Máy tạo gió Kinetic: thiết bị, nguyên lý hoạt động, ứng dụng
Một máy phát điện gió hiện đại cho phép bạn sử dụng sức mạnh của dòng không khí, chuyển đổi nó thành điện năng. Với mục đích này, có các mô hình nhà máy và sản xuất tại nhà của các thiết bị được sử dụng cả trong công nghiệp và trang trại tư nhân.
Chúng tôi sẽ nói về cách các cối xay gió loại này được sắp xếp, chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn các tính năng của thiết bị và các tùy chọn thiết kế. Bài báo chúng tôi đã đề xuất cho thấy những điểm mạnh và điểm yếu của một nhà máy điện gió. Các bậc thầy độc lập với chúng tôi sẽ tìm thấy các đề án và đề xuất hữu ích cho lắp ráp.
Nội dung của bài viết:
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện gió
Hoạt động của máy phát điện gió dựa trên sự biến đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học của rôto, sau đó được chuyển thành điện năng.
Nguyên lý hoạt động khá đơn giản: vòng quay của các cánh quạt được gắn trên trục của thiết bị dẫn đến chuyển động tròn của máy phát rôto, do điện được tạo ra.
Dòng điện xoay chiều không ổn định "chảy" vào bộ điều khiển, nơi nó được chuyển đổi thành điện áp không đổi có thể sạc pin. Từ đó, năng lượng được cung cấp cho biến tần, nơi nó được chuyển đổi thành điện áp xoay chiều với chỉ số 220/380 V, được cung cấp cho người tiêu dùng.
Công suất của máy phát điện gió trực tiếp phụ thuộc vào công suất của luồng không khí (N), được tính theo công thức N = pSV3/ 2, trong đó V là tốc độ gió, S là vùng làm việc, p là mật độ không khí.
Thiết bị tạo gió
Các phiên bản khác nhau của máy phát điện gió là khác nhau đáng kể với nhau.
Các thiết bị công nghiệp là một thiết kế nhiều mét phức tạp, việc lắp đặt đòi hỏi phải có nền tảng, trong khi một mô hình gia đình có thể bao gồm tối thiểu các thành phần (động cơ DC 3-12V, điện từ 1000uF 6V, diode chỉnh lưu silicon).
Một cài đặt điển hình bao gồm các thành phần sau:
- máy phát điện (công suất phụ thuộc vào tốc độ của luồng gió);
- cánh quạt truyền trục quay đến trục máy phát (thường chúng được trang bị thêm hộp số, bộ ổn định tốc độ cánh quạt);
- cột buồm của cối xay gió, gắn các lưỡi dao (các yếu tố này càng cao thì lượng năng lượng gió chúng có thể nhận được càng lớn);
- pin tích lũy năng lượng, cho phép bạn sử dụng nó với lưu lượng gió nhỏ hoặc hoàn toàn không có. Pin cũng thực hiện chức năng ổn định năng lượng điện nhận được từ máy phát điện;
- bộ điều khiển - bộ chuyển đổi điện áp xoay chiều nhận được từ máy phát thành dòng điện trực tiếp, được sử dụng để sạc pin. Bộ điều khiển được điều khiển bằng cách xoay các cánh quạt, cho phép bạn xem xét nơi không khí lưu chuyển;
- ABP - thiết bị chuyển mạch tự động kết nối máy phát điện gió với các nguồn năng lượng khác (tấm pin mặt trời, lưới điện);
- cảm biến hướng gió - một thiết bị giúp cho cánh quạt dễ dàng tìm thấy luồng gió hơn;
- một biến tần để chuyển đổi dòng điện trực tiếp từ pin sang điện áp xoay chiều, được sử dụng trong thông tin liên lạc điện.
Để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng, thiết bị có thể được trang bị nhiều loại biến tần khác nhau:
- các thiết bị có sóng hình sin biến đổi, tạo ra hình sin vuông. Các thiết bị loại này phù hợp cho các bộ phận làm nóng, đèn sợi đốt và các thiết bị khác không ảnh hưởng đến chất lượng của mạng;
- Biến tần điện áp ba pha được thiết kế cho mạng điện ba pha;
- cài đặt sóng hình sin tinh khiết tạo ra năng lượng cho một kỹ thuật nhạy cảm hơn;
- biến tần mạng có khả năng hoạt động mà không cần pin. Các thiết bị như vậy được dành cho các mạch liên quan đến sự xâm nhập của năng lượng điện trực tiếp vào một mạng chung.
