Generator eolian cinetic: dispozitiv, principiu de funcționare, aplicare

Un generator eolian cinetic modern vă permite să folosiți puterea curenților de aer, transformându-l în electricitate. În acest scop, există modele de dispozitive fabricate și fabricate de casă, care sunt utilizate atât în ​​industrie, cât și în ferme private.

Vom vorbi despre modul în care sunt aranjate mori de vânt de acest tip, vă vom prezenta caracteristicile dispozitivului și opțiunile de proiectare. Articolul pe care l-am propus arată punctele forte și punctele slabe ale unei centrale eoliene. Maeștrii independenți alături de noi vor găsi scheme și recomandări utile pentru asamblare.

Principiul funcționării unui generator eolian

Funcționarea generatorului eolian se bazează pe transformarea energiei cinetice a vântului în energia mecanică a rotorului, care este apoi transformată în electricitate.

Principiul de funcționare este destul de simplu: rotirea lamelor montate pe axa dispozitivului duce la mișcări circulare ale generatorului rotorului, datorită cărora este generată energie electrică.

Energia eoliană este unul dintre cele mai promițătoare sectoare ale energiei regenerabile. Modelele moderne permit utilizarea eficientă din punct de vedere al costului fluxului de aer, utilizându-l pentru a genera energie electrică

Curentul alternativ instabil rezultat „curge” în regulator, unde este convertit la o tensiune constantă care poate încărca bateriile. De acolo, puterea este furnizată invertorului, unde este transformată în tensiune alternativă cu un indicator de 220/380 V, care este furnizat consumatorilor.

Puterea generatorului eolian depinde direct de puterea fluxului de aer (N), calculată conform formulei N = pSV³/ 2, unde V este viteza vântului, S este zona de lucru, p este densitatea aerului.

Dispozitiv generator eolian

Diferite versiuni ale generatoarelor eoliene sunt semnificativ diferite între ele.

Diagrama de mai sus prezintă structura internă a unui generator eolian orizontal clasic. Astfel de modele sunt utilizate cel mai adesea atât în ​​industrie, cât și în viața de zi cu zi.

Dispozitivele industriale sunt un design complex de mai mulți metri, a cărui instalare necesită o fundație, în timp ce un model de uz casnic poate fi format dintr-un minim de componente (motor de 3-12V DC, electrocapacitor de 6V de 1000uF, diodă redresoare de siliciu).

O instalare tipică include următoarele componente:

• alternator (puterea depinde de viteza fluxurilor vântului);
• lame care transmit rotația către arborele generatorului (deseori sunt echipate suplimentar cu cutii de viteze, stabilizatoare de viteză a rotorului);
• catargul morii de vânt, de care sunt fixate paletele (cu cât sunt mai mari aceste elemente, cu atât este mai mare cantitatea de energie eoliană pe care o pot primi);
• baterii care acumulează energie, ceea ce vă permite să o utilizați cu un debit mic de vânt sau absența completă a acestuia. Bateria îndeplinește și funcția de stabilizare a energiei electrice primite de la generator;
• controler - un convertor de tensiune alternativă primit de la generator în curent continuu, care este utilizat pentru a încărca bateria. Regulatorul este controlat prin întoarcerea lamelor, ceea ce vă permite să luați în considerare locul în care circulă aerul;
• ABP - dispozitiv de comutare automată care conectează generatorul eolian cu alte surse de energie (panouri solare, rețea electrică);
• senzor de direcție a vântului - un dispozitiv care ușurează găsirea paletelor de curgere a vântului;
• un invertor pentru conversia curentului direct de la baterii la tensiune alternativă, care este utilizat în comunicațiile electrice.

Pentru a satisface mai bine nevoile utilizatorilor, dispozitivul poate fi echipat cu diferite tipuri de invertoare:

• dispozitive cu o undă sinusoidală modificată prin invertor, care emite un sinusoid pătrat. Dispozitive de acest tip sunt potrivite pentru elementele de încălzire, lămpile cu incandescență și alte dispozitive care nu fac obiectul calității rețelei;
• invertoare de tensiune trifazate proiectate pentru rețele de alimentare trifazate;
• instalații de undă sinusoidală pură care produc energie pentru o tehnică mai sensibilă;
• invertoare de rețea capabile să funcționeze fără baterii. Astfel de dispozitive sunt destinate circuitelor care implică intrarea energiei electrice direct într-o rețea comună.

Atunci când alegeți modele, ar trebui să acordați cu siguranță atenție tipului de invertor.

