Kinetische windgenerator: apparaat, werkingsprincipe, toepassing

Met een moderne kinetische windgenerator kunt u de kracht van luchtstromen gebruiken en deze omzetten in elektriciteit. Voor dit doel zijn er fabrieks- en zelfgemaakte modellen van apparaten die zowel in de industrie als op particuliere boerderijen worden gebruikt.

We zullen praten over hoe windmolens van dit type zijn gerangschikt, we zullen je kennis laten maken met de functies van het apparaat en de ontwerpopties. Het artikel dat we hebben voorgesteld, toont de sterke en zwakke punten van een windenergie-installatie. Onafhankelijke meesters bij ons vinden nuttige schema's en aanbevelingen voor montage.

Het principe van de werking van een windgenerator

De werking van de windgenerator is gebaseerd op de transformatie van de kinetische energie van de wind in de mechanische energie van de rotor, die vervolgens wordt omgezet in elektriciteit.

Het werkingsprincipe is vrij eenvoudig: de rotatie van de bladen die op de as van het apparaat zijn gemonteerd, leidt tot cirkelvormige bewegingen van de rotorgenerator, waardoor elektriciteit wordt opgewekt.

Windenergie is een van de meest veelbelovende sectoren van hernieuwbare energie. Moderne ontwerpen maken een kosteneffectief gebruik van de luchtstroom mogelijk en gebruiken deze om elektriciteit op te wekken

De resulterende onstabiele wisselstroom "stroomt" naar de controller, waar deze wordt omgezet in een constante spanning die de batterijen kan opladen. Van daaruit wordt de stroom geleverd aan de omvormer, waar deze wordt omgezet in wisselspanning met een indicator van 220/380 V, die wordt geleverd aan consumenten.

Het vermogen van de windgenerator is direct afhankelijk van het vermogen van de luchtstroom (N), berekend volgens de formule N = pSV³/ 2, waarbij V de windsnelheid is, S het werkgebied, p de luchtdichtheid.

Windgenerator apparaat

Verschillende versies van windgeneratoren verschillen aanzienlijk van elkaar.

Het bovenstaande diagram toont de interne structuur van een klassieke horizontale windgenerator. Dergelijke modellen worden meestal zowel in de industrie als in het dagelijks leven gebruikt.

Industriële apparaten zijn een complexe constructie van meerdere meters, waarvan de installatie een fundering vereist, terwijl een huishoudelijk model uit een minimum aan componenten kan bestaan ​​(3-12V DC-motor, 1000uF 6V elektrocapacitor, siliciumgelijkrichterdiode).

Een typische installatie bevat de volgende componenten:

• dynamo (vermogen hangt af van de snelheid van windstromen);
• bladen die rotatie overbrengen naar de generatoras (vaak zijn ze bovendien uitgerust met versnellingsbakken, rotorsnelheidstabilisatoren);
• mast van de windmolen, waaraan de wieken zijn bevestigd (hoe hoger deze elementen zijn, hoe groter de hoeveelheid windenergie die ze kunnen ontvangen);
• batterijen die energie ophopen, waardoor u deze kunt gebruiken met een kleine windstroom of als deze volledig afwezig is. De batterij vervult ook de functie van het stabiliseren van de door de generator ontvangen elektrische energie;
• controller - een omzetter van wisselspanning ontvangen van de generator in gelijkstroom, die wordt gebruikt om de batterij op te laden. De controller wordt bediend door de bladen te draaien, zodat je kunt bedenken waar de lucht stroomt;
• ABP - automatisch schakelapparaat dat de windgenerator verbindt met andere energiebronnen (zonnepanelen, elektriciteitsnet);
• windrichtingsensor - een apparaat dat het voor de bladen gemakkelijker maakt om de windstroom te vinden;
• een omvormer voor het omzetten van gelijkstroom van batterijen naar wisselspanning, die wordt gebruikt in elektrische communicatie.

