Penjana angin kinetik: peranti, prinsip operasi, aplikasi

Penjana angin kinetik moden membolehkan anda menggunakan kekuatan arus udara, mengubahnya menjadi elektrik. Untuk tujuan ini, terdapat model peranti buatan kilang dan buatan sendiri yang digunakan di industri dan di ladang swasta.

Kami akan membincangkan bagaimana kincir angin jenis ini disusun, kami akan memperkenalkan anda kepada ciri-ciri peranti dan pilihan reka bentuk. Artikel yang kami kemukakan menunjukkan kekuatan dan kelemahan loji tenaga angin. Tuan bebas dengan kami akan mencari skema dan cadangan berguna untuk pemasangan.

Prinsip operasi penjana angin

Operasi penjana angin didasarkan pada transformasi tenaga kinetik angin menjadi tenaga mekanik pemutar, yang kemudiannya diubah menjadi elektrik.

Prinsip operasi cukup mudah: putaran bilah yang dipasang pada paksi peranti membawa kepada pergerakan bulat penjana rotor, kerana elektrik dihasilkan.

Tenaga angin adalah salah satu sektor tenaga boleh diperbaharui yang paling menjanjikan. Reka bentuk moden membenarkan penggunaan aliran udara yang menjimatkan, menggunakannya untuk menjana elektrik

Arus bolak-balik yang tidak stabil yang dihasilkan "mengalir" ke dalam pengawal, di mana ia diubah menjadi voltan malar yang dapat mengecas bateri. Dari situ, kuasa dibekalkan ke penyongsang, di mana ia diubah menjadi voltan bolak-balik dengan indikator 220/380 V, yang dibekalkan kepada pengguna.

Kekuatan penjana angin secara langsung bergantung pada kekuatan aliran udara (N), dikira mengikut formula N = pSV³/ 2, di mana V adalah kelajuan angin, S adalah kawasan kerja, p adalah kepadatan udara.

Peranti penjana angin

Versi penjana angin berbeza berbeza antara satu sama lain.

Gambar rajah di atas menunjukkan struktur dalaman penjana angin mendatar klasik. Model seperti ini paling sering digunakan dalam industri dan kehidupan seharian.

Peranti industri adalah reka bentuk multi-meter yang kompleks, pemasangannya memerlukan landasan, sementara model isi rumah dapat terdiri dari komponen minimum (motor DC 3-12V, elektrokapaset 1000uF 6V, diod penyearah silikon).

Pemasangan biasa merangkumi komponen berikut:

• alternator (kuasa bergantung pada kelajuan aliran angin);
• bilah yang menghantar putaran ke batang penjana (selalunya ia dilengkapi dengan kotak gear, penstabil kelajuan pemutar);
• tiang kincir angin, di mana bilahnya terpasang (semakin tinggi unsur-unsur ini, semakin besar jumlah tenaga angin yang dapat mereka terima);
• bateri yang mengumpul tenaga, yang membolehkan anda menggunakannya dengan aliran angin kecil atau ketiadaannya sepenuhnya. Bateri juga melakukan fungsi menstabilkan tenaga elektrik yang diterima dari penjana;
• pengawal - penukar voltan bergantian yang diterima dari penjana ke arus terus, yang digunakan untuk mengecas bateri. Pengawal dikawal dengan memutar bilah, yang membolehkan anda mempertimbangkan di mana udara mengalir;
• ABP - alat pensuisan automatik yang menghubungkan penjana angin dengan sumber tenaga lain (panel solar, grid kuasa);
• sensor arah angin - alat yang memudahkan bilah mencari aliran angin;
• penyongsang untuk menukar arus terus dari bateri ke voltan bolak-balik, yang digunakan dalam komunikasi elektrik.

