Kinetički generator vjetra: uređaj, princip rada, primjena

Suvremeni kinetički generator vjetra omogućuje vam uporabu snage zračnih struja, pretvarajući ga u električnu energiju. U tu svrhu postoje tvornički i kućni modeli uređaja koji se koriste i u industriji i na privatnim farmama.

Razgovarat ćemo o tome kako su uređene vjetrenjače ovog tipa, upoznat ćemo vas sa značajkama uređaja i mogućnostima dizajna. Članak koji smo predložili pokazuje snage i slabosti vjetroelektrane. Neovisni majstori kod nas pronaći će korisne sheme i preporuke za montažu.

Princip rada generatora vjetra

Rad generatora vjetra temelji se na pretvaranju kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju rotora, koja se zatim pretvara u električnu energiju.

Načelo rada prilično je jednostavno: rotacija noževa montiranih na osi uređaja dovodi do kružnih pokreta rotorskih generatora, zbog kojih se stvara električna energija.

Energija vjetra jedan je od najperspektivnijih sektora obnovljivih izvora energije. Moderni dizajni omogućuju ekonomično korištenje protoka zraka, koristeći ga za proizvodnju električne energije

Rezultirajuća nestabilna izmjenična struja "teče" u regulator, gdje se pretvara u konstantni napon koji može napuniti baterije. Odatle se snaga dovodi do pretvarača, gdje se pretvara u izmjenični napon s indikatorom 220/380 V, koji se opskrbljuje potrošačima.

Snaga generatora vjetra izravno ovisi o snazi ​​protoka zraka (N), izračunatoj prema formuli N = pSV³/ 2, gdje je V brzina vjetra, S je radno područje, p je gustoća zraka.

Uređaj za proizvodnju vjetra

Različite verzije vjetroelektrana značajno se razlikuju jedna od druge.

Gornji dijagram prikazuje unutarnju strukturu klasičnog horizontalnog generatora vjetra. Takvi se modeli najčešće koriste kako u industriji tako i u svakodnevnom životu.

Industrijski uređaji složeni su višemetrski dizajn, čija instalacija zahtijeva temelj, dok se model kućanstva može sastojati od najmanje komponenti (3-12V istosmjerni motor, 1000uF 6V elektrokandenzator, silicijska ispravljačka dioda).

Tipična instalacija uključuje sljedeće komponente:

• alternator (snaga ovisi o brzini strujanja vjetra);
• noževi koji prenose rotaciju na vratilo generatora (često su dodatno opremljeni prijenosnicima, stabilizatorima brzine rotora);
• jarbol vjetrenjače, na koji su pričvršćene lopatice (što su ti elementi veći, to je veća količina energije vjetra koju mogu primiti);
• baterije koje akumuliraju energiju, što vam omogućuje da ga koristite s malim protokom vjetra ili njegovom potpunom odsutnosti. Baterija također obavlja funkciju stabiliziranja električne energije primljene od generatora;
• regulator - pretvarač izmjeničnog napona primljenog od generatora u istosmjernu struju, koji se koristi za punjenje baterije. Upravljačem se upravlja okretanjem noževa, što vam omogućuje da uzmete u obzir kuda struji zrak;
• ABP - uređaj za automatsko prebacivanje koji povezuje generator vjetra s drugim izvorima energije (solarni paneli, električna mreža);
• senzor smjera vjetra - uređaj koji oštricama olakšava pronalazak protoka vjetra;
• pretvarač za pretvaranje istosmjerne struje iz baterija u izmjenični napon, koji se koristi u električnim komunikacijama.

Da biste bolje zadovoljili potrebe korisnika, uređaj može biti opremljen raznim vrstama pretvarača:

• uređaji s sinusnim valom modificiranim iz pretvarača, izdajući kvadratni sinusoid. Uređaji ove vrste pogodni su za grijaće elemente, žarulje sa žarnom niti i druge uređaje koji nisu zahtjevni za kvalitetu mreže;
• trofazni pretvarači napona dizajnirani za trofazne elektroenergetske mreže;
• čiste sinusne instalacije koje proizvode energiju za osjetljivije tehnike;
• mrežni pretvarači koji mogu raditi bez baterija. Takvi su uređaji namijenjeni za krugove koji uključuju ulazak električne energije izravno u zajedničku mrežu.

Prilikom odabira modela, svakako biste trebali obratiti pažnju na vrstu pretvarača.

Vrste generatora vjetra

Pri razvrstavanju vjetroagregata, karakteristike kao što su:

• imenovanje;
• značajke dizajna;
• broj lopatica;
• materijali od kojih su izrađeni;
• os rotacije;
• visina navoja.

