Generador eòlic cinètic: dispositiu, principi de funcionament, aplicació

Un modern generador eòlic cinètic permet utilitzar la potència dels corrents d’aire, convertint-la en electricitat. Per a aquest propòsit, hi ha models de dispositius casolans i fàbriques que s’utilitzen tant a la indústria com a les explotacions privades.

Parlarem sobre com s’organitzen molins d’aquest vent, us presentarem les característiques del dispositiu i les opcions de disseny. L’article que hem proposat mostra els punts forts i els punts febles d’una central eòlica. Els mestres independents amb nosaltres trobaran esquemes útils i recomanacions per al muntatge.

El principi de funcionament d’un generador eòlic

El funcionament del generador eòlic es basa en la transformació de l’energia cinètica del vent en energia mecànica del rotor, que després es converteix en electricitat.

El principi de funcionament és bastant simple: la rotació de les fulles muntades a l’eix del dispositiu condueix a moviments circulars del generador del rotor, a causa de la qual es genera electricitat.

L’energia eòlica és un dels sectors d’energia renovable més prometedors. Els dissenys moderns permeten un ús rendible del flux d'aire, utilitzant-lo per generar electricitat

El corrent altern inestable "flueix" al controlador, on es converteix a una tensió constant que pot carregar les bateries. A partir d’aquí, l’alimentació es subministra a l’inversor, on es transforma en tensió alterna amb un indicador de 220/380 V, que es subministra als consumidors.

La potència del generador eòlic depèn directament de la potència del flux d'aire (N), calculat segons la fórmula N = pSV³/ 2, on V és la velocitat del vent, S és l’àrea de treball, p és la densitat de l’aire.

Dispositiu generador eòlic

Les diferents versions dels aerogeneradors són molt diferents entre si.

El diagrama anterior mostra l'estructura interna d'un generador eòlic horitzontal clàssic. Aquests models s’utilitzen més sovint tant en la indústria com en la vida quotidiana.

Els dispositius industrials són una construcció complexa de diversos metres, la instal·lació necessita una base, mentre que un model domèstic pot constar d'un mínim de components (motor de 3-12 V CC, electrocapacitor de 6V 1000uF, diode rectificador de silici).

Una instal·lació típica inclou els components següents:

• alternador (la potència depèn de la velocitat dels fluxos del vent);
• fulles que transmeten rotació a l’eix del generador (sovint estan equipades addicionalment amb caixes d’engranatges, estabilitzadors de velocitat del rotor);
• pal del molí de vent, al qual s’uneixen les fulles (com més elevats siguin aquests elements, més gran és l’energia eòlica que poden rebre);
• bateries que acumulen energia, cosa que permet utilitzar-lo amb un petit flux de vent o la seva absència completa. La bateria també fa la funció d’estabilitzar l’energia elèctrica rebuda del generador;
• controlador: un convertidor de tensió alterna rebuda del generador en corrent directe, que s'utilitza per carregar la bateria. El controlador es controla girant les pales, cosa que permet considerar per on flueix l’aire;
• ABP: dispositiu de commutació automàtica que connecta el generador eòlic amb altres fonts d’energia (plaques solars, xarxa d’energia);
• sensor de direcció del vent: un dispositiu que facilita que les pales trobin el flux de vent;
• un inversor per convertir el corrent directe de les bateries en tensió alterna, que s'utilitza en comunicacions elèctriques.

Per satisfer millor les necessitats dels usuaris, el dispositiu es pot equipar amb diversos tipus d’inversors:

• dispositius amb una onda senoidal modificada per inversor, que emeten un sinusoide quadrat. Dispositius d’aquest tipus són adequats per a elements de calefacció, llums incandescents i altres dispositius que no exigeixen la qualitat de la xarxa;
• Inversors de tensió trifàsics dissenyats per a xarxes elèctriques trifàsiques;
• instal·lacions d’ona sinusoïdal pura que produeixen energia per a una tècnica més sensible;
• inversors de xarxa capaços de funcionar sense bateries. Aquests dispositius estan destinats a circuits amb entrada d’energia elèctrica directament a una xarxa comuna.

Quan escolliu models, haureu de prestar atenció al tipus d’inversor.

Tipus de generadors eòlics

Quan es classifiquen els aerogeneradors, característiques com:

• cita;
• característiques de disseny;
• nombre de fulles;
• els materials a partir dels quals estan fets;
• eix de rotació;
• pas de cargol.

