Kinetički vjetrogenerator: uređaj, princip rada, primjena

Moderni kinetički vjetrogenerator omogućuje vam da iskoristite snagu zračnih struja, pretvarajući je u električnu energiju.U tu svrhu postoje tvornički i domaći modeli uređaja koji se koriste kako u industriji tako iu privatnim kućanstvima.

Reći ćemo vam kako su dizajnirane vjetroturbine ove vrste i upoznati vas sa značajkama uređaja i mogućnostima dizajna. Članak koji smo predložili pokazuje prednosti i slabosti vjetroelektrane. Do-it-yourselfers će ovdje pronaći korisne dijagrame i preporuke za sastavljanje.

Princip rada generatora vjetra

Rad vjetrogeneratora temelji se na pretvaranju kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju rotora, koja se zatim pretvara u električnu energiju.

Princip rada je vrlo jednostavan: rotacija lopatica pričvršćenih na os uređaja dovodi do kružnih kretanja rotora generatora, čime se proizvodi električna energija.

Energija vjetra jedan je od najperspektivnijih sektora obnovljive energije. Moderni dizajni omogućuju isplativo iskorištavanje snage zračnih struja, koristeći je za proizvodnju električne energije

Rezultirajuća nestabilna izmjenična struja "otječe" u regulator, gdje se pretvara u istosmjerni napon koji može puniti baterije. Odatle se snaga dovodi do pretvarača, gdje se pretvara u izmjenični napon s indikatorom od 220/380 V, koji se isporučuje potrošačima.

Snaga vjetrogeneratora izravno ovisi o snazi ​​protoka zraka (N), izračunatoj prema formuli N=pSV³/2, gdje je V brzina vjetra, S radna površina, p gustoća zraka.

Uređaj generatora vjetra

Različite izvedbe vjetrogeneratora značajno se razlikuju jedna od druge.

Donji dijagram prikazuje unutarnju strukturu klasičnog horizontalnog vjetrogeneratora. Takvi se modeli najčešće koriste iu industriji iu svakodnevnom životu.

Industrijski uređaji su složena višemetarska struktura za čiju ugradnju je potreban temelj, dok se kućanski model može sastojati od najmanje komponenti (DC elektromotor 3-12V, električni kondenzator 1000 uF 6V, silicijska ispravljačka dioda).

Tipična instalacija uključuje sljedeće komponente:

• generator izmjenične struje (snaga ovisi o brzini strujanja vjetra);
• lopatice koje prenose rotaciju na osovinu generatora (često su dodatno opremljene mjenjačima i stabilizatorima brzine rotora);
• jarbol vjetrenjača na koji su pričvršćene lopatice (što su ti elementi viši, to više energije vjetra mogu primiti);
• baterije koje pohranjuju energiju, omogućujući njezino korištenje kad je strujanje malo ili nimalo vjetra. Baterija također obavlja funkciju stabilizacije električne energije dovedene iz generatora;
• regulator - pretvarač izmjeničnog napona primljenog od generatora u istosmjerni napon, koji se koristi za punjenje baterije. Regulator se kontrolira okretanjem lopatica, što vam omogućuje da uzmete u obzir gdje se kreću protok zraka;
• AVR je automatski sklopni uređaj koji povezuje vjetrogenerator s drugim izvorima energije (solarni paneli, električna mreža);
• senzor smjera vjetra - uređaj koji lopaticama olakšava pronalaženje strujanja vjetra;
• inverter za pretvaranje istosmjerne struje iz baterija u izmjenični napon, koji se koristi u električnim komunikacijama.

Kako bi što bolje zadovoljio potrebe korisnika, uređaj se može opremiti različitim vrstama pretvarača:

• uređaji s inverterski modificiranim sinusnim valom koji proizvodi kvadratni sinusni val. Uređaji ove vrste prikladni su za grijaće elemente, žarulje sa žarnom niti i druge uređaje koji nisu zahtjevni za kvalitetu mreže;
• trofazni pretvarači napona namijenjeni za trofazne električne mreže;
• jedinice čistog sinusnog vala koje proizvode energiju za osjetljiviju opremu;
• mrežni pretvarači koji mogu raditi bez baterija. Takvi su uređaji dizajnirani za krugove koji uključuju ulazak električne energije izravno u opću mrežu.

Prilikom odabira modela svakako obratite pozornost na vrstu pretvarača.

Vrste vjetrogeneratora

Pri klasifikaciji vjetroturbina mogu se uzeti u obzir sljedeće karakteristike:

• ugovoreni sastanak;
• značajke dizajna;
• broj lopatica;
• materijali od kojih su izrađeni;
• os rotacije;
• korak propelera.

