Kinetisk vindgenerator: enhet, driftsprincip, tillämpning

En modern kinetisk vindgenerator låter dig använda kraften i luftströmmar och omvandla den till elektricitet. För detta ändamål finns det fabriks- och hemmagjorda modeller av enheter som används både inom industrin och på privata gårdar.

Vi kommer att prata om hur vindkraftverk av denna typ är arrangerade, vi kommer att presentera dig för enhetens funktioner och designalternativ. Den artikel som vi har föreslagit visar styrkorna och svagheterna i ett vindkraftverk. Oberoende mästare med oss ​​hittar användbara scheman och rekommendationer för montering.

Principen för drift av en vindgenerator

Vindgeneratorns drift är baserad på omvandlingen av vindens kinetiska energi till rotorns mekaniska energi, som sedan omvandlas till elektricitet.

Funktionsprincipen är ganska enkel: rotationen av bladen monterade på anordningens axel leder till cirkulära rörelser hos rotorgeneratorn, på grund av vilken el genereras.

Vindenergi är en av de mest lovande sektorerna för förnybar energi. Moderna konstruktioner möjliggör kostnadseffektiv användning av luftflöde och använder det för att generera el

Den resulterande instabila växelströmmen "flödar" in i regulatorn, där den konverteras till en konstant spänning som kan ladda batterierna. Därifrån tillförs kraften till växelriktaren, där den omvandlas till växelspänning med en indikator på 220/380 V, som levereras till konsumenterna.

Vindgeneratorns effekt beror direkt på luftflödets (N) effekt beräknat enligt formeln N = pSV³/ 2, där V är vindhastigheten, S är arbetsområdet, p är lufttätheten.

Vindgeneratorn

Olika versioner av vindgeneratorer skiljer sig väsentligt från varandra.

Ovanstående diagram visar den inre strukturen hos en klassisk horisontell vindgenerator. Sådana modeller används oftast både inom industrin och i vardagen.

Industriella enheter är en komplex multimeterskonstruktion, vars installation kräver grund, medan en hushållsmodell kan bestå av ett minimum av komponenter (3-12V likströmsmotor, 1000uF 6V elektrokapacitator, kiselriktare-diod).

En typisk installation inkluderar följande komponenter:

• växelströmsgenerator (kraft beror på hastigheten på vindflöden);
• blad som överför rotation till generatoraxeln (de är ofta utrustade med växellådor, rotorhastighetsstabilisatorer);
• vindkraftverkets mast, till vilken knivarna är fästa (ju högre dessa element är, desto större mängd vindenergi kan de få);
• batterier som samlar energi, vilket gör att du kan använda den med ett litet vindflöde eller dess fullständiga frånvaro. Batteriet utför också funktionen att stabilisera den elektriska energi som tas emot från generatoren;
• styrenhet - en omvandlare av växelspänning från generatorn till likström, som används för att ladda batteriet. Styrenheten styrs genom att vrida bladen, vilket gör att du kan överväga var luften flyter;
• ABP - automatisk kopplingsanordning som ansluter vindgeneratorn till andra energikällor (solpaneler, elnät);
• vindriktningssensor - en enhet som gör det lättare för bladen att hitta vindflödet;
• en växelriktare för omvandling av likström från batterier till växelspänning, som används i elektrisk kommunikation.

För att bättre tillgodose användarnas behov kan enheten utrustas med olika typer av växelriktare:

• enheter med en inverter-modifierad sinusvåg, som ger ut en kvadratisk sinusoid. Enheter av denna typ är lämpliga för värmeelement, glödlampor och andra anordningar som inte kräver nätverkets kvalitet;
• trefasspänningsomvandlare utformade för trefasströmnät;
• rena sinusvåginstallationer som producerar energi för en mer känslig teknik;
• nätverksomvandlare som kan fungera utan batterier. Sådana anordningar är avsedda för kretsar som involverar intryck av elektrisk energi direkt i ett gemensamt nätverk.

När du väljer modeller bör du definitivt vara uppmärksam på typen av växelriktare.