Om beter aan de gebruikersbehoeften te voldoen, kan het apparaat worden uitgerust met verschillende soorten omvormers:

• apparaten met een inverter-gemodificeerde sinusgolf, die een vierkante sinusoïde afgeeft. Apparaten van dit type zijn geschikt voor verwarmingselementen, gloeilampen en andere apparaten die niet veeleisend zijn voor de kwaliteit van het netwerk;
• driefasige spanningsomvormers ontworpen voor driefasige energienetwerken;
• pure sinusinstallaties die energie produceren voor een gevoeliger techniek;
• netwerkomvormers die zonder batterijen kunnen werken. Dergelijke apparaten zijn bedoeld voor circuits waarbij elektrische energie rechtstreeks in een gemeenschappelijk netwerk komt.

Let bij het kiezen van modellen beslist op het type omvormer.

Soorten windgeneratoren

Bij het classificeren van windturbines, kenmerken zoals:

• afspraak;
• ontwerpkenmerken;
• aantal bladen;
• de materialen waaruit ze zijn gemaakt;
• rotatie-as;
• schroef pitch.

Overweeg in detail de twee meest gebruikte classificaties.

Classificatie van windgeneratoren naar doel

Er zijn verschillende soorten windturbines die qua doel verschillen. De belangrijkste kenmerken van de apparaten, bijvoorbeeld vermogen, zijn hiervan afhankelijk.

Industriële windturbines

Dergelijke apparaten worden geïnstalleerd door grote energiebedrijven of door de staat om elektriciteit te leveren aan industriële installaties. Turbines met een capaciteit van tientallen megawatt staan ​​meestal in windgebieden (open heuvels, kusten).

Windparken, waar tientallen windturbines zijn geïnstalleerd, worden niet alleen op de grond, maar ook in ondiep water afgebroken. Ontvangen elektriciteit wordt meestal gebruikt voor industriële doeleinden.

De opgewekte elektriciteit gaat in de regel rechtstreeks naar het netwerk, terwijl voor stabiliteit en regeling van de rotatiefrequentie van de bladen van de windturbine zijn uitgerust met extra mechanismen.

Commerciële windgeneratoren

Dergelijke installaties worden gebruikt om elektriciteit te produceren voor verkoop of om elektriciteit te leveren aan industrieën in regio's met een laag stroomnet (of met volledige afwezigheid). Dergelijke windparken bestaan ​​uit een cluster van elektrische generatoren, die verschillende capaciteiten kunnen hebben.

De energie van commerciële fabrieken kan rechtstreeks worden geleverd aan elektrische communicatie of worden gebruikt om een ​​groot aantal batterijen op te laden, waar het wordt opgeslagen en omgezet voor voeding aan het stroomsysteem.

Huishoudelijke windapparatuur

Low power units worden gebruikt voor privégebruik. Volgens de regels kunnen windmolens met masten met een hoogte van minder dan 25 meter zonder toestemming van de autoriteiten door de eigenaren van de sites worden geïnstalleerd, voor hogere masten is speciale toestemming vereist.

Windmolens met laag en gemiddeld vermogen kunnen dienen als een bron van elektrische energie voor huisjes, zomerhuisjes, landhuizen, boerderijen

Huishoudelijke windgeneratoren zijn geschikt voor het opladen van accu's met een spanning van 12/24 / 48V, waarvan de energie wordt omgezet in een spanning van 220 volt. Dergelijke apparaten kunnen het probleem met de stroomvoorziening van kleine objecten die zich niet in de buurt van het centrale elektriciteitsnet bevinden, geheel of gedeeltelijk oplossen.

Met richtlijnen voor het kiezen van een windgenerator om energie te leveren aan een privéwoning zal het artikel introducerengewijd aan deze interessante vraag.

Soorten bouw van windmolens

Volgens de ontwerpkenmerken van het apparaat kan het ook worden onderverdeeld in een aantal categorieën, hoewel alle variëteiten zijn teruggebracht tot twee hoofdtypen: verticaal en horizontaal.

