מחולל רוח קינטית: מכשיר, עיקרון הפעולה, יישום

מחולל רוח קינטי מודרני מאפשר לך להשתמש בכוח של זרמי אוויר, להמיר אותו לחשמל. למטרה זו ישנם דגמי מפעל ותוצרת בית של מכשירים המשמשים הן בתעשייה והן בחוות פרטיות.

נדבר על איך מסודרות טחנות רוח מסוג זה, נכיר לכם את התכונות של המכשיר ואפשרויות העיצוב. המאמר שהצענו מראה את נקודות החוזק והחולשה של תחנת כוח הרוח. אדונים עצמאיים איתנו ימצאו תוכניות והמלצות שימושיות להרכבה.

עקרון הפעולה של גנרטור רוח

פעולתו של מחולל הרוח מבוססת על הפיכת האנרגיה הקינטית של הרוח לאנרגיה המכנית של הרוטור, שהופכת אז לחשמל.

עיקרון הפעולה הוא די פשוט: סיבוב הלהבים המותקנים על ציר המכשיר מוביל לתנועות סיבוביות של גנרטור הרוטור, שבגללו מופק חשמל.

אנרגיית רוח היא אחד המגזרים המבטיחים ביותר של אנרגיה מתחדשת. עיצובים מודרניים מאפשרים שימוש חסכוני בזרימת האוויר, משתמשים בו לייצור חשמל

הזרם החלף הלא יציב שנוצר "זורם" לבקר, שם הוא מומר למתח קבוע שיכול לטעון את הסוללות. משם, הכוח מועבר למהפך, שם הוא הופך למתח מתחלף עם אינדיקטור של 220/380 וולט, המסופק לצרכנים.

כוחו של מחולל הרוח תלוי ישירות בכוח זרימת האוויר (N), המחושב לפי הנוסחה N = pSV³/ 2, כאשר V הוא מהירות הרוח, S הוא אזור העבודה, p הוא צפיפות האוויר.

מכשיר גנרטור רוח

גרסאות שונות של גנרטורי רוח שונות זו מזו באופן משמעותי.

התרשים לעיל מציג את המבנה הפנימי של מחולל רוח אופקי קלאסי. מודלים כאלה משמשים לרוב הן בתעשייה והן בחיי היומיום.

מכשירים תעשייתיים הינם תכנון מורכב רב מטר, שההתקנה שלו מצריכה בסיס, ואילו דגם ביתי יכול להיות מורכב ממינימום רכיבים (מנוע DC 3-12V, אלקטרוסטטור 6000UF 6V, דיודה מיישר סיליקון).

התקנה טיפוסית כוללת את הרכיבים הבאים:

• אלטרנטור (הכוח תלוי במהירות זרימת הרוח);
• להבים המשדרים סיבוב לציר הגנרטור (לרוב הם מצוידים בנוסף בתיבות הילוכים, מייצבי מהירות הרוטור);
• תורן של טחנת הרוח, שאליו מחוברים הלהבים (ככל שהאלמנטים האלה גבוהים יותר, כך גדלה כמות אנרגיית הרוח שהם יכולים לקבל);
• סוללות הצוברות אנרגיה, המאפשרות לך להשתמש בה בזרימת רוח קטנה או בהיעדרו המלא. הסוללה מבצעת גם את פעולת ייצוב האנרגיה החשמלית המתקבלת מהגנרטור;
• בקר - ממיר מתח מתח לסירוגין המתקבל מהגנרטור לזרם ישר, המשמש לטעינת הסוללה. הבקר נשלט על ידי סיבוב הלהבים, המאפשר לשקול לאן זורם האוויר;
• ABP - מכשיר מיתוג אוטומטי המחבר את מחולל הרוח עם מקורות אנרגיה אחרים (פאנלים סולאריים, רשת חשמל);
• חיישן כיוון רוח - מכשיר שמקל על הלהבים למצוא את זרימת הרוח;
• מהפך להמרת זרם ישר מסוללות למתח מתחלף, המשמש בתקשורת חשמלית.

