Generátor kinetického vetra: zariadenie, princíp činnosti, použitie

Moderný kinetický veterný generátor vám umožňuje využívať silu vzdušných prúdov a prevádzať ich na elektrickú energiu. Na tento účel existujú výrobné a domáce modely zariadení, ktoré sa používajú v priemysle aj na súkromných farmách.

Budeme hovoriť o tom, ako sú usporiadané veterné mlyny tohto typu, predstavíme vám vlastnosti zariadenia a možnosti prevedenia. Článok, ktorý sme navrhli, poukazuje na silné a slabé stránky veternej elektrárne. Nezávislí majstri s nami nájdu užitočné schémy a odporúčania pre montáž.

Princíp činnosti veterného generátora

Činnosť generátora vetra je založená na premene kinetickej energie vetra na mechanickú energiu rotora, ktorá sa potom premení na elektrinu.

Princíp činnosti je pomerne jednoduchý: rotácia lopatiek namontovaných na osi zariadenia vedie k kruhovým pohybom generátora rotora, vďaka ktorým sa generuje elektrina.

Veterná energia je jedným z najsľubnejších odvetví obnoviteľnej energie. Moderné dizajny umožňujú nákladovo efektívne využitie prúdu vzduchu a využívajú ho na výrobu elektriny

Výsledný nestabilný striedavý prúd „prúdi“ do regulátora, kde sa prevádza na konštantné napätie, ktoré môže nabíjať batérie. Odtiaľ sa energia dodáva do meniča, kde sa transformuje na striedavé napätie s indikátorom 220/380 V, ktoré sa dodáva spotrebiteľom.

Výkon veterného generátora priamo závisí od výkonu prúdu vzduchu (N), vypočítaného podľa vzorca N = pSV³/ 2, kde V je rýchlosť vetra, S je pracovná plocha, p je hustota vzduchu.

Zariadenie na generovanie vetra

Rôzne verzie veterných generátorov sa navzájom výrazne líšia.

Vyššie uvedený diagram ukazuje vnútornú štruktúru klasického horizontálneho veterného generátora. Takéto modely sa najčastejšie používajú v priemysle aj v každodennom živote.

Priemyselné zariadenia sú zložitou multimetrovou konštrukciou, ktorej inštalácia si vyžaduje základy, zatiaľ čo model domácnosti sa môže skladať z minimálneho množstva komponentov (3 až 12 V jednosmerný motor, 1 000uF 6V elektro-kondenzátor, kremíková usmerňovacia dióda).

Typická inštalácia obsahuje nasledujúce komponenty:

• alternátor (výkon závisí od rýchlosti prúdenia vetra);
• čepele, ktoré prenášajú rotáciu na hriadeľ generátora (často sú navyše vybavené prevodovkami, stabilizátormi rýchlosti rotora);
• stožiar veterného mlyna, na ktorý sú pripevnené čepele (čím vyššie sú tieto prvky, tým väčšie množstvo veternej energie môže prijať);
• batérie, ktoré akumulujú energiu, čo vám umožňuje ich použitie s malým prúdením vetra alebo s úplnou neprítomnosťou. Batéria tiež vykonáva funkciu stabilizácie elektrickej energie získanej z generátora;
• regulátor - prevodník striedavého napätia prijímaného z generátora na jednosmerný prúd, ktorý sa používa na nabíjanie batérie. Ovládač sa ovláda otáčaním lopatiek, čo vám umožní zvážiť, kde prúdi vzduch;
• ABP - automatické spínacie zariadenie, ktoré prepája veterný generátor s inými zdrojmi energie (solárne panely, elektrická sieť);
• snímač smeru vetra - zariadenie, ktoré uľahčuje lopatkám nájsť prúdenie vetra;
• menič na prevod jednosmerného prúdu z batérií na striedavé napätie, ktorý sa používa v elektrických komunikáciách.

