Kinetisk vindgenerator: enhet, driftsprinsipp, anvendelse

En moderne kinetisk vindgenerator lar deg bruke kraften fra luftstrømmer og konvertere den til strøm. For dette formålet er det fabrikk- og hjemmelaget modeller av enheter som brukes både i industri og private gårder.

Vi vil snakke om hvordan vindmøller av denne typen er ordnet, vi vil introdusere deg for funksjonene til enheten og designalternativene. Artikkelen vi har foreslått viser styrker og svakheter ved et vindkraftverk. Uavhengige mestere hos oss vil finne nyttige ordninger og anbefalinger for montering.

Prinsippet for drift av en vindgenerator

Driften av vindgeneratoren er basert på transformasjonen av vindens kinetiske energi til den mekaniske energien til rotoren, som deretter konverteres til elektrisitet.

Operasjonsprinsippet er ganske enkelt: rotasjonen av bladene montert på aksen til enheten fører til sirkulære bevegelser av rotorgeneratoren, på grunn av hvilken strøm det genereres.

Vindenergi er en av de mest lovende sektorene innen fornybar energi. Moderne design tillater kostnadseffektiv bruk av luftstrøm, og bruker den til å generere strøm

Den resulterende ustabile vekselstrømmen "strømmer" inn i kontrolleren, hvor den konverteres til en konstant spenning som kan lade batteriene. Derfra tilføres strømmen til omformeren, hvor den transformeres til vekslende spenning med en indikator på 220/380 V, som leveres til forbrukerne.

Kraften til vindgeneratoren avhenger direkte av strømmen til luftstrømmen (N), beregnet i henhold til formelen N = pSV³/ 2, der V er vindhastigheten, S er arbeidsområdet, p er lufttettheten.

Vindgeneratorenhet

Ulike versjoner av vindgeneratorer er vesentlig forskjellige fra hverandre.

Ovenstående diagram viser den interne strukturen til en klassisk horisontal vindgenerator. Slike modeller brukes ofte både i industrien og i hverdagen.

Industrielle enheter er en kompleks konstruksjon med flere meter, der installasjonen krever fundament, mens en husholdningsmodell kan bestå av et minimum av komponenter (3-12V likestrømsmotor, 1000uF 6V elektrokondensator, silisium likeretterdiode).

En typisk installasjon inkluderer følgende komponenter:

• dynamo (kraft avhenger av hastigheten på vindstrømmer);
• kniver som overfører rotasjon til generatorakselen (ofte er de i tillegg utstyrt med girkasser, rotorhastighetsstabilisatorer);
• masten til vindmøllen, som bladene er festet til (jo høyere disse elementene er, jo større er mengden vindenergi de kan motta);
• batterier som samler energi, som lar deg bruke den med en liten vindstrøm eller fullstendig fravær. Batteriet utfører også funksjonen til å stabilisere den elektriske energien som mottas fra generatoren;
• regulator - en omformer for vekselspenning mottatt fra generatoren til likestrøm, som brukes til å lade batteriet. Kontrolleren styres ved å vri bladene, som lar deg vurdere hvor luften flyter;
• ABP - automatisk koblingsenhet som forbinder vindgeneratoren med andre energikilder (solcellepaneler, strømnett);
• vindretningssensor - en enhet som gjør det lettere for bladene å finne vindstrømmen;
• en omformer for å konvertere likestrøm fra batterier til vekselspenning, som brukes i elektrisk kommunikasjon.

For bedre å imøtekomme brukerens behov, kan enheten utstyres med forskjellige typer invertere:

• enheter med en inverter-modifisert sinusbølge, som gir en firkantet sinusoid. Enheter av denne typen er egnet for varmeelementer, glødelamper og andre enheter som ikke krever kvaliteten på nettverket;
• trefaset spenningsomformere designet for trefaset kraftnett;
• rene sinusbølgeinstallasjoner som produserer energi for en mer følsom teknikk;
• nettverksomformere som kan fungere uten batterier. Slike innretninger er beregnet på kretsløp som involverer inntrenging av elektrisk energi direkte i et felles nettverk.

Når du velger modeller, bør du absolutt ta hensyn til typen inverter.

Typer vindgeneratorer

Ved klassifisering av vindturbiner, kjennetegn som:

• avtale;
• designfunksjoner;
• antall kniver;
• materialene de er laget av;
• rotasjonsakse;
• skrue tonehøyde.

