Кинетички ветрогенератор: уређај, принцип рада, примена

Савремени кинетички генератор ветра омогућава вам да искористите снагу ваздушних струја, претварајући је у електричну енергију.У ту сврху постоје фабрички и домаћи модели уређаја који се користе како у индустрији, тако иу приватним домаћинствима.

Рећи ћемо вам како су пројектоване ветротурбине овог типа и упознати вас са карактеристикама уређаја и могућностима дизајна. Чланак који смо предложили показује предности и слабости ветроелектране. Они који раде сами ће овде пронаћи корисне дијаграме и препоруке за монтажу.

Принцип рада ветрогенератора

Рад ветрогенератора заснива се на трансформацији кинетичке енергије ветра у механичку енергију ротора, која се затим претвара у електричну енергију.

Принцип рада је прилично једноставан: ротација лопатица фиксираних на осу уређаја доводи до кружних кретања генератора ротора, чиме се производи електрична енергија.

Енергија ветра је један од најперспективнијих сектора обновљиве енергије. Савремени дизајни омогућавају да се економично искористи снага ваздушних струја, користећи је за производњу електричне енергије

Настала нестабилна наизменична струја „одлива“ се у контролер, где се претвара у једносмерни напон који може да пуни батерије. Одатле се струја доводи до претварача, где се трансформише у наизменични напон са индикатором од 220/380 В, који се напаја потрошачима.

Снага ветрогенератора директно зависи од снаге протока ваздуха (Н), израчунате према формули Н=пСВ³/2, где је В брзина ветра, С је радна површина, п је густина ваздуха.

Уређај за генератор ветра

Различите верзије ветрогенератора значајно се разликују једна од друге.

Дијаграм испод приказује унутрашњу структуру класичног хоризонталног ветрогенератора. Такви модели се најчешће користе иу индустрији иу свакодневном животу.

Индустријски уређаји су сложена вишеметарска конструкција, за чију уградњу је потребан темељ, док се модел за домаћинство може састојати од минимума компоненти (ДЦ електромотор 3-12В, електрични кондензатор 1000 уФ 6В, силицијумска исправљачка диода).

Типична инсталација укључује следеће компоненте:

• генератор наизменичне струје (снага зависи од брзине струјања ветра);
• лопатице које преносе ротацију на осовину генератора (често су додатно опремљене мењачима и стабилизаторима брзине ротора);
• јарбол ветрењаче на који су причвршћене лопатице (што су ови елементи виши, то више енергије ветра могу да приме);
• батерије које складиште енергију, омогућавајући је да се користи када има мало или нимало струјања ветра. Батерија такође обавља функцију стабилизације електричне енергије која се испоручује из генератора;
• контролер - претварач наизменичног напона примљеног од генератора у једносмерни напон, који се користи за пуњење батерије. Контролер се контролише окретањем лопатица, што вам омогућава да узмете у обзир где се крећу токови ваздуха;
• АВР је аутоматски склопни уређај који повезује ветрогенератор са другим изворима енергије (соларни панели, електрична мрежа);
• сензор смера ветра - уређај који лопатима олакшава проналажење струјања ветра;
• инвертер за претварање једносмерне струје из батерија у наизменични напон који се користи у електричним комуникацијама.

Да би боље задовољио потребе корисника, уређај може бити опремљен различитим типовима претварача:

• уређаји са инвертером модификованим синусним таласом који производи квадратни синусни талас. Уређаји овог типа су погодни за грејне елементе, сијалице са жарном нити и друге уређаје који су незахтевни за квалитет мреже;
• трофазни претварачи напона дизајнирани за трофазне електричне мреже;
• јединице чистог синусног таласа које производе енергију за осетљивију опрему;
• мрежни претварачи који могу да раде без батерија. Такви уређаји су дизајнирани за кола која укључују електричну енергију која улази директно у општу мрежу.

Приликом избора модела, обавезно обратите пажњу на врсту претварача.