כדי לענות טוב יותר על צרכי המשתמש, המכשיר יכול להיות מצויד בסוגים שונים של ממירים:

• מכשירים עם גל סינוס שעבר שינוי מהפך, המנפיק סינוסואידי מרובע. מכשירים מסוג זה מתאימים לגופי חימום, מנורות ליבון והתקנים אחרים שאינם תובעניים באיכות הרשת;
• ממירי מתח תלת פאזיים המיועדים לרשתות כוח תלת פאזיות;
• מתקני גל סינוס טהורים המייצרים אנרגיה לטכניקה רגישה יותר;
• ממירי רשת המסוגלים לתפקד ללא סוללות. מכשירים כאלה מיועדים למעגלים הכרוכים בהחדרת אנרגיה חשמלית ישירות לרשת משותפת.

בבחירת דגמים, כדאי בהחלט לשים לב לסוג המהפך.

סוגי מחוללי רוח

בעת סיווג טורבינות רוח, מאפיינים כמו:

• מינוי;
• תכונות עיצוב;
• מספר הלהבים;
• החומרים שמהם הם עשויים;
• ציר סיבוב;
• המגרש בורג.

שקול בפירוט את שתי הסיווגים הנפוצים ביותר.

סיווג מחוללי רוח לפי מטרה

ישנם סוגים של טורבינות רוח שונות זו מזו. המאפיינים העיקריים של המכשירים, למשל כוח, תלויים בכך.

טורבינות רוח תעשייתיות

מכשירים כאלה מותקנים על ידי חברות אנרגיה גדולות או על ידי המדינה כדי לספק חשמל למתקנים תעשייתיים. טורבינות בהספק של עשרות מגה-וואט ממוקמות בדרך כלל באזורי רוח (גבעות פתוחות, חופים).

חוות רוח, בהן מותקנות עשרות טורבינות רוח, נשברות לא רק על הקרקע, אלא גם במים רדודים. חשמל שהתקבל משמש בדרך כלל למטרות תעשייתיות.

החשמל המופק, ככלל, עובר ישירות לרשת, ואילו ליציבות ולוויסות תדר הסיבוב של להבי טורבינת הרוח מצוידים במנגנונים נוספים.

גנרטורים רוח מסחריים

מתקנים כאלה משמשים לייצור חשמל למכירה או לספק חשמל לתעשיות באזורים עם רשתות בעלות צריכת חשמל נמוכה (או בהיעדרם המוחלט). חוות רוח כאלה מורכבות מקבץ גנרטורים חשמליים, שיכולים להיות בעלי יכולות שונות.

את האנרגיה של מפעלים מסחריים ניתן לספק ישירות לתקשורת חשמלית או להשתמש בה כדי להטעין מערך גדול של סוללות, שם היא מאוחסנת והמירה לאספקה ​​למערכת החשמל.

מכשירי רוח ביתיים

יחידות צריכת חשמל נמוכות משמשות לשימוש פרטי. על פי הכללים, על ידי בעלי האתרים ניתן להתקין טחנות רוח עם תרנים בגובה של פחות מ -25 מטר ללא הסכמת הרשויות, עבור תרנים גבוהים יותר יש צורך לקבל אישור מיוחד.

טחנות רוח בעלות עוצמה נמוכה ובינונית יכולות לשמש מקור לאנרגיה חשמלית לקוטג'ים, קוטג'ים, בתים כפריים, חוות

מחוללי רוח ביתיים מתאימים לטעינת סוללות במתח של 12/24 / 48 וולט, שהאנרגיה ממנה הופכת למתח של 220 וולט. מכשירים כאלה יכולים לפתור את הבעיה לחלוטין או חלקית עם אספקת החשמל של חפצים קטנים הנמצאים הרחק מרשת החשמל הריכוזית.

עם הנחיות לבחירת גנרטור רוח שיספק אנרגיה לבית פרטי יציג את המאמרמוקדש לשאלה מעניינת זו.

זנים של בניית טחנות רוח

על פי תכונות העיצוב של המכשיר ניתן גם לחלק למספר קטגוריות, אם כי כל הזנים מצטמצמים לשני סוגים עיקריים: אנכי ואופקית.

מחוללי רוח אופקיים קלאסיים

להתקנים דומים (הם נקראים גם מדחף או שבשבת) בדרך כלל יש 3-5 להבים המותקנים על ציר אופקי. מסתובבים במהירות גבוהה, אלמנטים כאלה מאפשרים לך להשיג את כמות האנרגיה המרבית (KIEV עד 0.4).

