните турбини, които се различават по предназначение. Основните характеристики на устройствата, например мощността, зависят от това.

Промишлени вятърни турбини

Такива устройства се инсталират от големи енергийни компании или от държавата, за да доставят електроенергия на промишлени съоръжения. Турбините с капацитет от десетки мегават обикновено са разположени във вятърни зони (открити хълмове, брегове).

Вятърните паркове, където са инсталирани десетки вятърни турбини, се разбиват не само на земята, но и в плитка вода. Получената електроенергия обикновено се използва за промишлени цели.

Генерираното електричество по правило отива директно към мрежата, докато за стабилност и регулиране на честотата на въртене на лопатките на вятърната турбина са оборудвани с допълнителни механизми.

Търговски вятърни генератори

Такива инсталации се използват за производство на електроенергия за продажба или за осигуряване на електроенергия на индустриите в региони с мрежи с ниска мощност (или при пълното й отсъствие). Такива вятърни централи се състоят от струпване на електрически генератори, които могат да имат различен капацитет.

Енергията на търговските инсталации може да се подава директно в електрическите комуникации или да се използва за зареждане на голям масив батерии, където тя се съхранява и преобразува за захранване към електроенергийната система.

Домакински вятърни устройства

Агрегатите с ниска мощност се използват за частно използване. Според правилата, вятърни мелници с мачти с височина под 25 метра могат да бъдат монтирани от собствениците на обектите без съгласието на властите, за по-високи мачти е необходимо да се получи специално разрешение.

Вятърните мелници с ниска и средна мощност могат да служат като източник на електрическа енергия за вили, летни къщи, селски къщи, ферми

Домакинските вятърни генератори са подходящи за зареждане на батерии с напрежение 12/24 / 48V, енергията от които се трансформира в напрежение 220 волта. Такива устройства могат напълно или частично да решат проблема с захранването на малки обекти, които са разположени далеч от централизираната електрическа мрежа.

С насоки за избор на ветрогенератор, който да осигурява енергия на частен дом ще ви представя статиятапосветен на този интересен въпрос.

Разновидности на строителството на вятърни мелници

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

Класически хоризонтални вятърни генератори

Подобни инсталации (те се наричат ​​витло или лопатка) обикновено имат 3-5 лопатки, монтирани на хоризонтална ос. Въртящи се с висока скорост, такива елементи ви позволяват да получите максимално количество енергия (KIEV до 0,4).

Освен това количеството произведена електроенергия до голяма степен зависи от височината на устройството (колкото по-голямо е, толкова по-голям е резултатът).

Хоризонталният генератор на вятър използва силата на повдигане, която възниква при увеличаване на налягането в точката, където директният въздушен поток преминава през лопатките, отразени от тези елементи

Такива устройства обикновено се инсталират във вятърни електроцентрали, където се генерира енергия за промишлена и търговска употреба, но те са подходящи и за битова употреба.

Интересно решение за хоризонтална вятърна мелница е модел с едно острие, характеристиките й ще бъдат въведени от следната селекция от снимки:

Вертикални вятърни турбини

Активен елемент на такива инсталации е въртящо се вятърно колело. Поради характеристиките на дизайна, такива дизайни се различават по тип („Барел“, „Савоний“).

Следващият избор на снимки ще ви запознае с принципа на изграждане на турбина за вертикален генератор Savonius:

Въпреки ниския индекс на KIEV (0,1-0,2), те се използват широко: вертикалните единици работят на турбулентни въздушни потоци, така че могат да бъдат поставени дори в райони, където рядко духа силен вятър.

Работата на вертикални ветрогенератори не зависи от посоката на ветровете. Те са лесни за инсталиране и работа, в допълнение, такива устройства могат да бъдат поставени близо до земята

За да повишат ефективността на вертикалните вятърни мелници, производителите често увеличават параметрите си по размер, което води до значително увеличение на разходите. Тъй като такива инсталации са достатъчно 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 те имат изразени разлики в дизайна. Благодарение на тези характеристики се постига намаляване на шума и расте KIEV, което се доближава до работата на хоризонталните модели.