Typer av vindgeneratorer

Vid klassificering av vindkraftverk, egenskaper såsom:

• utnämning;
• designfunktioner;
• antal blad;
• materialen från vilka de är gjorda;
• rotationsaxel;
• skruvstigning.

Tänk i detalj på de två mest använda klassificeringarna.

Klassificering av vindgeneratorer efter syfte

Det finns olika vindkraftverk som skiljer sig åt i syfte. De viktigaste egenskaperna hos enheterna, till exempel ström, beror på detta.

Industriella vindkraftverk

Sådana enheter installeras av stora energiföretag eller av staten för att leverera el till industrianläggningar. Turbiner med en kapacitet på tiotals megawatt ligger vanligtvis i vindområden (öppna kullar, kuster).

Vindparker, där dussintals vindkraftverk är installerade, bryts inte bara på marken utan också på grunt vatten. Mottagen el används vanligtvis för industriella ändamål.

Den genererade elektriciteten går som regel direkt till nätet, medan stabilitet och reglering av rotationsfrekvensen hos vindkraftens blad är utrustade med ytterligare mekanismer.

Kommersiella vindgeneratorer

Sådana installationer används för att generera el till försäljning eller för att leverera el till industrier i regioner med lågkraftsnät (eller med dess fullständiga frånvaro). Sådana vindkraftsparker består av ett kluster av elektriska generatorer, som kan ha olika kapacitet.

Energin från kommersiella anläggningar kan levereras direkt till elektrisk kommunikation eller användas för att ladda en stor mängd batterier, där den lagras och konverteras för matning till kraftsystemet.

Hushållens vindenheter

Enheter med låg effekt används för privat bruk. Enligt reglerna kan vindkraftverk med master med en höjd av mindre än 25 meter installeras av ägarna av platserna utan myndigheternas medgivande, för högre master är det nödvändigt att få särskilt tillstånd.

Vindkraftverk med låg och medeleffekt kan fungera som en källa till elektrisk energi för stugor, sommarstugor, hus på landet, gårdar

Hushållsgeneratorer är lämpliga för laddning av batterier med en spänning på 12/24 / 48V, vars energi förvandlas till en spänning på 220 volt. Sådana anordningar kan helt eller delvis lösa problemet med strömförsörjningen för små föremål som är belägna borta från det centraliserade elnätet.

Med riktlinjer för att välja en vindgenerator för att ge energi till ett privat hem kommer att presentera artikelnägnas åt denna intressanta fråga.

Variationer av konstruktion av väderkvarnar

Enligt anordningens designfunktioner kan också delas in i ett antal kategorier, även om alla sorter reduceras till två huvudtyper: vertikal och horisontellt.

Klassiska horisontella vindgeneratorer

Liknande installationer (de kallas också propeller eller skovel) har vanligtvis 3-5 blad monterade på en horisontell axel. Om du roterar med hög hastighet så kan du få maximal energi (KIEV upp till 0,4).

Dessutom beror mängden producerad el till stor del på enhetens höjd (ju högre den är, desto större blir resultatet).

Den horisontella vindgeneratorn använder lyftkraften som uppstår när trycket ökar vid den punkt där direkt luftflöde passerar genom bladen, reflekterat från dessa element

Sådana anordningar installeras vanligtvis i vindkraftsparker där energi genereras för industriell och kommersiell användning, men de är också lämpliga för hushållsbruk.

En intressant lösning på en horisontell väderkvarn är en modell med ett blad, dess funktioner kommer att introduceras av följande urval av foton:

Vertikala vindkraftverk

Ett aktivt element i sådana installationer är ett roterande vindhjul. På grund av designfunktionerna skiljer sig sådana mönster i typ ("Barrel", "Savonius").

Följande fotoval kommer att bekanta dig med principen om att bygga en turbin för en vertikal Savonius-generator:

Trots det låga KIEV-indexet (0,1-0,2) används de ofta: vertikala enheter fungerar på turbulenta luftflöden, så att de kan placeras även i områden där stark vind sällan blåser.

Funktionen för vertikala vindgeneratorer beror inte på vindens riktning. De är lätta att installera och använda. Dessutom kan sådana enheter placeras nära marken

För att öka effektiviteten för vertikala väderkvarnar ökar tillverkarna ofta sina storleksparametrar, vilket leder till en betydande kostnadsökning. Eftersom sådana installationer är tillräckligt ömtåliga kräver de ökat skydd mot orkaner och andra naturfenomen.

