Kinetisk vindgenerator: enhet, driftsprinsipp, applikasjon

En moderne kinetisk vindgenerator lar deg dra nytte av kraften til luftstrømmer og konvertere den til elektrisitet.For dette formålet er det fabrikklagde og hjemmelagde modeller av enheter som brukes både i industrien og i private husholdninger.

Vi vil fortelle deg hvordan vindturbiner av denne typen er designet, og introdusere deg for funksjonene til enheten og designalternativer. Artikkelen vi har foreslått viser styrker og svakheter ved et vindkraftverk. Gjør-det-selv-folk finner nyttige diagrammer og monteringsanbefalinger her.

Vindgeneratorens driftsprinsipp

Driften av en vindgenerator er basert på transformasjonen av vindens kinetiske energi til rotorens mekaniske energi, som deretter omdannes til elektrisitet.

Driftsprinsippet er ganske enkelt: rotasjonen av bladene festet til enhetens akse fører til sirkulære bevegelser av rotorgeneratoren, og genererer dermed elektrisitet.

Vindenergi er en av de mest lovende sektorene innen fornybar energi. Moderne design gjør det mulig å kostnadseffektivt utnytte kraften til luftstrømmene ved å bruke den til å generere elektrisitet

Den resulterende ustabile vekselstrømmen "tømmes" inn i kontrolleren, hvor den omdannes til likespenning som kan lade batteriene. Derfra tilføres strømmen til omformeren, hvor den omdannes til en vekselspenning med en indikator på 220/380 V, som leveres til forbrukere.

Kraften til en vindgenerator avhenger direkte av kraften til luftstrømmen (N), beregnet i henhold til formelen N=pSV³/2, der V er vindhastigheten, S er arbeidsområdet, p er lufttettheten.

Vindgeneratorenhet

Ulike versjoner av vindgeneratorer skiller seg betydelig fra hverandre.

Diagrammet nedenfor viser den interne strukturen til en klassisk horisontal vindgenerator. Slike modeller brukes oftest både i industrien og i hverdagen.

Industrielle enheter er en kompleks multimeterstruktur, hvis installasjon krever et fundament, mens en husholdningsmodell kan bestå av et minimum av komponenter (DC elektrisk motor 3-12V, elektrisk kondensator 1000 uF 6V, silisium likeretterdiode).

En typisk installasjon inkluderer følgende komponenter:

• vekselstrømgenerator (kraft avhenger av hastigheten på vindstrømmene);
• blader som overfører rotasjon til generatorakselen (ofte er de i tillegg utstyrt med girkasser og rotorhastighetsstabilisatorer);
• vindmøllemasten som bladene er festet til (jo høyere disse elementene er, jo mer vindenergi kan de motta);
• batterier som lagrer energi, slik at den kan brukes når det er liten eller ingen vindstrøm. Batteriet utfører også funksjonen til å stabilisere den elektriske energien som tilføres fra generatoren;
• kontroller - omformer av vekselspenning mottatt fra generatoren til likespenning, som brukes til å lade batteriet. Kontrolleren styres ved å vri på bladene, noe som lar deg ta hensyn til hvor luftstrømmene beveger seg;
• AVR er en automatisk bytteenhet som kobler vindgeneratoren med andre energikilder (solcellepaneler, strømnett);
• vindretningssensor - en enhet som gjør det lettere for bladene å finne vindstrømmen;
• en omformer for å konvertere likestrøm fra batterier til vekselspenning, som brukes i elektrisk kommunikasjon.

For bedre å møte brukerbehov kan enheten utstyres med ulike typer omformere:

• enheter med en invertermodifisert sinusbølge som produserer en firkantet sinusbølge. Enheter av denne typen er egnet for varmeelementer, glødelamper og andre enheter som er lite krevende for nettverkskvaliteten;
• trefase spenningsomformere designet for trefase elektriske nettverk;
• rene sinusbølgeenheter som produserer energi for mer sensitivt utstyr;
• nettverksomformere som kan fungere uten batterier. Slike enheter er designet for kretser som involverer elektrisk energi som kommer direkte inn i det generelle nettverket.

Når du velger modeller, sørg for å være oppmerksom på typen omformer.