יתרה מזאת, כמות החשמל המיוצרת תלויה במידה רבה בגובה המכשיר (ככל שהוא גבוה יותר, כך התוצאה גדולה יותר).

מחולל הרוח האופקי משתמש בכוח ההרמה המתרחש כאשר הלחץ עולה בנקודה בה זרימת אוויר ישירה עוברת דרך הלהבים, המשתקפת מאלמנטים אלה

מכשירים כאלה מותקנים בדרך כלל בחוות רוח בהן נוצרת אנרגיה לשימוש תעשייתי ומסחרי, אך הם מתאימים גם לשימוש ביתי.

פיתרון מעניין לטחנת רוח אופקית הוא דגם עם להב אחד, התכונות שלו יוצגו על ידי הבחירה הבאה של התמונות:

טורבינות רוח אנכיות

אלמנט פעיל במתקנים כאלה הוא גלגל רוח מסתובב. בשל תכונות העיצוב, עיצובים כאלה שונים בסוגם ("חבית", "סבוניוס").

בחירת התמונות שלהלן תכיר את העיקרון של בניית טורבינה לגנרטור Savonius אנכי:

למרות מדד ה- KIEV הנמוך (0.1-0.2), הם נמצאים בשימוש נרחב: יחידות אנכיות פועלות על זרימות אוויר סוערות, כך שניתן להציב אותן גם באזורים שבהם לעתים רחוקות נושבות רוחות חזקות.

פעולתם של מחוללי רוח אנכיים אינה תלויה בכיוון הרוחות. קל להתקנה ולהפעלה, בנוסף ניתן להציב מכשירים כאלה קרוב לאדמה

כדי להגביר את היעילות של טחנות רוח אנכיות, היצרנים מגדילים לרוב את פרמטרי הגודל שלהם, מה שמוביל לעלייה משמעותית בעלות. מכיוון שמתקנים כאלה שבריריים מספיק, הם דורשים הגנה מוגברת מפני הוריקנים ותופעות טבע אחרות.

מחוללי רוח "רוטור דריה"

מכשירים כאלה שייכים לקטגוריה של טורבינות רוח אנכיות, עם זאת, הם הביעו הבדלים בעיצוב. בזכות תכונות אלה מושגת הפחתת רעש, ו- KIEV גדל, המתקרב לביצועים של דגמים אופקיים.

הטורבינה בלחץ נמוך שהוצעה בשנת 1931 על ידי מעצב המטוסים הצרפתי ז'ורז 'דארייר, עם ציר סיבוב בניצב לאוויר, מצאה שימוש נרחב באנרגיית הרוח.

החיסרון של עיצובים כאלה הוא רגע ההתחלה הנמוך (בגלל נוכחותם של שני להבים בלבד, קשה למכשיר להתחיל באופן עצמאי). כדי לפתור את הבעיה, משתמשים בהיברידית Savonius + Darier לעתים קרובות.

התקנות רוח שיט

עבור מתקנים כאלה ניתן ליישם את העיקרון של טחנות רוח אנכיות ואופקיות כאחד. המאפיין המבני העיקרי הוא גלגל רוח המכוסה להבים או מפרשים רבים, ואילו הפרופיל האווירודינמי של דגמים כאלה נעדר.

ישנם דגמים רבים של מחוללי רוח מפרש, הנבדלים זה מזה במספר הלהבים, במשקל, בעוצמה. יש לקחת בחשבון את כל הפרמטרים הללו בעת בחירת מכשיר.

למרות העובדה כי מתקני שיט מאופיינים במהירות נמוכה ויעילות נמוכה, הם משמשים לרוב בכלכלה הלאומית. עיצובים כאלה קלים להתקנה ותפעול, והשילוב של מומנט גבוה עם מהירויות נמוכות מאפשר לכם להפעיל ישירות מנגנונים שימושיים שונים, למשל משאבה לשאיבת מים.

הגלריה הבאה תכיר את אחד הדגמים המעשיים של טחנות רוח שיט:

מחולל טורבינת רוח

להפעלת טחנות רוח, יש צורך בגנרטורים תלת פאזיים קונבנציונליים. העיצוב של מכשירים כאלה דומה לדגמים המשמשים במכוניות, אך יש פרמטרים גדולים.