Untuk memenuhi keperluan pengguna dengan lebih baik, peranti ini boleh dilengkapi dengan pelbagai jenis penyongsang:

• peranti dengan gelombang sinus yang diubah suai, mengeluarkan sinusoid persegi. Peranti jenis ini sesuai untuk elemen pemanasan, lampu pijar dan peranti lain yang tidak memerlukan kualiti rangkaian;
• penyongsang voltan tiga fasa yang direka untuk rangkaian kuasa tiga fasa;
• pemasangan gelombang sinus tulen yang menghasilkan tenaga untuk teknik yang lebih sensitif;
• penyongsang rangkaian yang mampu berfungsi tanpa bateri. Peranti sedemikian bertujuan untuk litar yang melibatkan masuknya tenaga elektrik secara langsung ke rangkaian biasa.

Semasa memilih model, anda pasti harus memperhatikan jenis penyongsang.

Jenis Penjana Angin

Semasa mengelaskan turbin angin, ciri seperti:

• pelantikan;
• ciri reka bentuk;
• bilangan bilah;
• bahan dari mana ia dibuat;
• paksi putaran;
• padang skru.

Pertimbangkan secara terperinci dua klasifikasi yang paling biasa digunakan.

Pengelasan penjana angin mengikut tujuan

Terdapat jenis turbin angin yang berbeza tujuannya. Ciri-ciri utama peranti, misalnya, kuasa, bergantung pada ini.

Turbin angin perindustrian

Peranti sedemikian dipasang oleh syarikat tenaga besar atau oleh negara untuk membekalkan elektrik ke kemudahan industri. Turbin dengan kapasiti berpuluh-puluh megawatt biasanya terletak di kawasan angin (bukit terbuka, pantai).

Ladang angin, di mana berpuluh-puluh turbin angin dipasang, pecah tidak hanya di tanah, tetapi juga di perairan cetek. Tenaga elektrik yang diterima biasanya digunakan untuk tujuan industri.

Tenaga elektrik yang dihasilkan, sebagai peraturan, masuk terus ke rangkaian, sementara untuk kestabilan dan pengaturan frekuensi putaran bilah turbin angin dilengkapi dengan mekanisme tambahan.

Penjana angin komersial

Pemasangan seperti itu digunakan untuk menjana elektrik untuk dijual atau untuk menyediakan elektrik kepada industri di wilayah dengan rangkaian kuasa rendah (atau dengan ketiadaannya sepenuhnya). Ladang angin seperti itu terdiri daripada sekumpulan penjana elektrik, yang mempunyai kapasiti yang berbeza.

Tenaga pemasangan komersial boleh dibekalkan secara langsung ke komunikasi elektrik atau digunakan untuk mengecas sebilangan besar bateri, di mana ia disimpan dan ditukar untuk bekalan ke sistem kuasa.

Peranti Angin Rumah Tangga

Unit kuasa rendah digunakan untuk kegunaan peribadi. Mengikut peraturan, kincir angin dengan tiang dengan ketinggian kurang dari 25 meter dapat dipasang oleh pemilik laman web tersebut tanpa persetujuan pihak berkuasa, untuk tiang yang lebih tinggi perlu mendapatkan izin khas.

Kincir angin berkuasa rendah dan sederhana boleh berfungsi sebagai sumber tenaga elektrik untuk kotej, pondok musim panas, rumah desa, ladang

Penjana angin isi rumah sesuai untuk mengecas bateri dengan voltan 12/24 / 48V, tenaga dari mana diubah menjadi voltan 220 volt. Peranti sedemikian dapat menyelesaikan sepenuhnya atau sebahagian masalah dengan bekalan kuasa objek kecil yang terletak jauh dari grid kuasa terpusat.

Dengan panduan memilih penjana angin untuk memberi tenaga kepada rumah persendirian akan memperkenalkan artikel tersebutdikhaskan untuk soalan menarik ini.

Pelbagai jenis pembinaan kincir angin

Menurut ciri reka bentuk peranti juga dapat dibahagikan kepada beberapa kategori, walaupun semua varietas dikurangkan menjadi dua jenis utama: menegak dan mendatar.

Penjana angin mendatar klasik

Pemasangan serupa (mereka juga disebut baling-baling atau baling-baling) biasanya mempunyai 3-5 bilah yang dipasang pada paksi mendatar. Berputar pada kelajuan tinggi, elemen sedemikian membolehkan anda mendapatkan jumlah tenaga maksimum (KIEV hingga 0.4).