Typer vindgeneratorer

Ved klassifisering av vindturbiner kan følgende egenskaper tas i betraktning:

• avtale;
• design funksjoner;
• antall blader;
• materialene de er laget av;
• rotasjonsakse;
• propellstigning.

La oss se nærmere på de to mest brukte klassifiseringene.

Klassifisering av vindgeneratorer etter formål

Det finnes typer vindturbiner som er forskjellige i formål. Hovedegenskapene til enheter, for eksempel strøm, avhenger av dette.

Industrielle vindturbiner

Slike enheter installeres av store energiselskaper eller staten for å levere strøm til industrianlegg.Turbiner, med en kapasitet på titalls megawatt, er vanligvis plassert i vindområder (åpne åser, kyster).

Vindparker, hvor dusinvis av vindturbiner er installert, ligger ikke bare på land, men også på grunt vann. Den resulterende elektrisiteten brukes vanligvis til industrielle formål

Den genererte elektrisiteten går som regel direkte inn i nettverket, mens vindturbiner er utstyrt med ekstra mekanismer for stabilitet og regulering av rotasjonshastigheten til bladene.

Kommersielle vindgeneratorer

Slike installasjoner brukes til å generere elektrisitet for salg eller for å levere elektrisitet til produksjon i regioner med et lavt strømnett (eller ikke noe strømnett i det hele tatt). Slike vindkraftverk består av en klynge elektriske generatorer, som kan ha ulik kapasitet.

Energi fra kommersielle installasjoner kan mates direkte inn i elektriske verktøy eller brukes til å lade et stort utvalg batterier, hvor den lagres og konverteres til å mate nettet.

Husholdnings vindapparater

Laveffektaggregater brukes til privat bruk. Vindmøller med master under 25 meter kan etter reglene monteres av grunneiere uten godkjenning fra myndighetene, for høyere master må det innhentes spesiell tillatelse.

Vindmøller med lav og middels kraft kan tjene som en kilde til elektrisk energi for hytter, hytter, landsteder og gårder

Husholdningsvindgeneratorer er egnet for lading av batterier med en spenning på 12/24/48V, hvor energien omdannes til en spenning på 220 volt.Slike enheter gjør det mulig å helt eller delvis løse problemet med strømforsyning til små gjenstander som er plassert langt fra det sentraliserte strømnettet.

Med retningslinjer for valg av vindgenerator for å gi energi til et privat hjem Les artikkelendedikert til denne interessante saken.

Typer vindturbindesign

Basert på designfunksjonene deres, kan enheter også deles inn i en rekke kategorier, selv om alle varianter kommer ned til to hovedtyper: vertikal og horisontal.

Klassiske horisontale vindturbiner

Slike installasjoner (de kalles også propell eller vinge) har vanligvis 3-5 blader montert på en horisontal akse. Ved å rotere med høy hastighet lar slike elementer deg oppnå maksimal energimengde (KIEV opp til 0,4).

Dessuten avhenger mengden elektrisitet som genereres i stor grad av høyden på enheten (jo høyere den er, jo større blir resultatet).

En horisontal vindturbin bruker løft, som oppstår når trykket øker på det punktet der direkte luftstrøm passerer gjennom bladene og reflekteres fra disse elementene.

Disse enhetene er vanligvis installert i vindparker der energi genereres for industriell og kommersiell bruk, men de er også egnet for husholdningsbruk.

En interessant løsning for en horisontal vindmølle er en modell med ett blad; følgende utvalg av bilder vil gjøre deg kjent med funksjonene:

Vertikale vindturbiner

Driftselementet til slike installasjoner er et roterende vindhjul. På grunn av deres designfunksjoner er slike strukturer forskjellige etter type ("Barrel", "Savonius").

Følgende bildevalg vil introdusere deg til prinsippet til Savonius vertikale generatorturbin:

Til tross for den lave KIEV-indeksen (0,1-0,2), er de mye brukt: vertikale installasjoner opererer på turbulente luftstrømmer, slik at de kan plasseres selv i områder der sterk vind sjelden blåser.

Driften av vertikale vindgeneratorer er ikke avhengig av vindretningen. De er enkle å installere og betjene, og slike enheter kan installeres nær bakken

For å forbedre effektiviteten til vertikale vindturbiner øker produsentene ofte dimensjonsparameterne, noe som fører til en betydelig økning i kostnadene. Siden slike installasjoner er ganske skjøre, krever de økt beskyttelse mot orkaner og andre naturfenomener.

