Generátor kinetického větru: zařízení, princip činnosti, aplikace

Moderní kinetický větrný generátor vám umožňuje využívat sílu vzdušných proudů a převádět je na elektřinu. Za tímto účelem existují tovární a domácí modely zařízení, které se používají jak v průmyslu, tak v soukromých farmách.

Budeme mluvit o tom, jak jsou větrné mlýny tohoto typu uspořádány, představíme vám funkce zařízení a možnosti designu. Článek, který jsme navrhli, ukazuje silné a slabé stránky větrné elektrárny. Nezávislí mistři u nás najdou užitečná schémata a doporučení pro montáž.

Princip činnosti větrného generátoru

Činnost generátoru větru je založena na přeměně kinetické energie větru na mechanickou energii rotoru, která je poté přeměněna na elektřinu.

Princip činnosti je poměrně jednoduchý: rotace lopatek namontovaných na ose zařízení vede k kruhovým pohybům generátoru rotoru, díky čemuž je generována elektřina.

Větrná energie je jedním z nejslibnějších odvětví obnovitelné energie. Moderní konstrukce umožňují nákladově efektivní využití proudu vzduchu a využívají jej k výrobě elektřiny

Výsledný nestabilní střídavý proud „proudí“ do regulátoru, kde je převeden na konstantní napětí, které může nabíjet baterie. Odtud je napájení dodáváno do střídače, kde je přeměněno na střídavé napětí s indikátorem 220/380 V, které je dodáváno spotřebitelům.

Výkon generátoru větru přímo závisí na výkonu proudu vzduchu (N), vypočteno podle vzorce N = pSV³/ 2, kde V je rychlost větru, S je pracovní plocha, p je hustota vzduchu.

Zařízení na výrobu větru

Různé verze větrných generátorů se od sebe výrazně liší.

Výše uvedený diagram ukazuje vnitřní strukturu klasického horizontálního generátoru větru. Tyto modely se nejčastěji používají jak v průmyslu, tak v každodenním životě.

Průmyslová zařízení jsou složitá multimetrová konstrukce, jejíž instalace vyžaduje základ, zatímco model domácnosti se může skládat z minimálního počtu součástí (3 - 12V stejnosměrný motor, 1 000uF 6V elektrokapacitor, křemíková usměrňovací dioda).

Typická instalace zahrnuje následující komponenty:

• alternátor (výkon závisí na rychlosti proudění větru);
• lopatky, které přenášejí rotaci na hřídel generátoru (často jsou navíc vybaveny převodovkami, stabilizátory rychlosti rotoru);
• stožár větrného mlýna, ke kterému jsou nože připojeny (čím vyšší jsou tyto prvky, tím větší je množství větrné energie, kterou mohou přijmout);
• baterie, které akumulují energii, což vám umožní používat je s malým proudem větru nebo s jeho úplnou nepřítomností. Baterie také vykonává funkci stabilizace elektrické energie přijaté z generátoru;
• regulátor - převodník střídavého napětí přijímaného z generátoru na stejnosměrný proud, který se používá k nabíjení baterie. Regulátor je řízen otáčením lopatek, což vám umožní zvážit, kam proudí vzduch;
• ABP - automatické spínací zařízení, které spojuje generátor větru s jinými zdroji energie (solární panely, elektrická síť);
• snímač směru větru - zařízení, které usnadňuje lopatkám najít tok větru;
• měnič pro převod stejnosměrného proudu z baterií na střídavé napětí, který se používá v elektrické komunikaci.

Aby bylo možné lépe vyhovět potřebám uživatele, může být zařízení vybaveno různými typy střídačů:

• zařízení s invertorem modifikovanou sinusovou vlnou, vydávající čtvercový sinusoid. Zařízení tohoto typu jsou vhodná pro topné články, žárovky a jiná zařízení, která jsou nenáročná na kvalitu sítě;
• třífázové střídače napětí určené pro třífázové energetické sítě;
• zařízení s čistou sinusovou vlnou, která produkují energii pro citlivější techniku;
• síťové střídače schopné fungovat bez baterií. Taková zařízení jsou určena pro obvody zahrnující vstup elektrické energie přímo do společné sítě.

Při výběru modelů byste měli určitě věnovat pozornost typu střídače.