Na lepšie uspokojenie potrieb používateľov môže byť zariadenie vybavené rôznymi typmi meničov:

• zariadenia s invertorom modifikovanou sínusovou vlnou, ktoré vydávajú štvorcový sínusoid. Zariadenia tohto typu sú vhodné pre vykurovacie telesá, žiarovky a iné zariadenia, ktoré sú nenáročné na kvalitu siete;
• Trojfázové meniče napätia určené pre trojfázové energetické siete;
• zariadenia s čistou sinusovou vlnou, ktoré produkujú energiu pre citlivejšiu techniku;
• sieťové meniče schopné fungovať bez batérií. Takéto zariadenia sú určené pre obvody zahŕňajúce vstup elektrickej energie priamo do spoločnej siete.

Pri výbere modelov by ste mali určite venovať pozornosť typu meniča.

Typy veterných generátorov

Pri klasifikácii veterných turbín tieto charakteristiky:

• menovanie;
• konštrukčné prvky;
• počet čepelí;
• materiály, z ktorých sú vyrobené;
• os otáčania;
• rozstup skrutiek.

Podrobne zvážte dve najbežnejšie používané klasifikácie.

Klasifikácia veterných generátorov podľa účelu

Existujú rôzne veterné turbíny, ktoré sa líšia v účele. Závisia od toho hlavné vlastnosti zariadení, napríklad výkon.

Priemyselné veterné turbíny

Takéto zariadenia inštalujú veľké energetické spoločnosti alebo štát, aby dodávali elektrinu do priemyselných zariadení. Turbíny s kapacitou desiatok megawattov sa zvyčajne nachádzajú vo veterných oblastiach (otvorené kopce, pobrežia).

Veterné farmy, v ktorých sú inštalované desiatky veterných turbín, sú rozbité nielen na zemi, ale aj v plytkej vode. Prijatá elektrina sa zvyčajne používa na priemyselné účely.

Vyrobená elektrina spravidla ide priamo do siete, zatiaľ čo pre stabilitu a reguláciu frekvencie rotácie lopatiek veternej turbíny sú vybavené ďalšie mechanizmy.

Komerčné veterné generátory

Takéto zariadenia sa používajú na výrobu elektriny na predaj alebo na dodávku elektriny priemyselným odvetviam v regiónoch s nízkoenergetickými sieťami (alebo s úplnou absenciou). Takéto veterné farmy pozostávajú zo skupiny elektrických generátorov, ktoré môžu mať rôzne kapacity.

Energia komerčných zariadení sa môže dodávať priamo do elektrických komunikácií alebo sa môže použiť na nabíjanie veľkého množstva batérií, kde sa ukladajú a prevádzajú na dodávku do energetického systému.

Domáce veterné zariadenia

Nízkoenergetické jednotky sa používajú na súkromné ​​použitie. Podľa pravidiel môžu majitelia lokalít inštalovať veterné mlyny s stožiarmi s výškou menej ako 25 metrov bez súhlasu orgánov, pre vyššie stožiare je potrebné získať zvláštne povolenie.

Veterné mlyny s nízkym a stredným výkonom môžu slúžiť ako zdroj elektrickej energie pre chaty, chalupy, vidiecke domy, farmy

Domáce veterné generátory sú vhodné na nabíjanie batérií s napätím 12/24/48 V, z ktorých sa energia transformuje na napätie 220 voltov. Takéto zariadenia môžu úplne alebo čiastočne vyriešiť problém s napájaním malých objektov, ktoré sú umiestnené mimo centralizovanej elektrickej siete.

S pokynmi pre výber veterného generátora na dodávanie energie do súkromného domu predstaví článokvenované tejto zaujímavej otázke.

Druhy konštrukcie veterných mlynov

Podľa konštrukčných prvkov zariadenia možno tiež rozdeliť do niekoľkých kategórií, aj keď všetky odrody sú obmedzené na dva hlavné typy: vertikálne a horizontálne.

Klasické horizontálne veterné generátory

Podobné inštalácie (nazývajú sa aj vrtuľa alebo lopatka) majú obvykle 3-5 lopatiek namontovaných na vodorovnej osi. Takéto prvky sa otáčajú vysokou rýchlosťou a umožňujú tak získať maximálne množstvo energie (KIEV až 0,4).