Considereu en detall les dues classificacions més utilitzades.

Classificació dels aerogeneradors per finalitat

Hi ha varietats de aerogeneradors que difereixen per propòsits. D’aquest tipus depèn les principals característiques dels dispositius, per exemple, l’alimentació.

Aerogeneradors industrials

Aquests dispositius són instal·lats per grans empreses energètiques o per l'Estat per subministrar electricitat a les instal·lacions industrials. Les turbines amb una capacitat de desenes de megavatios es troben generalment en zones eòliques (turons oberts, costes).

Els parcs eòlics, on s’instal·len desenes de aerogeneradors, es trenquen no només a terra, sinó també en aigües poc profundes. L’electricitat rebuda s’utilitza generalment amb finalitats industrials.

L’electricitat generada, per regla general, va directament a la xarxa, mentre que per a l’estabilitat i la regulació de la freqüència de gir de les pales de l’aerogenerador estan equipades amb mecanismes addicionals.

Generadors eòlics comercials

Aquestes instal·lacions s'utilitzen per generar electricitat per a la venda o per subministrar electricitat a indústries de regions amb xarxes de baix consum (o amb l'absència completa). Aquests parcs eòlics consisteixen en un grup de generadors elèctrics, que poden tenir diferents capacitats.

L’energia de les plantes comercials es pot subministrar directament a comunicacions elèctriques o utilitzar-se per carregar una gran varietat de bateries, on s’emmagatzema i es converteix per subministrar-la al sistema d’energia.

Dispositius eòlics domèstics

Les unitats de baixa potència s’utilitzen per a ús privat. Segons les normes, els propietaris dels llocs poden instal·lar molins de vent amb pals amb una alçada inferior a 25 metres sense el consentiment de les autoritats, per als pals superiors és necessari obtenir un permís especial.

Els molins de poca i mitjana potència poden servir de font d’energia elèctrica per a cases rurals, cases rurals d’estiu, cases de camp, granges

Els generadors eòlics domèstics són adequats per carregar piles amb una tensió de 12/24 / 48V, l’energia a partir de la qual es transforma en una tensió de 220 volts. Aquests dispositius poden solucionar completament o parcialment el problema amb l’alimentació de petits objectes situats a distància de la xarxa d’energia centralitzada.

Amb directrius per triar un generador eòlic per proporcionar energia a una casa particular presentaré l'articlededicat a aquesta interessant pregunta.

Varietats de construcció de molins de vent

Segons les funcions de disseny del dispositiu també es poden dividir en diverses categories, tot i que totes les varietats es redueixen a dos tipus principals: vertical i horitzontal.

Generadors eòlics horitzontals clàssics

Instal·lacions similars (també s’anomenen hèlix o pal) normalment tenen 3-5 fulles muntades sobre un eix horitzontal. En girar a gran velocitat, aquests elements permeten obtenir la màxima energia (KIEV fins a 0,4).

A més, la quantitat d’electricitat generada depèn en gran mesura de l’altura del dispositiu (com més gran sigui, més gran és el resultat).

El generador eòlic horitzontal utilitza la força d’elevació que es produeix quan la pressió augmenta en el punt en què el flux d’aire directe passa per les fulles, reflectit a partir d’aquests elements

Aquests dispositius se solen instal·lar en parcs eòlics on es genera energia per a ús industrial i comercial, però també són adequats per a ús domèstic.

Una solució interessant per a un molí de vent horitzontal és un model amb una pala, les seves característiques seran introduïdes mitjançant la següent selecció de fotografies:

Aerogeneradors verticals

Un element actiu d’aquestes instal·lacions és una roda de vent giratori. A causa de les funcions del disseny, aquests dissenys difereixen pel tipus ("Barril", "Savonius").

La següent selecció de fotos us familiaritzarà amb el principi de construcció d'una turbina per a un generador vertical de Savonius:

Malgrat el baix índex KIEV (0,1-0,2), són molt utilitzats: les unitats verticals operen sobre fluxos d’aire turbulents, de manera que es poden situar fins i tot en zones on els vents forts rarament bufen.

El funcionament dels generadors de vent verticals no depèn de la direcció dels vents. Són fàcils d’instal·lar i operar, a més, aquests dispositius es poden col·locar a prop del terra

Per augmentar l'eficiència dels molins de vent verticals, els fabricants sovint augmenten els paràmetres de mida, la qual cosa comporta un augment significatiu del cost. Com que aquestes instal·lacions són prou fràgils, requereixen una major protecció contra els huracans i altres fenòmens naturals.

