Kinetikus szélgenerátor: eszköz, működési elv, alkalmazás

A modern kinetikus szélgenerátor lehetővé teszi a légáramok energiájának felhasználását, átalakítva villamos energiává. Ebből a célból vannak olyan gyári és házi készítésű készülékek, amelyeket az iparban és a magángazdaságokban egyaránt használnak.

Beszélünk arról, hogy az ilyen típusú szélmalmok hogyan vannak elrendezve, bemutatjuk az eszköz tulajdonságait és a tervezési lehetőségeket. Az általunk javasolt cikk bemutatja a szélerőmű erősségeit és gyengeségeit. Nálunk lévő független mesterek hasznos sémákat és ajánlásokat találnak az összeszereléshez.

A szélgenerátor működésének elve

A szélgenerátor működése a szél kinetikus energiájának a rotor mechanikai energiává történő átalakításán alapszik, amelyet ezután villamossá alakítanak.

A működés elve meglehetősen egyszerű: a készülék tengelyére szerelt pengék forgása a rotorgenerátor körkörös mozgásához vezet, amelynek következtében áram keletkezik.

A szélenergia a megújuló energia egyik legígéretesebb ágazata. A modern konstrukciók költséghatékony módon teszik lehetővé a légáramlás felhasználását villamos energia előállításához

A kapott instabil váltakozó áram "áramlik" a vezérlőbe, ahol azt állandó feszültségre konvertálják, amely az akkumulátorokat fel tudja tölteni. Innentől az energiát a frekvenciaváltó látja el, ahol váltakozó feszültséggé átalakítják egy 220/380 V jelzőfénnyel, amelyet a fogyasztók látnak el.

A szélgenerátor teljesítménye közvetlenül függ a légáram teljesítményétől (N), az N = pSV képlet szerint számítva³/ 2, ahol V a szélsebesség, S a munkaterület, p a levegő sűrűsége.

Szélgenerátor

A szélgenerátorok különböző verziói jelentősen különböznek egymástól.

A fenti ábra egy klasszikus vízszintes szélgenerátor belső felépítését mutatja. Az ilyen modelleket leggyakrabban az iparban és a mindennapi életben is használják.

Az ipari készülékek összetett több méteres kialakításúak, amelyek telepítéséhez alapozásra van szükség, míg a háztartási modell legalább alkatrészekből állhat (3–12 V-os egyenáramú motor, 1000uF 6 V-os elektro-kondenzátor, szilícium-egyenirányító dióda).

Egy tipikus telepítés a következő komponenseket tartalmazza:

• generátor (a teljesítmény függ a szél áramlási sebességétől);
• pengék, amelyek továbbítják a forgást a generátor tengelyére (gyakran kiegészítésként sebességváltókkal, forgórész-fordulatszám-stabilizátorokkal vannak felszerelve);
• a szélmalom árbocja, amelyhez a pengék vannak rögzítve (minél magasabbak ezek az elemek, annál nagyobb a szélenergia mennyisége);
• akkumulátorok, amelyek felhalmoznak energiát, ami lehetővé teszi, hogy kicsi szélárammal vagy teljes hiányában használja fel. Az akkumulátor emellett stabilizálja a generátortól kapott elektromos energiát;
• vezérlő - a generátor váltakozó feszültségű egyenáramú átalakítója, amelyet az akkumulátor töltésére használnak. A vezérlőt a pengék elforgatásával lehet vezérelni, amely lehetővé teszi, hogy megfontolja, hol folyik a levegő;
• ABP - automatikus kapcsolókészülék, amely a szélgenerátort összekapcsolja más energiaforrásokkal (napelemek, elektromos hálózat);
• szélirány érzékelő - olyan eszköz, amely megkönnyíti a pengék számára a szél áramlásának megtalálását;
• elektromos kommunikációban használt inverter az elemekből származó egyenáram váltakozó feszültségre történő átalakítására.

