Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Кинетический ветрогенератор преобразовывает силу воздушных потоков в электроэнергию. Бывают самодельные и готовые модели с завода. Используются в домашних хозяйствах и на производствах.

Как работает ветрогенератор

Функционирует ветрогенератор за счет превращения ветровой энергию в энергию ротора, преобразующуюся в электроэнергию. Она функционирует по простейшему принципу: крутящиеся лопасти, зафиксированные на оси агрегата, вращают по кругу роторгенератор, за счет чего происходит выработка электроэнергии. Полученный переменный непостоянный ток оказывается в контроллере, преобразовываясь в постоянное напряжение, которое может заряжать аккумуляторы.

Питание оттуда проходит на инвертор, трансформируясь в переменное напряжение 220/380 В, подаваемое потребителям. На мощность устройства влияет сила воздушного потока (N), расчет производится по формуле

N=pSV3/2, где V – скорость потока, p – плотность воздуха, S – рабочая площадь.

Конструкция ветрогенератора

Разные виды ветрогенераторов имеют существенные отличия друг от друга. Это многометровая достаточно сложная конструкция, для монтажа которой необходим фундамент.

Бытовая модель состоит из минимального количества элементов. В стандартную установку включены такие составные элементы:

  • Генератор переменного тока (сила ветра оказывает влияние на мощность);
  • Мачта ветряка, куда фиксируются лопасти (чем выше они располагаются, тем больше они получать ветровой энергии);
  • Лопасти, вращающие генераторный вал (зачастую они также оборудуются скоростными стабилизаторами, редукторами);
  • Контроллер, преобразующий переменное напряжение, получаемое с генератора, в постоянное, используемое для зарядки аккумулятора. Контроллер управляется поворотом лопастей, позволяя учитывать направления движения воздушных потоков;
  • Аккумуляторы, которые копят энергию, позволяя использовать ее при малом потоке ветра или его отсутствии. Также аккумулятор стабилизует электроэнергию, идущую от генератора;
  • Датчик ветрового направления – устройство, за счет которого лопасти легче ищут ветряные потоки;
  • АВР – автопереключение, связывающее генератор с иными энергоисточниками;
  • Инвертор, преобразовывающий постоянный ток из аккумулятора в переменное напряжение, используемое в электрокоммуникациях. Чтобы полностью удовлетворить потребности пользователей, устройство оснащается разными видами инверторов: Инверторы 3-фазного напряжения, рассчитываемые для 3-фазных электросетей;
  • Элементы с инвертормодифицированной синусоидой, которая выдает квадратную синусоиду. Подобные агрегаты подходят для ламп накаливания, ТЭНов и других устройств, которые нечувствительны к качеству сети;
  • Сетевые инверторы, работающие без аккумулятора. Они предназначаются для схем, где электроэнергия попадает в общую сеть;
  • Приборы с чистой синусоидой, производящие энергию для чувствительного оборудования. Выбирая модель, нужно учитывать тип инвертора.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Типы ветрогенераторов

В процессе классификации ветровых турбин в учет берут следующие характеристики:

  • Особенности конструкции;
  • Назначение;
  • Материал изготовления;
  • Число лопастей;
  • Размерный шаг винта;
  • Ось.

Надо детально рассмотреть 2 часто применяемые классификации.

Классификация по назначению

Есть типы ветроустановок, которые отличаются предназначением. Это влияет на ключевые характеристики приборов, к примеру, мощность.

Промышленные ветротурбины

Установку этих агрегатов выполняют крупные энергетические организации или государство, снабжающие промышленные строения электроэнергией. Турбины высокой мощности в десятки мегаватт, как правило, располагаются на ветряных местностях.

Вырабатываемая электроэнергия направляется в сеть, при этом для регулировки и постоянной частоты вращения лопастей ветряных турбин оборудуются дополнительными компонентами.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Коммерческие ветрогенераторы

Благодаря таким установкам, получают электроэнергию на продажу или снабжения электричеством производства в районах с электросетью малой мощности. Эти ветроэлектростанции включают в себя скопления электрогенераторов различной мощности. Возможно поступление энергии коммерческих установок в электрокоммуникации или ее использование для зарядки многих аккумуляторов, где происходит ее скапливание и преобразование для подачи в энергосистему.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Бытовые устройства

Приборы небольшой мощности используются для частого применения. По правилам, ветряки, имеющие мачты высотой меньше 25 м монтируются без согласия с властями, разрешение требуется для установки более высоких мачт. Бытовыми генераторами заряжаются аккумуляторы с напряжением 12/24/48В, откуда энергия трансформация в энергию напряжением 220В.