Pogledajmo pobliže dvije najčešće korištene klasifikacije.

Klasifikacija vjetrogeneratora prema namjeni

Postoje vrste vjetroturbina koje se razlikuju po namjeni. O tome ovise glavne karakteristike uređaja, na primjer, snaga.

Industrijske vjetroturbine

Takve uređaje postavljaju velike energetske tvrtke ili država za opskrbu strujom industrijskih objekata.Turbine, kapaciteta desetaka megavata, obično se nalaze u vjetrovitim područjima (otvorena brda, obale).

Vjetroelektrane, u kojima su instalirani deseci vjetroturbina, nalaze se ne samo na kopnu, već iu plitkoj vodi. Dobivena električna energija obično se koristi u industrijske svrhe

Proizvedena električna energija, u pravilu, ide izravno u mrežu, dok su za stabilnost i regulaciju brzine rotacije lopatica vjetroturbine opremljene dodatnim mehanizmima.

Komercijalni vjetrogeneratori

Takva se postrojenja koriste za proizvodnju električne energije za prodaju ili za opskrbu električnom energijom za proizvodnju u regijama s električnom mrežom male snage (ili bez električne mreže). Takve vjetroelektrane sastoje se od klastera električnih generatora, koji mogu biti različitog kapaciteta.

Energija iz komercijalnih instalacija može se unijeti izravno u električna postrojenja ili koristiti za punjenje velikog niza baterija, gdje se pohranjuje i pretvara za napajanje mreže.

Uređaji za vjetar u kućanstvu

Jedinice male snage koriste se za privatnu upotrebu. Prema pravilima, vjetroturbine s jarbolima manjim od 25 metara mogu instalirati vlasnici zemljišta bez odobrenja nadležnih tijela; za veće jarbole potrebno je pribaviti posebno dopuštenje.

Vjetrenjače male i srednje snage mogu poslužiti kao izvor električne energije za vikendice, dače, seoske kuće i farme.

Vjetrogeneratori za kućanstvo prikladni su za punjenje baterija napona 12/24/48V, čija se energija pretvara u napon od 220 Volti.Takvi uređaji omogućuju potpuno ili djelomično rješavanje problema napajanja malim objektima koji se nalaze daleko od centralizirane električne mreže.

Sa smjernicama za odabir vjetrogeneratora za opskrbu energijom privatne kuće Pročitaj članakposvećen ovoj zanimljivoj problematici.

Vrste konstrukcija vjetroturbina

Na temelju svojih dizajnerskih značajki, uređaji se također mogu podijeliti u više kategorija, iako se sve varijante svode na dvije glavne vrste: vertikalna i vodoravno.

Klasične horizontalne vjetroturbine

Takve instalacije (također se nazivaju propeler ili krilo) obično imaju 3-5 lopatica postavljenih na vodoravnu os. Rotirajući velikom brzinom, takvi elementi omogućuju vam da dobijete maksimalnu količinu energije (KIEV do 0,4).

Štoviše, količina proizvedene električne energije uvelike ovisi o visini uređaja (što je viša, rezultat je veći).

Horizontalna vjetroturbina koristi uzgon, koji se događa kada se tlak poveća na mjestu gdje izravan protok zraka prolazi kroz lopatice i reflektira se od tih elemenata.

Ovi uređaji obično se postavljaju u vjetroelektrane gdje se proizvodi energija za industrijsku i komercijalnu upotrebu, ali su također prikladni za kućnu upotrebu.

Zanimljivo rješenje za vodoravnu vjetrenjaču je model s jednom lopaticom, a sljedeći izbor fotografija će vas upoznati s njegovim značajkama:

Vertikalne vjetroturbine

Radni element takvih instalacija je rotirajući kotač vjetra. Zbog svojih dizajnerskih značajki, takve se strukture razlikuju po vrsti ("Bačva", "Savonius").

Sljedeći odabir fotografija upoznat će vas s principom Savonius vertikalne generatorske turbine:

Unatoč niskom indeksu KIEV (0,1-0,2), naširoko se koriste: vertikalne instalacije rade na turbulentnim strujanjima zraka, tako da se mogu postaviti čak iu područjima gdje rijetko pušu jaki vjetrovi.

Rad vertikalnih vjetrogeneratora ne ovisi o smjeru vjetrova. Jednostavni su za montažu i rukovanje, a takvi uređaji mogu se postaviti blizu tla

Kako bi poboljšali učinkovitost vertikalnih vjetroturbina, proizvođači često povećavaju njihove dimenzionalne parametre, što dovodi do značajnog povećanja troškova. Budući da su takve instalacije prilično krhke, zahtijevaju povećanu zaštitu od uragana i drugih prirodnih pojava.