A felhasználói igények jobb kielégítése érdekében a készüléket különféle típusú inverterekkel lehet felszerelni:

• inverteresen módosított szinuszhullámú készülékek, amelyek négyzetes szinuszos szintet bocsátanak ki. Az ilyen típusú készülékek fűtési elemekhez, izzólámpákhoz és más eszközökhöz alkalmasak, amelyek a hálózat minőségét nem igénylik;
• háromfázisú feszültségváltók háromfázisú hálózatokhoz;
• tiszta szinuszhullámú berendezések, amelyek energiát termelnek egy érzékenyebb technika számára;
• akkumulátor nélkül működni képes hálózati inverterek. Az ilyen eszközöket olyan áramkörökhöz szánják, amelyekben az elektromos energia közvetlenül egy közös hálózatba kerül.

A modellek kiválasztásakor feltétlenül vegye figyelembe a frekvenciaváltó típusát.

A szélgenerátorok típusai

A szélturbinák osztályozásakor a következő jellemzők szerepelnek:

• találkozót;
• tervezési jellemzők;
• pengék száma;
• az anyagok, amelyekből készülnek;
• forgástengely;
• csavar hangmagasság.

Vizsgálja meg részletesen a két leggyakrabban használt osztályozást.

A szélgenerátorok rendeltetése szerinti osztályozása

Vannak olyan szélturbinák fajtái, amelyek célja különbözik. Az eszközök fő jellemzői, például az energia, ez függnek.

Ipari szélturbinák

Az ilyen eszközöket nagy energiaipari vállalatok vagy az állam telepíti az ipari létesítmények villamosenergia-ellátására. Tíz megavatos teljesítményű turbinák általában a szél területein (nyílt dombok, partok) helyezkednek el.

A szélerőművek, ahol több tucat szélturbina van felszerelve, nemcsak a földön, hanem a sekély vízben is megsérülnek. A vett villamos energiát általában ipari célokra használják fel.

A generált villamos energia rendszerint közvetlenül a hálózatba kerül, míg a szélturbina lapáinak stabilitása és forgási gyakoriságának szabályozása érdekében további mechanizmusok vannak felszerelve.

Kereskedelmi szélerőművek

Az ilyen létesítményeket értékesítésre szánt villamos energia előállítására vagy villamosenergia-ellátáshoz használják alacsony fogyasztású (vagy annak teljes hiányában) régiókban működő iparágak számára. Az ilyen szélerőműparkok elektromos áramfejlesztők klaszteréből állnak, amelyek különböző kapacitásúak lehetnek.

A kereskedelmi üzemek energiáját közvetlenül az elektromos kommunikációba lehet betáplálni, vagy nagyszámú elem töltésére lehet felhasználni, ahol azt tárolják és átalakítják az energiaellátáshoz.

Háztartási szélerőművek

Az alacsony fogyasztású egységeket magáncélra használják. A szabályok szerint a telek tulajdonosai a hatóságok beleegyezése nélkül felszerelhetnek 25 méternél alacsonyabb árbocokkal ellátott szélmalmokat, a magasabb árbocokhoz külön engedély szükséges.

Az alacsony és közepes teljesítményű szélmalmok villamos energiaforrásként szolgálhatnak nyaralók, nyaralók, vidéki házak, tanyák számára

A háztartási szélgenerátorok 12/24/48 V feszültségű akkumulátorok töltésére alkalmasak, és az energiát 220 V feszültséggé alakítják át. Az ilyen eszközök teljesen vagy részben megoldhatják a kis tárgyak tápellátásának problémáját, amelyek távol helyezkednek el a központosított hálózatról.

Útmutató a szélgenerátor kiválasztásához, hogy energiát biztosítson a magánházhoz bemutatja a cikketszentelt erre az érdekes kérdésre.

Szélmalmok építésének különféle változatai

Az eszköz tervezési jellemzői szerint több kategóriába is sorolhatók, bár az összes fajtát két fő típusra redukálják: függőleges és vízszintesen.