Турбината с ниско налягане с ос на въртене, перпендикулярна на въздушната среда, предложена през 1931 г. от френския конструктор на самолети Жорж Дарие, е широко използвана във вятърната енергия

Недостатъкът на такива дизайни е ниският начален момент (поради наличието на само две остриета е трудно устройството да стартира независимо). За решаване на проблема често се използва хибридът Savonius + Darier.

Ветроходни ветрови инсталации

За такива инсталации може да се приложи принципът както на вертикални, така и на хоризонтални вятърни мелници. Основната структурна характеристика е вятърно колело, покрито с много остриета или платна, докато аеродинамичният профил на такива модели отсъства.

Има много модели ветроходни генератори, които се различават по броя на остриетата, теглото, мощността. Всички тези параметри трябва да се имат предвид при избора на устройство.

Въпреки факта, че ветроходните инсталации се характеризират с ниска скорост и ниска ефективност, те често се използват в националната икономика. Такива дизайни са лесни за инсталиране и работа, а комбинацията от висок въртящ момент с ниски скорости ви позволява директно да пускате в движение различни полезни механизми, например помпа за изпомпване на вода.

Следващата галерия ще ви запознае с един от практичните модели на ветроходни ветроходи:

Генератор на вятърни турбини

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

В устройства за вятърни турбини се осигурява трифазна намотка на статора (връзка със звезда), откъдето три проводника отиват към контролера, където променливото напрежение се трансформира в директно напрежение.

Роторът на генератора за вятърна турбина е направен на неодимови магнити: не е подходящо да се използва електрическо възбуждане в такива проекти, тъй като бобината консумира много енергия

За да увеличите скоростта, често се използва умножител. Това устройство ви позволява да увеличите мощността на съществуващия генератор или да използвате по-малко устройство, което намалява разходите за инсталиране.

Мултипликаторите се използват по-често при вертикални вятърни генератори, при които процесът на въртене на вятърното колело е по-бавен. За хоризонтални устройства с висока скорост на въртене на лопатките не са необходими умножители, което опростява и намалява разходите за изграждане.

Особеностите на монтажа и монтажа на ветрогенератор от пералнята и вятърни турбини от автомобилен генератор подробно в нашите препоръчани статии.

Плюсове и минуси на вятърния генератор

Нека разгледаме подробно предимствата и недостатъците на вятърните турбини, тъй като решението за закупуване на вятърна мелница или изоставяне от нея зависи от тях.

Предимства на ветровите устройства

Предимствата на устройствата за вятърна енергия включват:

• Екологичност. Растенията използват възобновяем източник на енергия, който може да се използва непрекъснато, без да навреди на околната среда. Електричеството, генерирано от вятърни генератори, замества енергията на топлоелектрическите централи, намалявайки емисиите на парникови газове.
• гъвкавост, Вятърните централи могат да бъдат изградени почти навсякъде: по равнините, в планините, на нивите, на островите и дори в плитки води. Енергията на вятъра се цени особено в отдалечени места, където е трудно да се разширят обичайните електрически комуникации. В този случай ветрогенераторите позволяват да се осигури захранване на съоръженията, осигурявайки му независимост от случайни фактори (например от гориво, което не е доставено навреме).
• Използвайте ефективност, Съвременните модели рециклират енергията на дори леките ветрове - минималната граница е 3,5 м / сек. По подобен начин е възможно да се доставя електроенергия в централизирана мрежа, както и да се организира захранването на отделни съоръжения (островни или местни), независимо от техния капацитет.
• Достойна алтернатива на традиционните източници. Стационарните вятърни централи могат напълно да осигурят електричество на жилищна сграда или дори на малко производствено съоръжение. В този случай турбината ще акумулира в акумулаторите необходимото снабдяване с електричество, предназначено за използване през безветрен период.
• Икономиката. В сравнение с традиционните източници на електрическа енергия (газ, торф, въглища, нефт), велосипедните турбини могат значително да намалят разходите за енергия. В много случаи изграждането на вятърна централа е по-евтино от свързването към съществуващите електроенергийни системи.