Vindkraftverk "Rotor Daria"

Sådana anordningar tillhör kategorin vertikala vindkraftverk, men de har uttalade skillnader i design. Tack vare dessa funktioner uppnås brusreducering och KIEV växer, vilket närmar sig prestanda för horisontella modeller.

Lågtrycksturbinen föreslagen av den franska flygplansdesignern Georges Darier 1931 med en rotationsaxel vinkelrätt mot luften har funnit stor tillämpning inom vindkraft

Nackdelen med sådana konstruktioner är det låga startmomentet (på grund av närvaron av endast två blad är det svårt för enheten att starta oberoende). För att lösa problemet används Savonius + Darier-hybriden ofta.

Segling vindinstallationer

För sådana installationer kan principen om både vertikala och horisontella väderkvarnar tillämpas. Den huvudsakliga konstruktionen är ett vindhjul täckt med många blad eller segel, medan den aerodynamiska profilen för sådana modeller är frånvarande.

Det finns många modeller av seglande vindgeneratorer, som skiljer sig i antal blad, vikt, kraft. Alla dessa parametrar bör beaktas när du väljer en enhet.

Trots att seglingsinstallationer kännetecknas av låg hastighet och låg effektivitet används de ofta i den nationella ekonomin. Sådana konstruktioner är enkla att installera och använda, och kombinationen av högt vridmoment med låga hastigheter gör att du direkt kan sätta igång olika användbara mekanismer, till exempel en pump för att pumpa vatten.

Följande galleri kommer att bekanta dig med en av de praktiska modellerna för seglande väderkvarnar:

Vindkraftverk

För drift av vindkraftverk behövs konventionella trefasgeneratorer. Utformningen av sådana enheter liknar de modeller som används på bilar, men har stora parametrar.

I anordningar för vindkraftverk tillhandahålls en trefasstatorlindning (stjärnanslutning), varifrån tre ledningar går till regulatorn, där växelspänningen omvandlas till direktspänning.

Generatorns rotor för en vindturbin tillverkas på neodymmagneter: det är inte praktiskt att använda elektrisk excitation i sådana konstruktioner, eftersom spolen förbrukar mycket energi

För att öka hastigheten används ofta en multiplikator. Med den här enheten kan du öka kraften hos den befintliga generatorn eller använda en mindre enhet, vilket minskar installationskostnaderna.

Multiplikatorer används oftare i vertikala vindgeneratorer, där vindhjulets rotationsprocess är långsammare. För horisontella anordningar med hög rotationshastighet för bladen krävs inte multiplikatorer, vilket förenklar och minskar konstruktionskostnaderna.

Specifikationerna för montering och installation av en vindgenerator från tvättmaskinen och vindkraftverk från en bilgenerator detaljerad i våra rekommenderade artiklar.

Fördelar och nackdelar med en vindgenerator

Låt oss i detalj överväga fördelar och nackdelar med vindkraftverk, eftersom beslutet att köpa en vindkraftverk eller överge den beror på dem.

Fördelar med vindanordningar

Fördelarna med vindkraftanordningar inkluderar:

• Miljövänlighet. Anläggningarna använder en förnybar energikälla som kan användas kontinuerligt utan att skada miljön. Elektricitet som genereras av vindkraftverk ersätter energin från värmekraftverk, vilket minskar utsläppen av växthusgaser.
• mångsidighet. Vindparker kan byggas nästan överallt: på slätten, i bergen, i åkrarna, på öarna och till och med på grunt vatten. Vindenergi uppskattas särskilt på avlägsna platser där det är svårt att utöka den vanliga elektriska kommunikationen. I detta fall gör vindkraftverk det möjligt att etablera strömförsörjning till anläggningar, vilket ger den oberoende av slumpmässiga faktorer (till exempel från bränsle som inte levereras i tid).
• Använd effektivitet. Moderna modeller återvinner energin från jämna ljusa vindar - minimigränsen är 3,5 m / s. På detta sätt är det möjligt att leverera el till ett centraliserat nätverk, samt organisera strömförsörjningen för enskilda anläggningar (ö eller lokal), oavsett kapacitet.
• Ett värdigt alternativ till traditionella källor. Stationära vindkraftsparker kan tillhandahålla el till ett bostadshus eller till och med en liten produktionsanläggning. I detta fall samlar turbinen i batterierna den nödvändiga elförsörjningen avsedd för användning under vindlösa perioder.
• Ekonomi. Jämfört med traditionella källor till elektrisk energi (gas, torv, kol, olja) kan cykelturbiner reducera energikostnaderna avsevärt. I många fall är det billigare att bygga en vindkraftspark än att ansluta till befintliga kraftsystem.