Okrem toho množstvo vyrobenej elektriny do značnej miery závisí od výšky zariadenia (čím je vyššia, tým väčší je výsledok).

Horizontálny veterný generátor využíva zdvíhaciu silu, ktorá sa vyskytuje, keď sa tlak zvyšuje v bode, kde priamy prúd vzduchu prechádza lopatkami, odrážajúc sa od týchto prvkov.

Takéto zariadenia sa zvyčajne inštalujú vo veterných farmách, kde sa energia vyrába na priemyselné a komerčné použitie, ale sú vhodné aj na použitie v domácnosti.

Zaujímavým riešením pre vodorovný veterný mlyn je model s jednou čepeľou, jeho vlastnosti predstaví nasledujúci výber fotografií:

Vertikálne veterné turbíny

Aktívnym prvkom takýchto zariadení je rotujúce veterné koleso. Z dôvodu konštrukčných prvkov sa tieto vzory líšia typom („Barrel“, „Savonius“).

Nasledujúci výber fotografií vás oboznámi s princípom zostavenia turbíny pre vertikálny generátor Savonius:

Napriek nízkemu indexu KIEV (0,1-0,2) sa bežne používajú: vertikálne jednotky pracujú na turbulentných prúdoch vzduchu, takže ich možno umiestniť aj v oblastiach, kde silný vietor zriedka fúka.

Činnosť vertikálnych veterných generátorov nezávisí od smeru vetra. Ľahko sa inštalujú a obsluhujú a takéto zariadenia sa dajú umiestniť blízko zeme

Aby sa zvýšila účinnosť vertikálnych veterných mlynov, výrobcovia často zvyšujú svoje parametre veľkosti, čo vedie k významnému zvýšeniu nákladov. Keďže tieto zariadenia sú dostatočne krehké, vyžadujú zvýšenú ochranu proti hurikánom a iným prírodným fenoménom.

Veterné generátory "Rotor Daria"

Takéto zariadenia patria do kategórie vertikálnych veterných turbín, majú však výrazné rozdiely v konštrukcii. Vďaka týmto vlastnostiam sa dosiahne redukcia šumu a rastie KIEV, čo sa blíži výkonu horizontálnych modelov.

Nízkotlaková turbína s osou rotácie kolmou na ovzdušie, ktorú v roku 1931 navrhol francúzsky konštruktér lietadla Georges Darier, sa vo veternej energii často používa

Nevýhodou takýchto konštrukcií je nízky štartovací moment (kvôli prítomnosti iba dvoch čepelí je ťažké zariadenie spustiť nezávisle). Na vyriešenie problému sa často používa hybrid Savonius + Darier.

Zariadenia na veternú plachtenie

Pre takéto zariadenia sa môže uplatňovať zásada vertikálnych aj horizontálnych veterných mlynov. Hlavným konštrukčným prvkom je veterné koleso pokryté mnohými listami alebo plachtami, zatiaľ čo aerodynamický profil takýchto modelov chýba.

Existuje mnoho modelov generátorov plachetného vetra, ktoré sa líšia počtom lopatiek, hmotnosťou, výkonom. Všetky tieto parametre by sa mali zohľadniť pri výbere zariadenia.

Napriek tomu, že plavebné zariadenia sa vyznačujú nízkou rýchlosťou a nízkou účinnosťou, často sa používajú v národnom hospodárstve. Takáto konštrukcia sa ľahko inštaluje a ovláda a kombinácia vysokého krútiaceho momentu s nízkymi rýchlosťami umožňuje priamo uviesť do pohybu rôzne užitočné mechanizmy, napríklad čerpadlo na čerpanie vody.

Nasledujúca galéria vás oboznámi s jedným z praktických modelov plachetníc:

Generátor veternej turbíny

Na prevádzku veterných mlynov sú potrebné konvenčné trojfázové generátory. Dizajn takýchto zariadení je podobný modelom používaným na automobiloch, má však veľké parametre.