Vindgeneratorer "Rotor Daria"

Slike enheter tilhører kategorien vertikale vindturbiner, men har uttalte forskjeller i design. Takket være slike funksjoner oppnås støyreduksjon, og KIEV øker også, noe som nærmer seg ytelsen til horisontale modeller.

En lavtrykksturbin med en rotasjonsakse vinkelrett på luften, foreslått i 1931 av den franske flydesigneren Georges Darrieus, har funnet bred anvendelse innen vindenergi.

Ulempen med slike design er det lave startmomentet (på grunn av tilstedeværelsen av bare to blader, er det vanskelig for enheten å starte på egen hånd). For å løse problemet brukes ofte hybriden "Savonius + Darier".

Seilvindinstallasjoner

For slike installasjoner kan prinsippet om å bygge både vertikale og horisontale vindturbiner brukes. Hoveddesignfunksjonen er et vindhjul dekket med mange blader eller seil, mens slike modeller ikke har en aerodynamisk profil.

Det er mange modeller av seilvindgeneratorer, som varierer i antall blader, vekt og kraft. Alle disse parametrene bør tas i betraktning når du velger en enhet

Til tross for at seilanlegg er preget av lav hastighet og lav effektivitet, brukes de ofte i samfunnsøkonomien.Slike design er enkle å installere og betjene, og kombinasjonen av høyt dreiemoment og lav hastighet lar deg direkte drive forskjellige nyttige mekanismer, for eksempel en pumpe for å pumpe ut vann.

Følgende galleri vil introdusere deg til en av modellene for seilende vindturbiner implementert i praksis:

Generator for vindturbin

Vindturbiner krever konvensjonelle trefasegeneratorer for å fungere. Utformingen av slike enheter ligner modeller som brukes på biler, men har større parametere.

Vindturbininstrumenter har en trefase statorvikling (stjernekobling), hvorfra tre ledninger kommer ut og går til kontrolleren, hvor vekselspenningen konverteres til likespenning.

Generatorrotoren for en vindturbin er laget av neodymmagneter: i slike design er det upassende å bruke elektrisk eksitasjon, siden spolen bruker mye energi

En multiplikator brukes ofte for å øke omsetningen.Denne enheten lar deg øke kraften til den eksisterende generatoren eller bruke en mindre enhet, noe som reduserer installasjonskostnadene.

Multiplikatorer brukes oftere i vertikale vindgeneratorer, der prosessen med å rotere vindhjulet er langsommere. For horisontale enheter med høye bladrotasjonshastigheter er det ikke nødvendig med multiplikatorer, noe som forenkler og reduserer kostnadene ved designet.

Spesifikasjoner for montering og installasjon av vindgeneratorer fra vaskemaskinen og vindturbiner fra en bilgenerator er beskrevet i detalj i artiklene vi anbefaler.

Fordeler og ulemper med en vindgenerator

La oss vurdere i detalj fordelene og ulempene med vindturbiner, siden beslutningen om å kjøpe en vindturbin eller forlate den avhenger av dem.

Fordeler med vindapparater

Fordelene med enheter som bruker vindenergi inkluderer:

• Miljøvennlighet. Installasjonene bruker en fornybar energikilde som kan brukes kontinuerlig uten å skade miljøet. Elektrisitet generert av vindgeneratorer erstatter energien til termiske kraftverk, og reduserer klimagassutslippene.
• Allsidighet. Vindkraftverk kan bygges nesten overalt: på sletter, i fjell, på jorder, på øyer og til og med på grunt vann. Vindenergi er spesielt verdifull på avsidesliggende steder hvor det er vanskelig å utvide konvensjonell elektrisk kommunikasjon. Vindgeneratorer i dette tilfellet gjør det mulig å etablere en energiforsyning for objekter, og sikrer dens uavhengighet fra tilfeldige faktorer (for eksempel drivstoff som ikke leveres i tide).
• Effektivitet av bruk. Moderne modeller behandler energien til selv svak vind - minimumsgrensen er 3,5 m/s.På denne måten er det mulig å levere ekstra strøm til det sentraliserte nettverket, samt organisere strømforsyning til individuelle objekter (øy eller lokal) uavhengig av deres strøm.
• Et verdig alternativ til tradisjonelle kilder. Stasjonære vindkraftverk kan fullstendig gi strøm til et boligbygg eller til og med et lite industrianlegg. I dette tilfellet vil turbinen akkumulere nødvendig tilførsel av elektrisitet i batterier, beregnet for bruk i rolige perioder.
• Økonomisk. Sammenlignet med tradisjonelle kilder til elektrisk energi (gass, torv, kull, olje), kan sykkelturbiner redusere energikostnadene betydelig. I mange tilfeller er det billigere å bygge en vindpark enn å koble til eksisterende kraftsystemer.

