Ветрогенератор принцип работы: ≋ Принцип работы ветрогенератора • Устройство, конструкция ветроэлектростанции

Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.

Принцип работы

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов

Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.

Принципиальная схема ветрогенератора

Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию. Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:

• для автономной работы;
• параллельно с резервным аккумулятором;
• вместе с солнечными батареями;
• параллельно с дизельным или бензиновым генератором.

Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.

Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

• установка экологически чистая;
• отсутствует потребность её заправки топливом;
• не накапливаются какие-либо отходы;
• устройство работает очень тихо;
• имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.

Принцип работы ветрогенератора и его комплектующие

Содержание раздела:

1. Компоненты ветроустановки
2. Комплектация наших ветроустановок
3. Подбор ветряка
4. Примеры подбора компонентов установки
5. Схемы работы ветрогенератора

1. Компоненты ветроустановки

К основным компонентам системы, без которых работа ветряка невозможна, относят следующие элементы:

1. Генератор – необходим для заряда аккумуляторных батарей. От его мощности зависит как быстро будут заряжаться ваши аккумуляторы. Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра.
2. Лопасти – приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра.
3. Мачта – обычно, чем выше мачта, тем стабильнее и сильнее сила ветра. Отсюда следует – чем выше мачта, тем больше выработка генератора. Мачты бывают разных форм и высот.

Список дополнительных необходимых компонентов:

1. Контроллер – управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.
2. Аккумуляторные батареи – накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание вашего объекта идёт от аккумуляторных батарей.
3. Анемоскоп и датчик направления ветра – отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности.
4. АВР – автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. Внимание: АВР не позволяет работать сети одного объекта одновременно от двух разных источников питания!
5. Инвертор – преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов.
Инверторы бывают четырёх типов:
1. Модифицированная синусоида – преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с модифицированной синусоидой (ещё одно название: квадратная синусоида). Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения: освещение, обогрев, заряд устройств и т.п.
2. Чистая синусоида — преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с чистой синусоидой. Пригоден для любого типа электроприборов: электродвигатели, медицинское оборудование и др.
3. Трехфазный – преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380В. Можно использовать для трехфазного оборудования.
4. Сетевой – в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в общественную электросеть. Их стоимость, обычно, в несколько раз превышает стоимость несетевых инверторов. Иногда они стоят дороже, чем все остальные компоненты ветроустановки вместе взятые.

2. Комплектация наших ветроустановок

В комплект наших ветроэнергетических установок входит:

1. Турбина
2. Мачта (не входит в комплект EuroWind 300L)
3. Лопасти
4. Крепления
5. Тросы мачты
6. Поворотный механизм (только с ветрогенераторами EuroWind 3 и старше)
7. Контроллер
8. Анемоскоп и датчик ветра (только с ветрогенераторами EuroWind 3 и старше)
9. Хвост (только с ветрогенераторами EuroWind 2 и младше)

Аккумуляторы, инвертор и дополнительно оборудование подбираются индивидуально и в базовую комплектацию не входят. Независимо от комплектации ветрогенератор всегда автоматически позиционируется по ветру.

Комплектующие ветрогенератора EuroWind 10

3. Подбор ветряка

Первый вопрос, на который вы должны дать ответ и который поможет вам ответить на остальные вопросы: Для чего вам нужен ветрогенератор и какие задачи он должен выполнять?

Ответив на главный вопрос, вы можете без проблем ответить на остальные вопросы и решить какой набор оборудования вам необходим и сколько это будет стоить.

Итак, три основные величины, которые определяют работу всего комплекса:

1. Выходная мощность ветроустановки (кВт), определяется только мощностью преобразователя (инвертора) и не зависит от скорости ветра, емкости аккумуляторов. Ещё её называют «пиковой нагрузкой». Этот параметр определяет максимальное количество электроприборов, которые могут быть одновременно подключены к вашей системе. Вы не сможете одновременно потреблять больше электроэнергии, чем позволяет мощность вашего инвертора. Если вы потребляете электроэнергию редко, но в больших количествах, то обратите внимание на более мощные инверторы. Для увеличения выходной мощности возможно одновременное подключение нескольких инверторов.
2. Время непрерывной работы при отсутствии ветра или при слабом ветре определяется емкостью аккумуляторных батарей (Ач или кВт) и зависит от мощности и длительности потребления. Если вы потребляете электроэнергию редко, но в больших количествах, обратите внимание на аккумуляторы с большой емкостью.
3. Скорость заряда аккумуляторных батарей (кВт/час) зависит от мощности самого генератора. Также этот показатель прямо зависит от скорости ветра, а косвенно от высоты мачты и рельефа местности. Чем мощнее ваше генератор, тем быстрее будут заряжаться аккумуляторные батареи, а это значит, что вы сможете быстрее потреблять электроэнергию из батарей и в больших объемах. Более мощный генератор следует брать в том случае, если ветра в месте установки слабые или вы потребляете электроэнергию постоянно, но в небольших количествах. Для увеличения скорости заряда аккумуляторов возможна установка нескольких генераторов одновременно и подключение их к одной аккумуляторной батарее.

Исходя из перечисленных выше факторов, для подбора ветрогенератора и сопровождающего оборудования вам необходимо ответить на три вопроса:

1. Количество электроэнергии, необходимое вашему объекту ежемесячно (измеряется в киловаттах). Эти данные необходимы для подбора генератора. Их можно взять из коммунальных счетов на оплату электроэнергии или рассчитать самостоятельно, если объект находится в стадии строительства.
2. Желаемое время автономной работы вашей энергосистемы в безветренные периоды или периоды, когда ваше потребление энергии из аккумуляторов будет превышать скорость зарядки аккумуляторных батарей генератором. Данный параметр определяет количество и емкость аккумуляторных батарей.
3. Максимальная нагрузка на вашу сеть в пиковые моменты (измеряется в киловаттах). Необходимо для подбора инвертора переменного тока.

4. Примеры подбора компонентов установки

Рассмотрим несколько общих примеров подбора оборудования ветроустановки. Более точный расчёт может быть произведён нашими специалистами и включает в себя гораздо больше необходимых деталей.

Пример расчёта ветряка №1

Описание:

Частный дом в Киевской области находится в стадии строительства. По предварительным расчётам жильцы дома будут потреблять не больше 300 400 кВт электроэнергии ежемесячно. Затраты электроэнергии не очень высокие, т.к. хозяева будут использовать для отопления и нагрева воды твердотопливный котёл, а ветрогенератор необходим только для полного обеспечения бытовых приборов электроэнергией.

Хозяева проводят основную часть дня на работе, а пик потребления электроэнергии припадает на утренние и вечерние часы. В этот момент могут быть включены электроприборы суммарной мощностью до 4 киловатт.

Дом находится на возвышенности и есть открытое пространство вокруг будущего места установки ветрогенератора.

Общественной электросети нет.

Задача:

Полностью обеспечить 300-400 кВт электроэнергии ежемесячно с пиковыми нагрузками до 4 кВт.

Решение:

Генератор:

Чтобы понять как быстро должны заражаться аккумуляторы при расходе электроэнергии 400 кВт в месяц, мы должны разделить 400 кВт/мес на 30 дней (получим ежедневное потребление), а затем полученное число разделить на 24 часа (400/30/24 = 0,56 кВт/час – среднее ежечасное потребление). Скорость заряда аккумуляторных батарей генератором должна составить как минимум 560 Ватт в час.

В Киевской области низкая среднегодовая скорость ветра, но открытое пространство и возвышение объекта позволит ветрогенератору работать как минимум на 30-40% от номинальной мощности. Для более точных показателей можно произвести замер скорости ветра в месте установки.

Для того, чтобы обеспечить заряд аккумуляторных батарей генератором при этих условиях со скоростью 560 Ватт в час, нужно взять генератор, номинальная мощность которого будет как минимум в три раза больше необходимой, т.к. генератор будет работать всего на 30-35% от номинальной мощности (560Вт/ч*3=1680Вт/ч). Для этих нужд нам подходит генератор EuroWind 2 с номинальной мощностью 2000 Ватт.

Аккумуляторы:

Проводя 8-9 часов на работе в будние дни, хозяева отсутствуют, и энергопотребление их дома сведено к минимуму. В ночное время потребление также сведено к минимуму. Основное потребление происходит утром и вечером. Между этими основными пиками существует интервал в 8-9 часов.

При среднем уровне заряда аккумуляторных батарей 560 Вт/ч за интервал 8-9 часов ветровой генератор сможет выработать около 5000 Ватт. В ветреные дни этот показатель может увеличиться как минимум в два раза, поэтому за тот же период времени может быть выработано 10000 Ватт электроэнергии.

Генератор EuroWind 2 имеет напряжение 120 Вольт, поэтому ему необходимо 10 аккумуляторов с напряжением 12 Вольт (12В*10=120В). Одна аккумуляторная батарея 12В 100Ач способна сохранить до 1,2 кВт электроэнергии. Десять таких батарей могут сохранить до 12 кВт (1200Вт*10=12000Вт). Для запаса 10000 Ватт электроэнергии нам отлично подойдут 10 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 100Ач.

Инвертор:

Для максимального потребления электроэнергии в пиковые моменты до 4 кВт, можно установить инвертор 5 кВА. Он сможет обеспечить постоянную нагрузку 4 кВт и пусковые токи до 6 кВт (150% нагрузка). Таблицу совместимости инверторов вы найдёте в разделе Инверторы.

Дополнительное оборудование:

АВР в данном случае не нужен, т.к. нет основной сети, а коммутацию с дизельным генератором (или бензиновым) можно производить посредством перекидного рубильника.