Tenk detaljert på de to mest brukte klassifiseringene.

Klassifisering av vindgeneratorer etter formål

Det er varianter av vindmøller som har forskjellige formål. Hovedegenskapene til enhetene, for eksempel strøm, er avhengig av dette.

Industrielle vindmøller

Slike enheter er installert av store energiselskaper eller av staten for å levere strøm til industrielle anlegg. Turbiner med en kapasitet på titalls megawatt befinner seg vanligvis i vindområder (åpne åser, kyster).

Vindparker, hvor flere titalls vindmøller er installert, er ikke bare ødelagt på bakken, men også på grunt vann. Mottatt strøm brukes vanligvis til industrielle formål.

Den genererte elektrisiteten går som regel direkte til nettverket, mens stabilitet og regulering av rotasjonsfrekvensen til vindturbinens blad er utstyrt med ekstra mekanismer.

Kommersielle vindgeneratorer

Slike installasjoner brukes til å generere elektrisitet for salg eller for å levere elektrisitet til industrier i regioner med lavt strømnett (eller med fullstendig fravær). Slike vindparker består av en klynge av elektriske generatorer, som kan ha forskjellige kapasiteter.

Energien fra kommersielle anlegg kan tilføres direkte til elektrisk kommunikasjon eller brukes til å lade et stort utvalg av batterier, der det lagres og konverteres for levering til kraftsystemet.

Husholdning vind enheter

Lavstrømsenheter brukes til privat bruk. I henhold til reglene kan vindmøller med master med en høyde på under 25 meter installeres av eierne av stedene uten samtykke fra myndighetene, for høyere master er det nødvendig å få spesiell tillatelse.

Vindmøller med lav og middels kraft kan tjene som en kilde til elektrisk energi til hytter, sommerhus, landsted, gårder

Husholdningsgeneratorer er egnet for å lade batterier med en spenning på 12/24 / 48V, hvis energi transformeres til en spenning på 220 volt. Slike enheter kan helt eller delvis løse problemet med strømforsyningen til små objekter som er plassert vekk fra det sentraliserte strømnettet.

Med retningslinjer for å velge en vindgenerator for å gi energi til et privat hjem vil introdusere artikkelendedikert til dette interessante spørsmålet.

Variasjoner av konstruksjon av vindmøller

I henhold til designfunksjonene til enheten kan også deles inn i en rekke kategorier, selv om alle varianter er redusert til to hovedtyper: vertikal og horisontalt.

Klassiske horisontale vindgeneratorer

Tilsvarende installasjoner (de kalles også propell eller vinge) har vanligvis 3-5 blad montert på en horisontal akse. Ved å rotere med høy hastighet lar slike elementer deg maksimal energimengde (KIEV opp til 0,4).

Dessuten avhenger mengden strøm som genereres i stor grad av høyden på enheten (jo høyere den er, desto større blir resultatet).

En horisontal vindgenerator bruker løftekraften som oppstår når trykket øker på det punktet hvor direkte luftstrøm passerer gjennom bladene, reflektert fra disse elementene

Slike enheter er vanligvis installert i vindparker der det genereres energi til industriell og kommersiell bruk, men de er også egnet for innenlandsk bruk.

En interessant løsning på en horisontal vindmølle er en modell med ett blad, dens funksjoner vil bli introdusert av følgende utvalg av bilder:

Vertikale vindmøller

Et aktivt element i slike installasjoner er et roterende vindhjul. På grunn av designfunksjonene er slike design forskjellige i type ("Barrel", "Savonius").

Følgende bildevalg vil gjøre deg kjent med prinsippet om å bygge en turbin for en vertikal Savonius-generator:

Til tross for den lave KIEV-indeksen (0,1-0,2), er de mye brukt: vertikale enheter opererer på turbulente luftstrømmer, slik at de kan plasseres selv i områder der sterk vind sjelden blåser.

Driften av vertikale vindgeneratorer avhenger ikke av vindretningen. De er enkle å installere og betjene, i tillegg kan slike enheter plasseres nær bakken

For å øke effektiviteten til vertikale vindmøller, øker produsentene ofte størrelsesparametrene, noe som fører til en betydelig økning i kostnadene. Siden slike installasjoner er skjøre nok, krever de økt beskyttelse mot orkaner og andre naturfenomener.