Lebih-lebih lagi, jumlah elektrik yang dihasilkan sangat bergantung pada ketinggian peranti (semakin tinggi, semakin besar hasilnya).

Penjana angin mendatar menggunakan daya angkat yang berlaku apabila tekanan meningkat pada titik di mana aliran udara langsung melewati bilah, yang dipantulkan dari unsur-unsur ini

Peranti seperti ini biasanya dipasang di ladang angin di mana tenaga dihasilkan untuk kegunaan industri dan komersial, tetapi juga sesuai untuk kegunaan domestik.

Penyelesaian yang menarik untuk kincir angin mendatar adalah model dengan satu bilah, ciri-cirinya akan diperkenalkan dengan pemilihan foto berikut:

Turbin angin menegak

Unsur aktif pemasangan sedemikian adalah roda angin berputar. Oleh kerana ciri reka bentuk, reka bentuk seperti itu berbeza dalam jenis ("Barrel", "Savonius").

Pemilihan foto berikut akan membiasakan anda dengan asas membina turbin untuk penjana Savonius menegak:

Walaupun indeks KIEV rendah (0.1-0.2), mereka digunakan secara meluas: unit menegak beroperasi pada aliran udara bergelora, sehingga mereka dapat ditempatkan walaupun di kawasan di mana angin kencang jarang bertiup.

Pengoperasian penjana angin menegak tidak bergantung pada arah angin. Mereka mudah dipasang dan dikendalikan, di samping itu, peranti seperti itu boleh diletakkan dekat dengan tanah

Untuk meningkatkan kecekapan kincir angin menegak, pengeluar sering meningkatkan parameter ukurannya, yang menyebabkan kenaikan kos yang ketara. Oleh kerana pemasangan seperti itu cukup rapuh, ia memerlukan perlindungan yang lebih tinggi terhadap taufan dan fenomena semula jadi yang lain.

Penjana Angin "Rotor Daria"

Peranti sedemikian tergolong dalam kategori turbin angin menegak, namun, mereka mempunyai perbezaan yang ketara dalam reka bentuk. Berkat ciri sedemikian, pengurangan bunyi dicapai, dan KIEV semakin meningkat, yang mendekati prestasi model mendatar.

Turbin bertekanan rendah yang dicadangkan oleh pereka pesawat Perancis Georges Darier pada tahun 1931 dengan sumbu putaran tegak lurus dengan udara telah menemukan penggunaan yang luas dalam tenaga angin

Kelemahan reka bentuk sedemikian adalah saat permulaan yang rendah (kerana hanya terdapat dua bilah, sukar bagi peranti untuk memulakannya secara bebas). Untuk menyelesaikan masalah tersebut, hibrida Savonius + Darier sering digunakan.

Pemasangan Angin Pelayaran

Untuk pemasangan sedemikian, prinsip kincir angin menegak dan mendatar dapat diterapkan. Ciri struktur utama adalah roda angin yang ditutup dengan banyak bilah atau layar, sementara profil aerodinamik model sedemikian tidak ada.

Terdapat banyak model generator angin berlayar, yang berbeza dalam jumlah bilah, berat, dan daya. Semua parameter ini harus dipertimbangkan ketika memilih peranti.

Walaupun pemasangan pelayaran dicirikan oleh kelajuan rendah dan kecekapan rendah, ia sering digunakan dalam ekonomi negara. Reka bentuk sedemikian mudah dipasang dan dikendalikan, dan gabungan tork tinggi dengan kelajuan rendah membolehkan anda menggerakkan secara langsung pelbagai mekanisme berguna, misalnya pam untuk mengepam air.

Galeri berikut akan membiasakan anda dengan salah satu model praktikal kincir angin belayar:

Penjana turbin angin

Untuk pengoperasian kincir angin, penjana tiga fasa konvensional diperlukan. Reka bentuk peranti sedemikian mirip dengan model yang digunakan pada kereta, tetapi mempunyai parameter yang besar.