А вот дизельный генератор на 5 кВт в нашем случае не помешает – его можно использовать как резервное питание при полном отсутствии ветра.

ИТОГО:

Для полного энергообеспечения объекта нам необходим генератор EuroWind 2, 10 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 100Ач, инвертор 5 кВА, дизельная электростанция на 5 кВт.

Пример расчёта ветряка №2

Описание:

Небольшой отель на 8 номеров вместе с рестораном расположены на трассе в открытом поле. Среднегодовая скорость ветра в месте установки была замерена предварительно и составляет 6,8 м/с. Расходы электроэнергии на бытовые приборы и освещение составляют 60 кВт на один номер в месяц и около 2500 кВт в месяц на ресторан. Ресторан и отель обогреваются, кондиционируются и круглый год обеспечивают себя горячей водой с помощью трехфазного геотермального теплонасоса инверторного типа мощностью 14 кВт. Потребление электроэнергии данного теплонасоса составляет 3,5 кВт/час, а пусковые токи — всего 2,8 кВт.

В ресторане и отеле используются энергосберегающие лампы для освещения. Пиковая нагрузка при использовании электроприборов и освещения объекта составляет около 7,5 кВт (не считая 3,5 кВт теплонасоса).

Есть общественная электросеть, но она не может обеспечить потребности, т.к. выделена линия мощностью только 4 кВт. Большую мощность не может обеспечить местная подстанция.

Задача:

Полное обеспечение объекта независимой электроэнергией, отоплением и резервным питанием от основной сети.

Решение:

Генератор:

Ежемесячный расход электроэнергии на содержание номеров составит 60 кВт * 8 номеров = 480 кВт в месяц. Общий расход электроэнергии на содержание отеля и ресторана без учёта отопления составит 2980 кВт в месяц (480 кВт + 2500 кВт = 2980 кВт). Отсюда следует, что среднее ежечасное потребление на все электроприборы и освещение без учёта обогрева составит 4,14 кВт/час (2980 кВт / 30 дней / 24 часа = 4,14 кВт/час). К этому числу необходимо прибавить 3,5 кВт/час, которые будет потреблять теплонасос. В итоге мы получаем, что генератор должен обеспечивать нас как минимум 7,64 киловаттами электроэнергии ежечасно (4,14 кВт/час + 3,5 кВт/час = 7,64 кВт/час).

Среднегодовая скорость ветра 6,8 м/с позволяет генератору работать как минимум на 40% от номинальной мощности. Отсюда следует, что номинальная мощность генератора должна составлять как минимум 19,1 кВт/час (7,64 кВт/час / 40% = 19,1 кВт/час)

Для этих целей отлично подошёл бы генератор EuroWind 20, но он рассчитан на более высокие средние скорости ветра, как и другие мощные генераторы (EuroWind 15, 20, 30, 50). Поэтому мы отдадим предпочтение двум генераторам EuroWind 10, которые будут работать в одной системе, вместо одного генератора EuroWind 20. Тем более, что свободное место для установки ветрогенератора в данном случае не критично – есть свободная площадь вокруг отеля и ресторана.

Аккумуляторы:

В этом комплексе практически отсутствуют большие перерывы в использовании электроэнергии, а постоянные ветра поддерживают равномерный уровень заряда аккумуляторов.

В этом случае необходимы аккумуляторы, которые будут являться своеобразным «буфером» между генератором и инвертором. Их главная задача будет состоять в стабилизации и выпрямлении напряжения, а не накоплении электроэнергии.

Генератор EuroWind 10 имеет напряжение 240 Вольт, поэтому ему необходимо 20 аккумуляторов с напряжением 12 Вольт (12В*20=240В). Одна аккумуляторная батарея 12В 150Ач способна сохранить до 1,8 кВт электроэнергии. Двадцать таких батарей могут сохранить до 36 кВт (1800Вт*20=36000Вт). Запаса электроэнергии в 36 кВт должно хватить всему комплексу почти на 5 часов непрерывной работы при средней нагрузке при полном отсутствии ветра. Для этого нам подойдут 20 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 150Ач.

Инвертор:

Для максимального потребления электроэнергии в пиковые моменты до 7,5 кВт, можно установить инвертор 10 кВА. Он сможет обеспечить постоянную нагрузку 8 кВт и пусковые токи до 12 кВт (150% нагрузка).

А для обеспечения теплонасоса мощностью 3,5 кВт нам необходим трехфазный инвертор, т.к. этот теплонасос требует трехфазный ток с напряжением 380В. В этом случае возьмём ещё один инвертор – трехфазный 5 кВА, который обеспечит нас напряжением 380В и постоянной мощностью 4 кВт.

Дополнительное оборудование:

Можно установить АВР, который будет автоматически переключать питание отеля и ресторана с ветрогенератора на общественную электросеть в случае полного безветрия и разряда аккумуляторных батарей. Среднее потребление отеля и ресторана (4,14 кВт) практически равно мощности общественной линии электропередач, которая была выделена объекту (4 кВт), поэтому резервное питание будет обеспечено.

Для резервного обеспечения теплового насоса можно установить трехфазную бензиновую или дизельную электростанцию мощностью 3,5 4 кВт, т.к. общественная электросеть не сможет обеспечить трехфазный ток для резервного питания теплонасоса.

ИТОГО:

Для полного энергообеспечения этого объекта нам необходимы два генератор EuroWind 10, 20 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 150Ач, однофазный инвертор 10 кВА, трехфазный инвертор 5 кВА, АВР, бензиновая или дизельная электростанция на 3,5-4 кВт.

5. Схемы работы ветрогенератора

Приводим несколько популярных схем работы ветрогенераторных систем с потребителем. Это всего лишь некоторые примеры, поэтому возможны и другие схемы работы. В каждом случае составляется индивидуальный проект, который способен решить поставленную перед нами задачу.

Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами).
Объект питается только от ветроэнергетической установки.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.
АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потери питания от электросети.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор.
В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.

Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью.
Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.

Гибридная автономная система – солнце-ветер
Возможно подключение солнечных фотомодулей к ветрогенераторной системе через гибридный контроллер или с помощью отдельного контроллера для солнечных систем.

Увеличение производительности системы.
Возможно установить два и более генератора, инвертора и комплекта аккумуляторов для увеличения мощности системы.

Также возможны другие схемы работы и коммутации ветрогенераторов.

Ветрогенераторы. Устройство и виды. Работа и применение

Электричество сегодня считается чем-то обыденным, ведь оно есть в каждом доме. И никто не задумывается, откуда оно берется. Электричество в основной массе вырабатывается электростанциями, работающими на нефти, природном газе, ядерном топливе или угле. Эти традиционные источники представляют определенную опасность для окружающей среды, вследствие чего все большее внимание уделяется альтернативным видам энергии. К последним можно отнести ветрогенераторы, которым для выработки электричества нужен лишь ветер.

Устройство

Конструктивно ветрогенераторы в большинстве случаев предполагают наличие следующих элементов:

• Лопасти турбины (пропеллер).
• Турбина (вращающаяся часть).
• Электрогенератор.
• Ось электрогенератора.
• Инвертор, преобразующий переменный ток в постоянный, для возможности зарядки батареи.
• Механизм вращения лопастей.
• Механизм вращения турбины.
• Аккумулятор.
• Мачта.
• Контроллер вращения(анемометр).
• Демпфер.
• Датчик ветра и анемоскоп.
• Хвостовик анемоскопа.
• Гондола и ряд других элементов.

В зависимости от вида ветрогенератора конструкция и входящие в него элементы могут разниться. К примеру, промышленные устройства также предусматривают наличие системы молниезащиты, силового шкафа, поворотного механизма, надежного фундамента, системы пожаротушения, системы изменения угла атаки лопасти, телекоммуникационной системы для передачи информации о работе ветрогенератора и так далее.

Принцип действия

Ветрогенератор представляет устройство, преобразующее энергии ветра в электрическую энергию. Прародителями современных видов ветрогенераторов являются ветряные мельницы, которые применялись для получения муки из зерен. И принцип их работы изменился ненамного: лопасти вращают вал, который передает необходимую энергию на другие элементы.

• Ветер вращает лопасти, передавая крутящий момент через редуктор на вал генератора.
• При вращении ротора образуется трехфазный переменный ток.
• Полученный ток направляется на аккумуляторную батарею через контроллер. Аккумуляторы применяют для создания стабильности работы ветрогенератора. Генератор заряжает аккумуляторы при наличии ветра. При его отсутствии всегда можно взять энергию с аккумулятора, чтобы потребитель не прекращал получать электричество.
• С целью защиты от ураганов в ветрогенераторах применяется система с уводом ветроколеса от ветра при помощи складывания хвоста, либо торможения ветроколеса электротормозом.
• Для зарядки аккумуляторов ставится контроллер между ветряком и АКБ. Он отслеживает зарядку АКБ, чтобы не испортить аккумуляторы. При необходимости он может сбрасывать лишнюю энергию на определенный балласт, к примеру, большой резистор или тэны для отопления.
• В аккумуляторах имеется лишь постоянное низкое напряжение рядностью 12/24/48 вольт. Однако потребителю нужно напряжение в 220 вольт, именно поэтому ставится инвертор. Это устройство преобразует постоянное напряжение в переменное, создавая напряжение в 220 вольт. Естественно, что можно обойтись и без инвентора, но придется использовать электрические приборы, специально рассчитанные на низкое напряжение.
• Преобразованный ток направляется потребителю, чтобы питать отопительные батареи, освещение, телевизор и иные устройства.

В промышленных ветряках могут применяться и другие элементы, которые обеспечивают автономную работу устройства.

Типы и виды ветрогенераторов

Классифицировать ветряки можно по материалам, количеству лопастей, шагу винта и оси вращения.