V zariadeniach pre veterné turbíny je k dispozícii trojfázové statorové vinutie (hviezdové pripojenie), z ktorého tri drôty vedú k regulátoru, kde sa striedavé napätie transformuje na jednosmerné napätie.

Rotor generátora veternej turbíny je vyrábaný na neodymových magnetoch: nie je praktické v týchto konštrukciách používať elektrické budenie, pretože cievka spotrebováva veľa energie

Na zvýšenie rýchlosti sa často používa multiplikátor. Toto zariadenie vám umožňuje zvýšiť výkon existujúceho generátora alebo použiť menšie zariadenie, čo znižuje náklady na inštaláciu.

Multiplikátory sa častejšie používajú vo vertikálnych veterných generátoroch, v ktorých je proces rotácie veterného kolesa pomalší. V prípade horizontálnych zariadení s vysokou rýchlosťou otáčania lopatiek nie sú potrebné multiplikátory, čo zjednodušuje a znižuje náklady na konštrukciu.

Špecifiká montáže a inštalácie veterného generátora z práčky a veterné turbíny od automobilového generátora podrobne popísané v našich odporúčaných článkoch.

Výhody a nevýhody veterného generátora

Pozrime sa podrobne na výhody a nevýhody veterných turbín, pretože rozhodnutie o kúpe alebo opustení veterného mlyna závisí od nich.

Výhody veterných zariadení

Medzi výhody zariadení veternej energie patria:

• Šetrnosť k životnému prostrediu. Rastliny využívajú obnoviteľný zdroj energie, ktorý je možné využívať nepretržite bez poškodenia životného prostredia. Elektrická energia vyrábaná veternými generátormi nahrádza energiu tepelných elektrární a znižuje emisie skleníkových plynov.
• všestrannosť, Veterné farmy môžu byť vybudované takmer všade: na rovinách, na horách, na poliach, na ostrovoch a dokonca aj v plytkej vode. Veterná energia sa oceňuje najmä na odľahlých miestach, kde je ťažké rozšíriť obvyklú elektrickú komunikáciu. V tomto prípade veterné generátory umožňujú zriadiť dodávku energie do zariadení a poskytnúť tak nezávislosť od náhodných faktorov (napríklad od paliva nedodaného včas).
• Využite efektívnosť, Moderné modely recyklujú energiu rovnomerného vetra - minimálny limit je 3,5 m / s. Podobným spôsobom je možné dodávať elektrinu do centralizovanej siete, ako aj organizovať dodávky energie do jednotlivých zariadení (ostrovných alebo miestnych) bez ohľadu na ich kapacitu.
• Hodná alternatíva k tradičným zdrojom. Stacionárne veterné farmy môžu úplne dodávať elektrinu do bytového domu alebo dokonca do malého výrobného zariadenia. V tomto prípade turbína akumuluje v batériách potrebnú dodávku elektriny určenú na použitie počas období bez vetra.
• Economy. V porovnaní s tradičnými zdrojmi elektrickej energie (plyn, rašelina, uhlie, ropa) môžu bicyklové turbíny výrazne znížiť náklady na energiu. V mnohých prípadoch je výstavba veternej farmy lacnejšia ako pripojenie k existujúcim energetickým systémom.

Použitie veterných turbín môže byť alternatívou k použitiu drahých dieselových generátorov, čo ďalej znižuje náklady na prepravu a skladovanie paliva až o 80%.

Priemerný výkon veternej turbíny sa výrazne líši od ukazovateľa špičkového zaťaženia. Generátor vetra je zodpovedný iba za množstvo energie vyrobenej za určité časové obdobie s priemernou mesačnou charakteristikou rýchlosti vetra pre danú oblasť.

Na presnejšie hodnotenie veterných zdrojov môžete použiť špeciálne odvodené údaje (Weibullove parametre). Tieto ukazovatele odrážajú rozloženie vetra rôznych síl charakteristických pre konkrétnu oblasť. Takéto informácie je dôležité zohľadniť pri vývoji projektov veterných fariem s kapacitou desiatok MW.