Khi chọn model, bạn chắc chắn nên chú ý đến loại biến tần.
Các loại máy phát điện gió
Khi phân loại tuabin gió, các đặc điểm như:
- bổ nhiệm;
- tính năng thiết kế;
- số lượng lưỡi dao;
- các vật liệu mà chúng được làm ra;
- trục quay;
- vít sân.
Xem xét chi tiết hai phân loại được sử dụng phổ biến nhất.
Phân loại máy phát điện gió theo mục đích
Có nhiều loại tuabin gió khác nhau về mục đích. Các đặc điểm chính của các thiết bị, ví dụ, sức mạnh, phụ thuộc vào điều này.
Tua bin gió công nghiệp
Các thiết bị như vậy được lắp đặt bởi các công ty năng lượng lớn hoặc nhà nước để cung cấp điện cho các cơ sở công nghiệp. Tua bin có công suất hàng chục megawatt thường được đặt tại các khu vực gió (đồi mở, bờ biển).
Điện được tạo ra, theo quy luật, đi trực tiếp vào mạng, trong khi để ổn định và điều chỉnh tần số quay của các cánh quạt của tuabin gió được trang bị các cơ chế bổ sung.
Máy phát điện gió thương mại
Việc lắp đặt như vậy được sử dụng để tạo ra điện để bán hoặc cung cấp điện cho các ngành công nghiệp ở các khu vực có mạng lưới điện năng thấp (hoặc hoàn toàn không có). Các trang trại gió như vậy bao gồm một cụm máy phát điện, có thể có công suất khác nhau.
Năng lượng của các nhà máy thương mại có thể được cung cấp trực tiếp cho thông tin liên lạc điện hoặc được sử dụng để sạc một lượng lớn pin, nơi nó được lưu trữ và chuyển đổi để cung cấp cho hệ thống điện.
Thiết bị gió gia dụng
Các đơn vị năng lượng thấp được sử dụng cho tư nhân. Theo quy định, các cối xay gió có cột buồm có chiều cao dưới 25 mét có thể được cài đặt bởi chủ sở hữu của các trang web mà không có sự đồng ý của chính quyền, đối với cột buồm cao hơn cần phải có sự cho phép đặc biệt.
Máy phát điện gió gia đình thích hợp để sạc pin với điện áp 12/24 / 48V, năng lượng từ đó được chuyển thành điện áp 220 volt. Các thiết bị như vậy có thể giải quyết hoàn toàn hoặc một phần vấn đề với việc cung cấp năng lượng cho các vật thể nhỏ nằm cách xa lưới điện tập trung.
Với hướng dẫn chọn máy phát điện gió để cung cấp năng lượng cho nhà riêng sẽ giới thiệu bài viếtDành riêng cho câu hỏi thú vị này.
Các loại xây dựng của cối xay gió
Theo các tính năng thiết kế của thiết bị cũng có thể được chia thành một số loại, mặc dù tất cả các giống được giảm xuống còn hai loại chính: dọc và ngang.
Máy phát điện gió ngang cổ điển
Các cài đặt tương tự (chúng còn được gọi là cánh quạt hoặc cánh gạt) thường có 3-5 lưỡi được gắn trên trục ngang. Xoay ở tốc độ cao, các yếu tố như vậy cho phép bạn có được lượng năng lượng tối đa (KIEV lên đến 0,4).
Hơn nữa, lượng điện được tạo ra phần lớn phụ thuộc vào chiều cao của thiết bị (càng cao, kết quả càng lớn).
Các thiết bị như vậy thường được lắp đặt trong các trang trại gió nơi năng lượng được tạo ra cho sử dụng công nghiệp và thương mại, nhưng chúng cũng phù hợp để sử dụng trong nước.