Выделяют два основных типа ветрогенераторов по оси вращения:

1. С горизонтальной осью круглого вращения, то есть крыльчатые.
2. С вертикальной осью вращения, то есть «лопастные» ортогональные, «карусельные».

Горизонтальные классические ветрогенераторы имеют пропеллер (в большинстве случаев трехлопастной), а вертикальные ветряки обладают ветроколесом, которое вращается вертикально.

По количеству лопастей ветряки могут быть:

• Трехлопастные и двухлопастные.
• Многолопастные.

Вращение многолопастных ветряков начинается при слабом ветре, тогда как для двухлопастных и трехлопастных устройств требуется более сильный ветер. Однако каждая
дополнительная лопасть создает дополнительное
сопротивление ветроколеса, вследствие чего достигнуть рабочих оборотов генератора становится сложнее.

По материалам лопастей ветряки могут быть:

• Парусные генераторы.
• Жесткие лопасти ветрогенератора.

Парусные лопасти дешевле и проще в изготовлении, однако, когда необходима стабильная и надежная работа для автономного электроснабжения они не подойдут.

По шагу винта:

• Изменяемый шаг винта.
• Фиксированный шаг винта.

Изменяемый шаг винта дает возможность повысить диапазон эффективных скоростей работы. В то же время данный механизм неизбежно:

• Усложняет конструкции лопасти.
• Снижает общую надежность ветрогенератора.
• Утяжеляет ветроколесо и требует дополнительного усиления конструкции.

Применение

Устройства могут использоваться в различных местах. В большинстве случаев в открытые пространства, где большой потенциал ветров:

• Горы.
• Мелководье.
• Острова.
• Поля.

В то же время ветрогенераторы современных конструкций дают возможность задействовать энергию даже слабых ветров – от 4 м/с. Благодаря им можно решать задачи электроснабжения и энергосбережения объектов любой мощности.

• Стационарные ветряные электростанции в виде альтернативных источников энергии способны полностью обеспечить электрической энергией небольшой производственный объект или жилой дом. В периоды отсутствия ветра необходимый запас электроэнергии будет выбираться из аккумуляторных батарей. Они отлично могут сочетаться с фотоэлектрическими батареями, газовым или дизельным генератором.
• Ветрогенераторы могут использоваться и для экономии при наличии центральной электросети.
• Ветроустановки средней и малой мощности часто используются владельцами фермерских хозяйств и домов, удаленных от централизованных электросетей, в качестве автономного источника.

Достоинства и недостатки

К преимуществам можно отнести:

• Энергия ветра является возобновляемой энергией. Ветер создается бесплатно и постоянно, без ущерба окружающей среде. Энергия ветра доступна в любом месте на планете.
• Энергия ветра является достаточно дешевой.
• Ветряные турбины находятся на мачтах, им требуется минимум места. Благодаря этому их можно устанавливать совместно с иными объектами и строениями.
• Ветрогенераторы в процессе эксплуатации не производят вредных выбросов.
• Энергия ветра в особенности требуется в удаленных местах, куда затруднена доставка электричества иными привычными способами.

К недостаткам можно отнести:

• Сила ветра очень переменчива и непредсказуема, вследствие чего требуется дополнительный буфер для накапливания электроэнергии, либо дублирования источника.
• Высокая начальная стоимость создания и установки ветрогенераторов.
• Ветряные турбины создают шум, который сравним с шумом автомобиля, перемещающегося со скоростью 70 км/ч. Это отпугивает животных и создает определенный дискомфорт для людей.
• Вращающиеся лопасти представляют потенциальную опасность для птиц.

Похожие темы:

принцип работы необычного ветряка будущего

Ветроэнергетика прочно заняла свою нишу среди других способов производства электроэнергии. Доля произведенного промышленными ветрогенераторами электротока от общего количества потребляемой энергии, например, в Дании, составляет 36%. Возможности этого метода еще не изучены полностью, а обилие новых разработок, постоянно появляющихся и демонстрируемых конструкторами, говорит о перспективности этого направления.

Слишком заманчиво производить энергию из ветра, который достается совершенно бесплатно и в неограниченном количестве. Энергия есть, ее много, надо только суметь получить.

Ветряки необычных конструкций

Согласно расчетным данным, максимально возможный КПД ветрогенератора составляет 59,3%. Причина этого кроется в особенностях конструкции ветряков и в большом количестве потерь на трение, передачу вращения и прочих тонких эффектах, в сумме отбирающих половину (а то и больше) эффективности устройств. Ограниченные возможности существующих ныне ветрогенераторов стали причиной активного поиска более удачных конструкций, работающих на иных принципах и способных к более интенсивному приему энергии ветра.

Наиболее привлекательна идея отказаться от привычных лопастей и пойти по пути использования более простых конструкций. Это позволит снизить расходы на производство и обслуживание, увеличит срок службы, снизит уровень шума и опасность для птиц и животных. Разработки, уже имеющиеся в этом направлении, сулят большие перспективы в случае их широкого распространения.

Ветрогенератор без лопастей

Безлопастные ветрогенераторы разрабатываются уже довольно давно, но дальше предложенных проектов пока дело не заходило. Наконец, испанская компания Vortex представила полноценную рабочую конструкцию ветротурбины, полностью лишенной лопастей.

Вариант, предложенный Vortex, вызвал немалый интерес среди представителей научных и деловых кругов. Учитывая скептицизм, который принято испытывать по отношению к различным «непонятным» конструкциям, подобное отношение наглядно демонстрирует наличие проблемы и существование серьезной заинтересованности в ее решении.

Существуют и другие безлопастные конструкции, например, парусные ветряки, не имеющие вращающихся частей, а использующие силу давления ветра на сплошное полотно. Поток, взаимодействующий с парусом, используется полностью, но велики потери при передаче энергии на систему поршней, от которых приводится во вращение генератор. Кроме того, сильный порыв ветра создает большую нагрузку на полотно, что создает угрозу разрушения или опрокидывания мачты с ветряком.

Все имеющиеся до сего времени варианты конструкции безлопастных ветрогенераторов имели общий недостаток — они использовали для производства энергии обычные тихоходные генераторы, нуждающиеся во вращении. Поэтому любая разработка имела один и тот же проблемный узел — участок преобразования полученной энергии во вращательное движение.

Специалисты Vortex, похоже, нащупали способ решения проблемы, отказавшись от традиционных генераторов.

Как устроены безлопастные ветряки?

Конструкция, которую вынесли на суд общественности инженеры Vortex, по их заверениям, имеет большую эффективность, экономичность, экологическую чистоту. Внешне устройство выглядит необычно и несколько футуристически — ветряк представляет собой вытянутый конус, установленный на вершину.

Определить на вид предназначение такого сооружения невозможно, если заранее не иметь о нем никакого представления. При работе никакого вращения нет, устройство лишь слегка раскачивается под действием ветра. Компания планирует начинать массовое производство с небольших моделей, имеющих вес 10 кг, высоту 3 м и развивающих мощность 100 Вт. Параллельно разработана более солидная установка на 4 кВт, имеющая 13 м высоты и вес 100 кг.

В ближайшее время предстоит тестовый запуск станции из 100 столбов, которые будут обеспечивать электроэнергией 300 частных домов в Шотландии. В планах компании проект создания мегаваттной установки, способной обеспечивать энергией серьезные количества потребителей в масштабе больших городов, крупных промышленных предприятий. Проект получил широкую поддержку экологических организаций и общественных движений.

Принцип работы

Действие генератора основано на образовании воздушных завихрений, которые создаются при обтекании потоками ветра цилиндрических препятствий. Конусообразная форма устройства способствует раскачиванию, чувствительность к нарушению равновесия является важным показателем работы ветряка.

Образующиеся вихри создают достаточно сильную вибрацию, приводящую в движение всю конструкцию столба, на изменение положения реагируют чувствительные магниты, создающие сильное поле. Эффект образования завихрений, создающих цепочки возмущений потока, известен уже более 100 лет. Он впервые описан и рассчитан Теодором фон Карманом в 1912 году, но на пользу его никто не пытался обратить.

Воздушные завихрения, использованные в основе конструкции, до сих пор считались вредными паразитными проявлениями. Их влияние способно к серьезным воздействиям на конструкцию, что наглядно продемонстрировал мост Такома-Нарроуз в Америке, который разрушился из-за таких колебаний. Подобных примеров, приведших к сильной раскачке мостовых конструкций, можно привести достаточно много. Ветрогенератор, предложенный компанией Vortex, является первой попыткой направить эти силы на пользу.

Испытания, проведенные специалистами, показали, что наилучшие показатели достигаются при использовании нескольких установок, расположенных неподалеку друг от друга. Колебания, инициированные первым столбом, улавливаются второй конструкцией, усиливаются и направляются дальше — нарастающей. Такая способность натолкнула конструкторов на мысль о необходимости использовать не отдельные устройства, а комплекты, дающие сильный эффект, производящие большее количество энергии.

Ветрогенераторы будущего

Усиленные исследования в области безлопастных конструкций дают основания предполагать рост производства подобных изделий. Существующие уже сегодня разработки сулят большие перспективы этому направлению, поскольку экономичность и эффективность таких моделей даже на стадии макетирования намного превышают показатели сегодняшних промышленных образцов.

Исследователи, конструкторы не хотят мириться с недоступностью дармовой, неисчерпаемой энергии ветра, использование которой позволяет отказаться от опасных или вредных для окружающей природы атомных или гидроэлектростанций.

Возможности ветрогенераторов пока не могут полностью решить проблему, но, по мере появления более успешных разработок, неминуемо начнут понемногу занимать место отработавших свой срок службы нынешних энергетических гигантов. Такой процесс будет плавным, резкого перехода не будет, поэтому каких-либо неудобств или потерь никто не почувствует.