Използването на вятърни турбини може да бъде алтернатива на използването на скъпи дизелови генератори, като допълнително намалява разходите за транспортиране и съхранение на гориво до 80%.

Средната мощност на вятърна турбина се различава значително от индикатора за върхово натоварване. Вятърният генератор е отговорен само за количеството произведена енергия за определен период от време със средната месечна скорост на вятъра, характерна за дадена област.

За по-точна оценка на вятърните ресурси можете да използвате специално получени данни (параметри на Weibull). Тези показатели отразяват разпределението на ветровете с различна сила, характерни за определен район. Тази информация е важна да се вземе предвид при разработването на проекти за вятърни паркове с капацитет от десетки MW.

Мощността, генерирана от вятърната турбина, е пропорционална на тройната скорост на вятъра. Следователно този показател е много малък със слаби вятърни течения, обаче, когато те се усилват, той рязко се увеличава. Поради променливостта на посоката на ветровете и скоростта им по време на изграждането на вятърната турбина, е необходимо да се осигурят стабилизиращи компоненти.

Правила и формули за изчисляване на мощността на вятърния генератор дадени тукПрепоръчваме ви да прочетете много полезна информация.

В малките автономни системи тяхната функция се изпълнява от батерии, чийто заряд започва да се увеличава веднага щом мощността на ветрогенератора надвиши показателя за натоварване.

С увеличаването на натоварването батерията може да се изтощи. Тази особеност на работата е важно да се вземе предвид при избора на домакинска единица, нейният капацитет трябва да съвпада с месечната или годишната норма на потребление на електроенергия

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

Хоризонталните турбини дават висока производителност на равнинни места, където има много ветрове, докато вертикалните турбини работят по-добре в райони с бурни потоци, които се наблюдават ниско от земята (в горната част на хълмовете, планинските вериги).

Основните недостатъци на вятърните мелници

В същото време вятърните мелници имат свои собствени отрицателни аспекти:

• Големината на силата на вятъра е трудно да се предвиди предварително, тъй като често се променя. Поради това е препоръчително да помислите върху предпазна мрежа, осигуряваща резервен източник на енергия (слънчеви панели, електрическа връзка).
• Вертикалните устройства са изложени на риск от разрушаване на лопатките на ротора поради действието на центробежните сили, когато лопатките се въртят около основната ос. Поради този ефект важни структурни елементи с времето се деформират и унищожават, а механизмът се проваля.
• Вятърните мелници са най-добре инсталирани в свободно пространство, тъй като наблизо сградите могат да „навлажнят“ вятъра, образувайки „мъртва“ въздушна зона.
• За да се спести излишната енергия на вятърните турбини, е необходимо да се предвидят използването на батерии и други допълнителни устройства в дизайна, които се използват за преобразуване на генерираното електричество в ток с подходящи характеристики на потребителите.
• По време на работа вятърните генератори издават шум, който може да причини дискомфорт на хората, да изплаши животните. Остриетата на инсталациите също могат да причинят смъртта на птиците, които летят до тях.
• Според някои експерти вятърните турбини могат да влошат приемането на радио и телевизионни предавания.

Отрицателните аспекти могат да включват и доста високата цена на такива единици, но евтиността на енергийния източник до голяма степен елиминира този фактор.

Схеми и методи за свързване

Въпреки че вятърната турбина може да работи независимо, много по-добър резултат може да се постигне с помощта на комбинирани схеми, които предвиждат комбинация от вятърно устройство със соларни панели, централизирана електрическа мрежа, дизелови или газови източници на енергия.