Typy větrných generátorů

Při klasifikaci větrných turbín:

• jmenování;
• konstrukční prvky;
• počet nožů;
• materiály, ze kterých jsou vyrobeny;
• osa otáčení;
• rozteč šroubů.

Podrobně zvažte dvě nejčastěji používané klasifikace.

Klasifikace větrných generátorů podle účelu

Existují různé větrné turbíny, které se liší účelem. Na tom závisí hlavní vlastnosti zařízení, například výkon.

Průmyslové větrné turbíny

Taková zařízení instalují velké energetické společnosti nebo stát, aby dodávaly elektřinu průmyslovým zařízením. Turbíny s kapacitou desítek megawattů se obvykle nacházejí ve větrných oblastech (otevřené kopce, pobřeží).

Větrné farmy, kde jsou instalovány desítky větrných turbín, jsou rozbité nejen na zemi, ale také v mělké vodě. Přijatá elektřina se obvykle používá pro průmyslové účely.

Vyrobená elektřina jde zpravidla přímo do sítě, zatímco pro stabilitu a regulaci frekvence otáčení lopatek větrné turbíny jsou vybaveny přídavnými mechanismy.

Komerční větrné generátory

Taková zařízení se používají k výrobě elektřiny k prodeji nebo k dodávce elektřiny průmyslovým odvětvím v regionech s nízkoenergetickými sítěmi (nebo s její úplnou absenci). Takové větrné farmy sestávají ze skupiny elektrických generátorů, které mohou mít různé kapacity.

Energie komerčních elektráren může být dodávána přímo do elektrické komunikace nebo použita k nabíjení velkého množství baterií, kde je uložena a přeměněna za účelem dodávky do energetického systému.

Domácí větrná zařízení

Nízkoenergetické jednotky se používají pro soukromé použití. Podle pravidel mohou majitelé lokalit instalovat větrné mlýny se stěžněmi s výškou menší než 25 metrů bez souhlasu úřadů, u vyšších stožárů je nutné získat zvláštní povolení.

Větrné mlýny s nízkým a středním výkonem mohou sloužit jako zdroj elektrické energie pro chaty, chalupy, venkovské domy, farmy

Domácí větrné generátory jsou vhodné pro nabíjení baterií s napětím 12/24/48 V, z nichž se energie přeměňuje na napětí 220 voltů. Taková zařízení mohou zcela nebo částečně vyřešit problém s napájením malých objektů, které jsou umístěny mimo centralizovanou rozvodnou síť.

S pokyny pro výběr větrného generátoru pro dodávku energie do soukromého domu představí článekvěnovaný této zajímavé otázce.

Druhy konstrukce větrných mlýnů

Podle konstrukčních prvků zařízení lze také rozdělit do několika kategorií, i když všechny odrůdy jsou redukovány na dva hlavní typy: vertikální a horizontální.

Klasické horizontální větrné generátory

Podobné instalace (nazývají se také vrtule nebo lopatka) mají obvykle 3-5 lopatek namontovaných na vodorovné ose. Tyto prvky se otáčejí vysokou rychlostí a umožňují získat maximální množství energie (KIEV až 0,4).

Kromě toho množství vyrobené elektřiny do značné míry závisí na výšce zařízení (čím vyšší je, tím větší je výsledek).

Horizontální větrný generátor používá zdvihací sílu, která se vyskytuje, když se tlak zvyšuje v bodě, kde přímý proud vzduchu prochází lopatkami, což se odráží od těchto prvků

Taková zařízení jsou obvykle instalována ve větrných farmách, kde je energie vyráběna pro průmyslové a komerční použití, ale jsou také vhodná pro domácí použití.

Zajímavým řešením pro horizontální větrný mlýn je model s jednou čepelí, jeho vlastnosti představí následující výběr fotografií:

Vertikální větrné turbíny

Aktivním prvkem takových zařízení je rotující větrné kolo. Díky konstrukčním vlastnostem se tyto konstrukce liší typem („Barrel“, „Savonius“).

Následující výběr fotografií vás seznámí s principem konstrukce turbíny pro vertikální generátor Savonius:

Navzdory nízkému indexu KIEV (0,1-0,2) jsou široce využívány: vertikální jednotky pracují na turbulentním proudění vzduchu, takže je lze umístit i v oblastech, kde silný vítr jen zřídka fouká.