Vindgeneratorer "Rotor Daria"

Slike enheter tilhører kategorien vertikale vindturbiner, men de har uttalte forskjeller i design. Takket være disse funksjonene oppnås støyreduksjon, og KIEV vokser, som nærmer seg ytelsen til horisontale modeller.

Lavtrykksturbinen med en rotasjonsakse vinkelrett på luftmiljøet, foreslått i 1931 av den franske flydesigneren Georges Darier, ble mye brukt i vindenergi

Ulempen med slike utførelser er det lave startmomentet (på grunn av tilstedeværelsen av bare to blader er det vanskelig for enheten å starte uavhengig). For å løse problemet brukes ofte Savonius + Darier-hybrid.

Seilende vindinstallasjoner

For slike installasjoner kan prinsippet om både vertikale og horisontale vindmøller anvendes. Den viktigste strukturelle egenskapen er et vindhjul dekket med mange blader eller seil, mens den aerodynamiske profilen til slike modeller er fraværende.

Det er mange modeller av seilvindgeneratorer, som avviker i antall kniver, vekt, kraft. Alle disse parametrene bør tas i betraktning når du velger en enhet.

Til tross for at seilinstallasjoner er preget av lav hastighet og lav effektivitet, blir de ofte brukt i den nasjonale økonomien. Slike design er enkle å installere og betjene, og kombinasjonen av høyt dreiemoment med lave hastigheter lar deg direkte sette i gang forskjellige nyttige mekanismer, for eksempel en pumpe for å pumpe vann.

Følgende galleri vil gjøre deg kjent med en av de praktiske modellene for seilende vindmøller:

Vindturbin generator

For drift av vindmøller er konvensjonelle trefasegeneratorer nødvendig. Utformingen av slike enheter ligner modellene som brukes på biler, men har store parametere.

I enheter for vindturbiner er det anordnet en trefaset statorvikling (stjernetilkobling), hvorfra tre ledninger går til regulatoren, der vekselspenningen blir transformert til direkte spenning.

Generatorens rotor for en vindturbin er laget på neodymmagneter: det er ikke praktisk å bruke elektrisk eksitasjon i slike utførelser, siden spolen bruker mye energi

For å øke hastigheten brukes ofte en multiplikator. Denne enheten lar deg øke kraften til den eksisterende generatoren eller bruke en mindre enhet, noe som reduserer installasjonskostnadene.

Multiplikatorer blir oftere brukt i vertikale vindgeneratorer, der vindushjulets rotasjonsprosess er tregere. For horisontale enheter med høy rotasjonshastighet av bladene, er det ikke nødvendig med multiplikatorer, noe som forenkler og reduserer byggekostnadene.

Spesifikasjonene ved montering og installasjon av en vindgenerator fra vaskemaskinen og vindmøller fra en bilgenerator detaljert i våre anbefalte artikler.

Fordeler og ulemper med en vindgenerator

La oss vurdere detaljert fordelene og ulempene med vindmøller, siden beslutningen om å kjøpe en vindmølle eller forlate den avhenger av dem.

Fordeler med vindenheter

Fordelene med vindenergienheter inkluderer:

• Miljøvennlighet. Anleggene bruker en fornybar energikilde, som kan brukes kontinuerlig uten å skade miljøet. Elektrisitet produsert av vindkraftverk erstatter energien fra termiske kraftverk, og reduserer klimagassutslipp.
• allsidighet. Vindparker kan bygges nesten overalt: på slettene, på fjellet, i åkrene, på øyene og til og med på grunt vann. Vindenergi er spesielt verdsatt på avsidesliggende steder hvor det er vanskelig å utvide den vanlige elektriske kommunikasjonen. I dette tilfellet gjør vindkraftaggregater det mulig å etablere strømforsyning til anlegg, og gir den uavhengighet fra tilfeldige faktorer (for eksempel fra drivstoff som ikke er levert i tide).
• Bruk effektivitet. Moderne modeller resirkulerer energien fra jevn lett vind - minimumsgrensen er 3,5 m / s. På denne måten er det mulig å levere strøm til et sentralisert nettverk, samt organisere strømforsyningen til enkeltanlegg (øy eller lokalt), uavhengig av kapasitet.
• Et verdig alternativ til tradisjonelle kilder. Stasjonære vindparker kan fullt ut levere strøm til et boligbygg eller til og med et lite produksjonsanlegg. I dette tilfellet vil turbinen akkumulere den nødvendige strømforsyningen i batteriene, beregnet for bruk i vindstille perioder.
• Økonomi. Sammenlignet med tradisjonelle kilder til elektrisk energi (gass, torv, kull, olje), kan sykkelturbiner redusere energikostnadene betydelig. I mange tilfeller er det billigere å bygge et vindpark enn å koble til eksisterende kraftsystemer.