Klassieke horizontale windgeneratoren

Vergelijkbare installaties (ze worden ook propeller of vaan genoemd) hebben meestal 3-5 bladen die op een horizontale as zijn gemonteerd. Draaien met hoge snelheid, met dergelijke elementen kunt u de maximale hoeveelheid energie krijgen (KIEV tot 0,4).

Bovendien hangt de hoeveelheid opgewekte elektriciteit grotendeels af van de hoogte van het apparaat (hoe hoger het is, hoe groter het resultaat).

De horizontale windgenerator gebruikt de hefkracht die optreedt wanneer de druk toeneemt op het punt waar de directe luchtstroom door de bladen gaat, gereflecteerd door deze elementen

Dergelijke apparaten worden meestal geïnstalleerd in windmolenparken waar energie wordt opgewekt voor industrieel en commercieel gebruik, maar ze zijn ook geschikt voor huishoudelijk gebruik.

Een interessante oplossing voor een horizontale windmolen is een model met één blad, de kenmerken ervan zullen worden geïntroduceerd door de volgende selectie foto's:

Verticale windturbines

Een actief element van dergelijke installaties is een roterend windwiel. Vanwege de ontwerpkenmerken verschillen dergelijke ontwerpen in type ("Barrel", "Savonius").

De volgende fotoselectie zal u vertrouwd maken met het principe van het bouwen van een turbine voor een verticale Savonius-generator:

Ondanks de lage KIEV-index (0,1-0,2) worden ze veel gebruikt: verticale units werken op turbulente luchtstromen, zodat ze zelfs kunnen worden geplaatst in gebieden waar zelden harde wind waait.

De werking van verticale windgeneratoren is niet afhankelijk van de windrichting. Ze zijn eenvoudig te installeren en te bedienen, bovendien kunnen dergelijke apparaten dicht bij de grond worden geplaatst

Om de efficiëntie van verticale windmolens te verhogen, verhogen fabrikanten vaak hun grootteparameters, wat leidt tot een aanzienlijke verhoging van de kosten. Omdat dergelijke installaties kwetsbaar genoeg zijn, hebben ze meer bescherming nodig tegen orkanen en andere natuurlijke fenomenen.

Windgeneratoren "Rotor Daria"

Dergelijke apparaten behoren tot de categorie verticale windturbines, maar ze hebben uitgesproken verschillen in ontwerp. Dankzij deze functies wordt ruisonderdrukking bereikt en groeit KIEV, wat de prestaties van horizontale modellen benadert.

De lagedrukturbine met een rotatieas loodrecht op de luchtomgeving, in 1931 voorgesteld door de Franse vliegtuigontwerper Georges Darier, werd veel gebruikt in windenergie

Het nadeel van dergelijke ontwerpen is het lage startmoment (door de aanwezigheid van slechts twee bladen is het moeilijk voor het apparaat om zelfstandig te starten). Om het probleem op te lossen, wordt vaak de Savonius + Darier-hybride gebruikt.

Zeilen Windinstallaties

Voor dergelijke installaties kan het principe van zowel verticale als horizontale windmolens worden toegepast. Het belangrijkste structurele kenmerk is een windwiel bedekt met veel bladen of zeilen, terwijl het aerodynamische profiel van dergelijke modellen ontbreekt.

Er zijn veel modellen zeilwindgeneratoren, die verschillen in het aantal bladen, gewicht, vermogen. Al deze parameters moeten in overweging worden genomen bij het kiezen van een apparaat.

Ondanks het feit dat zeilinstallaties worden gekenmerkt door lage snelheid en lage efficiëntie, worden ze vaak gebruikt in de nationale economie. Dergelijke ontwerpen zijn eenvoudig te installeren en te bedienen, en door de combinatie van een hoog koppel met lage snelheden kunt u direct verschillende nuttige mechanismen in beweging zetten, bijvoorbeeld een pomp voor het verpompen van water.

De volgende galerij laat u kennismaken met een van de praktische modellen van windmolens:

Windturbine generator

Voor de werking van windmolens zijn conventionele driefasige generatoren nodig. Het ontwerp van dergelijke apparaten is vergelijkbaar met de modellen die op auto's worden gebruikt, maar heeft grote parameters.