Врсте ветрогенератора

Приликом класификације ветротурбина могу се узети у обзир следеће карактеристике:

• именовање;
• карактеристике дизајна;
• број лопатица;
• материјали од којих су направљени;
• оса ротације;
• корак пропелера.

Хајде да ближе погледамо две најчешће коришћене класификације.

Класификација ветрогенератора према намени

Постоје врсте ветротурбина које се разликују по намени. Од тога зависе главне карактеристике уређаја, на пример, снага.

Индустријске турбине на ветар

Такве уређаје постављају велике енергетске компаније или држава за снабдевање електричном енергијом индустријских објеката.Турбине, капацитета десетине мегавата, обично се налазе у областима ветра (отворена брда, обале).

Ветроелектране, где је инсталирано на десетине ветрогенератора, налазе се не само на копну, већ иу плиткој води. Добијена електрична енергија се обично користи у индустријске сврхе

Произведена електрична енергија, по правилу, иде директно у мрежу, док су за стабилност и регулацију брзине ротације лопатица ветротурбине опремљене додатним механизмима.

Комерцијални ветрогенератори

Такве инсталације се користе за производњу електричне енергије за продају или за снабдевање електричном енергијом за производњу у регионима са електричном мрежом мале снаге (или без електричне мреже уопште). Такве ветроелектране се састоје од кластера електричних генератора, који могу имати различите капацитете.

Енергија из комерцијалних инсталација може се директно напајати у електричне инсталације или користити за пуњење великог броја батерија, где се складишти и претвара у напајање мреже.

Кућни ветроуређаји

Јединице мале снаге користе се за приватну употребу. Према правилима, ветротурбине са јарболима испод 25 метара могу да постављају власници земљишта без одобрења надлежних органа, а за више јарболе потребно је прибавити посебну дозволу.

Ветрењаче мале и средње снаге могу послужити као извор електричне енергије за викендице, даче, сеоске куће и фарме

Ветрогенератори за домаћинство су погодни за пуњење батерија напона 12/24/48В, енергија из којих се трансформише у напон од 220 Волти.Такви уређаји омогућавају потпуно или делимично решавање проблема напајања малих објеката који се налазе далеко од централизоване електричне мреже.

Са смерницама за избор ветрогенератора који ће обезбедити енергију приватној кући Прочитајте чланакпосвећен овом занимљивом питању.

Врсте дизајна ветротурбина

На основу својих дизајнерских карактеристика, уређаји се такође могу поделити у неколико категорија, иако се све сорте своде на два главна типа: вертикала и хоризонтално.

Класичне хоризонталне турбине на ветар

Такве инсталације (називају се и пропелер или крило) обично имају 3-5 лопатица постављених на хоризонталну ос. Ротирајући великом брзином, такви елементи вам омогућавају да добијете максималну количину енергије (КИЕВ до 0,4).

Штавише, количина произведене електричне енергије у великој мери зависи од висине уређаја (што је већа, то је већи резултат).

Хоризонтална ветротурбина користи подизање, које настаје када се притисак повећа на месту где директни проток ваздуха пролази кроз лопатице и одбија се од ових елемената.

Ови уређаји се обично инсталирају у ветропарковима где се енергија производи за индустријску и комерцијалну употребу, али су погодни и за кућну употребу.

Занимљиво решење за хоризонталну ветрењачу је модел са једном оштрицом, са њеним карактеристикама ће вас упознати следећи избор фотографија:

Вертикалне турбине на ветар

Радни елемент таквих инсталација је ротирајући точак ветра. Због својих дизајнерских карактеристика, такве структуре се разликују по типу („Баррел“, „Савониус“).

Следећи избор фотографија ће вас упознати са принципом Савониус вертикалне турбине генератора:

Упркос ниском индексу КИЈЕВ (0,1-0,2), они се широко користе: вертикалне инсталације раде на турбулентним ваздушним токовима, тако да се могу поставити чак иу областима где ретко дувају јаки ветрови.