Dalam peranti untuk turbin angin, penggulungan stator tiga fasa (sambungan bintang) disediakan, dari mana tiga wayar menuju ke pengawal, di mana voltan bergantian diubah menjadi voltan langsung.

Rotor penjana untuk turbin angin dibuat pada magnet neodymium: tidak wajar menggunakan pengujaan elektrik dalam reka bentuk sedemikian, kerana gegelung menggunakan banyak tenaga

Untuk meningkatkan kelajuan, pengganda sering digunakan. Peranti ini membolehkan anda meningkatkan kuasa penjana yang ada atau menggunakan peranti yang lebih kecil, yang dapat mengurangkan kos pemasangan.

Pengganda lebih kerap digunakan dalam penjana angin menegak, di mana proses putaran roda angin lebih perlahan. Untuk peranti mendatar dengan kelajuan putaran bilah yang tinggi, pengganda tidak diperlukan, yang memudahkan dan mengurangkan kos pembinaan.

Kekhususan pemasangan dan pemasangan penjana angin dari mesin basuh dan turbin angin dari penjana kereta terperinci dalam artikel yang disyorkan kami.

Kebaikan dan keburukan penjana angin

Mari kita perhatikan secara terperinci kelebihan dan kekurangan turbin angin, kerana keputusan untuk membeli kincir angin atau meninggalkannya bergantung kepada mereka.

Kelebihan peranti angin

Kelebihan peranti tenaga angin termasuk:

• Keramahan persekitaran. Tumbuhan menggunakan sumber tenaga yang boleh diperbaharui, yang dapat digunakan secara berterusan tanpa membahayakan alam sekitar. Tenaga elektrik yang dihasilkan oleh penjana angin menggantikan tenaga loji tenaga terma, mengurangkan pelepasan gas rumah hijau.
• Keserbagunaan. Ladang angin boleh dibina hampir di mana-mana: di dataran, di pergunungan, di ladang, di pulau-pulau dan bahkan di perairan cetek. Tenaga angin sangat dihargai di tempat-tempat terpencil di mana sukar untuk memperluas komunikasi elektrik yang biasa. Dalam kes ini, penjana angin memungkinkan untuk mewujudkan bekalan kuasa ke kemudahan, yang menyediakannya bebas dari faktor rawak (contohnya, dari bahan bakar yang tidak dihantar tepat pada waktunya).
• Gunakan kecekapan. Model moden mengitar semula tenaga angin sekata - had minimum ialah 3.5 m / s. Dengan cara ini, adalah mungkin untuk membekalkan elektrik ke rangkaian terpusat, dan juga mengatur bekalan kuasa kemudahan individu (pulau atau tempatan), tanpa mengira kapasitinya.
• Alternatif yang sesuai untuk sumber tradisional. Ladang angin pegun dapat menyediakan elektrik sepenuhnya ke bangunan kediaman atau bahkan kemudahan pengeluaran kecil. Dalam hal ini, turbin akan mengumpulkan dalam bateri bekalan elektrik yang diperlukan, yang dimaksudkan untuk digunakan dalam tempoh tanpa angin.
• Keuntungan. Berbanding dengan sumber tenaga elektrik tradisional (gas, gambut, arang batu, minyak), turbin basikal dapat mengurangkan kos tenaga dengan ketara. Dalam banyak kes, membina ladang angin lebih murah daripada menghubungkan ke sistem kuasa yang ada.

Penggunaan turbin angin boleh menjadi alternatif penggunaan generator diesel yang mahal, seterusnya mengurangkan biaya pengangkutan dan penyimpanan bahan bakar hingga 80%.

Kuasa purata turbin angin berbeza dengan ketara dari penunjuk beban puncak. Penjana angin hanya bertanggungjawab untuk jumlah tenaga yang dihasilkan untuk jangka masa tertentu dengan ciri kelajuan angin bulanan rata-rata kawasan tertentu.

Untuk penilaian sumber angin yang lebih tepat, anda boleh menggunakan data yang diperoleh khas (parameter Weibull). Petunjuk ini mencerminkan taburan angin kekuatan yang berbeza dari kawasan tertentu. Maklumat sedemikian penting untuk dipertimbangkan ketika mengembangkan projek ladang angin dengan kapasiti puluhan MW.