Generatori vjetra "Rotor Daria"

Takvi uređaji pripadaju kategoriji vertikalnih vjetroturbina, ali imaju izražene razlike u dizajnu. Zahvaljujući takvim značajkama postiže se smanjenje buke, a KIEV se također povećava, što se približava izvedbi horizontalnih modela.

Niskotlačna turbina s osi rotacije okomitom na zrak, koju je 1931. predložio francuski zrakoplovni konstruktor Georges Darrieus, našla je široku primjenu u energiji vjetra.

Nedostatak takvih dizajna je mali startni moment (zbog prisutnosti samo dvije lopatice, teško je da se uređaj samostalno pokrene). Da bi se riješio problem, često se koristi hibrid "Savonius + Darier".

Instalacije vjetra za jedrenje

Za takve instalacije može se koristiti princip gradnje i vertikalnih i horizontalnih vjetroturbina. Glavna značajka dizajna je vjetrobran prekriven s mnogo lopatica ili jedara, dok takvi modeli nemaju aerodinamični profil.

Postoji mnogo modela vjetrogeneratora za jedrenje, koji se razlikuju po broju lopatica, težini i snazi. Sve ove parametre treba uzeti u obzir pri odabiru uređaja

Unatoč činjenici da instalacije za jedrenje karakteriziraju mala brzina i niska učinkovitost, često se koriste u nacionalnom gospodarstvu.Takvi su dizajni jednostavni za ugradnju i rukovanje, a kombinacija velikog zakretnog momenta i male brzine omogućuje vam izravno pokretanje različitih korisnih mehanizama, na primjer, pumpe za ispumpavanje vode.

Sljedeća galerija će vas upoznati s jednim od modela jedriličarskih vjetroturbina implementiranih u praksi:

Generator za vjetroturbinu

Vjetroturbine za rad zahtijevaju konvencionalne trofazne generatore. Dizajn takvih uređaja sličan je modelima koji se koriste na automobilima, ali ima veće parametre.

Instrumenti vjetroagregata imaju trofazni namot statora (spoj u zvijezdu), iz kojeg izlaze tri žice koje idu do regulatora, gdje se izmjenični napon pretvara u istosmjerni napon.

Rotor generatora za vjetroturbinu izrađen je od neodimskih magneta: u takvim je izvedbama neprikladno koristiti električnu pobudu, budući da zavojnica troši puno energije

Multiplikator se često koristi za povećanje prometa.Ovaj uređaj omogućuje povećanje snage postojećeg generatora ili korištenje manjeg uređaja, što smanjuje troškove instalacije.

Multiplikatori se češće koriste u vertikalnim vjetrogeneratorima, kod kojih je proces rotacije kotača vjetra sporiji. Za vodoravne uređaje s velikom brzinom rotacije lopatica, multiplikatori nisu potrebni, što pojednostavljuje i smanjuje troškove dizajna.

Specifičnosti montaže i instalacije vjetrogeneratora iz perilice rublja i vjetroturbine iz automobilskog generatora je detaljno opisano u člancima koje preporučujemo.

Prednosti i mane generatora vjetra

Razmotrimo detaljno prednosti i nedostatke vjetroturbina, budući da odluka o kupnji vjetroturbine ili napuštanju ovisi o njima.

Prednosti uređaja za vjetar

Prednosti uređaja koji koriste energiju vjetra uključuju:

• Ekološka prihvatljivost. Instalacije koriste obnovljivi izvor energije koji se može kontinuirano koristiti bez nanošenja štete okolišu. Električna energija proizvedena vjetrogeneratorima zamjenjuje energiju termoelektrana, čime se smanjuju emisije stakleničkih plinova.
• Svestranost. Vjetroelektrane se mogu graditi gotovo posvuda: u ravnicama, u planinama, u poljima, na otocima pa čak iu plitkim vodama. Energija vjetra posebno je vrijedna u udaljenim mjestima gdje je teško proširiti konvencionalne električne komunikacije. Vjetrogeneratori u ovom slučaju omogućuju uspostavljanje opskrbe objektima energijom, osiguravajući njegovu neovisnost o slučajnim čimbenicima (na primjer, gorivo nije isporučeno na vrijeme).
• Učinkovitost korištenja. Moderni modeli obrađuju energiju čak i slabih vjetrova - minimalna granica je 3,5 m / s.Na ovaj način moguće je dodatno opskrbiti centraliziranu mrežu električnom energijom, kao i organizirati napajanje pojedinačnih objekata (otočnih ili lokalnih) bez obzira na njihovu snagu.
• Dostojna alternativa tradicionalnim izvorima. Stacionarne vjetroelektrane mogu u potpunosti opskrbiti električnom energijom stambenu zgradu ili čak manji industrijski pogon. U tom slučaju, turbina će akumulirati potrebnu zalihu električne energije u baterijama, namijenjenim za korištenje tijekom mirnih razdoblja.
• Ekonomičan. U usporedbi s tradicionalnim izvorima električne energije (plin, treset, ugljen, nafta), biciklističke turbine mogu značajno smanjiti troškove energije. U mnogim je slučajevima izgradnja vjetroelektrane jeftinija od spajanja na postojeće elektroenergetske sustave.