Một giải pháp thú vị cho cối xay gió nằm ngang là một mô hình với một lưỡi dao, các tính năng của nó sẽ được giới thiệu bằng cách lựa chọn các bức ảnh sau:
Tua bin gió thẳng đứng
Một yếu tố tích cực của việc cài đặt như vậy là một bánh xe gió quay. Do các tính năng thiết kế, các thiết kế như vậy khác nhau về loại (kiểu thùng thùng, kiểu chữ Savonius,).
Lựa chọn ảnh sau đây sẽ giúp bạn làm quen với nguyên tắc xây dựng tuabin cho máy phát Savonius dọc:
Mặc dù chỉ số KIEV thấp (0,1-0,2), chúng được sử dụng rộng rãi: các đơn vị dọc hoạt động trên luồng không khí hỗn loạn, vì vậy chúng có thể được đặt ngay cả ở những nơi gió mạnh hiếm khi thổi.
Để tăng hiệu quả của cối xay gió dọc, các nhà sản xuất thường tăng các thông số kích thước của chúng, dẫn đến tăng chi phí đáng kể. Vì các cài đặt như vậy là đủ mong manh, chúng đòi hỏi phải tăng cường bảo vệ chống bão và các hiện tượng tự nhiên khác.
Máy phát điện gió "Cánh quạt"
Các thiết bị như vậy thuộc về loại tuabin gió thẳng đứng, tuy nhiên, chúng có sự khác biệt rõ rệt về thiết kế. Nhờ những tính năng này, giảm nhiễu đã đạt được và KIEV phát triển, tiếp cận hiệu suất của các mô hình ngang.
Nhược điểm của các thiết kế như vậy là thời điểm bắt đầu thấp (do chỉ có hai lưỡi dao, rất khó để thiết bị khởi động độc lập). Để giải quyết vấn đề, hybrid Savonius + Darier thường được sử dụng.
Cài đặt buồm gió
Đối với các cài đặt như vậy, nguyên tắc của cả cối xay gió dọc và ngang có thể được áp dụng. Đặc điểm cấu trúc chính là một bánh xe gió được bao phủ bởi nhiều cánh quạt hoặc cánh buồm, trong khi hồ sơ khí động học của các mô hình như vậy là không có.
Mặc dù thực tế là việc lắp đặt thuyền buồm được đặc trưng bởi tốc độ thấp và hiệu quả thấp, chúng thường được sử dụng trong nền kinh tế quốc gia. Những thiết kế như vậy rất dễ cài đặt và vận hành, và sự kết hợp của mô-men xoắn cao với tốc độ thấp cho phép bạn trực tiếp thiết lập các chuyển động khác nhau, ví dụ như một máy bơm để bơm nước.
Bộ sưu tập sau đây sẽ giúp bạn làm quen với một trong những mô hình thực tế của cối xay gió buồm:
Máy phát điện tua bin gió
Đối với hoạt động của cối xay gió, cần có máy phát điện ba pha thông thường. Thiết kế của các thiết bị như vậy tương tự như các mô hình được sử dụng trên xe hơi, nhưng có thông số lớn.
Trong các thiết bị cho tuabin gió, một cuộn dây stato ba pha (kết nối sao) được cung cấp, từ đó ba dây dẫn đến bộ điều khiển, trong đó điện áp xoay chiều được chuyển thành điện áp trực tiếp.
Để tăng tốc độ, một số nhân thường được sử dụng. Thiết bị này cho phép bạn tăng sức mạnh của máy phát điện hiện có hoặc sử dụng một thiết bị nhỏ hơn, giúp giảm chi phí lắp đặt.
Hệ số thường được sử dụng nhiều hơn trong các máy tạo gió thẳng đứng, trong đó quá trình quay của bánh xe gió chậm hơn. Đối với các thiết bị nằm ngang có tốc độ quay cao của lưỡi dao, không cần hệ số nhân, điều này giúp đơn giản hóa và giảm chi phí xây dựng.
Các chi tiết cụ thể của việc lắp ráp và lắp đặt một máy phát điện gió từ máy giặt và tua bin gió từ một máy phát điện xe hơi chi tiết trong các bài viết đề nghị của chúng tôi.
Ưu và nhược điểm của máy phát điện gió
Chúng ta hãy xem xét chi tiết những lợi thế và bất lợi của tuabin gió, vì quyết định mua một cối xay gió hay từ bỏ nó phụ thuộc vào chúng.