Razmotrimo detaljno dvije najčešće korištene klasifikacije.

Razvrstavanje vjetroelektrana prema namjeni

Postoje sorte vjetroagregata koje se razlikuju u namjeni. Glavne karakteristike uređaja, na primjer, snaga, ovise o tome.

Industrijske vjetroturbine

Takve uređaje postavljaju velike energetske tvrtke ili država za opskrbu električnom energijom industrijskih postrojenja. Turbine kapaciteta desetine megavata obično se nalaze u vjetrovitim područjima (otvorena brda, obale).

Vjetroelektrane, na kojima su ugrađene desetine vjetroagregata, razbijene su ne samo na zemlji, već i u plitkoj vodi. Primljena električna energija obično se koristi u industrijske svrhe.

Proizvedena električna energija u pravilu ide izravno u mrežu, dok je za stabilnost i regulaciju frekvencije rotacije lopatica vjetroturbine opremljena dodatnim mehanizmima.

Komercijalni vjetroelektrani

Takve se instalacije koriste za proizvodnju električne energije za prodaju ili za opskrbu električnom energijom za industrije u regijama s niskim napajanjem (ili s potpunom njihovom odsutnošću). Takve vjetroelektrane sastoje se od skupa električnih generatora koji mogu imati različite kapacitete.

Energija komercijalnih postrojenja može se isporučiti izravno u električne komunikacije ili koristiti za punjenje velikog niza baterija, gdje se ona pohranjuje i pretvara u opskrbu elektroenergetskim sustavom.

Uređaji za kućanstvo

Jedinice male snage koriste se za privatnu upotrebu. Prema pravilima, vjetrenjače s jarbolom visine manjom od 25 metara vlasnici lokacija mogu postaviti bez pristanka vlasti, za veće jarbole potrebno je pribaviti posebno dopuštenje.

Vjetrenjače male i srednje snage mogu poslužiti kao izvor električne energije za vikendice, vikendice, seoske kuće, farme

Vjetroelektrani u kućanstvu pogodni su za punjenje baterija naponom 12/24 / 48V, od kojih se energija pretvara u napon od 220 volti. Takvi uređaji mogu u potpunosti ili djelomično riješiti problem s napajanjem malih objekata koji se nalaze daleko od centralizirane elektroenergetske mreže.

Uz smjernice za odabir generatora vjetra za opskrbu energijom u privatnoj kući predstavit će članakposvećen ovom zanimljivom pitanju.

Vrste gradnje vjetrenjača

Prema dizajnerskim značajkama uređaja se također mogu podijeliti u brojne kategorije, iako su sve sorte svedene na dvije glavne vrste: vertikala i vodoravni.

Klasični vodoravni generatori vjetra

Slične instalacije (nazivaju se i propeleri ili lopatice) obično imaju 3-5 noža postavljenih na vodoravnoj osi. Rotirajući velikom brzinom, takvi elementi omogućuju vam da dobijete maksimalnu količinu energije (KIEV do 0,4).

Štoviše, proizvedena količina električne energije uvelike ovisi o visini uređaja (što je veća, veći je rezultat).

Horizontalni generator vjetra koristi sila podizanja koja se javlja kada se pritisak povećava u mjestu gdje izravni protok zraka prolazi kroz lopatice, odražene od ovih elemenata

Takvi se uređaji obično ugrađuju u vjetroelektrane u kojima se proizvodi energija za industrijsku i komercijalnu upotrebu, ali su pogodni i za kućnu upotrebu.

Zanimljivo rješenje vodoravne vjetrenjače je model s jednom oštricom, a njegove će se karakteristike predstaviti sljedećim izborom fotografija:

Vertikalne vjetroturbine

Aktivni element takvih instalacija je rotirajući kotač vjetra. Zbog dizajnerskih značajki, takvi se dizajni razlikuju po tipu ("Barrel", "Savonius").

Sljedeći odabir fotografija upoznat će vas s načelom gradnje turbine za vertikalni Savonius generator:

Unatoč niskom KIEV indeksu (0,1-0,2), oni se široko koriste: okomite jedinice djeluju na turbulentne zračne tokove, tako da se mogu postaviti čak i na područjima gdje rijetko pušu jaki vjetrovi.

Rad vertikalnih generatora vjetra ne ovisi o smjeru vjetrova. Jednostavni su za instalaciju i rad, osim toga, takvi se uređaji mogu postaviti blizu zemlje

Kako bi povećali učinkovitost vertikalnih vjetrenjača, proizvođači često povećavaju svoje parametre veličine, što dovodi do značajnog povećanja troškova. Budući da su takve instalacije dovoljno krhke, zahtijevaju povećanu zaštitu od uragana i drugih prirodnih pojava.