Tenaga yang dihasilkan oleh turbin angin berkadar dengan kelajuan angin tiga kali ganda. Oleh itu, penunjuk ini sangat kecil dengan aliran angin yang lemah, namun, apabila mereka diperkuat, ia meningkat dengan mendadak. Oleh kerana perubahan arah angin dan kelajuannya semasa pembinaan turbin angin, perlu menyediakan komponen penstabil.

Peraturan dan formula untuk mengira kekuatan penjana angin diberikan di siniKami mengesyorkan agar anda membaca beberapa maklumat yang sangat berguna.

Dalam sistem autonomi kecil, fungsinya dilakukan oleh bateri, casnya mulai meningkat sebaik sahaja daya penjana angin melebihi penunjuk beban.

Apabila beban meningkat, bateri mungkin habis. Ciri kerja ini penting untuk dipertimbangkan ketika memilih unit isi rumah, kapasitinya mesti bertepatan dengan kadar penggunaan elektrik bulanan atau tahunan

Harus diingat bahawa penggunaan aliran angin yang berkesan menyumbang kepada pelbagai reka bentuk penjana angin.

Turbin mendatar memberikan prestasi tinggi di tempat rata di mana terdapat banyak angin, sementara turbin menegak berfungsi lebih baik di kawasan dengan aliran bergelora yang diperhatikan rendah dari permukaan tanah (di bahagian atas bukit, banjaran gunung).

Kelemahan utama kincir angin

Pada masa yang sama, kincir angin mempunyai aspek negatif tersendiri:

• Besarnya kekuatan angin sukar untuk diramalkan terlebih dahulu, kerana sering berubah. Oleh kerana itu, disarankan untuk memikirkan jaring pengaman, menyediakan sumber tenaga sandaran (panel solar, sambungan elektrik).
• Peranti menegak berisiko merosakkan bilah pemutar kerana tindakan daya sentrifugal apabila bilah berputar di sekitar paksi utama. Oleh kerana kesan ini, elemen struktur penting menjadi cacat dan musnah dari masa ke masa, dan mekanisme gagal.
• Kincir angin dipasang paling baik di ruang bebas, kerana bangunan berdekatan dapat "melembapkan" angin, membentuk zon udara "mati".
• Untuk menjimatkan lebihan tenaga turbin angin, perlu digunakan penggunaan bateri dan alat tambahan lain dalam reka bentuk, yang digunakan untuk menukar tenaga elektrik yang dihasilkan menjadi arus dengan ciri pengguna yang sesuai.
• Semasa operasi, penjana angin mengeluarkan bunyi yang boleh menyebabkan rasa tidak selesa kepada orang lain, menakutkan haiwan. Bilah pemasangan juga boleh menyebabkan kematian burung terbang ke atasnya.
• Menurut beberapa pakar, turbin angin dapat menurunkan penerimaan siaran radio dan televisyen.

Aspek negatif juga boleh merangkumi kos unit yang agak tinggi, namun murahnya sumber tenaga sebahagian besarnya menghilangkan faktor ini.

Skema dan kaedah penyambungan

Walaupun turbin angin dapat berfungsi secara bebas, hasil yang jauh lebih baik dapat dicapai dengan bantuan skema gabungan yang menyediakan gabungan peranti angin dengan panel suria, grid elektrik terpusat, sumber tenaga diesel atau gas.

Kerja luar talian. Dalam kes ini, satu pemasangan dipasang, dengan bantuan tenaga angin yang ditangkap dan terkumpul, yang kemudian diubah menjadi arus elektrik yang diperlukan oleh pengguna.

Rajah menunjukkan cara termudah untuk menggunakan penjana angin, yang disarankan untuk digunakan di kawasan di mana angin kencang sentiasa bertiup.