Klasszikus vízszintes szélgenerátorok

A hasonló berendezéseknél (amelyeket propellereknek vagy lapátoknak is neveznek) általában 3-5 pengével van felszerelve egy vízszintes tengely. Nagy sebességgel forgatva az ilyen elemek lehetővé teszik a maximális energiamennyiség elérését (KIEV 0,4-ig).

Sőt, az előállított villamos energia nagymértékben függ a készülék magasságától (minél nagyobb, annál nagyobb az eredmény).

A vízszintes szélgenerátor azt az emelési erőt használja, amely akkor jelentkezik, ha a nyomás növekszik azon a ponton, ahol a közvetlen levegőáram áthalad a pengékön, ezekből az elemekből tükröződik

Az ilyen eszközöket általában a szélerőműparkokban telepítik, ahol energiát termelnek ipari és kereskedelmi felhasználásra, de háztartási használatra is alkalmasak.

Érdekes megoldás a vízszintes szélmalomra egy pengével ellátott modell, amelynek tulajdonságait a következő fotóválaszték ismerteti:

Függőleges szélturbinák

Az ilyen létesítmények aktív eleme egy forgó szélkerék. A formatervezési jellemzők miatt az ilyen minták típusonként különböznek („Hordó”, „Savonius”).

A következő fotókiválasztás bemutatja egy turbina építésének elvét egy függőleges Savonius generátor számára:

Az alacsony KIEV-index (0,1–0,2) ellenére széles körben alkalmazzák őket: a függőleges egységek turbulens légáramokon működnek, így azok olyan területeken is elhelyezhetők, ahol az erős szél ritkán fúj.

A függőleges szélgenerátorok működése nem függ a szelek irányától. Könnyen felszerelhetők és működtethetők, ráadásul az ilyen eszközöket a talajhoz közel is elhelyezhetik

A függőleges szélmalmok hatékonyságának növelése érdekében a gyártók gyakran növelik méretparamétereiket, ami a költségek jelentős növekedéséhez vezet. Mivel az ilyen létesítmények elég törékenyek, fokozott védelmet igényelnek a hurrikánok és más természeti jelenségek ellen.

"Rotor Daria" szélgenerátorok

Az ilyen készülékek a függőleges szélturbinák kategóriájába tartoznak, ám kifejezett különbségek vannak a kialakításban. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően elérhető a zajcsökkentés, és a KIEV növekszik, amely megközelíti a vízszintes modellek teljesítményét.

A légkörre merőleges forgástengelyű, alacsony nyomású turbinát, amelyet 1931-ben a francia repülőgép-tervező Georges Darier javasolt, széles körben alkalmazták a szélenergia területén

Az ilyen konstrukciók hátránya az alacsony indulási momentum (csak két penge jelenléte miatt az eszköznek nehéz elindulnia önállóan). A probléma megoldására gyakran használják a Savonius + Darier hibrid.

Vitorlázási szél berendezések

Az ilyen létesítményeknél mind a vertikális, mind a vízszintes szélmalmok elve alkalmazható. A fő szerkezeti jellemző egy sok pengével vagy vitorlával borított szélkerék, míg az ilyen modellek aerodinamikai profilja hiányzik.

Számos vitorlás szélgenerátor modell létezik, amelyek különböznek a pengék számában, súlyában és teljesítményében. Az eszköz kiválasztásakor ezeket a paramétereket figyelembe kell venni.

Annak ellenére, hogy a vitorlázási létesítményeket alacsony sebesség és alacsony hatékonyság jellemzi, gyakran használják a nemzetgazdaságban. Az ilyen konstrukciókat könnyű telepíteni és üzemeltetni, és a nagy nyomaték és az alacsony fordulatszám kombinációja lehetővé teszi különféle hasznos mechanizmusok, például egy vízszivattyú szivattyú közvetlen mozgását.

Az alábbi galéria bemutatja a vitorlás szélmalmok egyik gyakorlati modelljét:

Szélturbina generátor

A szélmalmok üzemeltetéséhez hagyományos háromfázisú generátorokra van szükség. Az ilyen eszközök kialakítása hasonló az autókon használt modellekhez, de nagy paraméterekkel rendelkezik.