Tipuri de generatoare eoliene

La clasificarea turbinelor eoliene, caracteristici precum:

• numire;
• caracteristici de proiectare;
• numărul de lame;
• materialele din care sunt confecționate;
• axa de rotație;
• pas cu șurub.

Luați în considerare în detaliu cele două clasificări utilizate cel mai des.

Clasificarea generatoarelor eoliene în funcție de scop

Există soiuri de turbine eoliene care diferă ca scop. Principalele caracteristici ale dispozitivelor, de exemplu, puterea, depind de acest lucru.

Turbine eoliene industriale

Astfel de dispozitive sunt instalate de companii mari de energie sau de către stat pentru a furniza electricitate instalațiilor industriale. Turbinele cu o capacitate de zeci de megawati sunt de obicei localizate în zonele eoliene (dealuri deschise, coaste).

Fermele eoliene, în care sunt instalate zeci de turbine eoliene, sunt rupte nu numai pe sol, ci și în ape puțin adânci. Electricitatea primită este utilizată de obicei în scopuri industriale.

De regulă, energia electrică generată merge direct la rețea, în timp ce pentru stabilitatea și reglarea frecvenței de rotație a paletelor turbinei eoliene sunt echipate cu mecanisme suplimentare.

Generatoare eoliene comerciale

Astfel de instalații sunt utilizate pentru a genera energie electrică pentru vânzare sau pentru a furniza electricitate industriilor din regiunile cu rețele cu consum redus de energie (sau cu absența completă a acestuia). Astfel de parcuri eoliene constau dintr-un grup de generatoare electrice, care pot avea diferite capacități.

Energia instalațiilor comerciale poate fi furnizată direct la comunicații electrice sau folosită pentru a încărca o gamă largă de baterii, unde este stocată și transformată pentru furnizarea către sistemul de alimentare.

Dispozitive de vânt pentru uz casnic

Unitățile cu putere mică sunt utilizate pentru uz privat. Conform regulilor, morile de vânt cu catarguri cu o înălțime mai mică de 25 de metri pot fi instalate de către proprietarii site-urilor fără acordul autorităților, pentru catargele superioare este necesară obținerea unei autorizații speciale.

Morile de vânt cu putere mică și medie pot servi drept sursă de energie electrică pentru cabane, căsuțe de vară, case de țară, ferme

Generatoarele eoliene de uz casnic sunt potrivite pentru încărcarea bateriilor cu o tensiune de 12/24 / 48V, a cărei energie este transformată într-o tensiune de 220 volți. Astfel de dispozitive pot rezolva complet sau parțial problema cu alimentarea cu energie a unor obiecte mici care sunt situate departe de rețeaua electrică centralizată.

Cu ghiduri pentru alegerea unui generator eolian care să furnizeze energie unei case particulare va introduce articoluldedicat acestei întrebări interesante.

Soiuri de construcție a morilor de vânt

În funcție de caracteristicile de proiectare ale dispozitivului pot fi, de asemenea, împărțite într-un număr de categorii, deși toate soiurile sunt reduse la două tipuri principale: vertical și orizontal.

Generatoare eoliene clasice orizontale

Instalațiile similare (se mai numesc elice sau pală) au de obicei 3-5 lame montate pe o axă orizontală. Rotind la viteză mare, astfel de elemente vă permit să obțineți cantitatea maximă de energie (KIEV până la 0,4).

Mai mult, cantitatea de electricitate generată depinde în mare măsură de înălțimea dispozitivului (cu cât este mai mare, cu atât rezultatul este mai mare).

Generatorul eolian orizontal folosește forța de ridicare care apare atunci când presiunea crește în punctul în care fluxul de aer direct trece prin lamele, reflectate din aceste elemente

Astfel de dispozitive sunt de obicei instalate în parcurile eoliene unde energia este generată pentru uz industrial și comercial, dar sunt adecvate și pentru uz intern.

O soluție interesantă pentru o moară de vânt orizontală este un model cu o singură lamă, caracteristicile sale vor fi introduse prin următoarea selecție de fotografii:

Turbine eoliene verticale

Un element activ al acestor instalații este o roată de vânt rotativă. Datorită caracteristicilor de proiectare, astfel de modele diferă ca tip („Barilă”, „Savonius”).

Următoarea selecție foto vă va familiariza cu principiul construirii unei turbine pentru un generator vertical Savonius:

În ciuda indicelui scăzut de KIEV (0,1-0,2), acestea sunt utilizate pe scară largă: unitățile verticale operează pe fluxuri de aer turbulente, astfel încât pot fi plasate chiar și în zonele în care vânturile puternice rareori suflă.