Офлайн работа, В този случай се задава единична инсталация, с помощта на която вятърната енергия се улавя и акумулира, която след това се преобразува в електрически ток, от който се нуждаят потребителите.

Диаграмата показва най-простия начин за използване на генератор на вятър, който е препоръчително да се използва в региони, където постоянно духа силен вятър.

Комбиниране на ветрогенератор със соларни панели, Комбинираната опция се счита за надежден и ефективен начин за захранване. При липса на вятър батерията работи слънчеви панели, а при облачно време и през нощта зареждането идва от вятърна инсталация.

Идеален за частен дом или домакинство, разположен далеч от централизирана електрическа мрежа. Тази комбинирана схема позволява използването на два вида възобновяема енергия.

Комбиниран ветрогенератор и работа на главната мрежа, Вятърната турбина може да се комбинира с електрически комуникации.

Подобен модел е типичен за промишлени и търговски устройства. Свързването към електрическите комуникации е предвидено и от някои модели домашни вятърни генератори.

При произведена излишна електроенергия тя навлиза в централизираната мрежа и с нейния недостиг е възможно да се използва електрически ток от общата захранваща система.

Нюанси на използване на ветрогенератори

В момента вятърните турбини се използват в различни сектори на икономиката. Индустриалните модели с различен капацитет се използват от нефтени и газови, телекомуникационни компании, сондажни и проучвателни станции, производствени съоръжения и държавни агенции.

Вятърната мелница може да се използва като допълнителен източник на енергия в болници и други институции за осигуряване на непрекъснато снабдяване с електричество при извънредни ситуации.

Особено трябва да се отбележи значението на използването на вятърни турбини за бързото възстановяване на нарушена електроенергия по време на катаклизми и природни бедствия. За тази цел ветрогенераторите често се използват от Министерството на извънредните ситуации.

Домашните вятърни турбини са идеални за организиране на осветление и отопление на вилни селища и частни къщи, както и за домакински цели във фермите.

В този случай трябва да се вземат предвид някои точки:

• Устройствата до 1 kW могат да осигурят достатъчно количество електроенергия само на ветровити места. Обикновено енергията, която произвеждат, е достатъчна само за LED осветление и мощност за малки електронни устройства.
• За да осигурите изцяло електричество на къщичката (селската къща), ще ви е необходим ветрогенератор с мощност над 1 кВт.Този индикатор е достатъчен за захранване на осветлението, както и компютър и телевизор, но неговата мощност не е достатъчна, за да осигури електричество на модерен денонощен хладилник.
• За да осигурите на къщичката енергия, се нуждаете от вятърна мелница с мощност от 3-5 кВт, но дори тази цифра не е достатъчна за отопление на къщи. За да използвате тази функция, се нуждаете от мощна опция, започваща от 10 кВт.

При избора на модел трябва да се отбележи, че индикаторът за мощност, посочен на устройството, се постига само при максимална скорост на вятъра. И така, 300V инсталация ще произведе посоченото количество енергия само при скорост на въздушния поток 10-12 m / s.

Тези, които желаят да построят ветрогенератор със собствените си ръце, ние предлагаме следваща статияв която полезна информация е подробна.

Изводи и полезно видео по темата

Видеото по-долу предоставя подробна информация за принципа на работа и дизайна на домакински модел на ветрогенератор:

Вятърният генератор е отличен източник на производство на електрическа енергия, което жителите на отдалечени места особено ще оценят. Различни руски и чуждестранни предприятия предлагат широка гама от ветрови конструкции, в допълнение, битовите модели могат да бъдат направени със собствени ръце.

Моля, напишете коментари в блока по-долу. Разкажете ни как сте изградили ветрогенератор на вашия сайт или как вашите съседи имат вятърна мелница. Задавайте въпроси, споделяйте полезна информация и снимки по темата.