A szélturbinák berendezéseiben egy háromfázisú állórész tekercset (csillagcsatlakozást) biztosítanak, ahonnan három vezeték a vezérlőhöz vezet, ahol a váltakozó feszültséget egyenes feszültséggé alakítják át.

A szélturbina generátorának forgórészét neodímium mágnesekből készítik: nem helyénvaló ilyen típusú elektromos gerjesztés használata, mivel a tekercs sok energiát fogyaszt

A sebesség növeléséhez gyakran szorzót használnak. Ez az eszköz lehetővé teszi a meglévő generátor teljesítményének növelését vagy egy kisebb eszköz használatát, ami csökkenti a telepítés költségeit.

A szorzókat gyakran használják a függőleges szélgenerátorokban, amelyekben a szélkerék forgási folyamata lassabb. A pengék nagy fordulatszámú vízszintes eszközöknél szorzót nem kell használni, ami egyszerűsíti és csökkenti az építés költségeit.

A szélgenerátor összeszerelésének és felszerelésének sajátosságai a mosógépből és szélturbinák egy autógenerátorból részletesebben ajánlott cikkeinkben.

Szélgenerátor előnyei és hátrányai

Vizsgáljuk meg részletesen a szélturbinák előnyeit és hátrányait, mivel a szélmalom megvásárlására vagy annak elhagyására vonatkozó döntés tőlük függ.

A szélberendezések előnyei

A szélenergia-berendezések előnyei a következők:

• Környezetbarát. A növények megújuló energiaforrást használnak, amelyet folyamatosan lehet használni a környezet károsítása nélkül. A szélerőművek által termelt villamos energia felváltja a hőerőművek energiáját, csökkentve az üvegházhatású gázok kibocsátását.
• sokoldalúság. Szélerőművek szinte bárhova építhetők: síkságon, a hegyekben, a mezőkön, a szigeteken és még sekély vízben is. A szélenergiát különösen akkor veszik figyelembe a távoli helyeken, ahol nehéz kiterjeszteni a szokásos elektromos kommunikációt. Ebben az esetben a szélgenerátorok lehetővé teszik a létesítmények energiaellátásának biztosítását, biztosítva a véletlenszerű tényezőktől való függetlenséget (például a nem időben kiszállított üzemanyagot).
• Használja a hatékonyságot. A modern modellek újrahasznosítják az egyenletes gyenge szelek energiáját is - a minimális határérték 3,5 m / s. Ily módon lehetőség van egy központi hálózatba történő villamosenergia-ellátásra, valamint az egyes (szigeti vagy helyi) létesítmények áramellátásának megszervezésére, kapacitásától függetlenül.
• Méltó alternatívája a hagyományos forrásoknak. A helyhez kötött szélerőművek teljes energiát biztosítanak egy lakóépülethez vagy akár egy kis termelőüzemhez. Ebben az esetben a turbina felgyülemlik az akkumulátorokban a szükséges villamosenergia-ellátást, amelyet szélmentes időszakokban való használatra szántak.
• Gazdaság. A hagyományos villamosenergia-forrásokkal (gáz, tőzeg, szén, olaj) összehasonlítva a kerékpár-turbinák jelentősen csökkenthetik az energiaköltségeket. Sok esetben a szélerőműpark építése olcsóbb, mint a meglévő energiarendszerekhez történő csatlakozás.

A szélturbinák használata alternatíva lehet a drága dízelgenerátorok használatára, tovább csökkentve az üzemanyag szállításának és tárolásának költségeit akár 80% -kal.

A szélturbina átlagos teljesítménye jelentősen eltér a csúcsterhelés mutatójától. A szélgenerátor csak egy bizonyos ideig termelt energiamennyiségért felel, egy adott terület átlagos havi szélsebességével.