Funcționarea generatoarelor eoliene verticale nu depinde de direcția vânturilor. Sunt ușor de instalat și de utilizat, în plus, astfel de dispozitive pot fi amplasate aproape de sol

Pentru a crește eficiența morilor de vânt verticale, producătorii cresc deseori parametrii de mărime, ceea ce duce la o creștere semnificativă a costurilor. Deoarece aceste instalații sunt suficient de fragile, ele necesită o protecție sporită împotriva uraganelor și a altor fenomene naturale.

Generatoare eoliene "Rotor Daria"

Astfel de dispozitive aparțin categoriei de turbine eoliene verticale, cu toate acestea, au diferențe pronunțate de design. Datorită acestor caracteristici, se reduce reducerea zgomotului și se crește KIEV, care se apropie de performanța modelelor orizontale.

Turbina cu presiune joasă propusă de proiectantul francez de aeronave Georges Darier în 1931, cu o axă de rotație perpendiculară pe aer, a găsit o aplicație largă în energia eoliană

Dezavantajul acestor proiecte este momentul de pornire scăzut (datorită prezenței a numai două lame, este dificil ca dispozitivul să pornească independent). Pentru a rezolva problema, se folosește adesea hibridul Savonius + Darier.

Instalatii eoliene cu navigatie

Pentru astfel de instalații, poate fi aplicat principiul mori de vânt atât verticale cât și orizontale. Principala caracteristică structurală este o roată de vânt acoperită cu multe lame sau pânze, în timp ce profilul aerodinamic al acestor modele este absent.

Există multe modele de generatoare eoliene de navigare, care diferă în ceea ce privește numărul de lame, greutatea, puterea. Toți acești parametri trebuie luați în considerare atunci când alegeți un dispozitiv.

În ciuda faptului că instalațiile de navigare sunt caracterizate de viteză redusă și eficiență scăzută, acestea sunt adesea utilizate în economia națională. Asemenea modele sunt ușor de instalat și operat, iar combinația de cuplu mare cu viteze mici vă permite să puneți în mișcare direct diverse mecanisme utile, de exemplu, o pompă pentru pomparea apei.

Următoarea galerie vă va familiariza cu unul dintre modelele practice ale morilor de vânt navigabile:

Generator de turbine eoliene

Pentru funcționarea morilor de vânt sunt necesare generatoare trifazice convenționale. Proiectarea unor astfel de dispozitive este similară cu modelele utilizate pe mașini, dar are parametri mari.

În dispozitivele pentru turbine eoliene, este prevăzută o înfășurare statorică trifazată (conexiune cu stea), de unde trei fire se duc către regulator, unde tensiunea alternativă este transformată în tensiune directă.

Rotorul generatorului pentru o turbină eoliană este realizat pe magneți de neodim: este inadecvat să folosiți excitația electrică în astfel de proiecte, deoarece bobina consumă multă energie

Pentru a crește viteza, se folosește adesea un multiplicator. Acest dispozitiv vă permite să creșteți puterea generatorului existent sau să utilizați un dispozitiv mai mic, ceea ce reduce costul instalării.

Multiplicatorii sunt mai des folosiți în generatoarele eoliene verticale, în care procesul de rotație a roții de vânt este mai lent. Pentru dispozitivele orizontale cu viteză mare de rotație a lamelor, nu sunt necesare multiplicatoare, ceea ce simplifică și reduce costul construcției.

Specificul montajului și instalării unui generator eolian de la mașina de spălat si turbine eoliene de la un generator auto detaliate în articolele noastre recomandate.

Pro și contra unui generator eolian

Să luăm în considerare în detaliu avantajele și dezavantajele turbinelor eoliene, deoarece decizia de a achiziționa o moară de vânt sau de a o abandona depinde de ele.

Avantajele dispozitivelor eoliene

Avantajele dispozitivelor de energie eoliană includ:

• Prietenie cu mediul. Plantele folosesc o sursă de energie regenerabilă, care poate fi folosită continuu fără a dăuna mediului. Energia electrică generată de generatoarele eoliene înlocuiește energia centralelor termice, reducând emisiile de gaze cu efect de seră.
• versatilitate. Parcurile eoliene pot fi construite aproape peste tot: pe câmpii, în munți, pe câmpuri, pe insule și chiar în ape puțin adânci. Energia eoliană este deosebit de apreciată în locuri îndepărtate unde este dificil să se extindă comunicațiile electrice obișnuite. În acest caz, generatoarele eoliene permit stabilirea alimentării cu energie a instalațiilor, oferindu-i independența față de factorii aleatori (de exemplu, de la combustibilul care nu este livrat la timp).
• Utilizați eficiența. Modelele moderne recicla energia vânturilor ușoare - limita minimă este de 3,5 m / s. În acest fel, este posibilă furnizarea de energie electrică la o rețea centralizată, precum și organizarea alimentării cu energie a instalațiilor individuale (insulă sau locale), indiferent de capacitatea acestora.
• O alternativă demnă de surse tradiționale. Parcurile eoliene staționare pot furniza complet energie electrică unei clădiri rezidențiale sau chiar a unei mici instalații de producție. În acest caz, turbina va acumula în baterii furnizarea necesară de energie electrică, destinată utilizării în perioadele fără vânt.
• Economie. În comparație cu sursele tradiționale de energie electrică (gaz, turbă, cărbune, petrol), turbinele pentru biciclete pot reduce semnificativ costurile energetice. În multe cazuri, construirea unui parc eolian este mai ieftină decât conectarea la sistemele de energie existente.

Utilizarea turbinelor eoliene poate fi o alternativă la utilizarea generatoarelor scumpe de motorină, reducând în continuare costurile de transport și stocare a combustibilului cu până la 80%.

Puterea medie a unei turbine eoliene diferă semnificativ de indicatorul de încărcare maximă. Un generator eolian este responsabil numai pentru cantitatea de energie produsă pentru o anumită perioadă de timp, cu viteza medie lunară a vântului caracteristică unei zone date.

Pentru o evaluare mai exactă a resurselor eoliene, puteți utiliza date derivate special (parametrii Weibull). Acești indicatori reflectă distribuția vânturilor cu puteri diferite caracteristice unei anumite zone. Astfel de informații este important să se ia în considerare atunci când se dezvoltă proiecte de parc eolian cu o capacitate de zeci de MW.

Puterea generată de turbina eoliană este proporțională cu viteza triplă a vântului. Prin urmare, acest indicator este foarte mic, cu curenți de vânt slabi, cu toate acestea, atunci când sunt întăriți, crește brusc. Datorită variabilității direcției vânturilor și a vitezei lor în timpul construcției turbinei eoliene, este necesar să se asigure componente de stabilizare.

Reguli și formule pentru calcularea puterii unui generator eolian dat aiciVă recomandăm să citiți câteva informații foarte utile.

În sistemele autonome mici, funcția lor este îndeplinită de baterii, a căror încărcare începe să crească de îndată ce puterea generatorului eolian depășește indicatorul de sarcină.

Odată cu încărcarea, bateria se poate descărca. Această caracteristică a lucrării este importantă de luat în considerare la alegerea unei unități gospodărești, capacitatea acesteia trebuie să coincidă cu rata lunară sau anuală a consumului de energie electrică

Trebuie menționat că utilizarea eficientă a fluxurilor eoliene contribuie la varietatea de proiectări ale generatoarelor eoliene.

Turbinele orizontale dau performanțe ridicate în locuri plane, unde sunt mulți vânturi, în timp ce turbinele verticale funcționează mai bine în regiunile cu fluxuri turbulente care sunt observate jos de la sol (în partea superioară a dealurilor, lanțuri montane).

Principalele dezavantaje ale morilor de vânt

În același timp, morile de vânt au propriile lor aspecte negative:

• Mărimea forței vântului este greu de prevăzut din timp, deoarece se schimbă adesea. Din acest motiv, este recomandabil să vă gândiți la o plasă de siguranță, care să prevadă o sursă de energie de rezervă (panouri solare, conexiune electrică).
• Dispozitivele verticale sunt expuse riscului de distrugere a lamelor rotorului datorită acțiunii forțelor centrifuge atunci când palele se rotesc în jurul axei principale. Datorită acestui efect, elemente structurale importante devin deformate și distruse în timp, iar mecanismul eșuează.
• Morile de vânt sunt instalate cel mai bine în spațiul liber, deoarece clădirile din apropiere pot „umezi” vântul, formând o zonă de aer „moartă”.
• Pentru a economisi excesul de energie al turbinelor eoliene, este necesar să se prevadă utilizarea bateriilor și a altor dispozitive suplimentare în proiectare, care sunt utilizate pentru a converti curentul generat în curent cu caracteristici adecvate pentru consumatori.
• În timpul funcționării, generatoarele eoliene produc un zgomot care poate provoca disconfort oamenilor, sperie animalele. Lamele instalațiilor pot provoca, de asemenea, moartea păsărilor care zboară spre ele.
• Potrivit unor experți, turbinele eoliene pot degrada recepția emisiunilor de radio și televiziune.