In apparaten voor windturbines is een driefasige statorwikkeling (sterverbinding) voorzien, vanwaar drie draden naar de controller gaan, waar de wisselspanning wordt omgezet in gelijkspanning.

De rotor van de generator voor een windturbine is gemaakt op neodymiummagneten: het is niet praktisch om elektrische excitatie in dergelijke ontwerpen te gebruiken, omdat de spoel veel energie verbruikt

Om de snelheid te verhogen, wordt vaak een vermenigvuldiger gebruikt. Met dit apparaat kunt u het vermogen van de bestaande generator vergroten of een kleiner apparaat gebruiken, wat de installatiekosten verlaagt.

Multiplicatoren worden vaker gebruikt in verticale windgeneratoren, waarbij het rotatieproces van het windwiel langzamer is. Voor horizontale apparaten met een hoge rotatiesnelheid van de messen zijn geen vermenigvuldigers vereist, wat de constructiekosten vereenvoudigt en verlaagt.

De details van de montage en installatie van een windgenerator van de wasmachine en windturbines van een autogenerator gedetailleerd in onze aanbevolen artikelen.

Voor- en nadelen van een windgenerator

Laten we de voor- en nadelen van windturbines in detail bekijken, aangezien de beslissing om een ​​windmolen aan te schaffen of te verlaten ervan afhangt.

Voordelen van windapparatuur

De voordelen van windenergieapparaten zijn onder meer:

• Milieuvriendelijkheid. De fabrieken gebruiken een hernieuwbare energiebron, die continu kan worden gebruikt zonder het milieu te schaden. Elektriciteit opgewekt door windgeneratoren vervangt de energie van thermische centrales, waardoor de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd.
• Veelzijdigheid. Bijna overal kunnen windparken worden gebouwd: op de vlakte, in de bergen, in de velden, op de eilanden en zelfs in ondiep water. Windenergie wordt vooral gewaardeerd op afgelegen plaatsen waar het moeilijk is om de gebruikelijke elektrische communicatie uit te breiden. In dit geval maken windgeneratoren het mogelijk om de stroomvoorziening naar installaties tot stand te brengen, waardoor deze onafhankelijk is van willekeurige factoren (bijvoorbeeld van niet op tijd geleverde brandstof).
• Gebruik efficiëntie. Moderne modellen recyclen de energie van zelfs lichte wind - de minimumlimiet is 3,5 m / s. Op deze manier is het mogelijk om elektriciteit te leveren aan een gecentraliseerd netwerk en de stroomvoorziening van individuele faciliteiten (eiland of lokaal) te organiseren, ongeacht hun capaciteit.
• Een waardig alternatief voor traditionele bronnen. Stationaire windparken kunnen volledig voorzien in elektriciteit voor een woongebouw of zelfs een kleine productiefaciliteit. In dit geval zal de turbine de vereiste stroomtoevoer in de accu's accumuleren, bedoeld voor gebruik tijdens windstille periodes.
• Winstgevendheid. In vergelijking met traditionele bronnen van elektrische energie (gas, turf, kolen, olie), kunnen fietsturbines de energiekosten aanzienlijk verlagen. Een windpark bouwen is in veel gevallen goedkoper dan aansluiten op bestaande energiesystemen.

Het gebruik van windturbines kan een alternatief zijn voor het gebruik van dure dieselgeneratoren, waardoor de transport- en opslagkosten voor brandstof verder worden verlaagd tot 80%.

Het gemiddelde vermogen van een windturbine verschilt aanzienlijk van de piekbelastingsindicator. Een windgenerator is alleen verantwoordelijk voor de hoeveelheid energie die gedurende een bepaalde periode wordt geproduceerd met de gemiddelde maandelijkse windsnelheid die kenmerkend is voor een bepaald gebied.