Bruk av vindturbiner kan være et alternativ til bruk av dyre dieselgeneratorer, noe som ytterligere reduserer kostnadene for transport og lagring av drivstoff med opptil 80 %.

Gjennomsnittseffekten til en vindturbin skiller seg flere ganger fra topplasten. En vindgenerator er bare ansvarlig for mengden energi som produseres over en viss tidsperiode ved gjennomsnittlig månedlig vindhastighet som er karakteristisk for et gitt område.

For en mer nøyaktig vurdering av vindressurser kan du bruke spesielt utledede data (Weibull-parametere). Disse indikatorene gjenspeiler fordelingen av vinder med forskjellige styrker som er karakteristiske for et bestemt område. Det er viktig å ta hensyn til slik informasjon ved utbygging av vindparkprosjekter med en kapasitet på titalls MW.

Kraften som genereres av en vindturbin er proporsjonal med tredoblet vindhastigheten.Følgelig er denne indikatoren veldig liten når vindstrømmene er svake, men når de intensiveres, øker den kraftig. På grunn av variasjonen i vindretning og hastighet, må stabiliserende komponenter inkluderes i utformingen av en vindturbin.

Regler og formler for beregning av vindkraft er gitt her, anbefaler vi at du gjør deg kjent med den svært nyttige informasjonen.

I små autonome systemer utføres deres funksjon av batterier, hvis ladning begynner å øke så snart kraften til vindgeneratoren overstiger belastningen.

Når belastningen øker, kan batteriet lades ut. Det er viktig å ta hensyn til denne funksjonen når du velger en husholdningsenhet; kraften må samsvare med den månedlige eller årlige strømforbruket

Det skal bemerkes at effektiv bruk av vindstrømmer forenkles av en rekke vindgeneratordesign.

Horisontale turbiner fungerer godt i flate områder der det er mye vind, mens vertikale turbiner fungerer bedre i regioner med turbulente strømninger som finnes lavt til bakken (øvre åser, fjellkjeder).

De viktigste ulempene med vindturbiner

Samtidig har vindturbiner også sine negative sider:

• Størrelsen på vindstyrken er vanskelig å forutsi på forhånd, da den endres ofte. På grunn av dette er det tilrådelig å vurdere et sikkerhetsnett ved å tilby en reserveenergikilde (solcellepaneler, tilkobling til det elektriske nettverket).
• Vertikale enheter risikerer å ødelegge propellbladene på grunn av effekten av sentrifugalkrefter når bladene roterer rundt hovedaksen. Som et resultat av denne effekten blir viktige strukturelle elementer deformert og ødelagt over tid, og mekanismen svikter.
• Det er bedre å installere vindturbiner i ledig plass, siden bygninger i nærheten kan "dempe" vinden og danne en "død" luftsone.
• For å spare overflødig energi fra vindturbiner, er det nødvendig å inkludere i designet bruken av batterier og andre tilleggsenheter som tjener til å konvertere generert elektrisitet til strøm med passende forbrukeregenskaper.
• Ved drift produserer vindgeneratorer støy som kan forårsake ubehag for mennesker og skremme bort dyr. Bladene til installasjonene kan også forårsake død av fugler som flyr mot dem.
• Ifølge noen eksperter kan vindturbiner forringe mottaket av radio- og fjernsynssendinger.

Negative aspekter kan også inkludere de ganske høye kostnadene for slike enheter, men den lave kostnaden for energikilden oppveier i stor grad denne faktoren.