Подобные приборы частично или полностью решают проблему с питанием электроэнергией маленьких объектов, находящихся далеко от центральной электросети.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Виды конструкций ветряков

Приборы по конструкции делятся на несколько категорий, хотя все они сводятся к 2-м главным разновидностям: горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные ветрогенераторы

Как правило, такие агрегаты, называющиеся также крыльчатыми или пропеллерными) оборудуются тремя-пятью лопастями, расположенных на горизонтальной оси. При вращении с большой скоростью подобные элементы представляют массу энергии (КИЭВ до 0.4). При этом во многом на объем вырабатываемой электроэнергии влияет высота прибора (результат растет при увеличении ее высоты).

Обычно, такие приборы монтируются в ветропарках, где выполняется выработка энергии для коммерческого и промышленного использования, но они востребованы и для бытового применения.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Вертикальные ветротурбины

Действующий элемент этих установок – крутящееся ветроколесо. Такие конструкции делятся на виды, в зависимости от конструкции. Несмотря на пониженный КИЭВ, они часто применяются: действуют вертикальные аппараты на турбулентных воздушных потоках, за счет чего их можно располагать даже в районах, где нечасто бывают сильные ветра. Чтобы повысить результативность вертикальных ветряков, зачастую изготовители увеличивают их размеры, что существенно повышает цену.

В связи с хрупкостью таких установок им нужна усиленная защита от ураганов и иных природных явлений. Ветрогенераторы «Ротор Дарье» Подобные приборы причисляются к вертикальным ветряным турбинам, но отличаются конструкцией. Эти особенности снижают шум, повышают КИЭВ, доходящий до величин горизонтальных моделей.

Минус этих конструкций заключается в низком стартовом моменте (из-за 2-х лопастей прибору трудно самостоятельно запускаться). Зачастую проблема решается использованием гибрида «Савониус+Дарье».

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Парусные ветроустановки

Для таких агрегатов используется принцип конструкции как горизонтального, так и вертикального ветряков. Главная особенность конструкции – это ветроколесо, покрывающееся большое количество парусов или лопастей, при этом данные модели имеют аэродинамический профиль. Установки парусного типа имеют малую результативность и тихоходность, они востребованы в народном хозяйстве.

Подобные конструкции просто монтируются и эксплуатируются, а благодаря большому крутящему моменту с пониженными оборотами, полезные элементы двигаются напрямую от него.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Генератор для ветротурбин

Для работы ветряков требуются обыкновенные 3-фазные генераторы. Конструкция подобных прибором схожа с моделями, использующимися на авто, но имеющими большие параметры.

В агрегатах для ветряных турбин предусматривается 3-фазная обмотка статора, откуда идут 3 провода, направляющиеся на контроллер, где переменное напряжение переходит в постоянное.

Чтобы увеличить обороты, часто используется мультипликатор. Подобное приспособление повышает мощность функционирующего генератора и позволяет применять прибор меньшего размера, что уменьшает цену на установку. Часто мультипликаторы используются в вертикальных ветрогенераторах, где ветроколесо вращается тише. Для горизонтальных приборов с повышенной скоростью вращения лопастей не нужны мультипликаторы, что снижает цену и облегчает конструкцию.

Плюсы и минусы ветрогенератора

Стоит детально рассмотреть плюсы и минусы ветротурбин, потому что они влияют на решение купить ветряк или нет.

Плюсы ветряных приборов

К плюсам приборов, которые пользуются ветровой энергией, относят:

Универсальность. Можно почти везде возводить ветровые электростанции: в горах, на мелководье, на равнинах, островах. Весьма ценится энергия ветра в удаленной местности, куда трудно протягивать обычные электрокоммуникации. В такой ситуации ветрогенераторы позволяют налаживать энергоснабжение строений, делая их независимыми от неожиданных факторов (к примеру, от не поступившего топлива).

Экологичность. Установки пользуются возобновляемым энергоисточником, не причиняя урон атмосфере. Электричество, которое предоставляется ветрогенераторами, способно заменить энергию тепловых электростанций, снижая выделение парниковых газов. Прекрасная замена привычным источникам.

Стационарные ветровые электростанции способны обеспечивать электричеством жилье или небольшой производственный цех. Турбина в таком случае собирает в аккумуляторах нужный запас электроэнергии, требующийся для использования в безветренный сезон.

Экономичность. В отличие от привычных источников электроэнергии (торф, нефть, газ, каменный уголь), велотурбины существенно уменьшают энергозатраты. Возведение ветроэлектростанции чаще получается дешевле, чем подключение к имеющимся электросистемам.