Voor een nauwkeurigere beoordeling van windbronnen kunt u speciaal afgeleide gegevens gebruiken (Weibull-parameters). Deze indicatoren weerspiegelen de verdeling van winden met verschillende sterktes die kenmerkend zijn voor een bepaald gebied. Dergelijke informatie is belangrijk om te overwegen bij het ontwikkelen van windmolenparkprojecten met een capaciteit van tientallen MW.

Het door de windturbine opgewekte vermogen is evenredig met de drievoudige windsnelheid. Daarom is deze indicator erg klein met zwakke windstromen, maar wanneer ze worden versterkt, neemt deze sterk toe. Vanwege de variabiliteit van de windrichting en hun snelheid tijdens de constructie van de windturbine, is het noodzakelijk om stabiliserende componenten te voorzien.

Regels en formules voor het berekenen van het vermogen van een windgenerator hier gegevenWe raden u aan zeer nuttige informatie te lezen.

In kleine autonome systemen wordt hun functie uitgevoerd door batterijen, waarvan de lading begint te toenemen zodra het vermogen van de windgenerator de belastingsindicator overschrijdt.

Als de belasting toeneemt, kan de batterij leeglopen. Dit kenmerk van het werk is belangrijk om te overwegen bij het kiezen van een huishoudelijke eenheid, de capaciteit moet samenvallen met het maandelijkse of jaarlijkse elektriciteitsverbruik

Opgemerkt moet worden dat het effectieve gebruik van windstromen bijdraagt ​​aan de verscheidenheid aan ontwerpen van windgeneratoren.

Horizontale turbines leveren hoge prestaties op vlakke plaatsen met veel wind, terwijl verticale turbines beter werken in gebieden met turbulente stromingen die laag vanaf de grond worden waargenomen (in het bovenste deel van heuvels, bergketens).

De belangrijkste nadelen van windmolens

Tegelijkertijd hebben windmolens hun eigen negatieve aspecten:

• De omvang van de windkracht is vooraf moeilijk te voorspellen, omdat deze vaak verandert. Daarom is het raadzaam om na te denken over een vangnet, dat voorziet in een back-up energiebron (zonnepanelen, elektrische aansluiting).
• Verticale apparaten lopen het risico van vernietiging van de rotorbladen als gevolg van de werking van middelpuntvliedende krachten wanneer de messen rond de hoofdas draaien. Door dit effect raken belangrijke structurele elementen in de loop van de tijd vervormd en vernietigd en faalt het mechanisme.
• Windmolens kunnen het beste in de vrije ruimte worden geïnstalleerd, omdat nabijgelegen gebouwen de wind kunnen "dempen" en een "dode" luchtzone vormen.
• Om de overtollige energie van windturbines te besparen, is het noodzakelijk om in het ontwerp te voorzien in het gebruik van batterijen en andere extra apparaten, die worden gebruikt om de opgewekte elektriciteit om te zetten in stroom met geschikte verbruikskenmerken.
• Tijdens bedrijf maken windgeneratoren een geluid dat mensen ongemak kan bezorgen en dieren wegjagen. De wieken van de installaties kunnen ook de dood veroorzaken van vogels die erop af vliegen.
• Volgens sommige experts kunnen windturbines de ontvangst van radio- en televisie-uitzendingen verstoren.

De negatieve aspecten kunnen ook de vrij hoge kosten van dergelijke eenheden omvatten, maar de goedkope energiebron elimineert deze factor grotendeels.

Regelingen en verbindingsmethoden

Hoewel de windturbine zelfstandig kan werken, kan een veel beter resultaat worden bereikt met behulp van gecombineerde schema's die voorzien in de combinatie van een windapparaat met zonnepanelen, een centraal elektriciteitsnet, diesel- of gas-energiebronnen.

Offline werk. In dit geval wordt één installatie opgezet, met behulp waarvan windenergie wordt opgevangen en geaccumuleerd, die vervolgens wordt omgezet in een elektrische stroom die consumenten nodig hebben.

Het diagram toont de eenvoudigste manier om een ​​windgenerator te gebruiken, wat raadzaam is om te gebruiken in regio's waar constant harde wind waait.