Создание бесшумных, не имеющих вращающихся частей установок значительно снизит их себестоимость, что отразится на цене конечного продукта — электроэнергии, увеличит ее доступность, позволит всем без исключения пользоваться энергией ветра.

Рекомендуемые товары

принцип работы и получения энергии

Приводим несколько популярных схем работы ветрогенераторных систем с потребителем. Это всего лишь некоторые примеры, поэтому возможны и другие схемы работы. В каждом случае мы составляем индивидуальный проект, который способен решить поставленную перед нами задачу.

Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами)

Объект питается только от ветряной электростанции.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью

АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра или в случае полной разрядки аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потери питания от электросети.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор

В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора, работающего на бензине или солярке.

Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью

Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия ветряком и из неё же потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией из сети. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.

Гибридная автономная система – солнце-ветер

Возможно подключение солнечных фотомодулей к ветровой электростанции через гибридный контроллер или с помощью отдельного контроллера для солнечных систем.

Увеличение производительности системы

Возможно установить два и более генератора, инвертора и комплекта аккумуляторов для увеличения общей мощности системы.

Также возможны другие схемы работы и коммутации ветрогенераторов.

как работает, достоинства и недостатки

Как работает вертикальный ветрогенератор

Данные установки преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения приводного вала. Вертикальная ось ветровой турбины соединена с ротором, работающим также в вертикальном положении. Ротор и генератор расположены в нижней части башни.

Лопасти ветряка присоединены прямо к центральной оси, соединенной с ротором генератора. Генератор располагается в нижней части установки, иногда даже на уровне земли.

Таким образом, при вращении лопастей винта ротор генератора также приходит в движение и, следовательно, появляется возможность выработки электроэнергии.

Видео: работа генератора с вертикальной осью вращения

Рассматриваемые ветряки не нуждаются в дополнительном оборудовании, которое определяет направление ветра и корректирует положение ветряка в соответствие с ним. На ветрогенераторах с горизонтальной осью вращения в качестве подобного устройства выступает специальная хвостовая лопасть.

Кроме того, эти турбины более устойчивы к турбулентности, чем стандартные горизонтальные.

Перечислим некоторые из доступных на сегодняшний день моделей таких генераторов: Giromill, ротор Дарье, ветряные мельницы с вращающимися парусами и турбины Савониуса.

Преимущества

• Основным достоинством является ортогональное расположение оси ротора, позволяющее размещать устройство вблизи поверхности земли. Соответственно, ветрогенератор и передаточный механизм расположены на этой же высоте и не требуют сооружения высоких конструкций для их установки.

• Кроме того, турбина не обязательно должна быть ориентирована по направлению ветра, что делает её очень простой в эксплуатации.

• Применение вертикальных ветрогенераторов даёт высокий эффект при их установке на верхней части холмов, столовых гор, по линии горных хребтов и в других местах, где вблизи поверхности земли присутствуют турбулентные потоки воздуха.

• В местах, где запрещено размещение высотных ветровых турбин, могут быть расположены вертикальные. При этом, вы сэкономите денежные средства и время, которые потребовались бы вам для получения соответствующих согласований для разработки и монтажа высоких башенных установок ветряков с горизонтальным расположением вала.

• Также, неоспоримым преимуществом устройств с вертикальным валом является их возможность поворота в любом направлении вместе с ветром.

Недостатки

• Одним из недостатков вертикальных турбин является их низкая эффективность в зоне постоянных ветров. Это происходит из-за высокой силы сопротивления, действующей с противоположной стороны, при попытке захватить движущийся поток воздуха.

  Поэтому, на равнинах и других местах с преобладающими постоянными ветровыми потоками наилучшим вариантом являются горизонтальные ветроустановки. Они позволяют наиболее полно использовать энергию ветра в данных районах.

  При наличии же турбулентных потоков у поверхности земли рекомендуется применять ортогональные ветроустановки.

• Другим минусом вертикальных ветроустановок является возможность разрушения лопастей винта. Это вызвано тем, что при вращении вокруг главной оси, на них постоянно воздействуют центробежные силы. То есть, со временем, лопасти сгибаются, трескаются и разрушаются. При их поломке вся машина выходит из строя.
• Если разместить ветряк рядом со зданием, то он не будет работать, так как находится в мертвом воздушном пространстве.

Вывод

Вертикальные ветроустановки существуют в течение тысяч лет, но из-за плохой надежности и эффективности они не пользуются популярностью. Однако, их продолжают выпускать и по сей день.

Производители утверждают, что данные устройства могут уловить ветер любого направления, что, по сути, также верно и для горизонтальных турбин.

По сравнению с горизонтальными установками, рассматриваемые модели обладают меньшим коэффициентом полезного действия.

Принцип работы ветрогенератора — видео и обзор.

Выходная мощность ветровых электростанций может достигать 3000 Вт и более.
Данные установки идеальны для применения в отдаленных районах. Их используют для электроснабжения дачных домиков, туристических лагерей, домов отдыха, парусных лодок и других сооружений.

Ветрогенераторы можно использовать для питания небольших бытовых приборов и электроинструментов, а также для зарядки аккумуляторов. Почти на каждой ферме в отдаленных районах вы можете встретить ветровую установку. Их обычно строят в районах, где преобладает ветреная погода.

Ветровые электростанции не оказывают вредного влияния на экологию, являются экономически выгодным вложением и надежными для электроснабжения различных объектов. Главное достоинство ветряных установок – использование неисчерпаемого источника энергии. Не секрет, что принцип работы ветрогенератора заключается в преобразовании кинетической энергии ветра в электрическую.

Этот способ выработки электричества не приводит к образованию побочных продуктов, и, следовательно, к загрязнению окружающей среды. Также, вам не придется тратиться на топливо, так как вращения их подвижной части обеспечивается ветром.

Как работает турбина ветрогенератора?

Принцип работы ветрогенератора подобен функционированию турбин самолета. Отличие лишь в том, что лопасти ветряка вращаются на месте под воздействием порывов ветра. Ввиду своего гигантского размера, они эффективно поглощают энергию ветра, которая затем преобразуется в электричество.

Лопасти винта имеют специальную форму, позволяющую им с легкостью реагировать на движение воздушных масс. Потоки проходящего воздуха заставляют винт вращаться, причем вам может показаться, что скорость вращения довольно мала. Но затем, с помощью передаточных механизмов, вращение винта приводит в движение шестерни меньшего размера, скорость которых уже заметно выше.

Данные приспособления разгоняют вал привода до частоты оборотов, достаточной для успешного завершения преобразования энергии ветра в электричество.

Для получения наибольшей электрической мощности на выходе генератора, винты ветряков устанавливаются на максимально возможной высоте. Лопасти винтов обычно достигают 70 м. или 230 футов в диаметре, что в 30 раз превышает размах крыльев орла.

Большой размер и охват лопастей делает возможным многократное преумножение силы ветра. Поэтому, даже легкий порыв, захваченный внешний краем винта, может привести последний в движение.

Видео: принцип работы ветрогенератора (ветряка)

Плюсы и минусы ветрогенераторов

Преимущества ветряков

Прежде чем приобрести подобный генератор, требуется взвесить все плюсы и минусы покупки. Достоинств у данных устройств больше, чем недостатков.

• Основным преимуществом является их безопасность с точки зрения экологии. Это возможно благодаря тому, что использование энергии ветра не ведет к образованию побочных продуктов и выхлопных газов. Данные вещества обычно образуются при сжигании топлива и выбрасываются в атмосферу, нанося непоправимый вред здоровью людей и животных, проживающих в близлежащих районах.
• Еще одним аргументом в пользу данных установок является то, что вам не придётся платить за топливо. То есть, все затраты связаны только с приобретением генератора. Это немалые затраты, но они в скором времени окупаются, ведь вам больше не нужно платить за потребляемую из сети электроэнергию.

Недостатки ветрогенераторов

• Основным недостатком ветрогенераторов является то, что этим возобновляемым источником невозможно управлять как многими современными ресурсами. Поэтому, количество вырабатываемой электроэнергии каждый день может быть различным. Если же энергии от ветряка вам недостаточно, то вы вынуждены использовать резервный источник питания, работающий на ископаемом топливе.
• Кроме того, ветровые установки занимают довольно большую площадь, причем для достижения необходимого эффекта они должны быть размещены на возвышенности.
• Прежде чем приобрести ветрогенераторы, обязательно согласуйте это с вашими соседями. Это необходимо, так как работа этих устройств может сопровождаться телевизионными помехами и высоким уровнем шума.
• Также, известны случаи обращения за медицинской помощью людей, проживающих вблизи рассматриваемых установок. Это заболевание получило название «синдром ветровых турбин». Человек, страдающий этим синдромом, испытывает частые головные боли и другие недомогания, связанные с длительным воздействием низкочастотных вибраций и шумов.
• Довольно неприятным фактором также является и то, что множество птиц и летучих мышей часто погибает при столкновении с лопастями винтов генераторов.

Принцип работы ветряной турбины

— Usimeca

Данные о скорости ветра можно получить из карт ветров или в метеорологической службе. К сожалению, общая доступность и надежность данных о скорости ветра во многих регионах мира крайне низки. Однако в значительных регионах мира среднегодовая скорость ветра превышает 4-5 м / с (метров в секунду), что делает маломасштабную ветроэнергетику привлекательным вариантом. Важно получить точные данные о скорости ветра для данного участка, прежде чем можно будет принять какое-либо решение относительно его пригодности.Методы оценки средней скорости ветра можно найти в соответствующих текстах (см. Раздел «Ссылки и ресурсы» в конце этого информационного бюллетеня).