Činnost vertikálních větrných generátorů nezávisí na směru větru. Snadno se instalují a obsluhují, navíc mohou být taková zařízení umístěna blízko země

Aby se zvýšila účinnost vertikálních větrných mlýnů, výrobci často zvyšují své parametry velikosti, což vede k významnému zvýšení nákladů. Protože jsou takové instalace dostatečně křehké, vyžadují zvýšenou ochranu před hurikány a jinými přírodními jevy.

Větrné generátory "Rotor Daria"

Taková zařízení patří do kategorie vertikálních větrných turbín, mají však výrazné rozdíly v konstrukci. Díky těmto vlastnostem je dosaženo redukce šumu a roste KIEV, což se blíží výkonu horizontálních modelů.

Nízkotlaká turbína s osou rotace kolmou na ovzduší, navržená v roce 1931 francouzským konstruktérem letadel Georgesem Darierem, byla široce používána ve větrné energii

Nevýhodou takových konstrukcí je nízký startovací moment (vzhledem k přítomnosti pouze dvou lopatek je obtížné, aby se zařízení spouštělo nezávisle). K vyřešení problému se často používá hybrid Savonius + Darier.

Zařízení na plachtění větru

Pro taková zařízení lze použít princip vertikálních i horizontálních větrných mlýnů. Hlavním konstrukčním prvkem je větrné kolo pokryté mnoha lopatkami nebo plachtami, zatímco aerodynamický profil takových modelů chybí.

Existuje mnoho modelů plachetních větrných generátorů, které se liší počtem lopatek, hmotností, výkonem. Všechny tyto parametry by měly být brány v úvahu při výběru zařízení.

Navzdory skutečnosti, že plachetní zařízení se vyznačují nízkou rychlostí a nízkou účinností, jsou často používána v národním hospodářství. Takovéto konstrukce se snadno instalují a obsluhují a kombinace vysokého točivého momentu s nízkými otáčkami umožňuje přímo uvést do pohybu různé užitečné mechanismy, například čerpadlo pro čerpání vody.

Následující galerie vás seznámí s jedním z praktických modelů plachetnic:

Generátor větrné turbíny

Pro provoz větrných mlýnů jsou zapotřebí konvenční třífázové generátory. Konstrukce takových zařízení je podobná modelům používaným u automobilů, ale má velké parametry.

U zařízení pro větrné turbíny je poskytováno třífázové vinutí statoru (hvězdné připojení), odkud tři dráty vedou k ovladači, kde je střídavé napětí transformováno na přímé napětí.

Rotor generátoru pro větrnou turbínu je vyroben na neodymových magnetech: není praktické používat elektrické buzení v takových konstrukcích, protože cívka spotřebovává hodně energie

Ke zvýšení rychlosti se často používá multiplikátor. Toto zařízení umožňuje zvýšit výkon stávajícího generátoru nebo použít menší zařízení, což snižuje náklady na instalaci.

Multiplikátory se častěji používají ve vertikálních větrných generátorech, ve kterých je proces otáčení větrného kola pomalejší. U vodorovných zařízení s vysokou rychlostí otáčení lopatek nejsou nutné multiplikátory, což zjednodušuje a snižuje náklady na konstrukci.

Specifika montáže a instalace generátoru větru z pračky a větrné turbíny od automobilového generátoru podrobně v našich doporučených článcích.

Výhody a nevýhody generátoru větru

Podívejme se podrobně na výhody a nevýhody větrných turbín, protože rozhodnutí o koupi větrného mlýna nebo opuštění to záleží na nich.

Výhody větrných zařízení

Mezi výhody zařízení pro větrnou energii patří:

• Šetrnost k životnímu prostředí. Rostliny využívají obnovitelný zdroj energie, který lze používat nepřetržitě bez poškození životního prostředí. Elektřina vyráběná větrnými generátory nahrazuje energii tepelných elektráren a snižuje emise skleníkových plynů.
• Všestrannost. Větrné farmy lze stavět téměř všude: na pláních, na horách, na polích, na ostrovech a dokonce i v mělké vodě. Větrná energie je oceňována zejména na odlehlých místech, kde je obtížné rozšířit obvyklou elektrickou komunikaci. V tomto případě větrné generátory umožňují zřídit dodávku energie do zařízení a poskytovat tak nezávislost na náhodných faktorech (například od paliva nedodaného včas).
• Využijte efektivitu. Moderní modely recyklují energii rovnoměrného větru - minimální limit je 3,5 m / s. Tímto způsobem je možné dodávat elektřinu do centralizované sítě a organizovat dodávky energie jednotlivých zařízení (ostrovních nebo místních), bez ohledu na jejich kapacitu.
• Hodná alternativa k tradičním zdrojům. Stacionární větrné farmy mohou plně dodávat elektřinu do bytového domu nebo dokonce malého výrobního zařízení. V tomto případě turbína akumuluje v bateriích potřebnou dodávku elektřiny, která je určena k použití během období bez větru.
• Ziskovost. Ve srovnání s tradičními zdroji elektrické energie (plyn, rašelina, uhlí, ropa) mohou bicyklové turbíny výrazně snížit náklady na energii. V mnoha případech je budování větrné farmy levnější než připojení k existujícím energetickým systémům.

Použití větrných turbín může být alternativou k použití drahých dieselových generátorů, což dále snižuje náklady na přepravu a skladování paliva až o 80%.

Průměrný výkon větrné turbíny se výrazně liší od indikátoru špičkového zatížení. Větrný generátor je zodpovědný pouze za množství energie vyrobené za určité časové období s průměrnou charakteristikou průměrné měsíční rychlosti větru dané oblasti.

Pro přesnější posouzení větrných zdrojů můžete použít speciálně odvozená data (Weibull parametry). Tyto indikátory odrážejí rozložení větru různých sil charakteristických pro určitou oblast. Tyto informace je důležité vzít v úvahu při vývoji projektů větrných farem s kapacitou desítek MW.

Síla generovaná větrnou turbínou je úměrná trojnásobné rychlosti větru. Tento ukazatel je proto velmi malý se slabými větrnými proudy, avšak když jsou posíleny, prudce se zvyšuje. Vzhledem k variabilitě směru větru a jejich rychlosti během konstrukce větrné turbíny je nutné zajistit stabilizační komponenty.

Pravidla a vzorce pro výpočet výkonu generátoru větru dáno zdeDoporučujeme přečíst si velmi užitečné informace.

V malých autonomních systémech se jejich funkce provádí pomocí baterií, jejichž náboj se začíná zvyšovat, jakmile výkon generátoru větru překročí indikátor zatížení.

Se zvyšujícím se zatížením se může baterie vybít. Tuto vlastnost práce je důležité vzít v úvahu při výběru bytové jednotky, její kapacita se musí shodovat s měsíční nebo roční mírou spotřeby elektřiny

Je třeba poznamenat, že efektivní využití toků větru přispívá k rozmanitosti konstrukcí generátorů větru.

Horizontální turbíny poskytují vysoký výkon v plochých místech, kde je mnoho větrů, zatímco vertikální turbíny fungují lépe v oblastech s turbulentními toky, které jsou pozorovány nízko od země (v horní části kopců, pohoří).

Hlavní nevýhody větrných mlýnů

Současně mají větrné mlýny své vlastní negativní aspekty:

• Velikost větrné síly je obtížné předvídat předem, protože se často mění. Z tohoto důvodu je vhodné zamyslet se nad bezpečnostní sítí a zajistit záložní zdroj energie (solární panely, elektrické připojení).
• Vertikální zařízení jsou vystavena riziku zničení lopatek rotoru v důsledku působení odstředivých sil, když se lopatky otáčejí kolem hlavní osy. Díky tomuto účinku se důležité konstrukční prvky v průběhu času deformují a ničí a mechanismus selže.
• Větrné mlýny jsou nejlépe nainstalovány ve volném prostoru, protože blízké budovy mohou „tlumit“ vítr a vytvářet „mrtvou“ vzduchovou zónu.
• Aby se ušetřila přebytečná energie větrných turbín, je nutné v návrhu zajistit použití baterií a dalších doplňkových zařízení, která se používají k přeměně vyrobené elektřiny na proud s vhodnými charakteristikami spotřebitele.
• Během provozu vytvářejí větrné generátory hluk, který může lidem způsobovat nepohodlí, vystrašit zvířata. Čepele zařízení mohou také způsobit smrt ptáků, kteří k nim létají.
• Podle některých odborníků mohou větrné turbíny zhoršovat příjem rozhlasového a televizního vysílání.

Negativní aspekty mohou také zahrnovat poměrně vysoké náklady na takové jednotky, avšak levnost zdroje energie tento faktor do značné míry eliminuje.