Рад вертикалних ветрогенератора не зависи од смера ветрова. Лако се инсталирају и користе, а такви уређаји се могу инсталирати близу земље

Да би побољшали ефикасност вертикалних ветротурбина, произвођачи често повећавају своје димензионалне параметре, што доводи до значајног повећања трошкова. Пошто су такве инсталације прилично крхке, захтевају повећану заштиту од урагана и других природних појава.

Ветрогенератори "Ротор Дариа"

Такви уређаји припадају категорији вертикалних ветротурбина, али имају изражене разлике у дизајну. Захваљујући таквим карактеристикама постиже се смањење буке, а КИЕВ се такође повећава, што се приближава перформансама хоризонталних модела.

Турбина ниског притиска са осом ротације окомитом на ваздух, коју је 1931. предложио француски конструктор авиона Жорж Дарије, нашла је широку примену у енергији ветра.

Недостатак таквих дизајна је мали почетни обртни момент (због присуства само две оштрице, тешко је да се уређај самостално покрене). Да би се решио проблем, често се користи хибрид „Савониус + Дариер“.

Инсталације за једрење

За такве инсталације може се користити принцип изградње и вертикалних и хоризонталних ветротурбина. Главна карактеристика дизајна је точак ветра прекривен са много лопатица или једара, док такви модели немају аеродинамичан профил.

Постоји много модела ветрогенератора за једрење, који се разликују по броју лопатица, тежини и снази. Све ове параметре треба узети у обзир при избору уређаја

Упркос чињеници да се пловидбене инсталације одликују малом брзином и ниском ефикасношћу, често се користе у националној економији.Такви дизајни су једноставни за инсталирање и руковање, а комбинација високог обртног момента и мале брзине омогућава вам да директно управљате разним корисним механизмима, на пример, пумпом за испумпавање воде.

Следећа галерија ће вас упознати са једним од модела једриличарских ветротурбина који се примењују у пракси:

Генератор за ветротурбину

Ветротурбине захтевају конвенционалне трофазне генераторе за рад. Дизајн таквих уређаја је сличан моделима који се користе на аутомобилима, али имају веће параметре.

Ветротурбински инструменти имају трофазни намотај статора (веза звезда), из којег излазе три жице и одлазе до контролера, где се наизменични напон претвара у једносмерни напон.

Ротор генератора за турбину на ветар је направљен од неодимијумских магнета: у таквим дизајнима није прикладно користити електричну побуду, јер завојница троши много енергије

Често се користи мултипликатор за повећање промета.Овај уређај вам омогућава да повећате снагу постојећег генератора или користите мањи уређај, што смањује трошкове инсталације.

Мултипликатори се чешће користе у вертикалним ветрогенераторима, код којих је процес ротације ветрењача спорији. За хоризонталне уређаје са великом брзином ротације лопатица, множитељи нису потребни, што поједностављује и смањује трошкове дизајна.

Специфичности монтаже и уградње ветрогенератора из машине за прање веша и турбине на ветар од ауто генератора је детаљно описан у чланцима које препоручујемо.

Предности и мане ветрогенератора

Размотримо детаљно предности и недостатке ветротурбина, јер одлука о куповини или напуштању ветротурбина зависи од њих.

Предности уређаја за ветар

Предности уређаја који користе енергију ветра укључују:

• Пријатељство животне средине. Инсталације користе обновљиви извор енергије који се може континуирано користити без наношења штете животној средини. Електрична енергија коју производе ветрогенератори замењује енергију термоелектрана, смањујући емисију гасова стаклене баште.
• Свестраност. Ветроелектране се могу градити скоро свуда: на равницама, у планинама, на пољима, на острвима, па чак иу плитким водама. Енергија ветра је посебно драгоцена на удаљеним местима где је тешко проширити конвенционалне електричне комуникације. Ветрогенератори у овом случају омогућавају успостављање снабдевања енергијом за објекте, обезбеђујући његову независност од случајних фактора (на пример, гориво није испоручено на време).
• Ефикасност употребе. Савремени модели обрађују енергију чак и слабих ветрова - минимална граница је 3,5 м / с.На овај начин могуће је додатно снабдевати електричном енергијом централизовану мрежу, као и организовати напајање појединачних објеката (острвских или локалних) без обзира на њихову снагу.
• Достојна алтернатива традиционалним изворима. Стационарне ветроелектране могу у потпуности да обезбеде електричну енергију стамбеној згради или чак малом индустријском објекту. У овом случају, турбина ће акумулирати потребну залиху електричне енергије у батеријама, намењеним за употребу у мирним периодима.
• Економичан. У поређењу са традиционалним изворима електричне енергије (гас, тресет, угаљ, нафта), бициклистичке турбине могу значајно смањити трошкове енергије. У многим случајевима, изградња ветроелектране је јефтинија од повезивања на постојеће електроенергетске системе.

Употреба ветротурбина може бити алтернатива коришћењу скупих дизел генератора, додатно смањујући трошкове транспорта и складиштења горива до 80%.

Просечна снага ветротурбине се неколико пута разликује од вршног оптерећења. Ветрогенератор је одговоран само за количину произведене енергије у одређеном временском периоду при просечној месечној брзини ветра карактеристичној за дату област.

За прецизнију процену ресурса ветра, можете користити посебно изведене податке (Веибуллови параметри). Ови индикатори одражавају дистрибуцију ветрова различите јачине карактеристичних за одређено подручје. Важно је узети у обзир такве информације када се развијају пројекти ветроелектрана са капацитетом од десетине МВ.

Снага коју генерише ветротурбина је пропорционална утрострученој брзини ветра.Сходно томе, овај индикатор је веома мали када су токови ветра слаби, али када се појачају, нагло се повећава. Због варијабилности правца и брзине ветра, компоненте за стабилизацију морају бити укључене у дизајн ветротурбине.

Правила и формуле за прорачун снаге ветрогенератора дате су овде, препоручујемо да се упознате са веома корисним информацијама.

У малим аутономним системима, њихову функцију обављају батерије, чије пуњење почиње да се повећава чим снага ветрогенератора пређе оптерећење.

Како се оптерећење повећава, батерија се може испразнити. Ову карактеристику је важно узети у обзир при одабиру јединице за домаћинство, њена снага мора одговарати месечној или годишњој потрошњи електричне енергије

Треба напоменути да је ефикасно коришћење токова ветра олакшано различитим дизајном ветрогенератора.

Хоризонталне турбине раде добро у равним областима где има много ветра, док вертикалне турбине боље раде у регионима са турбулентним токовима који се налазе ниско до тла (горња брда, планински ланци).

Главни недостаци ветротурбина

У исто време, ветротурбине имају и своје негативне стране:

• Величину снаге ветра је тешко унапред предвидети, јер се често мења. Због тога је препоручљиво размотрити сигурносну мрежу обезбеђивањем резервног извора енергије (соларни панели, прикључак на електричну мрежу).
• Вертикални уређаји су у опасности од уништења лопатица пропелера због дејства центрифугалних сила када се лопатице ротирају око главне осе. Као резултат овог ефекта, важни структурни елементи се временом деформишу и уништавају, а механизам поквари.
• Ветротурбине је боље инсталирати у слободном простору, јер оближње зграде могу "пригушити" ветар, формирајући "мртву" ваздушну зону.
• За уштеду вишка енергије из ветротурбина, потребно је у пројекат укључити употребу батерија и других додатних уређаја који служе за претварање произведене електричне енергије у струју са одговарајућим потрошачким карактеристикама.
• Приликом рада, ветрогенератори производе буку која може изазвати нелагодност људима и уплашити животиње. Оштрице инсталација такође могу изазвати смрт птица које лете према њима.
• Према неким стручњацима, ветротурбине могу да деградирају пријем радио и телевизијског програма.

Негативни аспекти такође могу укључити прилично високу цену таквих јединица, међутим, ниска цена извора енергије у великој мери надокнађује овај фактор.