Сила ветра пропорциональна:

• площадь ветряной мельницы, уносимая ветром
• куб скорости ветра
• плотность воздуха — которая меняется с высотой

Формула, используемая для расчета мощности ветра, показана ниже:

P = ½.ρ.A.V ³

где, P — мощность в ваттах (Вт)

ρ — плотность воздуха в килограммах на кубический метр (кг / м ³ )
A — рабочая площадь ротора в квадратных метрах (м ² )
V — скорость ветра в метрах в секунду (м / с)

Тот факт, что мощность пропорциональна кубу скорости ветра, очень важен.Это можно продемонстрировать, указав, что если скорость ветра увеличивается вдвое, сила ветра увеличивается в восемь раз. Поэтому стоит найти участок с относительно высокой средней скоростью ветра.

Ветер в ваттах

Хотя приведенное выше уравнение мощности дает нам мощность ветра, фактическая мощность, которую мы можем извлечь из ветра, значительно меньше, чем предполагает эта цифра. Фактическая мощность будет зависеть от нескольких факторов, таких как тип используемой машины и ротора, сложность конструкции лопастей, потери на трение и потери в насосе или другом оборудовании, подключенном к ветряной машине.Существуют также физические ограничения на количество энергии, которое реально может быть извлечено из ветра. Теоретически можно показать, что любая ветряная мельница может извлекать максимум 59,3% энергии от ветра (это известно как предел Беца). На самом деле, этот показатель обычно составляет около 45% (максимум) для большой турбины, производящей электричество, и от 30% до 40% для ветряного насоса (см. Раздел о коэффициенте производительности ниже). Итак, изменив формулу «Сила ветра», мы можем сказать, что мощность, вырабатываемая ветряной машиной, может быть выражена следующим образом:

P _M = ½.Cp.ρ.A.V ³

где,

P _M — мощность (в ваттах), доступная от машины
C _p — коэффициент полезного действия ветряной машины

Также стоит иметь в виду, что ветряная машина будет работать с максимальной эффективностью только часть времени, в течение которого она работает, из-за колебаний скорости ветра. Грубую оценку мощности ветряной машины можно получить с помощью следующего уравнения;

P _A = 0.2 А В ³

где,

P _A — средняя выходная мощность в ваттах за год
V — среднегодовая скорость ветра в м / с

Есть два основных физических принципа, с помощью которых можно извлекать энергию из ветра; они происходят за счет создания подъемной силы или силы сопротивления (или комбинации этих двух). Разница между сопротивлением и подъемной силой иллюстрируется разницей между использованием паруса спинакера, который наполняется как парашют и тянет парусную лодку по ветру, и бермудского парусного вооружения, знакомого треугольного паруса, который отклоняется от ветра и позволяет парусной лодке двигаться. путешествовать по ветру или слегка навстречу ветру.

Принцип работы ветряной электростанции

Привет друзья, в этой статье я обсуждаю принцип работы ветряной электростанции .

Энергия ветра — это косвенная форма солнечной энергии, поскольку ветер создается в основном за счет неравномерного нагрева земной коры солнцем. Кинетическая энергия ветра может быть использована для производства с помощью ветряной турбины.

Когда набегающий поток ветра взаимодействует с ротором турбины, он передает часть кинетической энергии ротору, из-за чего его скорость уменьшается.Эта разница в кинетической энергии преобразуется в механическую энергию. Это основной принцип работы ветряной электростанции .

Полная энергия ветра равна поступающей кинетической энергии ветрового потока. Его можно выразить как:

Общая ветровая энергия, P _т = (ρAC _i ³ ) / 2

Где ρ = плотность воздуха (кг / м ³ )
A = рабочая площадь ротора = πr ² (r = радиус лопастей в метрах)
C _i = скорость набегающего ветра (в м / с).

Плотность воздуха (ρ) несколько сложна, поскольку она зависит от определения «идеального» воздуха, температуры, высоты и содержания водяного пара. Это приблизительно 1,2 кг / м 2 ³ на уровне моря и комнатной температуре, значение, которое является достаточно точным для наших целей.

Из приведенного выше уравнения ясно, что полная мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости набегающего ветра, плотности воздуха и площади, охватываемой ротором. Следовательно, любое небольшое увеличение скорости ветра может привести к значительному увеличению развитой ветроэнергетики.

Ветрогенератор с горизонтальной осью

Генераторы ветряных турбин с горизонтальной осью успешно используются во всем мире. Основные компоненты винтового ветрогенератора показаны на рисунке.

• Обычно он имеет два из трех лезвий, изготовленных из пластика, армированного стекловолокном высокой плотности. Диаметр ротора от 2 до 25 м. Современные роторы могут быть до 100 м в диаметре. Лопасти ротора собраны на ступице.
• Ступица, тормоза, коробка передач, генератор с электрическим управлением размещены в коробке под названием гондола .
• Электромагнитные тормоза предназначены для автоматического торможения, если скорость ветра превышает расчетную.
• Вся система установлена ​​на верхней части башни. Он предназначен для выдерживания ветровых нагрузок во время штормов.
• Также предусмотрен механизм управления рысканием для регулировки гондолы вокруг вертикальной оси, чтобы она была обращена ветром. Сервомеханизм, управляемый датчиком направления ветра, управляет гондолой таким образом, чтобы лопасти турбины всегда были ориентированы в направлении, перпендикулярном ветру, чтобы иметь максимальную площадь ветрового потока.
• Шаг лезвия (от 0 ^o до 30 ^o ) регулируется автоматически, чтобы обеспечить флюгирование. Таким образом, мощность и скорость вала ветряной турбины регулируются в соответствии со скоростью генератора и его электрической мощностью. Механизм управления высотой звука регулирует высоту звука для достижения оптимальной производительности.
• Энергия ветра преобразуется в механическую энергию с помощью аэротурбины. Эта механическая мощность передается через шестерни на генератор для увеличения его скорости.Поскольку частота вращения ротора низкая, необходима зубчатая передача, чтобы соответствовать синхронной скорости генератора.
• Из-за колебаний скорости ветра невозможно получить питание фиксированной частоты от ветряных мельниц. Чтобы решить эту проблему, выходной сигнал трехфазного генератора выпрямляется и преобразуется в переменный ток с помощью инвертора с ШИМ, работающего на частоте 50 или 60 Гц.

Выбор площадки для ветряной электростанции

Поскольку мы знаем, что общая ветровая энергия от свободного потока ветра увеличивается как куб скорости ветра, поэтому расположение ветряной электростанции следует выбирать очень тщательно. Энергия ветра может использоваться там, где скорость ветра достаточно высока в диапазоне от 8 до 40 км / ч.

Такие скорости ветра доступны вдоль морского побережья на больших высотах и ​​в холмистой местности. Некоторые из важных критериев выбора места для установки системы преобразования энергии ветра (WECS) следующие:

• WECS следует располагать там, где доступны высокие средние скорости ветра в диапазоне от 6 м / с до 30 м / с в течение года.
• WECS должен располагаться вдали от городов и лесов, поскольку здания и леса обладают устойчивостью к ветру.
• Скорость ветра необходимо измерять на нескольких высотах, поскольку скорость ветра увеличивается с высотой.
• Конструкция башни должна быть адекватной, чтобы выдерживать максимальные скорости ветра, наблюдаемые в последние несколько лет в районе установки.

Преимущества и недостатки ветряной электростанции

Преимущества

• Это бесплатный и неисчерпаемый источник энергии.
• Это чистый и не загрязняющий окружающую среду источник энергии.
• Имеет низкие эксплуатационные расходы.
• Он имеет низкую стоимость производства электроэнергии (около 2,25 рупий / кВтч).

Недостатки

• В настоящее время капитальные затраты на ветроэлектростанции высоки. Это около рупий. 3,5 крор / МВт.
• Энергия ветра очень изменчива по своей природе. Из-за этих колебаний очень сложно спроектировать ветроэнергетическую систему. Эта проблема также требует предоставления подходящего запоминающего устройства для обеспечения непрерывного энергоснабжения.
• Значительные колебания скорости ветра во время шторма могут привести к повреждению ветряных мельниц.
• КПД системы находится в диапазоне от 35 до 44%.
• Ветряная мельница вызывает звуковое загрязнение. Большой звук слышен в нескольких километрах.

Спасибо, что прочитали о принципе работы ветряной электростанции .

Электростанции | Все сообщения

© https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы ветряной электростанции.

STELR | Теория энергии ветра

Как работают ветряные турбины?

Ветряные турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую.

Основные шаги:

Шаг 1: Движущийся воздух толкает лопасти турбины, заставляя их вращаться. При этом часть кинетической энергии движущегося воздуха преобразуется в механическую (кинетическую энергию вращения) вращающихся лопастей. (Ветер все еще имеет некоторую кинетическую энергию, поскольку он уходит от турбины.)

Шаг 2: Валы и шестерни внутри коробки передач передают механическую энергию турбины генератору.(Шестерни заставляют приводной вал генератора вращаться быстрее, чем вал, соединенный со ступицей лезвия.)

Где лучше всего разместить ветряную электростанцию?

Ветряки следует размещать там, где есть устойчивые сильные ветры — хотя и не настолько сильные, что они могут повредить турбины.

Однако они работают с максимально возможной энергоэффективностью, когда работают в «гладком» воздухе, то есть когда частицы воздуха движутся в одном направлении, а не кружатся и движутся в разных направлениях.

Таким образом, идеальными площадками для установки ветряных турбин являются:

• Вдали от препятствий, таких как леса, башни и скалистые обнажения. (Это может вызвать завихрение воздуха.)
• На максимально возможной высоте.