Ưu điểm của thiết bị gió
Những lợi ích của các thiết bị năng lượng gió bao gồm:
- Thân thiện với môi trường. Các nhà máy sử dụng một nguồn năng lượng tái tạo, có thể được sử dụng liên tục mà không gây hại cho môi trường. Điện được tạo ra bởi các máy phát điện gió thay thế năng lượng của các nhà máy nhiệt điện, giảm phát thải khí nhà kính.
- Tính đa năng. Trang trại gió có thể được xây dựng ở hầu hết mọi nơi: trên đồng bằng, trên núi, trên cánh đồng, trên đảo và thậm chí ở vùng nước nông. Năng lượng gió được đặc biệt đánh giá cao ở những nơi xa xôi, nơi rất khó để mở rộng giao tiếp điện thông thường. Trong trường hợp này, máy phát điện gió có thể thiết lập việc cung cấp điện cho các cơ sở, cung cấp cho nó sự độc lập khỏi các yếu tố ngẫu nhiên (ví dụ, từ nhiên liệu không được cung cấp đúng thời gian).
- Sử dụng hiệu quả. Các mô hình hiện đại tái chế năng lượng của gió nhẹ - giới hạn tối thiểu là 3,5 m / s. Theo cách tương tự, có thể cung cấp điện cho mạng tập trung, cũng như tổ chức cung cấp điện cho các cơ sở riêng lẻ (đảo hoặc địa phương), bất kể công suất của chúng.
- Một thay thế xứng đáng cho các nguồn truyền thống. Các trang trại gió cố định có thể cung cấp đầy đủ điện cho một tòa nhà dân cư hoặc thậm chí là một cơ sở sản xuất nhỏ. Trong trường hợp này, tuabin sẽ tích lũy trong pin nguồn cung cấp điện cần thiết, dự định sử dụng trong thời gian không có gió.
- Lợi nhuận. So với các nguồn năng lượng điện truyền thống (khí đốt, than bùn, than, dầu), tuabin xe đạp có thể giảm đáng kể chi phí năng lượng. Trong nhiều trường hợp, xây dựng một trang trại gió rẻ hơn so với kết nối với các hệ thống điện hiện có.
Việc sử dụng tua-bin gió có thể là một giải pháp thay thế cho việc sử dụng máy phát điện diesel đắt tiền, tiếp tục giảm chi phí vận chuyển và lưu trữ nhiên liệu lên đến 80%.
Công suất trung bình của tuabin gió khác biệt đáng kể so với chỉ báo tải cao điểm. Một máy phát điện gió chỉ chịu trách nhiệm về lượng năng lượng được tạo ra trong một khoảng thời gian nhất định với đặc tính tốc độ gió trung bình hàng tháng của một khu vực nhất định.
Để đánh giá chính xác hơn về tài nguyên gió, bạn có thể sử dụng dữ liệu có nguồn gốc đặc biệt (thông số Weibull). Các chỉ số này phản ánh sự phân phối của gió có sức mạnh khác nhau đặc trưng của một khu vực cụ thể. Thông tin như vậy rất quan trọng để xem xét khi phát triển các dự án trang trại gió với công suất hàng chục MW.
Công suất do tuabin gió tạo ra tỷ lệ thuận với tốc độ gió gấp ba. Do đó, chỉ báo này rất nhỏ với các luồng gió yếu, tuy nhiên, khi chúng được tăng cường, nó sẽ tăng mạnh. Do sự thay đổi hướng của gió và tốc độ của chúng trong quá trình xây dựng tuabin gió, cần phải cung cấp các bộ phận ổn định.
Các quy tắc và công thức tính công suất của máy phát điện gió đưa ra ở đâyChúng tôi khuyên bạn nên đọc một số thông tin rất hữu ích.
Trong các hệ thống tự trị nhỏ, chức năng của chúng được thực hiện bằng pin, điện tích sẽ bắt đầu tăng ngay khi công suất của máy phát điện gió vượt quá chỉ số tải.
Cần lưu ý rằng việc sử dụng hiệu quả các luồng gió góp phần vào sự đa dạng trong thiết kế của các máy phát điện gió.