Korištenje vjetroturbina može biti alternativa korištenju skupih dizelskih generatora, dodatno smanjujući troškove transporta i skladištenja goriva do 80%.

Prosječna snaga vjetroturbine nekoliko puta se razlikuje od vršnog opterećenja. Vjetrogenerator je odgovoran samo za količinu proizvedene energije u određenom vremenskom razdoblju pri prosječnoj mjesečnoj brzini vjetra karakterističnoj za određeno područje.

Za točniju procjenu resursa vjetra, možete koristiti posebno izvedene podatke (Weibullovi parametri). Ovi pokazatelji odražavaju distribuciju vjetrova različite jačine karakteristične za određeno područje. Važno je uzeti u obzir takve podatke pri razvoju projekata vjetroelektrana s kapacitetom od nekoliko desetaka MW.

Snaga koju generira vjetroturbina proporcionalna je utrostručenoj brzini vjetra.Posljedično, ovaj pokazatelj je vrlo mali kada su struje vjetra slabe, ali kada se pojačaju, naglo se povećava. Zbog promjenjivosti smjera i brzine vjetra, stabilizacijske komponente moraju biti uključene u dizajn vjetroturbine.

Pravila i formule za izračunavanje snage vjetrogeneratora dani su ovdje, preporučujemo da se upoznate s vrlo korisnim informacijama.

U malim autonomnim sustavima njihovu funkciju obavljaju baterije, čija se napunjenost počinje povećavati čim snaga vjetrogeneratora premaši opterećenje.

Kako se opterećenje povećava, baterija se može isprazniti. Ovu je značajku važno uzeti u obzir pri odabiru kućanske jedinice, njena snaga mora odgovarati mjesečnoj ili godišnjoj potrošnji električne energije

Treba napomenuti da je učinkovito korištenje tokova vjetra olakšano različitim dizajnom generatora vjetra.

Horizontalne turbine rade dobro u ravnim područjima gdje ima puno vjetra, dok vertikalne turbine rade bolje u regijama s turbulentnim strujanjem koje se nalazi nisko pri tlu (gornja brda, planinski lanci).

Glavni nedostaci vjetroturbina

U isto vrijeme, vjetroturbine imaju i svoje negativne strane:

• Veličinu snage vjetra teško je unaprijed predvidjeti jer se često mijenja. Zbog toga je preporučljivo razmisliti o sigurnosnoj mreži osiguravanjem rezervnog izvora energije (solarni paneli, priključak na električnu mrežu).
• Vertikalni uređaji su u opasnosti od uništenja lopatica propelera zbog učinaka centrifugalnih sila kada se lopatice okreću oko glavne osi. Kao rezultat ovog učinka, važni strukturni elementi postaju deformirani i uništeni tijekom vremena, a mehanizam otkazuje.
• Bolje je instalirati vjetroturbine u slobodnom prostoru, jer obližnje zgrade mogu "prigušiti" vjetar, stvarajući "mrtvu" zonu zraka.
• Za uštedu viška energije iz vjetroagregata potrebno je projektom predvidjeti korištenje baterija i drugih dodatnih uređaja koji služe za pretvaranje proizvedene električne energije u struju s odgovarajućim potrošačkim karakteristikama.
• Tijekom rada vjetrogeneratori proizvode buku koja može uzrokovati nelagodu ljudima i preplašiti životinje. Oštrice instalacija također mogu uzrokovati smrt ptica koje lete prema njima.
• Prema nekim stručnjacima, vjetroturbine mogu pogoršati prijam radijskih i televizijskih emisija.

Negativni aspekti također mogu uključivati ​​prilično visoku cijenu takvih jedinica, međutim, niska cijena izvora energije uvelike nadoknađuje ovaj faktor.