Лучшее место — на вершине холма, где ветер может концентрироваться и увеличиваться в скорости.

Сила ветра

Мощность ветра пропорциональна кубу скорости ветра! Это означает:

• Если бы скорость ветра была в 2 раза больше, мощность, доступная от ветра, была бы в 8 раз больше.
• Если бы скорость ветра была в 3 раза больше, мощность, доступная от ветра, была бы в 27 раз больше.
• Если бы скорость ветра была в 10 раз больше, мощность, получаемая от ветра, была бы в 1000 раз больше!

Это показывает, насколько важно размещать ветряные электростанции в местах с сильными ветрами.

От чего зависит, сколько энергии вырабатывает ветряная турбина?

Количество электроэнергии, производимой ветряной турбиной, зависит не только от скорости ветра, но и от того, насколько плавно он течет.Это также зависит от конструкции турбины:

• Количество лопастей
• Длина лопастей
• Форма лопастей
• Масса (масса) лопастей
• Шаг (угол) лопастей к ветру
• Высота башни
• Шестерни б / у
• Тип используемого генератора
• Компьютерная система, которая контролирует работу турбины и ее выходную мощность (где она используется)

Какова энергоэффективность ветряных турбин?

Ветряные турбины не производят электричество постоянно.Хотя ветер может быть доступен до 70% времени, он часто недостаточен для работы ветряной турбины на полную мощность. Сочетание отсутствия ветра и недостаточной силы ветра означает, что даже в хорошем месте ветряная турбина в течение года будет производить только около 30% от того количества, которое она могла бы произвести при постоянном сильном ветре.

Хороший сайт может иметь коэффициент загрузки 35% . Это означает, что турбины будут вырабатывать в среднем 35% своей мощности за год.

Помимо проблем с самим ветром, часть кинетической энергии ветра преобразуется в тепловую энергию (шестерни и валы нагреваются) и звуковую энергию (лопасти, шестерни и валы издают некоторый шум при вращении). Это показано на Рисунке 6.

Преимущества ветряных турбин

Основными преимуществами ветряных турбин после их изготовления * являются:

• Это возобновляемый источник энергии.
• Они не выделяют парниковые газы или другие загрязнения.
• Они более энергоэффективны, чем большинство электростанций, работающих на ископаемом топливе.
• Они дешевле в эксплуатации, чем многие другие энергоресурсы.
• Они могут быть установлены в отдаленных районах, где использование других источников энергии нецелесообразно, даже в таких местах, как Антарктида и на океанских яхтах.

На рисунке 7 показана одна из ветряных турбин, построенных австралийской компанией в Антарктиде. Штаб-квартира этой компании находится в Дарвине.

* Парниковые газы и другие загрязнители образуются при производстве, транспортировке и установке ветряных турбин, но после того, как они проработают год или около того, они будут это компенсировать.В целом ветряные турбины помогают снизить количество парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу.

Недостатки ветряных турбин

Некоторые недостатки ветряных турбин:

• Выдаваемая электрическая мощность зависит от скорости и направления ветра. Иногда скорость ветра слишком мала, чтобы даже начать вращение. Следовательно, они могут использоваться только для обеспечения людей необходимой электроэнергией.
• Они могут быть повреждены очень сильным ветром, а также подвергнуты коррозии из-за соли в воздухе, когда они находятся рядом с морем.
• Подключение их к электросети может быть дорогостоящим из-за больших расстояний.
• Некоторые люди думают, что портят пейзаж.
• У них должны быть мигалки сверху, чтобы предупреждать пилотов любого летящего над ними самолета об их присутствии. Люди, живущие поблизости, иногда жалуются, что мигающий свет мешает им спать.
• Во многих странах большинство ветряных турбин строятся на суше, обычно потому, что люди не хотят, чтобы они двигались по суше.Это гораздо более дорогое место, потому что турбины дороже в установке и обслуживании из-за таких проблем, как коррозия металлических частей морской водой и повреждение от постоянного движения волн и песка. Это означает, что вырабатываемая ими электроэнергия дороже, чем вырабатываемая на угольных электростанциях.
• Может оказать воздействие на местные популяции птиц.

Энергия ветра — еще один чистый и зеленый способ производства электроэнергии

Мы хорошо понимаем, насколько важно максимально использовать возобновляемые источники энергии.Обычные энергоресурсы, такие как ископаемое топливо, являются исчерпаемыми и могут когда-нибудь исчезнуть, если мы продолжим их использовать текущими темпами. Вот почему разрабатываются технологии для эффективного и надежного сбора электроэнергии из возобновляемых источников энергии, таких как гидроэнергия, солнечная энергия, энергия ветра, геотермальная энергия и т. Д. Ветер является одним из важных возобновляемых ресурсов, которые мы могли бы использовать. Человеческие цивилизации использовали энергию ветра тысячи лет. Раньше ветряные мельницы использовались для откачки воды из колодца или для измельчения зерна, но сценарий сильно изменился, и мы используем ветряные мельницы для выработки электроэнергии.В этой статье объясняется , как электричество генерируется из энергии ветра, то есть энергии ветра .

Как работает ветровая энергия?

Ветер обладает кинетической энергией, которая может быть преобразована в электрическую. Для преобразования кинетической энергии ветра в электричество используются ветряные турбины. Ветер вращает лопатки турбины, вал которой механически соединен с электрогенератором. Основной принцип работы ветряной турбины настолько прост, насколько это звучит! Но да, для использования максимальной энергии ветра настоящие ветряные турбины немного сложны.Они делятся на два основных типа: ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT). Они также доступны в различных размерах и номиналах. Вы также можете найти ветряную турбину на крыше, которая может быть установлена ​​на крыше вашего дома и обеспечивать ваши потребности в электроэнергии. С другой стороны, большая ветряная турбина с горизонтальной осью может быть выше 300 футов. Речь идет не только об одном доме, но и о ветряных электростанциях (также называемых ветряных электростанциях), которые подключены к электросети.Многие страны пытаются увеличить долю энергии ветра в общей выработке.

Ветряная электростанция (или ветряная электростанция) состоит из множества отдельных ветряных турбин, сгруппированных вместе. В мире существует множество примеров крупных ветряных электростанций мощностью около пары тысяч МВт. Ветряная электростанция также может быть расположена на берегу. Местоположение выбирается исходя из доступности и средней скорости ветра в этом месте. Таким образом, часто они располагаются на больших высотах.
[Также читайте: Электростанции]

HAWT (ветряная турбина с горизонтальной осью)

Ветровые турбины с горизонтальной осью чаще всего используются в ветряных электростанциях. На рисунке ниже показаны различные основные компоненты ветряной турбины с горизонтальной осью.

• Башня: Башня обычно имеет цилиндрическую форму высотой от 25 до 90 метров. Внутри башни предусмотрена возможность подъема наверх для технического обслуживания.
• Лопасти ротора: Обычно в ветряных электростанциях используются трехлопастные ветряные турбины.Длина лопастей ротора составляет от 20 до 40 метров. Они сделаны из легкого материала, такого как полиэстер, армированный стекловолокном, или древесная эпоксидная смола. Когда дует ветер, лопасти ротора вращаются со скоростью от 10 до 60 об / мин.
• Гондола: Она установлена ​​наверху башни и в ней размещены редуктор и генератор. К нему также прикреплен механизм контроля скорости и направления ветра.
• Коробка передач: Он принимает более низкие обороты от лопастей ротора и обеспечивает более высокие обороты генератора через расположение шестерен.(Есть и ветряки с прямым приводом, в которых редуктор отсутствует.)
• Генератор: Узел ротора соединен с генератором через редуктор. Таким образом, когда ротор вращается, он приводит в действие генератор и, следовательно, вырабатывается электричество.
• Механизм поворота вокруг вертикальной оси: Для повышения эффективности лопасти ротора должны быть обращены в сторону ветра. Но поскольку направление ветра время от времени меняется, имеет смысл повернуть роторный узел в сторону изменившегося направления ветра.Механизм рыскания делает это!

Как работает ветряная электростанция? — Полное объяснение

Введение

Энергия ветра — это возобновляемый источник энергии, доступный во всем мире в изобилии. Чтобы использовать этот природный ресурс наилучшим образом, спроектированы ветряные турбины. Ветряная турбина может работать при скорости ветра от 15 до 90 км / ч и широко используется во всем мире. Ветряные электростанции используются для выработки электроэнергии в районах с сильным ветром с помощью ветряных турбин.

Что создает ветер?

Почти 2% солнечной энергии, поступающей на Землю, преобразуется в энергию ветра. Это происходит из-за неравномерного нагрева поверхности земли, который вызывает различные зоны низкого давления, и молекулы воздуха перемещаются из зоны высокого давления в зону низкого давления, что создает ветер. Вращение земли и неровности поверхности заставляют ветер двигаться по случайной траектории вокруг Земли. Этот поток ветра извлекается на ветряной электростанции, чтобы вращать генераторы, производящие электричество.

Что такое ветряная электростанция?

Когда на земле установлено несколько ветряных турбин, это называется ветряной электростанцией. Вся электроэнергия, вырабатываемая каждой отдельной башней, подается на электрическую подстанцию ​​через сеть передачи.

Прежде чем вкладывать деньги в этот бизнес, необходимо убедиться, что расположение ветряной электростанции играет решающую роль в ее успехе.

Морской завод имеет хороший воздушный поток круглый год.Единственный недостаток — это стоимость строительства, монтажа и сложности в обслуживании завода. Кроме того, подводные кабели используются для передачи тока на сушу, где можно легко использовать местные линии электропередачи. Кроме того, следует также иметь в виду, что скорость ветра на морских объектах достигает нескольких миль / час, поэтому проектирование машины также является первоочередной задачей. фактор, который следует иметь в виду.