Tua bin nằm ngang cho hiệu suất cao ở những nơi bằng phẳng, nơi có nhiều gió, trong khi tua bin thẳng đứng hoạt động tốt hơn ở những vùng có dòng chảy hỗn loạn được quan sát thấp từ mặt đất (ở phần trên của đồi, dãy núi).
Những nhược điểm chính của cối xay gió
Đồng thời, cối xay gió có những mặt tiêu cực riêng:
- Độ lớn của lực gió rất khó dự đoán trước, vì nó thường thay đổi. Bởi vì điều này, nên suy nghĩ về một mạng lưới an toàn, cung cấp một nguồn năng lượng dự phòng (tấm pin mặt trời, kết nối điện).
- Các thiết bị dọc có nguy cơ phá hủy các cánh quạt do tác động của lực ly tâm khi các cánh quạt quay quanh trục chính. Do hiệu ứng này, các yếu tố cấu trúc quan trọng trở nên biến dạng và bị phá hủy theo thời gian, và cơ chế thất bại.
- Cối xay gió được lắp đặt tốt nhất trong không gian trống, vì các tòa nhà gần đó có thể "làm ẩm" gió, tạo thành một vùng không khí "chết".
- Để tiết kiệm năng lượng dư thừa của tuabin gió, cần phải cung cấp cho việc sử dụng pin và các thiết bị bổ sung khác trong thiết kế, được sử dụng để chuyển đổi điện được tạo thành dòng điện với đặc điểm tiêu dùng phù hợp.
- Trong quá trình hoạt động, máy phát điện gió tạo ra tiếng ồn có thể gây khó chịu cho mọi người, khiến động vật sợ hãi. Lưỡi dao của các cài đặt cũng có thể gây ra cái chết của những con chim bay lên chúng.
- Theo một số chuyên gia, tuabin gió có thể làm giảm khả năng thu sóng của đài phát thanh và truyền hình.
Các khía cạnh tiêu cực cũng có thể bao gồm chi phí khá cao của các đơn vị như vậy, tuy nhiên, sự rẻ tiền của nguồn năng lượng đã loại bỏ phần lớn yếu tố này.
Đề án và phương thức kết nối
Mặc dù tuabin gió có thể hoạt động độc lập, nhưng kết quả tốt hơn có thể đạt được với sự trợ giúp của các sơ đồ kết hợp cung cấp cho sự kết hợp của một thiết bị gió với các tấm pin mặt trời, lưới điện tập trung, diesel hoặc các nguồn năng lượng khí.
Công việc ngoại tuyến. Trong trường hợp này, một cài đặt duy nhất được thiết lập, với sự trợ giúp của năng lượng gió được thu và tích lũy, sau đó được chuyển đổi thành dòng điện mà người tiêu dùng cần.
Kết hợp một máy phát điện gió với các tấm pin mặt trời. Tùy chọn kết hợp được coi là một cách cung cấp năng lượng đáng tin cậy và hiệu quả. Khi không có gió, pin sẽ chạy tấm pin mặt trờivà trong thời tiết nhiều mây và vào ban đêm, việc sạc pin đến từ việc lắp đặt gió.
Kết hợp máy phát điện gió và vận hành chính. Một tuabin gió có thể được kết hợp với thông tin liên lạc điện.
Với lượng điện dư thừa được sản xuất, nó xâm nhập vào mạng tập trung và với sự thiếu hụt của nó, có thể sử dụng dòng điện từ hệ thống điện nói chung.
Các vấn đề của việc sử dụng máy phát điện gió
Hiện nay, tuabin gió được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế. Các mô hình công nghiệp có năng lực khác nhau được sử dụng bởi các công ty dầu khí, công ty viễn thông, trạm khoan và thăm dò, cơ sở sản xuất và các cơ quan chính phủ.
Đặc biệt lưu ý là tầm quan trọng của việc sử dụng tua-bin gió để phục hồi nhanh chóng điện bị gián đoạn trong thảm họa và thiên tai. Để kết thúc này, máy phát điện gió thường được Bộ khẩn cấp sử dụng.
Tua bin gió hộ gia đình là hoàn hảo để tổ chức chiếu sáng và sưởi ấm các ngôi nhà tranh và nhà riêng, cũng như cho các mục đích gia đình trong các trang trại.