Schémata a způsoby připojení

Ačkoli větrná turbína může pracovat samostatně, mnohem lepšího výsledku lze dosáhnout pomocí kombinovaných schémat, která zajišťují kombinaci větrného zařízení se solárními panely, centralizovanou elektrickou sítí, nafty nebo plynných energetických zdrojů.

Práce offline. V tomto případě je nastavena jediná instalace, pomocí které je větrná energie zachycena a akumulována, která je poté přeměněna na elektrický proud, který spotřebitelé potřebují.

Schéma ukazuje nejjednodušší způsob použití generátoru větru, který je vhodné použít v oblastech, kde stále fouká silný vítr.

Kombinace větrného generátoru se solárními panely. Kombinovaná varianta je považována za spolehlivý a efektivní způsob napájení. Při nepřítomnosti větru se baterie zapne solární panelya za oblačného počasí a během noci pochází nabíjení z větrné instalace.

Ideální pro soukromý dům nebo domácnost, umístěné mimo centralizovanou rozvodnou síť. Toto kombinované schéma umožňuje použití dvou typů obnovitelné energie.

Kombinovaný větrný generátor a síťový provoz. Větrná turbína může být kombinována s elektrickou komunikací.

Podobný vzorec je typický pro průmyslová a komerční zařízení. Připojení k elektrické komunikaci zajišťují také některé modely domácích větrných generátorů.

S přebytečnou vyrobenou elektřinou vstupuje do centralizované sítě as jejím nedostatkem je možné použít elektrický proud z obecného energetického systému.

Nuance použití větrných generátorů

V současné době se větrné turbíny používají v různých odvětvích hospodářství. Průmyslové modely různých kapacit používají ropa a plyn, telekomunikační společnosti, vrtací a průzkumné stanice, výrobní zařízení a vládní agentury.

Větrný mlýn lze použít jako další zdroj energie v nemocnicích a dalších institucích k zajištění nepřetržitého zásobování elektřinou v nouzových situacích.

Zvláštní význam má význam použití větrných turbín pro rychlé zotavení přerušené elektřiny během katastrof a přírodních katastrof. Za tímto účelem jsou větrné generátory často využívány ministerstvem pro mimořádné události.

Větrné turbíny pro domácnost jsou ideální pro organizování osvětlení a vytápění chalup a soukromých domů, jakož i pro domácí účely na farmách.

V tomto případě je třeba vzít v úvahu některé body:

• Zařízení do 1 kW mohou poskytovat dostatečné množství elektřiny pouze na větrných místech. Obvykle je energie, kterou produkují, dostatečná pouze pro osvětlení LED a napájení malých elektronických zařízení.
• Pro úplné zajištění elektřiny chalupě (venkovský dům) budete potřebovat větrný generátor s kapacitou více než 1 kW.Tento indikátor je dostačující pro napájení osvětlení, stejně jako počítače a TV, ale jeho výkon nestačí k dodávání elektřiny moderní nepřetržité ledničce.
• K zajištění energie chalupě potřebujete větrný mlýn s výkonem 3-5 kW, ale ani toto číslo nestačí na vytápění domů. K použití této funkce potřebujete výkonnou možnost od 10 kW.

Při výběru modelu je třeba poznamenat, že indikátor výkonu uvedený na zařízení je dosažen pouze při maximální rychlosti větru. Takže instalace 300V bude produkovat uvedené množství energie pouze při průtoku vzduchu 10-12 m / s.

Ti, kteří si chtějí postavit větrný generátor vlastníma rukama, nabízíme další článekve kterých jsou užitečné informace podrobně uvedeny.

Závěry a užitečné video na toto téma

Níže uvedené video poskytuje podrobné informace o principu fungování a konstrukci modelu domácnosti generátoru větru:

Větrný generátor je vynikajícím zdrojem výroby elektrické energie, což ocení zejména obyvatelé odlehlých míst. Různé ruské a zahraniční podniky nabízejí širokou škálu větrných struktur, modely domácnosti lze navíc vyrábět vlastními rukama.

Do níže uvedeného bloku napište komentáře. Řekněte nám o tom, jak jste na svém webu vybudovali větrný generátor nebo jak mají vaši sousedé větrný mlýn. Ptejte se, sdílejte užitečné informace a fotografie k tématu.