Расположение береговой ветряной электростанции требует гораздо больше исследований и затрат времени, чтобы найти правильное место, прежде всего, датчики скорости, температуры и направления ветрового потока установлены повсюду на рассматриваемой территории.Данные этих датчиков анализируются в течение нескольких месяцев, чтобы решить, подходит ли это место для установки или нет. Как только вы выберете правильное место, будет легко построить и установить завод.

На пути ветра не должно быть препятствий, поэтому избегайте турбулентности воздушного потока, достигающего лопастей. Поэтому береговую установку не следует устанавливать в долине. Лучшее место для установки на суше — вершина холма, где мы можем получить почти обтекаемый поток воздуха без какой-либо турбулентности или открытой местности.Если есть какое-либо препятствие в потоке воздуха даже перед открытой площадкой, оно должно быть вдвое длиннее башни, тогда это не повлияет на мощность, генерируемую башней.

Поскольку ветряные электростанции имеют переменную выработку электроэнергии из-за колебаний скорости ветра в течение дня, они должны разработать план резервного электроснабжения, чтобы поддерживать постоянное энергоснабжение. Прогноз погоды также играет важную роль в определении доли использования альтернативных источников в ближайшие несколько дней.

Индия производит 1500 МВт электроэнергии с помощью своей наземной ветряной электростанции Маппандал, второй по величине в мире по производству электроэнергии после китайской ветряной электростанции Ганьсу, производящей 6000 МВт электроэнергии.

Также читайте:

Принцип работы ветряной турбины

Все ветряные турбины, используемые сегодня, представляют собой машины с горизонтальной осью и 3-х лопастным ротором, вращающимся в вертикальной плоскости. Для вращения этих лопастей используется энергия ветра, которые установлены на высоте почти 40 метров.Таким образом, кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую. Затем эта механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью генератора.

Основные части ветряной турбины

Это машина с горизонтальной осью с 2-3 лопастями ротора, которые вращаются в вертикальной плоскости, эти лопасти установлены на ступице, и эта ступица соединена с коробкой, называемой гондолой.

1. Гондола —

Названа в честь обшивки авиационного двигателя. Это стеклянная трубка, в которой находятся коробка передач, тормоза и генератор.Однако для турбин мощностью до 2 МВт / ед. Высоковольтный трансформатор также размещается в самой гондоле. Также он имеет датчики направления и скорости, установленные как можно ближе к гондоле, чтобы предотвратить попадание на них грязи, исходящей от лопастей.

2. Коробка передач-

Вал, соединенный со ступицей, напрямую входит в коробку передач и увеличивает ее частоту вращения до необходимого уровня. Это самая тяжелая часть гондолы.

3. Тормоза —

Тормоза используются, когда ветер дует выше критического уровня на ту же турбину из-за повреждения.Тормоза установлены сразу за коробкой передач.

4. Генератор-

Он преобразует энергию быстро вращающегося вала в электрическую, и, наконец, трансформатор высокого напряжения преобразует ее в высокое напряжение, чтобы быть готовым к работе в линиях передачи.

5. Башня-

Это цилиндрическая конструкция, на которой установлена ​​гондола. Для субмегаваттной турбины, вырабатывающей до 400-600 Вт мощности, ее высота может варьироваться от 25 до 45 метров. Однако диаметр этого цилиндра уменьшается по мере того, как мы поднимаемся на башню.Кабель передачи от генератора спускается внутри этой башни к высоковольтному трансформатору. Внутри башни есть лестница с деревянными площадками на разной высоте. Платформа, соединенная с гондолой, называется платформой рыскания.

6. Платформа для рыскания —

Это стальная платформа наверху башни, которая помогает гондоле отклоняться от курса в направлении ветра. У него также есть тормоза в некоторых ветряных турбинах высокого класса, чтобы поддерживать направление гондолы.

Читайте также:

Работа ветроэлектростанции

Лопасти ветряной турбины работают как крыловой профиль разного сечения по всей длине.Когда жидкость (воздух) движется по этому аэродинамическому профилю, она создает подъемную силу, заставляя лопасть вращаться вокруг своей оси. Генератор также подключен к ротору, вал начинает вращаться и вырабатывает электричество.

Теперь мы все знаем, что вращающиеся лопасти могут дать нам электричество. Но скорость ветра продолжает меняться со временем, поэтому мы получаем колебания мощности. Чтобы преодолеть это, определяется пороговая скорость, при которой турбина начинает вращаться, ниже которой используются тормоза для предотвращения вращения лопастей.А при высокой скорости ветра применяются тормоза, чтобы предотвратить повреждение турбины.

Двигатели и датчики используются для вращения лопастей вокруг своей оси, чтобы они могли регулироваться в соответствии с изменяющимся направлением ветра. И извлекать максимальную мощность из ветра. Лопасти также вращаются, чтобы остановить вращение турбины, это означает, что они ориентированы таким образом, что подъемная сила не будет создаваться даже при дующем ветре.

На ветряной электростанции турбины должны быть соединены между собой, чтобы получить от них максимальную отдачу.Они связаны друг с другом системой сбора энергии среднего напряжения, обычно около 35,5 кВ, а также сетью связи, которая помогает им общаться.

Для лучшего объяснения посмотрите видео, приведенное ниже:

Преимущества

• Воздух как топливо является бесплатным и неисчерпаемым.
• Это чистый источник энергии, не загрязняющий окружающую среду.
• Стоимость электроэнергии слишком низкая, и ветряная турбина может использоваться более 20 лет
• Это дешево, так как требуются только затраты на установку и обслуживание.
• Энергия ветра — один из самых быстрорастущих секторов во всем мире, поэтому он создает много рабочих мест в производстве, установке и обслуживании.

Недостатки

• Требуется много исследований и усилий, чтобы выбрать место, где должна быть установлена ​​ветровая электростанция, из-за изменчивого характера ветра.
• Его первоначальная стоимость установки слишком высока, поэтому для установки турбины вам придется пройти обследование, чтобы определить скорость ветра в этом месте.Все это увеличивает стоимость.
• Они представляют собой самый большой недостаток для местной популяции птиц, поскольку они умирают из-за столкновения с лезвиями.
• Шумовое загрязнение — один из основных недостатков.
• Ветряная электростанция пригодна только для стран с прибрежными или холмистыми районами.

Приложения

• В основном используется для производства электроэнергии.
• Также используется для перекачивания воды через многолопастную турбину.

Типы и конструкция ветряных генераторов

Типы и конструкция ветряных генераторов Статья Учебники по альтернативной энергии 19.06.2010 08.03.2021 Учебные пособия по альтернативным источникам энергии

Типы ветряных генераторов

Ветряная турбина состоит из двух основных компонентов, и, рассмотрев один из них, конструкцию лопастей ротора в предыдущем уроке, мы теперь можем взглянуть на другую, ветряную турбину Генератор или WTG , электрическая машина, используемая для выработки электроэнергии.Электрический генератор с низкой частотой вращения используется для преобразования механической вращательной мощности, производимой энергией ветра, в полезную электроэнергию для снабжения наших домов и лежит в основе любой ветроэнергетической системы.

Преобразование вращательной механической энергии, генерируемой лопастями ротора (известной как первичный двигатель), в полезную электрическую мощность для использования в бытовых системах электроснабжения и освещения или для зарядки аккумуляторов может быть выполнено с помощью любого из следующих основных типов вращательного движения. электрические машины, обычно используемые в ветроэнергетических установках:

• 1.Машина постоянного тока (DC), также известная как динамо
• 2. Синхронная машина переменного тока (AC), также известная как генератор переменного тока
• 3. Индукционная машина переменного тока (AC), также известный как генератор переменного тока

Все эти электрические машины являются электромеханическими устройствами, которые работают по закону электромагнитной индукции Фарадея. То есть они действуют за счет взаимодействия магнитного потока и электрического тока или потока заряда.Поскольку этот процесс обратим, та же машина может использоваться в качестве обычного электродвигателя для преобразования электроэнергии в механическую энергию или в качестве генератора, преобразующего механическую энергию обратно в электрическую.

Индукционный генератор ветряной турбины

Электрические машины, которые чаще всего используются для ветряных турбин, работают как генераторы, при этом синхронные генераторы и индукционные генераторы (как показано) обычно используются в более крупных системах ветряных генераторов.Обычно небольшие или самодельные ветряные турбины, как правило, используют низкоскоростной генератор постоянного тока или динамо, поскольку они маленькие, дешевые и их намного проще подключить.

Имеет ли значение, какой тип электрического генератора мы можем использовать для производства энергии ветра. Простой ответ — и да, и нет, поскольку все зависит от типа системы и приложения, которое вы хотите. Низковольтный выход постоянного тока от генератора или динамо-машины старого типа можно использовать для зарядки батарей, в то время как более высокий синусоидальный выход переменного тока от генератора переменного тока может быть подключен непосредственно к местной сети.

Кроме того, выходное напряжение и потребляемая мощность полностью зависят от имеющихся у вас приборов и от того, как вы хотите их использовать. Кроме того, расположение ветряного генератора, будет ли ветровой ресурс поддерживать его в постоянном вращении в течение длительных периодов времени, или скорость генератора и, следовательно, его мощность будут изменяться вверх и вниз в зависимости от имеющегося ветра.

Производство электроэнергии

A Ветрогенератор — это то, что производит ваше электричество, преобразовывая механическую энергию в электрическую.Давайте проясним здесь, что они не создают энергии и не производят больше электрической энергии, чем количество механической энергии, используемой для вращения лопастей ротора. Чем больше «нагрузка» или электрическая нагрузка на генератор, тем больше механической силы требуется для вращения ротора. Вот почему генераторы бывают разных размеров и производят разное количество электроэнергии.