במכשירים לטורבינות רוח מסופק מתפתל סטטור תלת פאזי (חיבור כוכב), משם הולכים שלושה חוטים לבקר, שם מתח המתח המתחלף הופך למתח ישיר.

הרוטור של הגנרטור לטורבינת רוח מיוצר על מגנטים ניאודימיום: זה לא מעשי להשתמש בעירור חשמלי בעיצובים כאלה, מכיוון שהסליל צורך אנרגיה רבה

כדי להגדיל את המהירות משתמשים לרוב במכפיל. מכשיר זה מאפשר לך להגדיל את כוחו של הגנרטור הקיים או להשתמש במכשיר קטן יותר, מה שמפחית את עלות ההתקנה.

מכפילים משמשים לעתים קרובות יותר בגנרטורים רוח אנכיים, בהם תהליך הסיבוב של גלגל הרוח איטי יותר. עבור מכשירים אופקיים עם מהירות סיבוב גבוהה של הלהבים, אין צורך במכפילים, מה שמפשט ומקטין את עלות הבנייה.

הפרטים של הרכבה והתקנה של גנרטור רוח ממכונת הכביסה וטורבינות רוח מחולל מכוניות המפורט במאמרים המומלצים שלנו.

יתרונות וחסרונות של גנרטור רוח

הבה נבחן בפירוט את היתרונות והחסרונות של טורבינות רוח, שכן ההחלטה לרכוש טחנת רוח או לנטוש אותה תלויה בהם.

יתרונות של מכשירי רוח

היתרונות של התקני אנרגיית רוח כוללים:

• ידידותיות לסביבה. הצמחים משתמשים במקור אנרגיה מתחדשת, שניתן להשתמש בהם ברציפות מבלי לפגוע בסביבה. חשמל שנוצר על ידי מחוללי רוח מחליף את האנרגיה של תחנות כוח תרמיות, ומפחית את פליטת גזי החממה.
• רבגוניות. ניתן לבנות חוות רוח כמעט בכל מקום: במישורים, בהרים, בשדות, באיים ואפילו במים רדודים. אנרגיית הרוח מוערכת במיוחד במקומות נידחים בהם קשה להרחיב את התקשורת החשמלית הרגילה. במקרה זה, מחוללי רוח מאפשרים להקים אספקת חשמל למתקנים, ומספקים לו עצמאות מגורמים אקראיים (למשל מדלק שלא הועבר בזמן).
• השתמש ביעילות. דגמים מודרניים ממחזרים את האנרגיה של אפילו רוחות קלות - הגבול המינימלי הוא 3.5 מ '/ ש. בדרך זו ניתן לספק חשמל לרשת מרכזית, כמו גם לארגן את אספקת החשמל של מתקנים בודדים (אי או מקומי), ללא קשר ליכולתם.
• אלטרנטיבה ראויה למקורות מסורתיים. חוות רוח נייחות יכולות לספק חשמל באופן מלא לבניין מגורים או אפילו למתקן ייצור קטן. במקרה זה, הטורבינה תצבור בסוללות את אספקת החשמל הנדרשת, המיועדת לשימוש בתקופות ללא רוח.
• רווחיות. בהשוואה למקורות אנרגיה חשמלית (גז, כבול, פחם, נפט), טורבינות אופניים יכולות להפחית משמעותית את עלויות האנרגיה. במקרים רבים, בניית חוות רוח היא זולה יותר מאשר חיבור למערכות כוח קיימות.

השימוש בטורבינות רוח יכול להוות אלטרנטיבה לשימוש בגנרטורים דיזל יקרים, ולהפחית עוד יותר את עלות ההובלה והאחסון של דלק עד 80%.

ההספק הממוצע של טורבינת רוח שונה משמעותית ממחסור העומס השיא. מחולל רוח אחראי רק לכמות האנרגיה המופקת לפרק זמן מסוים עם מהירות הרוח החודשית הממוצעת האופיינית לאזור נתון.

לצורך הערכה מדויקת יותר של משאבי הרוח, אתה יכול להשתמש בנתונים הנגזרים במיוחד (פרמטרים של Weibull). אינדיקטורים אלה משקפים את התפלגות רוחות בעוצמות שונות האופייניות לאזור מסוים. מידע שכזה חשוב לקחת בחשבון בעת ​​פיתוח פרויקטים של חוות רוח בהספק של עשרות מגוואט.