Generadors eòlics "Rotor Daria"

Aquests dispositius pertanyen a la categoria dels aerogeneradors verticals, però, tenen diferències molt importants en el disseny. Gràcies a aquestes característiques s’aconsegueix una reducció de soroll i KIEV creix, que s’acosta al rendiment dels models horitzontals.

La turbina de baixa pressió amb un eix de rotació perpendicular al medi aeri, proposada el 1931 pel dissenyador d'avions francès Georges Darier, va ser àmpliament utilitzada en l'energia eòlica

El desavantatge d’aquests dissenys és el moment d’inici baix (a causa de la presència de només dues fulles, és difícil que el dispositiu arrenqui de manera independent). Per resoldre el problema, s’utilitza sovint l’híbrid Savonius + Darier.

Instal·lacions de vent de vela

Per a aquestes instal·lacions, es pot aplicar el principi de molins de vent tant verticals com horitzontals. La principal característica estructural és una roda de vent coberta amb moltes fulles o veles, mentre que el perfil aerodinàmic d'aquests models no hi ha.

Hi ha molts models de generadors eòlics de vela, que difereixen pel nombre de pales, pes, potència. Tots aquests paràmetres s’han de tenir en compte a l’hora de triar un dispositiu.

Tot i que les instal·lacions de vela es caracteritzen per una baixa velocitat i una baixa eficiència, sovint s’utilitzen a l’economia nacional. Aquests dissenys són fàcils d’instal·lar i operar, i la combinació d’un parell elevat amb baixes velocitats permet posar en marxa directament diversos mecanismes útils, per exemple, una bomba per bombejar aigua.

La següent galeria us familiaritzarà amb un dels models pràctics de molins de vent de vela:

Generador d’aerogeneradors

Per al funcionament de molins de vent, es necessiten generadors trifàsics convencionals. El disseny d'aquests dispositius és similar als models que s'utilitzen en els cotxes, però té paràmetres grans.

En els dispositius per a aerogeneradors, es proporciona un enrotllament de tres estats (connexió estel·lar), des d’on tres cables van al controlador, on la tensió alterna es transforma en tensió directa.

El rotor del generador per a un aerogenerador es fabrica en imants de neodimi: no és pràctic utilitzar excitació elèctrica en aquests dissenys, ja que la bobina consumeix molta energia.

Per augmentar la velocitat, sovint s’utilitza un multiplicador. Aquest dispositiu permet augmentar la potència del generador existent o utilitzar un dispositiu més reduït, cosa que redueix el cost de la instal·lació.

Els multiplicadors s’utilitzen més sovint en generadors de vent verticals, en què el procés de rotació de la roda de vent és més lent. Per a dispositius horitzontals amb alta velocitat de gir de les pales, no calen multiplicadors, cosa que simplifica i redueix el cost de construcció.

Les especificitats del muntatge i la instal·lació d’un generador eòlic des de la rentadora i aerogeneradors d’un generador de cotxes detallat en els nostres articles recomanats.

Pros i contres d’un generador eòlic

Analitzem detalladament els avantatges i els inconvenients dels aerogeneradors, ja que la decisió d’adquirir un molí de vent o d’abandonar-lo depèn d’ells.

Avantatges dels aparells eòlics

Els avantatges dels dispositius d’energia eòlica inclouen:

• Amabilitat ambiental. Les plantes utilitzen una font d’energia renovable, que es pot utilitzar de manera continuada sense perjudicar el medi ambient. L’electricitat generada pels generadors eòlics substitueix l’energia de les centrals tèrmiques, reduint les emissions de gasos d’efecte hivernacle.
• Polivalència. Els parcs eòlics es poden construir gairebé a tot arreu: a les planes, a les muntanyes, als camps, a les illes i fins i tot en aigües poc profundes. L’energia eòlica s’aprecia especialment en llocs remots on és difícil estendre les comunicacions elèctriques habituals. En aquest cas, els generadors eòlics permeten establir un subministrament elèctric a les instal·lacions, proporcionant-li la independència de factors aleatoris (per exemple, del combustible no subministrat a temps).
• Utilitzar eficiència. Els models moderns reciclen l’energia dels vents lleugers i el límit mínim és de 3,5 m / s. D’aquesta manera, és possible subministrar electricitat a una xarxa centralitzada, així com organitzar el subministrament elèctric d’instal·lacions individuals (illa o local), independentment de la seva capacitat.
• Una alternativa digna a les fonts tradicionals. Els parcs eòlics estacionaris poden proporcionar completament electricitat a un edifici residencial o fins i tot a una petita instal·lació de producció. En aquest cas, la turbina acumularà a les bateries el subministrament elèctric necessari, destinat a ser utilitzat en períodes sense vent.
• Rendibilitat. En comparació amb les fonts d’energia elèctrica tradicionals (gas, torba, carbó, petroli), les turbines de bicicletes poden reduir significativament els costos d’energia. En molts casos, construir un parc eòlic és més barat que connectar-se als sistemes d’energia existents.