Menggabungkan penjana angin dengan panel solar. Pilihan gabungan dianggap sebagai kaedah bekalan kuasa yang boleh dipercayai dan cekap. Sekiranya tidak ada angin, bateri akan habis panel solar, dan dalam cuaca mendung dan pada waktu malam, pengecasan berasal dari pemasangan angin.

Sesuai untuk rumah atau rumah persendirian, terletak jauh dari grid elektrik terpusat. Skema gabungan ini membolehkan penggunaan dua jenis tenaga boleh diperbaharui.

Penjana angin gabungan dan operasi sesalur. Turbin angin boleh digabungkan dengan komunikasi elektrik.

Corak serupa adalah khas untuk peranti industri dan komersial. Sambungan ke komunikasi elektrik juga disediakan oleh beberapa model penjana angin domestik.

Dengan lebihan elektrik yang dihasilkan, ia memasuki rangkaian terpusat, dan dengan kekurangannya, adalah mungkin untuk menggunakan arus elektrik dari sistem kuasa umum.

Nuansa menggunakan penjana angin

Pada masa ini, turbin angin digunakan dalam pelbagai sektor ekonomi. Model industri dengan kapasiti berbeza digunakan oleh minyak dan gas, syarikat telekomunikasi, stesen penggerudian dan penerokaan, kemudahan pengeluaran dan agensi kerajaan.

Kincir angin boleh digunakan sebagai sumber tenaga tambahan di hospital dan institusi lain untuk menyediakan bekalan elektrik berterusan dalam keadaan kecemasan.

Yang perlu diberi perhatian adalah pentingnya penggunaan turbin angin untuk pemulihan elektrik yang terganggu dengan cepat semasa berlakunya bencana dan bencana alam. Untuk tujuan ini, generator angin sering digunakan oleh Kementerian Kecemasan.

Turbin angin rumah tangga sangat sesuai untuk mengatur pencahayaan dan pemanasan kampung kampung dan rumah persendirian, serta untuk keperluan rumah tangga di ladang.

Dalam kes ini, beberapa perkara harus diambil kira:

• Peranti hingga 1 kW dapat menyediakan jumlah elektrik yang mencukupi hanya di tempat yang berangin. Biasanya tenaga yang mereka hasilkan hanya mencukupi untuk lampu LED dan kuasa untuk peranti elektronik kecil.
• Untuk menyediakan sepenuhnya elektrik ke pondok (rumah negara), anda memerlukan penjana angin dengan kapasiti lebih dari 1 kW.Indikator ini cukup untuk menghidupkan pencahayaan, begitu juga komputer dan TV, tetapi kuasanya tidak cukup untuk menyediakan elektrik ke peti sejuk moden sepanjang masa.
• Untuk memberi tenaga di pondok, anda memerlukan kincir angin 3-5 kW, tetapi angka ini tidak mencukupi untuk memanaskan rumah. Untuk menggunakan ciri ini, anda memerlukan pilihan yang hebat, bermula dari 10 kW.

Semasa memilih model, perlu diperhatikan bahawa indikator daya yang ditunjukkan pada peranti dicapai hanya pada kecepatan angin maksimum. Oleh itu, pemasangan 300V akan menghasilkan jumlah tenaga yang ditunjukkan hanya pada kadar aliran udara 10-12 m / s.

Mereka yang ingin membina penjana angin dengan tangan mereka sendiri, kami tawarkan artikel seterusnyadi mana maklumat berguna diperincikan.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik tersebut

Video di bawah ini memberikan maklumat terperinci mengenai prinsip operasi dan reka bentuk model rumah penjana angin:

Penjana angin adalah sumber pengeluaran tenaga elektrik yang sangat baik, yang sangat dihargai oleh penduduk di kawasan terpencil. Pelbagai perusahaan Rusia dan asing menawarkan pelbagai struktur angin, di samping itu, model rumah tangga boleh dibuat dengan tangan anda sendiri.

Sila tulis komen di blok di bawah. Beritahu kami tentang bagaimana anda membina penjana angin di laman web anda, atau bagaimana jiran anda mempunyai kincir angin. Kemukakan soalan, kongsi maklumat dan foto berguna mengenai topik tersebut.