הכוח הנוצר על ידי טורבינת הרוח הוא פרופורציונאלי למהירות הרוח המשולשת. לכן אינדיקטור זה קטן מאוד עם זרימת רוח חלשה, אולם כאשר הם מתחזקים הוא גדל בצורה חדה. בשל השונות של כיוון הרוחות ומהירותם במהלך בניית טורבינת הרוח, יש צורך לספק רכיבים מייצבים.

כללים ונוסחאות לחישוב כוחו של מחולל רוח ניתן כאןאנו ממליצים לקרוא מידע שימושי מאוד.

במערכות אוטונומיות קטנות, תפקודם מתבצע על ידי סוללות שהמטען שלהן מתחיל לעלות ברגע שהעוצמה של מחולל הרוח עולה על מחוון העומס.

ככל שהעומס גדל, הסוללה עשויה להתרוקן. חשוב לקחת בחשבון מאפיין זה של העבודה בעת בחירת יחידת משק הבית, יכולתה צריכה להיות בקנה אחד עם התעריף החודשי או השנתי של צריכת החשמל.

יש לציין כי השימוש היעיל בזרימות רוח תורם למגוון העיצובים של מחוללי רוח.

טורבינות אופקיות נותנות ביצועים גבוהים במקומות שטוחים בהם יש רוחות רבות, ואילו טורבינות אנכיות עובדות טוב יותר באזורים עם זרימות סוערות הנצפות נמוך מהאדמה (בחלק העליון של הגבעות, רכסי הרים).

החסרונות העיקריים של טחנות רוח

במקביל, לטחנות רוח יש היבטים שליליים משלהם:

• את גודל הרוח קשה לחזות מראש, מכיוון שלעתים קרובות הוא משתנה. בגלל זה, רצוי לחשוב על רשת ביטחון, לספק מקור אנרגיה לגיבוי (פאנלים סולאריים, חיבור חשמל).
• התקנים אנכיים נמצאים בסכנת הרס של להבי הרוטור כתוצאה מפעולה של כוחות צנטריפוגלים כאשר הלהבים מסתובבים סביב הציר הראשי. בשל השפעה זו, אלמנטים מבניים חשובים מתעצבים ונחרבים עם הזמן והמנגנון נכשל.
• טחנות רוח מותקנות בצורה הטובה ביותר בחלל הפנוי, מכיוון שמבנים סמוכים יכולים "להרטיב" את הרוח ויוצרים אזור אוויר "מת".
• כדי לחסוך עודף אנרגיה של טורבינות רוח, יש צורך לספק סוללות והתקנים נוספים בעיצוב המשמשים להמרת החשמל המיוצר לזרם עם מאפייני צרכנים מתאימים.
• במהלך הפעולה, מחוללי הרוח משמיעים רעש שיכול לגרום לאי נוחות לאנשים, להבריח בעלי חיים. להבי המתקנים יכולים לגרום גם למוות של ציפורים שטסות אליהם.
• על פי חלק מהמומחים, טורבינות רוח עלולות לבזות את קליטת שידורי הרדיו והטלוויזיה.

ההיבטים השליליים יכולים לכלול גם את העלות הגבוהה למדי של יחידות כאלה, עם זאת, הזילות של מקור האנרגיה מבטלת במידה רבה גורם זה.

ערכות ושיטות חיבור

אומנם טורבינת הרוח יכולה לעבוד באופן עצמאי, אך ניתן להשיג תוצאה טובה בהרבה בעזרת תוכניות משולבות אשר מספקות שילוב של מתקן רוח עם פאנלים סולאריים, רשת חשמלית מרכזית, דיזל או מקורות אנרגיה גז.

עבודה לא מקוונת. במקרה זה, מוקם התקנה יחידה, שבעזרתה נלכדת ומצטברת אנרגיית רוח, שהופכת אז לזרם חשמלי שהצרכנים זקוקים לו.

התרשים מציג את הדרך הפשוטה ביותר לשימוש בגנרטור רוח, ורצוי להשתמש באזורים בהם רוחות חזקות נושבות ללא הרף.