L’ús dels aerogeneradors pot ser una alternativa a l’ús de generadors cars de gasoil, reduint encara més el 80% el cost del transport i l’emmagatzematge del combustible.

La potència mitjana d’un aerogenerador varia significativament de l’indicador de càrrega màxima. Un generador eòlic només és responsable de la quantitat d’energia produïda durant un període de temps determinat amb la velocitat mitjana mensual del vent característica d’una zona determinada.

Per a una avaluació més exacta dels recursos eòlics, podeu utilitzar dades derivades especialment (paràmetres de Weibull). Aquests indicadors reflecteixen la distribució de vents de diferents fortaleses pròpies d’una zona determinada. Aquesta informació és important tenir en compte a l’hora de desenvolupar projectes de parcs eòlics amb una capacitat de desenes de MW.

La potència generada per l’aerogenerador és proporcional a la triple velocitat del vent. Per tant, aquest indicador és molt reduït amb corrents de vent dèbils, però, quan s’enforteixen augmenta bruscament. Degut a la variabilitat de la direcció dels vents i la seva velocitat durant la construcció de l’aerogenerador, és necessari proporcionar components estabilitzadors.

Regles i fórmules per calcular la potència d’un generador eòlic donat aquíUs recomanem que llegiu informació molt útil.

En els sistemes autònoms petits, la seva funció la fan les bateries, la càrrega de les quals comença a augmentar tan bon punt la potència del generador eòlic supera el indicador de càrrega.

A mesura que la càrrega augmenta, la bateria pot descarregar. Aquesta característica del treball és important tenir en compte a l’hora d’escollir una unitat domèstica, la seva capacitat ha de coincidir amb la taxa mensual o anual de consum d’electricitat.

Cal destacar que l’ús eficaç dels fluxos eòlics contribueix a la varietat de dissenys dels aerogeneradors.

Les turbines horitzontals donen un alt rendiment en llocs plans on hi ha molts vents, mentre que les turbines verticals funcionen millor en regions amb fluxos turbulents que s’observen baixos des del sòl (a la part superior dels turons, serralades).

Els principals desavantatges dels molins de vent

Al mateix temps, els molins de vent tenen els seus propis aspectes negatius:

• La magnitud de la força del vent és difícil de predir amb antelació, ja que sovint canvia. Per això, és recomanable pensar en una xarxa de seguretat, proporcionant una font d’energia de còpia de seguretat (plaques solars, connexió elèctrica).
• Els dispositius verticals corren risc de destrucció de les pales del rotor a causa de l’acció de les forces centrífugues quan les fulles giren al voltant de l’eix principal. Degut a aquest efecte, elements estructurals importants es deformen i es destrueixen amb el pas del temps i el mecanisme falla.
• Els molins de vent s’instal·len millor a l’espai lliure, ja que els edificis propers poden “humitejar” el vent, formant una zona d’aire “morta”.
• Per estalviar l’excés d’energia dels aerogeneradors, cal preveure l’ús de piles i altres dispositius addicionals en el disseny, que s’utilitzen per convertir l’electricitat generada en corrent amb característiques de consum adequades.
• Durant el funcionament, els aerogeneradors fan un soroll que pot causar molèsties a les persones, espantant els animals. Les fulles de les instal·lacions també poden causar la mort d'aus que hi volen.
• Segons alguns experts, els aerogeneradors poden degradar la recepció d’emissions de ràdio i televisió.

Els aspectes negatius també poden incloure un cost bastant elevat d’aquestes unitats, però, la baratesa de la font d’energia elimina en gran mesura aquest factor.