Шеме и методе повезивања

Иако ветротурбина може да ради аутономно, много бољи резултати се могу постићи коришћењем комбинованих шема које комбинују ветротурбину са соларним панелима, централизованом електричном мрежом, дизел или гасним изворима енергије.

Аутономни рад. У овом случају се уграђује једна инсталација уз помоћ које се хвата и акумулира енергија ветра, која се потом претвара у електричну струју потребну потрошачима.

На дијаграму је приказан најједноставнији начин коришћења ветрогенератора, који је препоручљиво користити у регионима где константно дувају јаки ветрови

Комбиновање ветрогенератора са соларним панелима. Комбинована опција се сматра поузданим и ефикасним методом напајања. Ако нема ветра, батерија ради соларни панели, а по облачном времену и током ноћи пуњење се врши из ветротурбине.

Идеална опција за приватну кућу или фарму која се налази далеко од централизоване електричне мреже. Ова комбинована шема омогућава коришћење две врсте обновљиве енергије

Комбиновани рад ветрогенератора и електричне мреже. Ветротурбина се може комбиновати са електричним комуникацијама.

Овај распоред је типичан за индустријске и комерцијалне уређаје. За неке моделе кућних ветрогенератора обезбеђен је и прикључак на електричне комуникације

Уколико дође до вишка произведене електричне енергије она иде у централизовану мрежу, а ако је мањак могуће је користити електричну струју из општег енергетског система.

Нијансе коришћења ветрогенератора

Тренутно се турбине на ветар користе у различитим секторима националне привреде. Индустријске моделе различитих капацитета користе нафта и гас, телекомуникационе компаније, станице за бушење и геолошка истраживања, производни погони и владине агенције.

Ветротурбина се може користити као додатни извор енергије у болницама и другим установама како би се обезбедило непрекидно снабдевање струјом у ванредним ситуацијама

Посебно се истиче важност употребе ветротурбина за брзу обнову оштећене електричне енергије током катаклизми и природних катастрофа. У ту сврху ветрогенераторе често користе јединице Министарства за ванредне ситуације.

Ветротурбине за домаћинство су савршене за организовање осветљења и грејања у викендицама и приватним кућама, као иу економске сврхе на фармама.

Постоје неке тачке које треба узети у обзир:

• Уређаји до 1 кВ могу обезбедити довољну количину електричне енергије само на ветровитим местима.Обично је енергија коју генеришу довољна само за напајање ЛЕД осветљења и малих електронских уређаја.
• Да бисте у потпуности обезбедили електричну енергију за дацха (сеоску кућу), биће вам потребан ветрогенератор снаге преко 1 кВ. Овај индикатор је довољан за напајање расветних тела, као и рачунара и телевизора, али његова снага није довољна да струјом снабдева модерни фрижидер који ради нон-стоп.
• Да бисте обезбедили енергију викендици, биће вам потребна ветротурбина капацитета 3-5 кВ, али чак ни ова цифра неће бити довољна за загревање кућа. Да бисте користили ову функцију, потребна вам је моћна опција, почевши од 10 кВ.

Приликом избора модела, треба да узмете у обзир да се индикатор снаге наведен на уређају постиже само при максималној брзини ветра. Дакле, инсталација од 300В ће произвести одређену количину енергије само при брзини протока ваздуха од 10-12 м/с.

За оне који желе да изграде ветрогенератор својим рукама, нудимо следећи чланак, који детаљно пружа корисне информације.

Закључци и користан видео на тему

Видео испод пружа детаљне информације о принципу рада и дизајну кућног модела ветрогенератора:

Ветрогенератор је одличан извор производње електричне енергије, што ће посебно ценити становници удаљених подручја. Разна руска и страна предузећа нуде широк спектар конструкција од ветра; поред тога, модели за домаћинство могу се направити сопственим рукама.

Молимо напишите коментаре у блок испод. Реците нам како сте изградили ветрогенератор на свом имању или о томе како ради ветротурбина ваших комшија.Постављајте питања, делите корисне информације и фотографије на тему.