שילוב גנרטור רוח לפאנלים סולאריים. האפשרות המשולבת נחשבת לדרך אמינה ויעילה של אספקת חשמל. בהיעדר רוח, הסוללה פועלת פאנלים סולארייםובמזג אוויר מעונן ובמשך הלילה הטעינה מגיעה ממתקן רוח.

אידיאלי לבית פרטי או לבית, הממוקם הרחק מרשת חשמל מרכזית. תוכנית משולבת זו מאפשרת שימוש בשני סוגים של אנרגיה מתחדשת.

גנרטור רוח משולב ותפעול חשמל. ניתן לשלב טורבינת רוח עם תקשורת חשמלית.

דפוס דומה אופייני למכשירים תעשייתיים ומסחריים. חיבור לתקשורת חשמל מסופק גם על ידי כמה דגמים של גנרטורים רוח ביתיים.

עם עודף החשמל המיוצר הוא נכנס לרשת הריכוזית ועם המחסור שלה ניתן להשתמש בזרם חשמלי ממערכת הכוח הכללית.

ניואנסים של שימוש בגנרטורים רוח

נכון לעכשיו משתמשים בטורבינות רוח באזורים שונים במשק. מודלים תעשייתיים בעלי יכולות שונות משמשים נפט וגז, חברות טלקומוניקציה, תחנות קידוח וחקירה, מתקני ייצור וסוכנויות ממשלתיות.

טחנת הרוח יכולה לשמש כמקור אנרגיה נוסף בבתי חולים ובמוסדות אחרים כדי לספק אספקה ​​רציפה של חשמל במצבי חירום.

יש לשים לב במיוחד לחשיבות השימוש בטורבינות רוח להתאוששות מהירה של חשמל שהושבת במהלך קטאקים ואסונות טבע. לשם כך משמשים לעתים קרובות מחוללי רוח על ידי משרד החירום.

טורבינות רוח ביתיות מושלמות לארגון תאורה וחימום של כפרי קוטג 'ובתים פרטיים, כמו גם לצרכים ביתיים בחוות.

במקרה זה, יש לקחת בחשבון כמה נקודות:

• מכשירים של עד 1 קילוואט יכולים לספק כמות מספקת של חשמל רק במקומות סוערים. בדרך כלל האנרגיה שהם מייצרים מספיקה רק לתאורת LED וכוח למכשירים אלקטרוניים קטנים.
• בכדי לספק חשמל מלא לקוטג '(בית כפרי) תזדקק לגנרטור רוח בהספק של יותר מ -1 קילוואט.מחוון זה מספיק בכדי להפעיל את התאורה, כמו גם מחשב וטלוויזיה, אך כוחו אינו מספיק בכדי לספק חשמל למקרר מודרני מסביב לשעון.
• כדי לספק את הקוטג 'אנרגיה, אתה צריך טחנת רוח של 3-5 קילוואט, אבל אפילו נתון זה אינו מספיק לחימום בתים. כדי להשתמש בתכונה זו, אתה זקוק לאפשרות חזקה, החל מ- 10 קילוואט.

בעת בחירת דגם, יש לציין כי מחוון ההספק המצוין במכשיר מושג רק במהירות רוח מקסימאלית. אז, התקנה של 300 וולט תפיק את כמות האנרגיה המצוינת רק בקצב זרימת אוויר של 10-12 מ '/ ש'.

מי שרוצה לבנות גנרטור רוח במו ידיהם, אנו מציעים המאמר הבאבו מפורט מידע שימושי.

מסקנות ווידאו שימושי בנושא

הסרטון שלהלן מספק מידע מפורט על עקרון הפעולה ועיצוב דגם ביתי של גנרטור רוח:

גנרטור רוח הוא מקור מצוין לייצור אנרגיה חשמלית, שתושבי מקומות מרוחקים יעריכו במיוחד. מפעלים שונים מרוסיה וזרים מציעים מגוון רחב של מבני רוח, בנוסף ניתן ליצור דגמים ביתיים במו ידיכם.

אנא כתוב הערות בבלוק למטה. ספר לנו על איך בנית גנרטור רוח באתר שלך, או על האופן שבו לשכנים שלך יש טחנת רוח. שאל שאלות, שתף מידע שימושי ותמונות בנושא.