A szélforrások pontosabb értékeléséhez speciálisan származtatott adatokat (Weibull-paraméterek) használhat. Ezek a mutatók egy adott területre jellemző, különböző erősségű szél eloszlását tükrözik. Ezt az információt fontos figyelembe venni, ha több tíz MW kapacitású szélerőmű-projektek kidolgozására kerül sor.

A szélturbina által generált energia arányos a hármas szélsebességgel. Ezért ez a mutató nagyon kicsi a gyenge széláramok mellett, azonban amikor erõsödnek, hirtelen növekszik. A szélek irányának és sebességének változékonysága miatt a szélturbina felépítése során stabilizáló elemeket kell biztosítani.

A szélgenerátor teljesítményének kiszámítására vonatkozó szabályok és képletek itt megadottJavasoljuk, hogy olvassa el néhány nagyon hasznos információt

Kis autonóm rendszerekben funkciójukat akkumulátorok látják el, amelyek töltése növekedni kezd, mihelyt a szélgenerátor teljesítménye meghaladja a terhelésjelzőt.

A terhelés növekedésével az akkumulátor lemerülhet. A munka ezt a tulajdonságát fontos figyelembe venni egy háztartási egység kiválasztásakor, kapacitásának meg kell egyeznie a havi vagy éves villamosenergia-fogyasztás mértékével

Meg kell jegyezni, hogy a széláramok hatékony felhasználása hozzájárul a szélgenerátorok sokféle kialakításához.

A vízszintes turbinák nagy teljesítményt nyújtanak sík helyeken, ahol sok a szél, míg a függőleges turbinák jobban működnek olyan turbulens áramlású régiókban, ahol a talajtól alacsonyan vannak megfigyelhetők (a hegyek felső részén, a hegységben).

A szélmalmok fő hátrányai

Ugyanakkor a szélmalmoknak megvannak a saját negatív vonatkozásai is:

• A szél erősségét előre nem lehet előre megjósolni, mivel ez gyakran változik. Ezért tanácsos átgondolni egy biztonsági hálózatot, amely biztosítja a tartalék energiaforrást (napelemek, elektromos csatlakozás).
• A függőleges készülékeknél a centrifugális erők hatására a rotorlapátok megsemmisülnek, amikor a pengék a főtengely körül forognak. Ennek a hatásnak köszönhetően a fontos szerkezeti elemek idővel deformálódnak és megsemmisülnek, és a mechanizmus meghibásodik.
• A szélmalmokat legjobban szabad helyre lehet telepíteni, mivel a közeli épületek "nedvesíthetik" a szeleket, és "halott" légterületet képeznek.
• A szélturbinák többlet energiájának megtakarítása érdekében rendelkezni kell az elemek és más kiegészítő eszközök használatáról a tervben, amelyeket arra használnak, hogy a generált villamos energiát megfelelő fogyasztói tulajdonságokkal rendelkező árammá alakítsák át.
• Működés közben a szélgenerátorok olyan zajt bocsátanak ki, amely kényelmetlenséget okozhat az emberek számára, elriasztja az állatokat. A létesítmények pengéi a hozzájuk repülő madarak halálát is okozhatják.
• Egyes szakértők szerint a szélturbinák ronthatják a rádió- és televíziós adások vételét.

A negatív szempontok magukban foglalhatják az ilyen egységek meglehetősen magas költségeit is, azonban az energiaforrás olcsóbb képessége nagymértékben kiküszöböli ezt a tényezőt.

Sémák és csatlakozási módszerek

Noha a szélturbina önállóan működhet, sokkal jobb eredmény érhető el kombinált rendszerek segítségével, amelyek biztosítják a szélkészülék napelemekkel, központosított elektromos hálózattal, dízel- vagy gázenergia-forrásokkal történő kombinálását.

Offline munka. Ebben az esetben egyetlen létesítményt állítanak fel, amelynek segítségével a szélenergiát elfogják és felhalmozzák, amelyet azután a fogyasztók számára szükséges elektromos árammá alakítanak.

Az ábra a szélgenerátor használatának legegyszerűbb módját mutatja, amelyet tanácsos alkalmazni olyan régiókban, ahol az erős szél állandóan fúj.