Generatori vjetra "Rotor Daria"

Takvi uređaji pripadaju kategoriji vertikalnih vjetroagregata, međutim, imaju izražene razlike u dizajnu. Zahvaljujući tim značajkama postiže se smanjenje buke, a raste i KIEV koji se približava performansama horizontalnih modela.

Niskotlačna turbina s osi rotacije okomita na zračno okruženje, koju je 1931. godine predložio francuski dizajner zrakoplova Georges Darier, široko se koristila u energiji vjetra.

Nedostatak takvih dizajna je nizak početni trenutak (zbog prisutnosti samo dva noža, uređaj je teško pokrenuti samostalno). Da bi se riješio problem, često se koristi hibrid Savonius + Darier.

Instalacije vjetrenjaka za jedrenje

Za takve se instalacije može primijeniti načelo okomitih i vodoravnih vjetrenjača. Glavna strukturna značajka je kotač vjetra prekriven mnogim noževima ili jedrima, dok aerodinamični profil takvih modela nije prisutan.

Postoji mnogo modela generatora za jedrenje vjetra koji se razlikuju u broju lopatica, težini, snazi. Svi ti parametri trebaju biti uzeti u obzir pri odabiru uređaja.

Unatoč činjenici da jedriličarske instalacije odlikuju mala brzina i mala učinkovitost, one se često koriste u nacionalnom gospodarstvu. Takve izvedbe je lako instalirati i rukovati, a kombinacija velikog zakretnog momenta s malim brzinama omogućava izravno pokretanje raznih korisnih mehanizama, na primjer, pumpa za crpljenje vode.

Sljedeća galerija upoznat će vas s jednim od praktičnih modela jedrenja vjetrenjača:

Generator vjetrenjača

Za rad vjetrenjača potrebni su konvencionalni trofazni generatori. Dizajn takvih uređaja sličan je modelima koji se koriste na automobilima, ali ima velike parametre.

U uređajima za vjetroagregate predviđeno je trofazno navijanje statora (spoj zvijezda), odakle tri žice idu do regulatora, gdje se izmjenični napon pretvara u izravni napon.

Rotor generatora za vjetrenjaču izrađen je na neodimijskim magnetima: nije praktično koristiti električne uzbuđenje u takvim izvedbama, jer zavojnica troši puno energije

Za povećanje brzine često se koristi množitelj. Ovaj uređaj omogućuje vam povećanje snage postojećeg generatora ili korištenje manjeg uređaja, što smanjuje troškove instalacije.

Množitelji se češće koriste u vertikalnim generatorima vjetra u kojima je proces rotacije vjetrovitog kotača sporiji. Za horizontalne uređaje s velikom brzinom vrtnje lopatica, nisu potrebni multiplikatori, što pojednostavljuje i smanjuje troškove izgradnje.

Specifičnosti montaže i ugradnje vjetrogeneratora iz perilice rublja i vjetroturbine od generatora automobila detaljno u našim preporučenim člancima.

Za i protiv generatora vjetra

Razmotrimo detaljno prednosti i nedostatke vjetroagregata, jer odluka o kupnji vjetrenjače ili odustajanju od nje ovisi o njima.

Prednosti vjetrovitih uređaja

Prednosti uređaja za energiju vjetra uključuju:

• Prikladnost za okoliš. Biljke koriste obnovljivi izvor energije koji se može kontinuirano koristiti bez štete okolišu. Električna energija koju generiraju vjetroelektrani zamjenjuje energiju termoelektrana, smanjujući emisiju stakleničkih plinova.
• prilagodljivost, Vjetroelektrane se mogu graditi gotovo svugdje: na ravnicama, u planinama, na poljima, otocima, pa čak i u plitkoj vodi. Energija vjetra posebno se cijeni u zabačenim mjestima gdje je teško proširiti uobičajene električne komunikacije. U ovom slučaju, vjetroelektrane omogućuju uspostavljanje opskrbe električnom energijom objekata, pružajući joj neovisnost od slučajnih čimbenika (na primjer, od goriva koje nije isporučeno na vrijeme).
• Koristite učinkovitost, Moderni modeli recikliraju energiju čak i laganih vjetrova - minimalna granica je 3,5 m / s. Na ovaj je način moguće opskrbiti električnom energijom centraliziranu mrežu, kao i organizirati napajanje pojedinih objekata (otočnih ili lokalnih), bez obzira na njihov kapacitet.
• Vrijedna alternativa tradicionalnim izvorima. Stacionarne vjetroelektrane mogu u potpunosti pružiti struju stambenoj zgradi ili čak malom proizvodnom pogonu. U ovom slučaju, turbina će akumulirati u baterijama potrebnu opskrbu električnom energijom, namijenjenu korištenju tijekom razdoblja bez vjetra.
• Ekonomija. U usporedbi s tradicionalnim izvorima električne energije (plin, treset, ugljen, nafta), biciklističke turbine mogu značajno smanjiti troškove energije. U mnogim je slučajevima izgradnja vjetroelektrane jeftinija od povezivanja na postojeće elektroenergetske sustave.