Bruk av vindturbiner kan være et alternativ til bruk av dyre dieselgeneratorer, noe som reduserer kostnadene for transport og lagring av drivstoff ytterligere opp til 80%.

Den gjennomsnittlige effekten til en vindturbin skiller seg betydelig fra topplastindikatoren. En vindgenerator er bare ansvarlig for mengden energi som produseres i en viss periode med den gjennomsnittlige månedlige vindhastigheten som er karakteristisk for et gitt område.

For en mer nøyaktig vurdering av vindressursene, kan du bruke spesielt avledede data (Weibull-parametere). Disse indikatorene gjenspeiler fordelingen av vinder med forskjellige styrker som er karakteristiske for et bestemt område. Slik informasjon er viktig å ta hensyn til når du utvikler vindparkprosjekter med en kapasitet på titalls MW.

Kraften som genereres av vindturbinen er proporsjonal med trippel vindhastigheten. Derfor er denne indikatoren veldig liten med svake vindstrømmer, men når de styrkes øker den kraftig. På grunn av variasjonen i vindretningen og deres hastighet under konstruksjonen av vindturbinen, er det nødvendig å tilveiebringe stabiliserende komponenter.

Regler og formler for beregning av kraften til en vindgenerator gitt herVi anbefaler at du leser veldig nyttig informasjon.

I små autonome systemer utføres deres funksjon av batterier, hvis ladning begynner å øke så snart kraften til vindgeneratoren overstiger belastningsindikatoren.

Når belastningen øker, kan batteriet tømme. Denne funksjonen i arbeidet er viktig å ta hensyn til når du velger en husholdningsenhet, kapasiteten må sammenfalle med den månedlige eller årlige strømforbruket

Det skal bemerkes at effektiv bruk av vindstrømmer bidrar til forskjellige design av vindgeneratorer.

Horisontale turbiner gir høy ytelse på flate steder der det er mange vinder, mens vertikale turbiner fungerer bedre i regioner med turbulente strømmer som blir observert lavt fra bakken (i den øvre delen av åser, fjellkjeder).

De viktigste ulempene med vindmøller

Samtidig har vindmøller sine egne negative sider:

• Størrelsen på vindstyrken er vanskelig å forutsi på forhånd, siden den ofte endres. På grunn av dette er det lurt å tenke over et sikkerhetsnett og sørge for en sikkerhetskopi for energikilder (solcellepaneler, elektrisk tilkobling).
• Vertikale enheter risikerer ødeleggelse av rotorbladene på grunn av sentrifugalkreftene når knivene roterer rundt hovedaksen. På grunn av denne effekten blir viktige strukturelle elementer deformert og ødelagt over tid, og mekanismen svikter.
• Vindmøller er best installert i ledig plass, siden bygninger i nærheten kan "dempe" vinden og danne en "død" luftsone.
• For å spare overflødig energi fra vindturbiner er det nødvendig å sørge for bruk av batterier og andre tilleggsutstyr i konstruksjonen, som brukes til å konvertere den genererte strømmen til strøm med passende forbrukeregenskaper.
• Under drift lager vindgeneratorer en lyd som kan forårsake ubehag for mennesker og skremme bort dyr. Bladene til installasjonene kan også forårsake døden av fugler som flyr opp til dem.
• Ifølge noen eksperter kan vindmøller forringe mottakelsen av radio- og tv-sendinger.

De negative aspektene kan også inkludere de ganske høye kostnadene for slike enheter, men billigheten i energikilden eliminerer i stor grad denne faktoren.