Výkon generovaný veternou turbínou je úmerný trojnásobnej rýchlosti vetra. Preto je tento ukazovateľ veľmi malý so slabými prúdmi vetra, avšak keď sa posilnia, prudko stúpajú. Z dôvodu premenlivosti smeru vetra a ich rýchlosti počas výstavby veternej turbíny je potrebné poskytnúť stabilizačné komponenty.

Pravidlá a vzorce na výpočet výkonu veterného generátora uvedené tuOdporúčame vám prečítať si veľmi užitočné informácie.

V malých autonómnych systémoch sa ich funkcia vykonáva pomocou batérií, ktorých nabíjanie sa začína zvyšovať, keď výkon veterného generátora prekročí ukazovateľ zaťaženia.

Pri zvyšovaní zaťaženia sa môže batéria vybiť. Táto vlastnosť práce je dôležitá pri výbere jednotky domácnosti, jej kapacita sa musí zhodovať s mesačnou alebo ročnou mierou spotreby elektrickej energie

Malo by sa poznamenať, že efektívne využívanie prúdov vetra prispieva k rozmanitosti návrhov veterných generátorov.

Horizontálne turbíny poskytujú vysoký výkon na plochých miestach, kde je veľa vetra, zatiaľ čo vertikálne turbíny fungujú lepšie v oblastiach s turbulentnými prúdmi, ktoré sú pozorované nízko nad zemou (v hornej časti kopcov, pohoriach).

Hlavné nevýhody veterných mlynov

Veterné mlyny majú zároveň svoje vlastné negatívne aspekty:

• Veľkosť veternej sily je ťažké predvídať vopred, pretože sa často mení. Z tohto dôvodu je vhodné premyslieť bezpečnostnú sieť, ktorá zabezpečí záložný zdroj energie (solárne panely, elektrické pripojenie).
• Vertikálnym zariadeniam hrozí zničenie lopatiek rotora v dôsledku pôsobenia odstredivých síl, keď sa lopatky otáčajú okolo hlavnej osi. V dôsledku tohto účinku sa dôležité štruktúrne prvky v priebehu času deformujú a zničia a mechanizmus zlyhá.
• Veterné mlyny sa najlepšie inštalujú vo voľnom priestore, pretože okolité budovy môžu „utlmiť“ vietor a vytvoriť „mŕtvu“ vzdušnú zónu.
• Aby sa ušetrila prebytočná energia veterných turbín, je potrebné v návrhu zabezpečiť použitie batérií a ďalších doplnkových zariadení, ktoré sa používajú na premenu vyrobenej elektriny na prúd s vhodnými charakteristikami spotrebiteľa.
• Počas prevádzky generátory vetra vydávajú hluk, ktorý môže ľuďom spôsobovať nepohodlie, vystrašiť zvieratá. Čepele zariadení môžu tiež spôsobiť smrť vtákov, ktoré k nim lietajú.
• Podľa niektorých odborníkov môžu veterné turbíny zhoršiť príjem rozhlasového a televízneho vysielania.

Negatívne aspekty môžu zahŕňať aj pomerne vysoké náklady na takéto jednotky, avšak lacnosť zdroja energie tento faktor do značnej miery vylučuje.

Schémy a metódy pripojenia

Hoci veterná turbína môže fungovať nezávisle, oveľa lepšie výsledky sa dajú dosiahnuť pomocou kombinovaných schém, ktoré zabezpečujú kombináciu veterného zariadenia so solárnymi panelmi, centralizovanou elektrickou sieťou, motorovou naftou alebo plynnými zdrojmi energie.

Práca v režime offline, V tomto prípade sa nastaví jedna inštalácia, pomocou ktorej sa zachytáva a akumuluje veterná energia, ktorá sa potom premení na elektrický prúd, ktorý spotrebitelia potrebujú.

Schéma ukazuje najjednoduchší spôsob použitia veterného generátora, ktorý sa odporúča používať v oblastiach, kde silný vietor neustále fúka.