В случае «ветряного генератора», ветер толкает непосредственно лопасти турбины, что преобразует линейное движение ветра во вращательное движение, необходимое для вращения ротора генератора, и чем сильнее ветер толкает, тем сильнее может быть произведено больше электроэнергии.Тогда важно иметь хорошую конструкцию лопастей ветряной турбины, чтобы извлекать как можно больше энергии из ветра.

Все электрические турбогенераторы работают из-за эффектов перемещения магнитного поля мимо электрической катушки. Когда электроны проходят через электрическую катушку, вокруг нее создается магнитное поле. Точно так же, когда магнитное поле движется мимо катушки с проволокой, в катушке индуцируется напряжение, как определено законом магнитной индукции Фарадея, заставляя электроны течь.

Простой генератор, использующий магнитную индукцию

Затем мы можем увидеть, что при перемещении магнита мимо одиночной проволочной петли, внутри проволочной петли индуцируется напряжение, известное как и ЭДС (электродвижущая сила), из-за магнитного поля магнит.

Когда в проводной петле возникает напряжение, электрический ток в форме потока электронов начинает течь по петле, генерируя электричество.

Но что, если бы вместо одной отдельной проволочной петли, как показано, у нас было бы много петель, намотанных вместе на одном и том же каркасе, чтобы сформировать катушку из проволоки, гораздо большее напряжение и, следовательно, можно было бы генерировать ток для того же количества магнитного потока.

Это связано с тем, что магнитный поток проходит через большее количество проводов, создавая большую ЭДС, и это основной принцип закона электромагнитной индукции Фарадея, и генератор переменного тока использует этот принцип для преобразования механической энергии, такой как вращение ветряной турбины или гидроэлектростанции. турбина, в электрическую энергию, производящую синусоидальную форму волны.

Итак, мы можем видеть, что есть три основных требования для выработки электроэнергии, а именно:

• Катушка или набор проводников
• Система магнитного поля
• Относительное движение между проводниками и полем

Тогда чем быстрее Катушка с проволокой вращается, тем больше скорость изменения магнитного потока, отсекаемого катушкой, и тем больше индуцированная ЭДС внутри катушки. Точно так же, если магнитное поле становится сильнее, наведенная ЭДС увеличится при той же скорости вращения.Таким образом: Индуцированная ЭДС Φ * n. Где: «Φ» — поток магнитного поля, а «n» — скорость вращения. Также полярность генерируемого напряжения зависит от направления магнитных линий потока и направления движения проводника.

Существует два основных типа электрического генератора и генератора переменного тока: генератор с постоянным магнитом и генератор с возбужденным полем , причем оба типа состоят из двух основных частей: статора и ротора .

Статор является «стационарной» (отсюда и название) частью машины и может иметь либо набор электрических обмоток, образующих электромагнит, либо набор постоянных магнитов в рамках своей конструкции. Ротор — это часть машины, которая «вращается». Опять же, ротор может иметь вращающиеся выходные катушки или постоянные магниты. Как правило, генераторы и генераторы переменного тока, используемые для генераторов ветряных турбин, определяются тем, как они создают свой магнетизм, будь то электромагниты или постоянные магниты.

У обоих типов нет реальных преимуществ и недостатков. Большинство бытовых ветряных генераторов на рынке используют постоянные магниты в своей конструкции турбогенератора, которые создают необходимое магнитное поле при вращении машины, хотя некоторые действительно используют электромагнитные катушки.

Эти высокопрочные магниты обычно изготавливаются из редкоземельных материалов , таких как неодимовое железо (NdFe) или самарий-кобальт (SmCo), что устраняет необходимость в обмотках возбуждения для обеспечения постоянного магнитного поля, что приводит к более простой и прочной конструкции. строительство.

Обмотки намотки поля имеют то преимущество, что их магнетизм (и, следовательно, мощность) согласовывается с изменяющейся скоростью ветра, но для создания необходимого магнитного поля требуется внешний источник энергии.

Теперь мы знаем, что электрический генератор обеспечивает средство преобразования энергии между механическим крутящим моментом, создаваемым лопастями ротора, называемым первичным двигателем, и некоторой электрической нагрузкой.

Механическое соединение генератора ветряной турбины с лопастями ротора осуществляется через главный вал, который может быть либо простым прямым приводом, либо с помощью коробки передач для увеличения или уменьшения скорости генератора относительно скорости вращения лопастей.

Использование коробки передач позволяет лучше согласовать частоту вращения генератора с частотой вращения турбины, но недостатком использования коробки передач является то, что как механический компонент она подвержена износу, что снижает эффективность системы. Однако прямой привод может быть более простым и эффективным, но вал ротора и подшипники генератора подвергаются полному весу и вращательной силе лопастей ротора.

Кривая выходной мощности ветряного генератора

Таким образом, тип ветряного генератора, необходимый для конкретного места, зависит от энергии, содержащейся в ветре, и характеристик самой электрической машины.Все ветряные турбины имеют определенные характеристики, связанные со скоростью ветра.

Генератор (или генератор переменного тока) не будет производить выходную мощность до тех пор, пока его скорость вращения не превысит заданную скорость ветра, когда сила ветра на лопасти ротора достаточна для преодоления трения, а лопасти ротора разгоняются достаточно для того, чтобы генератор мог начать производить полезную мощность.

Выше этой скорости включения генератор должен вырабатывать мощность, пропорциональную кубу скорости ветра (K.V ³ ), пока не достигнет максимальной номинальной выходной мощности, как показано.

Выше этой номинальной скорости ветровые нагрузки на лопасти ротора будут приближаться к максимальной прочности электрической машины, и генератор будет производить свою максимальную или номинальную выходную мощность по мере достижения окна номинальной скорости ветра.

Если скорость ветра продолжит увеличиваться, генератор ветряной турбины остановится в точке отключения, чтобы предотвратить механическое и электрическое повреждение, что приведет к нулевой выработке электроэнергии. Тормозом для остановки генератора из-за его повреждения может быть либо механический регулятор, либо электрический датчик скорости.

Купить ветрогенератор, такой как ECO-WORTHY 400 Вт, для зарядки аккумулятора, непросто, и необходимо учитывать множество факторов. Цена только одна из них. Обязательно выбирайте электрическую машину, соответствующую вашим потребностям. Если вы устанавливаете систему, подключенную к сети, выберите генератор сетевого напряжения переменного тока.

Если вы собираетесь установить аккумуляторную систему, поищите генератор постоянного тока для зарядки аккумуляторов. Также учитывайте механическую конструкцию генератора, такую ​​как размер и вес, скорость работы и защиту от окружающей среды, поскольку он будет проводить весь свой срок, установленный на вершине столба или башни.

В следующем уроке о ветряных генераторах мы рассмотрим машины постоянного тока и то, как мы можем использовать генератор постоянного тока для производства электроэнергии из энергии ветра. Чтобы узнать больше о «Генераторах ветряных турбин» или получить дополнительную информацию о ветровой энергии о различных доступных ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки ветровой энергии, нажмите здесь, чтобы получить копию одного из лучших «Ветряных турбин» Гиды »прямо сейчас с Amazon.

Самые продаваемые товары, связанные с турбогенераторами

Как работает оффшорная ветровая энергия?

Узнайте, как увеличилась мощность турбин

West of Duddon Sands была первой ветряной электростанцией такого типа, запущенной компанией в 2014 году. Расположенный в Ирландском море, у британского побережья, он имеет 108 ветряных турбин, которые вырабатывают в общей сложности 388,8 МВт мощности по 3,6 МВт каждая. Длина окружности лопаток каждой турбины (также называемой ротором) достигает 120 метров.

С тех пор в энергетике ветряных турбин произошел прорыв. В морской ветряной электростанции Wikinger, , расположенной в Балтийском море у побережья Германии и работающей с конца 2017 года, каждая из 70 турбин обеспечивает мощность 5 МВт и имеет диаметр 135 метров.В результате общая установленная мощность составляет 350 МВт, что всего на 30 меньше, чем к западу от Даддон-Сэндс, но с меньшим количеством ветряных турбин на 38.

Еще более значительными являются усовершенствования, внесенные в East Anglia ONE, — крупномасштабный морской ветроэнергетический проект, действующий с 2020 года. Имея 102 турбины, каждая с единичной мощностью 7 МВт и диаметром ротора 154 метра, Восток Anglia ONE — это крупнейших оффшорных ветряных электростанций в мире, мощность которых составляет 714 МВт. Это означает, что с шестью турбинами меньше, чем к западу от Даддон-Сэндс, East Anglia ONE обеспечивает почти вдвое большую мощность.

На ветряной электростанции Saint-Brieuc, первом крупном морском ветроэнергетическом проекте группы в Бретани, будут установлены турбины мощностью 8 МВт, каждая с диаметром ротора 167 метров. В результате общая установленная мощность составит 496 МВт с 62 турбинами.

Однако наибольшую мощность юнитов мы найдем в Vineyard Wind 1 и Baltic Eagle. Vineyard Wind 1, — первая морская ветряная электростанция, разработанная компанией в США, будет иметь установленную мощность 800 МВт, обеспечиваемую ветряными турбинами мощностью 13 МВт и 220-метровыми роторами.Между тем, Baltic Eagle и будут построены рядом с Wikinger, в Германии, и будут иметь мощность 476 МВт, вырабатываемую 52 турбинами с роторами 174 метра и мощностью 9,5 МВт.

Скрыть информацию

Разработка новых типов фундаментов, позволяющих размещать эти установки дальше от побережья, и постоянное развитие мощности и конструкции ветряных турбин — лишь некоторые из достижений, которые мы увидим в ближайшие годы.