Användningen av vindkraftverk kan vara ett alternativ till användningen av dyra dieselgeneratorer, vilket ytterligare sänker kostnaderna för transport och lagring av bränsle upp till 80%.

En vindkraftverks medelkraft skiljer sig väsentligt från topplastindikatorn. En vindgenerator ansvarar endast för den mängd energi som produceras under en viss tid med den genomsnittliga månatliga vindhastigheten som är karakteristisk för ett visst område.

För en mer exakt utvärdering av vindresurser kan du använda speciellt härledda data (Weibull-parametrar). Dessa indikatorer återspeglar fördelningen av vindar med olika styrkor som är karakteristiska för ett visst område. Sådan information är viktig att tänka på när man utvecklar vindparkprojekt med en kapacitet på tiotals MW.

Kraften som genereras av vindkraftverket är proportionell mot trippelvindhastigheten. Därför är denna indikator mycket liten med svaga vindströmmar, men när de förstärks ökar den kraftigt. På grund av variationen i vindriktningen och deras hastighet under konstruktionen av vindkraftverket är det nödvändigt att tillhandahålla stabiliserande komponenter.

Regler och formler för beräkning av en vindgenerators effekt härVi rekommenderar att du läser mycket användbar information.

I små autonoma system utförs deras funktion av batterier, vars laddning börjar öka så snart kraften från vindgeneratorn överskrider belastningsindikatorn.

När belastningen ökar kan batteriet tappas. Denna funktion i arbetet är viktigt att tänka på när du väljer en hushållsenhet, dess kapacitet måste sammanfalla med den månatliga eller årliga elförbrukningstakten

Det bör noteras att effektiv användning av vindflöden bidrar till de olika konstruktionerna av vindgeneratorer.

Horisontella turbiner ger hög prestanda på platta platser där det finns många vindar, medan vertikala turbiner fungerar bättre i regioner med turbulenta flöden som observeras lågt från marken (i den övre delen av kullarna, bergskedjor).

De största nackdelarna med väderkvarnar

Samtidigt har väderkvarnar sina egna negativa aspekter:

• Vindkraftens storlek är svårt att förutsäga i förväg, eftersom den ofta förändras. På grund av detta är det tillrådligt att tänka över ett säkerhetsnät och tillhandahålla en reservkraftkälla (solpaneler, elektrisk anslutning).
• Vertikala anordningar riskerar att förstöra rotorbladen på grund av centrifugalkraftsverkan när bladen roterar runt huvudaxeln. På grund av denna effekt deformeras och förstörs viktiga strukturelement över tiden, och mekanismen misslyckas.
• Vindkraftverk installeras bäst i fritt utrymme, eftersom byggnader i närheten kan "dämpa" vinden och bilda en "död" luftzon.
• För att spara överskottsenergin från vindkraftverk är det nödvändigt att tillhandahålla användning av batterier och andra ytterligare enheter i konstruktionen, som används för att konvertera den genererade elen till ström med lämpliga konsumentegenskaper.
• Under drift ljuder vindgeneratorer ett ljud som kan orsaka obehag för människor och skrämma bort djur. Installationernas blad kan också orsaka dödsfall av fåglar som flyger upp till dem.
• Enligt vissa experter kan vindkraftverk försämra mottagningen av radio- och TV-sändningar.

De negativa aspekterna kan också inkludera de ganska höga kostnaderna för sådana enheter, men energikällans billighet eliminerar till stor del denna faktor.