Kombinácia veterného generátora so solárnymi panelmi, Kombinovaná možnosť sa považuje za spoľahlivý a efektívny spôsob napájania. Ak neprichádza vietor, batéria beží solárne panely, a za oblačného počasia a počas noci nabíjanie pochádza z veternej inštalácie.

Ideálne pre súkromný dom alebo domácnosť, umiestnené mimo centralizovanej rozvodnej siete. Táto kombinovaná schéma umožňuje použitie dvoch druhov obnoviteľnej energie.

Kombinovaný veterný generátor a sieťová prevádzka, Veterná turbína sa dá kombinovať s elektrickou komunikáciou.

Podobný vzorec je typický pre priemyselné a komerčné zariadenia. Pripojenie k elektrickej komunikácii zabezpečujú aj niektoré modely domácich veterných generátorov.

Pri prebytku vyrobenej elektriny vstupuje do centralizovanej siete as jej nedostatkom je možné využívať elektrický prúd zo všeobecného energetického systému.

Možnosti použitia veterných generátorov

V súčasnosti sa veterné turbíny používajú v rôznych odvetviach hospodárstva. Priemyselné modely rôznych kapacít využívajú ropné a plynové spoločnosti, telekomunikačné spoločnosti, vrtné a prieskumné stanice, výrobné zariadenia a vládne agentúry.

Veterný mlyn môže byť použitý ako ďalší zdroj energie v nemocniciach a iných inštitúciách na zabezpečenie nepretržitého zásobovania elektrickou energiou v núdzových situáciách.

Mimoriadna pozornosť sa venuje významu využívania veterných turbín na rýchle obnovenie prerušenej elektrickej energie počas katastrof a prírodných katastrof. Za týmto účelom ministerstvo pre mimoriadne situácie často využíva veterné generátory.

Domáce veterné turbíny sú ideálne na organizovanie osvetlenia a vykurovania chát a dedín, ako aj na použitie v domácnosti na farmách.

V takom prípade by sa mali zohľadniť niektoré body:

• Zariadenia do 1 kW môžu poskytovať dostatočné množstvo elektriny iba na veterných miestach. Energia, ktorú vyrábajú, obyčajne stačí len na osvetlenie LED a na napájanie malých elektronických zariadení.
• Na úplné dodanie elektriny do chaty (vidieckeho domu) budete potrebovať veterný generátor s kapacitou viac ako 1 kW.Tento indikátor je dostatočný na napájanie osvetlenia, ako aj počítača a televízora, ale jeho výkon nestačí na dodanie elektriny do modernej nepretržitej chladničky.
• Na zabezpečenie energie v chate potrebujete veterný mlyn s výkonom 3-5 kW, ale ani toto číslo nestačí na vykurovanie domov. Na používanie tejto funkcie potrebujete výkonnú možnosť od 10 kW.

Pri výbere modelu je potrebné poznamenať, že indikátor výkonu uvedený na zariadení sa dosahuje iba pri maximálnej rýchlosti vetra. Inštalácia 300 V teda bude produkovať uvedené množstvo energie iba pri prietoku vzduchu 10 - 12 m / s.

Tí, ktorí chcú postaviť veterný generátor vlastnými rukami, ponúkame nasledujúci článokv ktorých sú uvedené užitočné informácie.

Závery a užitočné video na túto tému

Nižšie uvedené video poskytuje podrobné informácie o princípe činnosti a návrhu modelu domácnosti veterného generátora:

Veterný generátor je vynikajúcim zdrojom výroby elektrickej energie, čo ocenia najmä obyvatelia vzdialených miest. Rôzne ruské a zahraničné podniky ponúkajú širokú škálu veterných štruktúr, modely domácnosti možno navyše vyrábať vlastnými rukami.

Prosím, napíšte komentár do nižšie uvedeného bloku. Povedzte nám, ako ste na svojom webe vytvorili veterný generátor alebo ako majú vaši susedia veterný mlyn. Pýtajte sa, zdieľajte užitočné informácie a fotografie na túto tému.