Ordninger og tilkoblingsmetoder

Selv om vindmøllen kan fungere autonomt, kan man oppnå et mye bedre resultat ved hjelp av kombinerte ordninger som sørger for kombinasjonen av en vindanordning med solcellepaneler, et sentralisert elektrisk nett, diesel eller gass energikilder.

Frakoblet arbeid. I dette tilfellet settes det inn en enkelt installasjon, ved hjelp av hvilken vindenergi blir fanget og akkumulert, som deretter konverteres til en elektrisk strøm som forbrukerne trenger.

Diagrammet viser den enkleste måten å bruke en vindgenerator, som det anbefales å bruke i regioner hvor det stadig blåser sterk vind.

Kombinere en vindgenerator med solcellepaneler. Det kombinerte alternativet anses som en pålitelig og effektiv måte å levere strøm på. I mangel av vind kjører batteriet på solcellepaneler, og i overskyet vær og i løpet av natten kommer lading fra en vindinstallasjon.

Ideell for et privat hjem eller husholdning, som ligger vekk fra et sentralisert strømnett. Denne kombinerte ordningen tillater bruk av to typer fornybar energi.

Kombinert vindgenerator og nettdrift. En vindturbin kan kombineres med elektrisk kommunikasjon.

Et lignende mønster er typisk for industrielle og kommersielle enheter. Tilkobling til elektrisk kommunikasjon er også gitt av noen modeller av innenlandske vindgeneratorer.

Med overflødig elektrisitet produsert, kommer den inn i det sentraliserte nettverket, og med sin mangel er det mulig å bruke elektrisk strøm fra det generelle kraftsystemet.

Nyanser av å bruke vindgeneratorer

For tiden brukes vindmøller i ulike sektorer av økonomien. Industrimodeller med forskjellige kapasiteter brukes av olje og gass, telekommunikasjonsselskaper, bore- og letestasjoner, produksjonsanlegg og offentlige etater.

Vindmøllen kan brukes som en ekstra energikilde på sykehus og andre institusjoner for å sørge for kontinuerlig tilførsel av strøm i nødsituasjoner.

Spesiell oppmerksomhet er viktigheten av å bruke vindturbiner for hurtig gjenvinning av forstyrret elektrisitet under katastrofer og naturkatastrofer. For dette formål blir vindgeneratorer ofte brukt av beredskapsdepartementet.

Husholdningenes vindturbiner er perfekte for å organisere belysning og oppvarming av hyttelandsbyer og private hus, samt til husholdningsformål på gårder.

I dette tilfellet bør noen punkter tas i betraktning:

• Enheter opp til 1 kW kan gi en tilstrekkelig mengde strøm bare på vindfulle steder. Vanligvis er energien de produserer nok bare for LED-belysning og strøm til små elektroniske enheter.
• For å levere strøm til hytta (landstedet) fullt ut trenger du en vindgenerator med en kapasitet på mer enn 1 kW.Denne indikatoren er nok til å gi strøm til belysningen, så vel som en datamaskin og TV, men kraften er ikke nok til å gi strøm til et moderne kjøleskap døgnet rundt.
• For å gi hytta energi, trenger du en 3-5 kW vindmølle, men selv dette tallet er ikke nok til å varme opp hus. For å bruke denne funksjonen, trenger du et kraftig alternativ, fra 10 kW.

Når du velger en modell, skal det bemerkes at effektindikatoren som er indikert på enheten, oppnås bare med maksimal vindhastighet. Så en 300V installasjon vil produsere den angitte energimengden bare med en luftstrøm på 10-12 m / s.

De som ønsker å bygge en vindgenerator med egne hender, tilbyr vi neste artikkelder nyttig informasjon er detaljert.

Konklusjoner og nyttig video om emnet

Videoen nedenfor gir detaljert informasjon om driftsprinsippet og utformingen av en husholdningsmodell av en vindgenerator:

En vindgenerator er en utmerket kilde til elektrisk energiproduksjon, som beboere på avsidesliggende steder vil sette pris på. Ulike russiske og utenlandske foretak tilbyr et bredt spekter av vindkonstruksjoner, i tillegg kan husholdningsmodeller lages med egne hender.

Skriv kommentarer i blokken nedenfor. Fortell oss om hvordan du bygde en vindgenerator på nettstedet ditt, eller hvordan naboene dine har en vindmølle. Still spørsmål, del nyttig informasjon og bilder om emnet.