Combinatie van een windgenerator met zonnepanelen. De gecombineerde optie wordt beschouwd als een betrouwbare en efficiënte manier van stroomvoorziening. Bij gebrek aan wind loopt de batterij zonnepanelen, en bij bewolkt weer en 's nachts komt het opladen van een windinstallatie.

Ideaal voor een privéwoning of huishouden, verwijderd van een gecentraliseerd elektriciteitsnet. Deze gecombineerde regeling maakt het gebruik van twee soorten hernieuwbare energie mogelijk.

Gecombineerde windgenerator en netvoeding. Een windturbine kan gecombineerd worden met elektrische communicatie.

Een vergelijkbaar patroon is typisch voor industriële en commerciële apparaten. Sommige modellen van binnenlandse windgeneratoren voorzien ook in verbinding met elektrische communicatie.

Met overtollige geproduceerde elektriciteit komt het in het gecentraliseerde netwerk en met zijn tekort is het mogelijk om elektrische stroom van het algemene stroomsysteem te gebruiken.

Nuances van het gebruik van windgeneratoren

Momenteel worden windturbines gebruikt in verschillende sectoren van de economie. Industriële modellen met verschillende capaciteiten worden gebruikt door olie en gas, telecommunicatiebedrijven, boor- en exploratiestations, productiefaciliteiten en overheidsinstanties.

De windmolen kan worden gebruikt als extra energiebron in ziekenhuizen en andere instellingen om in noodsituaties continu van stroom te voorzien.

Van bijzonder belang is het belang van het gebruik van windturbines voor het snelle herstel van verstoorde elektriciteit tijdens rampen en natuurrampen. Daartoe worden door het Ministerie van Noodgevallen vaak windgeneratoren gebruikt.

Huishoudelijke windturbines zijn perfect voor het organiseren van verlichting en verwarming van cottage-dorpen en privéwoningen, maar ook voor huishoudelijke doeleinden op boerderijen.

In dit geval moet met enkele punten rekening worden gehouden:

• Apparaten tot 1 kW kunnen alleen op winderige plaatsen voldoende stroom leveren. Meestal is de energie die ze produceren alleen voldoende voor LED-verlichting en stroom voor kleine elektronische apparaten.
• Om het huisje (landhuis) volledig van stroom te voorzien heeft u een windgenerator nodig met een vermogen van meer dan 1 kW.Deze indicator is voldoende om de verlichting van stroom te voorzien, evenals een computer en tv, maar zijn vermogen is niet voldoende om een ​​moderne 24-uurskoelkast van stroom te voorzien.
• Om het huisje van energie te voorzien, heb je een windmolen van 3-5 kW nodig, maar zelfs dit cijfer is niet genoeg om huizen te verwarmen. Om deze functie te gebruiken, hebt u een krachtige optie nodig, beginnend vanaf 10 kW.

Bij het kiezen van een model moet worden opgemerkt dat de stroomindicator die op het apparaat wordt aangegeven alleen wordt bereikt bij maximale windsnelheid. Een 300V-installatie produceert dus de aangegeven hoeveelheid energie alleen bij een luchtstroom van 10-12 m / s.

Degenen die met eigen handen een windgenerator willen bouwen, bieden wij aan volgend artikelwaarin nuttige informatie wordt uitgewerkt.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De onderstaande video geeft gedetailleerde informatie over het werkingsprincipe en het ontwerp van een huishoudmodel van een windgenerator:

Een windgenerator is een uitstekende bron voor de productie van elektrische energie, die bewoners van afgelegen plaatsen vooral zullen waarderen. Verschillende Russische en buitenlandse bedrijven bieden een breed scala aan windconstructies, daarnaast kunnen huishoudelijke modellen met uw eigen handen worden gemaakt.

Schrijf opmerkingen in het onderstaande blok. Vertel ons hoe u op uw site een windgenerator heeft gebouwd of hoe uw buren een windmolen hebben. Stel vragen, deel nuttige informatie en foto's over het onderwerp.