Uporaba vjetroagregata može biti alternativa korištenju skupih dizelskih agregata, čime se dodatno smanjuju troškovi prijevoza i skladištenja goriva do 80%.

Prosječna snaga vjetroagregata znatno se razlikuje od pokazatelja najvećeg opterećenja. Generator vjetra odgovoran je samo za količinu proizvedene energije u određenom vremenskom periodu s prosječnom mjesečnom brzinom vjetra karakterističnom za određeno područje.

Za točniju procjenu vjetrovitih resursa možete koristiti posebno dobivene podatke (Weibullove parametre). Ovi pokazatelji odražavaju raspodjelu vjetrova različite jačine karakteristične za određeno područje. Takve informacije važno je uzeti u obzir pri razvoju projekata vjetroelektrana kapaciteta desetine MW.

Snaga koju generira vjetroturbina proporcionalna je trostrukoj brzini vjetra. Stoga je ovaj pokazatelj vrlo mali sa slabim strujama vjetra, međutim, kad se pojačavaju, on se naglo povećava. Zbog varijabilnosti smjera vjetrova i njihove brzine tijekom izgradnje vjetroagregata, potrebno je osigurati stabilizirajuće komponente.

Pravila i formule za izračun snage generatora vjetra dano ovdjePreporučujemo vam da pročitate neke vrlo korisne informacije.

U malim autonomnim sustavima njihovu funkciju obavljaju baterije, čija se napunjenost počinje povećavati čim snaga generatora vjetra premaši pokazatelj opterećenja.

Kako se opterećenje povećava, baterija se može isprazniti. Ovu značajku rada važno je uzeti u obzir pri odabiru jedinice za kućanstvo, njegov kapacitet mora se podudarati s mjesečnom ili godišnjom stopom potrošnje električne energije

Treba napomenuti da učinkovito korištenje vjetrovitih tokova pridonosi raznolikosti dizajna vjetroelektrana.

Horizontalne turbine daju visoke performanse na ravnim mjestima gdje ima puno vjetra, dok vertikalne turbine djeluju bolje u regijama s turbulentnim protocima koji se promatraju nisko od tla (u gornjem dijelu brda, planinski lanci).

Glavni nedostaci vjetrenjača

Ujedno, vjetrenjače imaju i svoje negativne aspekte:

• Veličinu sile vjetra teško je unaprijed predvidjeti, jer se često mijenja. Zbog toga je preporučljivo razmisliti o sigurnosnoj mreži koja osigurava rezervni izvor energije (solarni paneli, električni priključak).
• Okomiti uređaji prijeti uništavanju lopatica rotora zbog djelovanja centrifugalnih sila kada se lopatice okreću oko glavne osi. Zbog ovog učinka, važni strukturni elementi s vremenom se deformiraju i uništavaju, a mehanizam propada.
• Vjetrenjače je najbolje instalirati u slobodnom prostoru, jer obližnje zgrade mogu "navlažiti" vjetar, tvoreći "mrtvu" zračnu zonu.
• Da biste uštedjeli suvišnu energiju vjetroagregata, potrebno je osigurati upotrebu baterija i drugih dodatnih uređaja u dizajnu, koji se koriste za pretvaranje proizvedene električne energije u struju s odgovarajućim karakteristikama potrošača.
• Tijekom rada, vjetroelektrani stvaraju buku koja može uzrokovati nelagodu ljudima, uplašiti životinje. Oštrice instalacija također mogu uzrokovati smrt ptica koje lete do njih.
• Prema nekim stručnjacima, vjetroturbine mogu pogoršati prijam radijskih i televizijskih emisija.

Negativni aspekti mogu također uključivati ​​prilično visoke troškove takvih jedinica, međutim, jeftinost izvora energije u velikoj mjeri eliminira ovaj faktor.