Aspectele negative pot include și costurile destul de mari ale unor astfel de unități, cu toate acestea, ieftinitatea sursei de energie elimină în mare măsură acest factor.

Scheme și metode de conectare

Deși turbina eoliană poate funcționa independent, un rezultat mult mai bun poate fi obținut cu ajutorul unor scheme combinate care asigură combinarea unui dispozitiv eolian cu panouri solare, o rețea electrică centralizată, surse de energie diesel sau gaz.

Muncă offline. În acest caz, este instalată o singură instalație, cu ajutorul căreia este captată și acumulată energia eoliană, care este apoi transformată într-un curent electric de care au nevoie consumatorii.

Diagrama arată cea mai simplă modalitate de a folosi un generator de vânt, care este recomandat să fie utilizat în regiunile în care suflă vânt puternic.

Combinarea unui generator eolian cu panouri solare. Opțiunea combinată este considerată un mod fiabil și eficient de alimentare cu energie. În lipsa vântului, bateria funcționează panouri solareși pe vreme înnorată și în timpul nopții, încărcarea provine de la o instalație eoliană.

Ideal pentru o casă privată sau o gospodărie, amplasată departe de o rețea electrică centralizată. Această schemă combinată permite utilizarea a două tipuri de energie regenerabilă.

Funcționare combinată a generatorului eolian și a rețelei. O turbină eoliană poate fi combinată cu comunicații electrice.

Un model similar este tipic pentru dispozitivele industriale și comerciale. Conexiunea la comunicațiile electrice este asigurată și de unele modele de generatoare eoliene interne.

Odată cu excesul de energie electrică, acesta intră în rețeaua centralizată și, cu deficitul său, este posibilă utilizarea curentului electric din sistemul de alimentare generală.

Nuanțe de utilizare a generatoarelor eoliene

În prezent, turbinele eoliene sunt utilizate în diverse sectoare ale economiei. Modelele industriale de diferite capacități sunt utilizate de petrol și gaze, companii de telecomunicații, stații de foraj și explorare, instalații de producție și agenții guvernamentale.

Moara de vânt poate fi folosită ca sursă suplimentară de energie în spitale și alte instituții pentru a furniza continuu furnizarea de energie electrică în situații de urgență.

De remarcat este importanța utilizării turbinelor eoliene pentru recuperarea rapidă a energiei electrice perturbate în timpul cataclismelor și al dezastrelor naturale. În acest scop, generatoarele eoliene sunt adesea utilizate de Ministerul Urgențelor.

Turbinele eoliene pentru uz casnic sunt perfecte pentru organizarea iluminării și încălzirii satelor de cabane și a caselor private, precum și în scopuri gospodărești în ferme.

În acest caz, trebuie luate în considerare câteva puncte:

• Dispozitivele de până la 1 kW pot furniza o cantitate suficientă de energie electrică numai în locuri cu vânt. De obicei, energia pe care o produc este suficientă doar pentru iluminarea cu LED și pentru puterea dispozitivelor electronice mici.
• Pentru a furniza complet energie electrică la cabană (casă de țară), veți avea nevoie de un generator eolian cu o capacitate mai mare de 1 kW.Acest indicator este suficient pentru a alimenta iluminatul, precum și un computer și un televizor, dar puterea sa nu este suficientă pentru a furniza energie electrică la un frigider modern.
• Pentru a oferi cabanei energie, aveți nevoie de o moară de vânt de 3-5 kW, dar chiar și această cifră nu este suficientă pentru încălzirea caselor. Pentru a utiliza această caracteristică, aveți nevoie de o opțiune puternică, începând de la 10 kW.

La alegerea unui model, trebuie menționat faptul că indicatorul de putere indicat pe dispozitiv se realizează numai la viteza maximă a vântului. Deci, o instalație de 300V va produce cantitatea de energie indicată numai la un debit de aer de 10-12 m / s.

Cei care doresc să construiască un generator eolian cu propriile mâini, oferim articolul următorîn care sunt detaliate informațiile utile.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipul de mai jos oferă informații detaliate despre principiul funcționării și designul unui model casnic al unui generator eolian:

Un generator eolian este o sursă excelentă de producție de energie electrică, pe care locuitorii din locuri îndepărtate le vor aprecia în mod special. Diverse întreprinderi rusești și străine oferă o gamă largă de structuri de vânt, în plus, modele casnice pot fi realizate cu propriile mâini.

Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos. Povestește-ne despre modul în care ai construit un generator eolian pe site-ul tău sau despre cum vecinii tăi au o moară de vânt. Puneți întrebări, împărtășiți informații utile și fotografii pe această temă.