Esquemes i mètodes de connexió

Tot i que l’aerogenerador pot funcionar de forma autònoma, es pot obtenir un resultat molt millor amb l’ajuda d’esquemes combinats que preveuen la combinació d’un dispositiu eòlic amb plaques solars, una xarxa elèctrica centralitzada, gasoil o fonts d’energia de gas.

Treball fora de línia. En aquest cas, es configura una sola instal·lació, amb l’ajut de la qual es capta i acumula energia eòlica, que es converteix en un corrent elèctric que necessiten els consumidors.

El diagrama mostra la forma més senzilla d’utilitzar un generador eòlic, que és aconsellable utilitzar en regions on bufen constantment vents forts.

Combinació d’un generador eòlic amb plaques solars. L’opció combinada es considera una forma d’alimentació elèctrica fiable i eficaç. A falta de vent, la bateria funciona plaques solarsi, en temps ennuvolat i durant la nit, la càrrega prové d’una instal·lació eòlica.

Ideal per a una llar o llar particular, situat a distància d'una xarxa elèctrica centralitzada. Aquest esquema combinat permet l’ús de dos tipus d’energia renovable.

Funcionament de generadors eòlics combinats. Es pot combinar un aerogenerador amb comunicacions elèctriques.

Un patró similar és típic per a dispositius industrials i comercials. Alguns models de generadors eòlics nacionals també proporcionen la connexió a les comunicacions elèctriques.

Amb l’excés d’electricitat produït, entra a la xarxa centralitzada i, amb la seva escassetat, és possible utilitzar corrent elèctric del sistema d’energia general.

Punts d'ús de generadors eòlics

Actualment, els aerogeneradors s’utilitzen en diversos sectors de l’economia. Els models industrials de diferents capacitats són utilitzats per petroli i gas, empreses de telecomunicacions, estacions de perforació i exploració, instal·lacions de producció i agències governamentals.

El molí de vent es pot utilitzar com a font addicional d’energia als hospitals i altres institucions per proporcionar un subministrament continu d’electricitat en situacions d’emergència.

Cal destacar especialment la importància d’utilitzar aerogeneradors per a la ràpida recuperació de l’electricitat interrompuda durant cataclismes i desastres naturals. Per això, el Ministeri d'Emergències sol utilitzar els generadors eòlics.

Els aerogeneradors domèstics són perfectes per organitzar la il·luminació i la calefacció de pobles i cases particulars, així com per a usos domèstics a les granges.

En aquest cas, cal tenir en compte alguns punts:

• Els dispositius de fins a 1 kW només poden proporcionar una quantitat d'electricitat suficient en llocs sense vent. Normalment l’energia que produeixen és suficient només per a la il·luminació LED i la potència per a dispositius electrònics petits.
• Per subministrar totalment l’electricitat a la casa rural (casa de camp), necessitareu un generador eòlic amb una capacitat superior a 1 kW.Aquest indicador és suficient per alimentar la il·luminació, així com un ordinador i un televisor, però la seva potència no és suficient per subministrar electricitat a un modern refrigerador 24 hores.
• Per aportar energia a la cabana, necessiteu un molí de vent de 3-5 kW, però fins i tot aquesta xifra no és suficient per escalfar cases. Per utilitzar aquesta característica, necessiteu una opció potent, a partir de 10 kW.

En triar un model, cal tenir en compte que l’indicador de potència indicat al dispositiu només s’aconsegueix a la velocitat màxima del vent. Així doncs, una instal·lació de 300 V produirà la quantitat d’energia indicada només a un cabal d’aire de 10-12 m / s.

Els que desitgem construir un generador eòlic amb les seves pròpies mans, els oferim article següenten què es detalla informació útil.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

El vídeo següent proporciona informació detallada sobre el principi de funcionament i el disseny d’un model domèstic d’un generador eòlic:

Un generador eòlic és una excel·lent font de producció d’energia elèctrica, que els residents de llocs remots apreciaran especialment. Diverses empreses russes i estrangeres ofereixen una àmplia gamma d'estructures de vent, a més, es poden fer models domèstics amb les seves pròpies mans.

Escriviu els comentaris al bloc següent. Expliqueu-nos com heu construït un generador eòlic al vostre lloc o com els vostres veïns tenen un molí de vent. Fes preguntes, comparteix informació útil i fotos sobre el tema.