Sheme i metode povezivanja

Iako vjetroturbina može raditi samostalno, puno bolji rezultat može se postići uz pomoć kombiniranih shema koje predviđaju kombinaciju uređaja za vjetar sa solarnim pločama, centraliziranom električnom mrežom, dizelskim ili plinskim izvorima energije.

Izvanmrežni rad, U ovom se slučaju postavlja jedna instalacija, uz pomoć koje se energija vjetra hvata i akumulira, a koja se zatim pretvara u električnu struju koja je potrebna potrošačima.

Dijagram prikazuje najjednostavniji način korištenja generatora vjetra, što je preporučljivo koristiti u regijama u kojima stalno pušu jaki vjetrovi.

Kombiniranje generatora vjetra sa solarnim pločama, Kombinirana opcija smatra se pouzdanim i učinkovitim načinom napajanja. U nedostatku vjetra, baterija se uključuje solarni paneli, a u oblačno vrijeme i tijekom noći, punjenje dolazi iz vjetroelektrana.

Idealno za privatni dom ili kućanstvo, udaljeno od centralizirane elektroenergetske mreže. Ova kombinirana shema omogućava korištenje dvije vrste obnovljivih izvora energije.

Kombinirani generator vjetra i napajanje mrežom, Vjetrenjača se može kombinirati s električnom komunikacijom.

Sličan uzorak tipičan je za industrijske i komercijalne uređaje. Priključak na električne komunikacije omogućen je i nekim modelima domaćih vjetroelektrana.

Uz višak proizvedene električne energije ulazi u centraliziranu mrežu, a sa svojim nedostatkom moguće je koristiti električnu struju iz općeg elektroenergetskog sustava.

Nijanse korištenja vjetroelektrana

Trenutno se vjetroturbine koriste u raznim sektorima gospodarstva. Industrijske modele različitih kapaciteta koriste nafta i plin, telekomunikacijske tvrtke, bušilice i istražne stanice, proizvodni pogoni i vladine agencije.

Vjetrenjača se može koristiti kao dodatni izvor energije u bolnicama i drugim ustanovama za osiguravanje kontinuirane opskrbe električnom energijom u izvanrednim situacijama.

Posebno se napominje važnost korištenja vjetroagregata za brzi oporavak poremećene električne energije tijekom kataklizmi i prirodnih katastrofa. U tu svrhu, vjetroelektrane često koriste Ministarstvo za hitne slučajeve.

Vjetroelektrane u domaćinstvu savršene su za organiziranje rasvjete i grijanja vikendica i privatnih kuća, kao i za potrebe kućanstva na farmama.

U ovom slučaju treba uzeti u obzir neke točke:

• Uređaji do 1 kW mogu osigurati dovoljnu količinu električne energije samo na vjetrovitim mjestima. Obično je energija koju proizvode dovoljna samo za LED rasvjetu i napajanje za male elektroničke uređaje.
• Da biste u potpunosti osigurali električnu energiju vikendici (seoskoj kući) trebat će vam generator vjetra s kapacitetom većim od 1 kW.Ovaj je indikator dovoljan za napajanje rasvjete, kao i računala i televizora, ali njegova snaga nije dovoljna za opskrbu električnom energijom modernim hladnjakom.
• Da biste vikendici osigurali energiju, potrebna vam je vjetrenjača od 3-5 kW, ali ni ta brojka nije dovoljna za grijanje kuća. Za upotrebu ove značajke potrebna vam je snažna opcija, koja kreće od 10 kW.

Prilikom odabira modela treba imati na umu da se pokazatelj snage naveden na uređaju postiže samo pri maksimalnoj brzini vjetra. Dakle, instalacija od 300 V proizvodi navedenu količinu energije samo pri brzini protoka zraka od 10-12 m / s.

Oni koji žele izgraditi generator vjetra sa svojim vlastitim rukama, nudimo sljedeći članaku kojima su detaljne korisne informacije.

Zaključci i korisni video na temu

Videozapis u nastavku daje detaljne informacije o principu rada i dizajnu kućnog modela generatora vjetra:

Vjetrogenerator je izvrstan izvor proizvodnje električne energije, što će stanovnici udaljenih mjesta posebno cijeniti. Različita ruska i strana poduzeća nude širok raspon vjetrovnih konstrukcija, osim toga, kućanske modele možete izraditi vlastitim rukama.

Napišite komentare u donji blok. Recite nam o tome kako ste izgradili generator vjetra na svojoj web stranici ili kako vaše susjede imaju vjetrenjaču. Postavljajte pitanja, dijelite korisne informacije i fotografije o temi.