Szélgenerátor és napelemek kombinálása. A kombinált opciót az áramellátás megbízható és hatékony módszerének tekintik. Szél hiányában az akkumulátor működik napelemek, felhős időben és éjszaka a töltés szélberendezésből származik.

Ideális magánházhoz vagy háztartáshoz, központosított hálózattól távol. Ez a kombinált rendszer kétféle megújuló energia felhasználását teszi lehetővé.

Kombinált szélgenerátor és hálózati működés. A szélturbina kombinálható elektromos kommunikációval.

Hasonló minta jellemző az ipari és kereskedelmi eszközökre. Az elektromos kommunikációhoz való csatlakozást a háztartási szélerőművek egyes modelljei is biztosítják.

A megtermelt villamos energiával belép a központosított hálózatba, és hiányával lehetséges az általános energiarendszerből származó villamos áram felhasználása.

A szélgenerátorok használatának oka

Jelenleg a szélturbinákat a gazdaság különféle ágazataiban használják. A különböző kapacitású ipari modelleket az olaj és a gáz, a távközlési társaságok, a fúrási és feltárási állomások, a termelési létesítmények és a kormányzati ügynökségek használják.

A szélmalom további energiaforrásként használható a kórházakban és más intézményekben folyamatos villamosenergia-ellátás biztosításához vészhelyzetekben.

Különös figyelmet érdemel a szélturbinák használata a kataklizmák és természeti katasztrófák idején a megszakadt villamos energia gyors visszaszerzéséhez. E célból a vészhelyzeti minisztérium gyakran használja a szélgenerátorokat.

A háztartási szélturbinák kiválóan alkalmasak házik falvak és magánházak világításának és fűtésének megszervezésére, valamint háztartási célokra gazdaságokban.

Ebben az esetben néhány szempontot figyelembe kell venni:

• Az 1 kW-ig terjedő eszközök csak szeles helyeken képesek kielégítő mennyiségű villamos energiát biztosítani. Általában az általuk előállított energia csak LED-es világításhoz és kis elektronikus eszközök energiaellátásához elegendő.
• A ház (vidéki ház) teljes villamosenergia-ellátásához 1 kW-nál nagyobb teljesítményű szélgenerátorra van szüksége.Ez a jelzőfény elegendő a világítás, valamint a számítógép és a TV tápellátásához, de teljesítménye nem elegendő ahhoz, hogy áramot biztosítson egy modern, éjjel-nappal működő hűtőszekrényhez.
• Ahhoz, hogy a ház energiát biztosítson, szükség van egy 3-5 kW-os szélmalomra, de még ez az arány sem elég a házak fűtéséhez. Ennek a funkciónak a használatához nagy teljesítményű opcióra van szüksége, 10 kW-tól kezdve.

A modell kiválasztásakor figyelembe kell venni, hogy a készüléken feltüntetett teljesítményjelzőt csak a maximális szélsebesség mellett érik el. Tehát egy 300 V-os rendszer csak a megadott energiamennyiséget képes előállítani 10-12 m / s légáramlással.

Azok, akik saját kezükben szeretnének szélgenerátort építeni, kínálunk következő cikkamelyben a hasznos információk részletezettek.

Következtetések és hasznos videó a témáról

Az alábbi videó részletes információkat tartalmaz a szélgenerátor működéséről és háztartási modelljéről:

A szélerőmű kiváló villamosenergia-termelési forrás, amelyet a távoli helyek lakosai különösen értékelnek. Különböző orosz és külföldi vállalkozások széles szél-konstrukciókat kínálnak, továbbá háztartási modellek készíthetők saját kezűleg.

Kérjük, írjon megjegyzéseket az alábbi blokkba. Mondja el nekünk, hogyan épített egy szélerőművet a webhelyére, vagy hogy a szomszédainak miként van egy szélmalom. Tegyen fel kérdéseket, ossza meg a hasznos információkat és fényképeket a témáról.