Trong trường hợp này, một số điểm cần được tính đến:
- Các thiết bị có công suất lên tới 1 kW chỉ có thể cung cấp đủ lượng điện ở những nơi nhiều gió. Thông thường năng lượng họ tạo ra chỉ đủ cho ánh sáng LED và năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ.
- Để cung cấp đầy đủ điện cho ngôi nhà (ngôi nhà nông thôn), bạn sẽ cần một máy phát điện gió có công suất hơn 1 kW.Chỉ báo này đủ để cung cấp năng lượng cho ánh sáng, cũng như máy tính và TV, nhưng năng lượng của nó không đủ để cung cấp điện cho tủ lạnh tròn hiện đại.
- Để cung cấp năng lượng cho ngôi nhà, bạn cần một cối xay gió 3-5 kW, nhưng ngay cả con số này cũng không đủ để sưởi ấm nhà. Để sử dụng tính năng này, bạn cần một tùy chọn mạnh mẽ, bắt đầu từ 10 kW.
Khi chọn kiểu máy, cần lưu ý rằng chỉ báo nguồn được chỉ định trên thiết bị chỉ đạt được ở tốc độ gió tối đa. Vì vậy, việc lắp đặt 300V sẽ tạo ra lượng năng lượng được chỉ định chỉ với tốc độ dòng khí là 10-12 m / s.
Những người muốn xây dựng một máy phát điện gió bằng tay của chính họ, chúng tôi cung cấp bài viết tiếp theotrong đó thông tin hữu ích được chi tiết.
Kết luận và video hữu ích về chủ đề này
Video dưới đây cung cấp thông tin chi tiết về nguyên tắc hoạt động và thiết kế mô hình hộ gia đình của máy phát điện gió:
Một máy phát điện gió là một nguồn sản xuất năng lượng điện tuyệt vời, mà cư dân ở những nơi xa xôi sẽ đặc biệt đánh giá cao. Các doanh nghiệp Nga và nước ngoài khác nhau cung cấp một loạt các cấu trúc gió, ngoài ra, các mô hình hộ gia đình có thể được thực hiện bằng tay của chính bạn.
Hãy viết bình luận trong khối bên dưới. Hãy cho chúng tôi biết về cách bạn xây dựng một máy phát điện gió trên trang web của bạn hoặc cách hàng xóm của bạn có một cối xay gió. Đặt câu hỏi, chia sẻ thông tin hữu ích và hình ảnh về chủ đề này.
Có công ty nào ở Moscow hay khu vực bán và lắp đặt các cối xay gió tương tự có chiều cao dưới 25 mét trong lãnh thổ của công dân tư nhân không? Tôi đã cài đặt trong ngôi nhà của mình, chỉ cần bao nhiêu trong số chúng, một vài hoặc một? Nó là cần thiết để tính toán tất cả các công việc sẽ có giá bao nhiêu. Cái nào tốt hơn - dọc hoặc chèo thuyền, hoặc ngang? Chúng tôi có một nơi đặc biệt lộng gió ở vùng đất hoang - nó thổi rất nhiều quanh năm!
Có thể máy phát điện gió phù hợp cho sử dụng công nghiệp, nhưng thực tế là có rất nhiều tuabin gió cho một hệ thống hộ gia đình, không đề cập đến một công nghiệp, thời gian này. Và hai - chúng rất đắt. Ngay cả các tấm pin mặt trời cũng rẻ hơn và kinh tế hơn để lắp đặt hơn một tuabin gió. Tuy nhiên, thỉnh thoảng đến Đức và Hà Lan, bạn thấy những khu vực rộng lớn có tua-bin gió. Tôi không biết họ hiệu quả như thế nào. Nhưng tôi biết rằng trong những ngôi nhà hiện đại cho chính người Đức thực tế, nếu họ lắp đặt các nguồn điện môi trường, thì tôi chưa bao giờ thấy các tấm pin mặt trời hay cối xay gió ở bất cứ đâu.
Kết quả hiện tại không ổn định xen kẽ hiện tại, dòng chảy vào dòng bộ điều khiển, trong đó nó được chuyển đổi thành điện áp không đổi ... Hiện tại được chuyển đổi thành điện áp))