Koblingsskjemaer og metoder

Selv om en vindturbin kan operere autonomt, kan mye bedre resultater oppnås ved å bruke kombinerte ordninger som kombinerer en vindturbin med solcellepaneler, et sentralisert kraftnett, diesel- eller gassenergikilder.

Autonom drift. I dette tilfellet installeres en enkelt installasjon, ved hjelp av hvilken vindenergi fanges og akkumuleres, som deretter konverteres til den elektriske strømmen som forbrukerne trenger.

Diagrammet viser den enkleste måten å bruke en vindgenerator på, som er tilrådelig å bruke i områder der det blåser sterk vind konstant

Kombinere en vindgenerator med solcellepaneler. Det kombinerte alternativet anses som en pålitelig og effektiv metode for strømforsyning. Hvis det ikke er vind, går batteriet på solcellepaneler, og i overskyet vær og om natten skjer lading fra en vindturbin.

Et ideelt alternativ for et privat hjem eller gård som ligger langt fra et sentralisert strømnett. Denne kombinerte ordningen tillater bruk av to typer fornybar energi

Kombinert drift av vindgenerator og strømnett. En vindturbin kan kombineres med elektrisk kommunikasjon.

Dette arrangementet er typisk for industrielle og kommersielle enheter. Tilkobling til elektrisk kommunikasjon er også gitt for noen modeller av husholdningsvindgeneratorer

Hvis det er et overskudd av produsert elektrisitet, går det til det sentraliserte nettet, og hvis det er mangel, er det mulig å bruke elektrisk strøm fra det generelle energisystemet.

Nyanser ved bruk av vindgeneratorer

For tiden brukes vindturbiner i ulike sektorer av den nasjonale økonomien. Industrielle modeller med ulik kapasitet brukes av olje og gass, telekommunikasjonsselskaper, bore- og geologiske letestasjoner, produksjonsanlegg og offentlige etater.

Vindturbinen kan brukes som en ekstra energikilde på sykehus og andre institusjoner for å sikre kontinuerlig strømforsyning i nødssituasjoner

Spesielt bemerkelsesverdig er viktigheten av å bruke vindturbiner for rask restaurering av skadet elektrisitet under katastrofer og naturkatastrofer. Til dette formål brukes vindgeneratorer ofte av enheter i departementet for nødsituasjoner.

Husholdningsvindmøller er perfekte for å organisere belysning og oppvarming i hyttesamfunn og private hus, samt for økonomiske formål på gårder.

Det er noen punkter å vurdere:

• Enheter opp til 1 kW kan gi tilstrekkelig mengde strøm bare på vindfulle steder.Vanligvis er energien de genererer bare nok til å drive LED-belysning og drive små elektroniske enheter.
• For å fullt ut gi strøm til en dacha (landhus), trenger du en vindgenerator med en effekt på over 1 kW. Denne indikatoren er nok til å drive belysningsarmaturer, samt en datamaskin og en TV, men kraften er ikke nok til å levere strøm til et moderne kjøleskap som fungerer døgnet rundt.
• For å gi energi til en hytte trenger du en vindturbin med en kapasitet på 3-5 kW, men selv dette tallet vil ikke være nok til å varme opp hus. For å bruke denne funksjonen trenger du et kraftig alternativ, fra 10 kW.

Når du velger en modell, bør du ta hensyn til at strømindikatoren som er angitt på enheten kun oppnås ved maksimal vindhastighet. Dermed vil en 300V installasjon kun produsere den angitte energimengden ved en luftstrømhastighet på 10-12 m/s.

For de som ønsker å bygge en vindgenerator med egne hender, tilbyr vi neste artikkel, som gir nyttig informasjon i detalj.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Videoen nedenfor gir detaljert informasjon om driftsprinsippet og utformingen av en husholdningsmodell av en vindgenerator:

En vindgenerator er en utmerket kilde til elektrisk energiproduksjon, som vil bli spesielt verdsatt av innbyggere i avsidesliggende områder. Ulike russiske og utenlandske virksomheter tilbyr et bredt spekter av vindstrukturer; i tillegg kan husholdningsmodeller lages med egne hender.

Skriv kommentarer i blokken nedenfor. Fortell oss om hvordan du bygde en vindgenerator på eiendommen din, eller om hvordan naboens vindturbin fungerer.Still spørsmål, del nyttig informasjon og bilder om emnet.