Dijagrami i metode povezivanja

Iako vjetroturbina može raditi samostalno, puno bolji rezultati mogu se postići korištenjem kombiniranih shema koje kombiniraju vjetroturbinu sa solarnim panelima, centraliziranom električnom mrežom, dizelskim ili plinskim izvorima energije.

Autonomni rad. U ovom slučaju postavlja se jedna instalacija pomoću koje se hvata i akumulira energija vjetra, koja se potom pretvara u električnu struju potrebnu potrošačima.

Dijagram prikazuje najjednostavniji način korištenja vjetrogeneratora, koji je preporučljivo koristiti u regijama gdje stalno pušu jaki vjetrovi

Kombinacija vjetrogeneratora sa solarnim panelima. Kombinirana opcija smatra se pouzdanom i učinkovitom metodom napajanja. Ako nema vjetra, baterija radi solarni paneli, a po oblačnom vremenu i tijekom noći, punjenje se odvija iz vjetroturbine.

Idealna opcija za privatnu kuću ili farmu koja se nalazi daleko od centralizirane električne mreže. Ova kombinirana shema omogućuje korištenje dvije vrste obnovljive energije

Kombinirani rad vjetrogeneratora i električne mreže. Vjetroturbina se može kombinirati s električnim komunikacijama.

Ovaj raspored je tipičan za industrijske i komercijalne uređaje. Za neke modele kućanskih vjetrogeneratora također je predviđeno povezivanje s električnim komunikacijama

Ako se proizvede višak električne energije, ona ide u centraliziranu mrežu, a ako postoji manjak, moguće je koristiti električnu struju iz općeg energetskog sustava.

Nijanse korištenja vjetrogeneratora

Trenutno se vjetroturbine koriste u raznim sektorima nacionalnog gospodarstva. Industrijske modele različitih kapaciteta koriste tvrtke za naftu i plin, telekomunikacije, stanice za bušenje i geološka istraživanja, proizvodna postrojenja i vladine agencije.

Vjetroturbina se može koristiti kao dodatni izvor energije u bolnicama i drugim ustanovama kako bi se osigurala kontinuirana opskrba strujom u hitnim situacijama

Posebno se ističe važnost korištenja vjetroturbina za brzu obnovu oštećene električne energije tijekom kataklizmi i prirodnih katastrofa. U tu svrhu, vjetrogeneratori često koriste jedinice Ministarstva za hitne situacije.

Vjetroturbine za kućanstvo savršene su za organiziranje rasvjete i grijanja u vikend zajednicama i privatnim kućama, kao i za gospodarske svrhe na farmama.

Treba razmotriti neke točke:

• Uređaji do 1 kW mogu dati dovoljnu količinu električne energije samo na vjetrovitim mjestima.Obično je energija koju generiraju dovoljna samo za napajanje LED rasvjete i malih elektroničkih uređaja.
• Da biste u potpunosti opskrbili strujom dachu (ladanjsku kuću), trebat će vam generator vjetra snage veće od 1 kW. Ovaj pokazatelj dovoljan je za napajanje rasvjetnih tijela, kao i računala i TV-a, ali njegova snaga nije dovoljna za opskrbu električnom energijom modernog hladnjaka koji radi 24 sata dnevno.
• Da biste kućici osigurali energiju, trebat će vam vjetroturbina kapaciteta 3-5 kW, ali ni ta brojka neće biti dovoljna za grijanje kuća. Za korištenje ove funkcije potrebna vam je snažna opcija, počevši od 10 kW.

Prilikom odabira modela treba uzeti u obzir da se indikator snage naznačen na uređaju postiže samo pri najvećoj brzini vjetra. Dakle, instalacija od 300 V proizvest će navedenu količinu energije samo pri brzini strujanja zraka od 10-12 m/s.

Za one koji žele izgraditi generator vjetra vlastitim rukama, nudimo sljedeći članak, koji detaljno pruža korisne informacije.

Zaključci i koristan video na tu temu

Video u nastavku pruža detaljne informacije o principu rada i dizajnu kućnog modela generatora vjetra:

Vjetrogenerator je izvrstan izvor proizvodnje električne energije, što će posebno cijeniti stanovnici udaljenih područja. Razna ruska i strana poduzeća nude širok raspon vjetrenih konstrukcija, a osim toga, kućni modeli mogu se izraditi vlastitim rukama.

Napišite komentare u blok ispod. Recite nam kako ste izgradili vjetrogenerator na svom imanju ili o tome kako radi vjetroturbina vaših susjeda.Postavljajte pitanja, dijelite korisne informacije i fotografije na temu.