Scheman och anslutningsmetoder

Även om vindkraftverket kan fungera autonomt, kan ett mycket bättre resultat uppnås med hjälp av kombinerade scheman som möjliggör kombinationen av en vindanordning med solpaneler, ett centraliserat elnät, diesel- eller gasenergikällor.

Offlinearbete. I detta fall inrättas en enda installation, med hjälp av vilken vindenergi fångas och ackumuleras, som sedan omvandlas till en elektrisk ström som konsumenterna behöver.

Diagrammet visar det enklaste sättet att använda en vindgenerator, vilket är lämpligt att använda i regioner där starka vindar ständigt blåser.

Kombinera en vindgenerator med solpaneler. Det kombinerade alternativet anses vara ett pålitligt och effektivt sätt att leverera strömförsörjning. I avsaknad av vind går batteriet på solpaneleroch i molnigt väder och under natten kommer laddningen från en vindinstallation.

Idealisk för ett privat hem eller hushåll, beläget borta från ett centraliserat elnät. Detta kombinerade schema tillåter användning av två typer av förnybar energi.

Kombinerad vindgenerator och nätdrift. En vindkraftverk kan kombineras med elektrisk kommunikation.

Ett liknande mönster är typiskt för industriella och kommersiella enheter. Anslutning till elektrisk kommunikation tillhandahålls också av vissa modeller av inhemska vindgeneratorer.

Med överflödigt producerad el kommer det in i det centraliserade nätet och med sin brist är det möjligt att använda elektrisk ström från det allmänna kraftsystemet.

Nyanser av att använda vindgeneratorer

För närvarande används vindkraftverk i olika sektorer av ekonomin. Industrimodeller med olika kapacitet används av olja och gas, telekommunikationsföretag, borr- och prospekteringsstationer, produktionsanläggningar och myndigheter.

Väderkvarnen kan användas som en extra energikälla på sjukhus och andra institutioner för att tillhandahålla en kontinuerlig elförsörjning i nödsituationer.

Det är särskilt viktigt att använda vindkraftverk för snabb återhämtning av störd elektricitet under katastrofer och naturkatastrofer. För detta ändamål används vindkraftverk ofta av krisdepartementet.

Hushållens vindkraftverk är perfekta för att organisera belysning och uppvärmning av stugbyar och privata hus samt för hushållsändamål på gårdar.

I detta fall bör vissa punkter beaktas:

• Enheter upp till 1 kW kan ge en tillräcklig mängd el endast på blåsiga platser. Vanligtvis räcker den energi de producerar endast för LED-belysning och ström för små elektroniska enheter.
• För att helt tillhandahålla el till stugan (hus på landet) behöver du en vindgenerator med en kapacitet på mer än 1 kW.Denna indikator är tillräcklig för att driva belysningen, såväl som en dator och TV, men dess kraft är inte tillräckligt för att ge el till ett modernt dygnet runt kylskåp.
• För att förse stugan med energi behöver du en 3-5 kW väderkvarn, men även denna siffra räcker inte för att värma hus. För att använda den här funktionen behöver du ett kraftfullt alternativ, från 10 kW.

När du väljer en modell bör det noteras att effektindikatorn som visas på enheten endast uppnås vid maximal vindhastighet. Så en 300V-installation kommer att producera den angivna energimängden endast vid en luftflödeshastighet på 10-12 m / s.

De som vill bygga en vindgenerator med sina egna händer, erbjuder vi nästa artikeldär användbar information är detaljerad.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Videon nedan ger detaljerad information om driftsprincipen och utformningen av en hushållsmodell för en vindgenerator:

En vindgenerator är en utmärkt källa för produktion av elektrisk energi, som invånare på avlägsna platser särskilt kommer att uppskatta. Olika ryska och utländska företag erbjuder ett brett utbud av vindstrukturer, dessutom kan hushållsmodeller tillverkas med dina egna händer.

Skriv kommentarer i blocket nedan. Berätta om hur du byggde en vindgenerator på din webbplats eller hur dina grannar har en väderkvarn. Ställ frågor, dela användbar information och foton om ämnet.