Эффективное применение. Новейшие модели производят переработку энергии даже несильных ветров – наименьший предел 3,5 м/с. Так возможна допоставка электроэнергии в центральную сеть и организация электроснабжения определенных объектов, независимо от их мощностей.

Использование ветряков становится альтернативой применения дорогих дизельных генераторов, уменьшая расходы на хранение и перевозку горючего до 80%. Средняя мощность такой турбины значительно отличается от максимальной нагрузки.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Ветрогенератор производит выработку энергию за конкретный временной промежуток при среднемесячной скорости ветра, свойственной для этой местности. Чтобы точно оценить ветровые ресурсы, можно использовать специальные сведения (параметры Вейбулла). Этими показателями отражается свойственное для определенной местности распределение ветров различной силы. Подобную информацию важно учитывать в процессе разработки проектов ветропарков мощностью в десяти МВт.

Предоставляемая ветротурбиной мощность пропорциональна утраиваемой силе ветра. Поэтому данный показатель слишком мал при небольших потоках ветров, но при их усилении – быстро повышается. Из-за скорости и переменчивости ветрового направления во время конструкции ветротурбины нужно предусматривать стабилизирующие элементы. Их функция в малых автономных системах отводится батареям, заряд которых повышается сразу после превышения показателя нагрузки мощностью ветрогенератора. Необходимо отметить, что эффективному использованию ветров способствует выбор конструкций ветрогенераторов.

Горизонтальными турбинами предоставляются повышенные показатели на ветряных равнинах, в то время как вертикальные турбины функционируют лучше в районах с турбулентными потоками, которые наблюдаются низко от земли (вверху горных хребтов, холмов).

Минусы ветряков

Ветряки имеют и отрицательные стороны: У вертикальных приборов могут разрушаться лопасти винта из-за влияния центробежных сил, когда лопасти будут вращаться вокруг основной оси. Из-за такого эффекта со временем происходит деформация и разрушение важных компонентов конструкции, при этом механизм ломается.

Чтобы сохранить избыточную энергию, нужно использовать в конструкции аккумуляторы и иные дополнительные устройства, преобразующие получаемое электричество в ток с необходимыми характеристиками. Некоторые специалисты считают, что ветротурбины нарушают прием теле- и радио передач.

Трудно заранее предсказывать величину силы ветра, потому что она изменяется часто. Поэтому лучше продумывать подстраховку, предусматривая дублирующий энергоисточник. Рекомендуется монтировать ветряки на свободном месте, потому что находящиеся вблизи строениям будут «гасить» ветер, делая воздушную зону «мертвой».

Ветрогенераторы функционируют с шумом, доставляющим дискомфорт. Также лопасти могут становиться причиной травмирования и гибели птиц. К неблагоприятным моментам также относится большая стоимость таких аппаратов, но данный факт возмещается за счет дешевизны энергоисточника.

Методы и схемы и подключения

Несмотря на возможность автономной работы ветроустановки, наилучший результат достигается за счет использования собранных схем, сочетающих солнечные батареи и ветровые приборы, газовые или дизельные источники, централизованную сеть.

Для автономной работы устанавливается единичная установка, принимающая и сохраняющая ветровую энергию, преобразовываемую в нужный электроток.

Комбинирование солнечный панелей и ветрогенераторов. Такой вариант эффективен и надежен для электроснабжения. При стихании или отсутствии ветра, питание аккумулятора идет от солнечных панелей, а ночью и при пасмурной погоде заряжается от ветровой установки.

Комбинированное функционирование электросети и ветрогенератора. Возможно совмещение ветротурбины и электрокоммуникаций. При избыточном объеме производимого электричества оно переходит в централизованную сеть, а при его нехватке можно пользоваться электротоком из общей энергосистемы.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Нюансы использования ветрогенераторов

Ветряными турбинами сегодня пользуются в разных областях народного хозяйства. Промышленные установки различной мощности используются телекоммуникационными, нефтегазовыми предприятиями, производствами, геолого-разведочными и буровыми установками, госучреждениями. Необходимо отметить, как важно использовать ветряные установки, чтобы быстро восстановить электричество при природных бедствиях и катаклизмах. Для этого подразделения МЧС часто пользуются ветрогенераторами.

Бытовые ветровые турбины отлично подходят, чтобы отапливать и освещать частного сектора и дачных поселков, на фермерских участках.

При этом нужно учитывать такие моменты: Для полного обеспечения дачи электричеством требуется ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Подобного показателя хватает для питания осветительных устройств, телевизора и компьютерной техники, но его мощности не хватает для круглосуточного снабжения электричеством работающую технику.

Приборы до 1 кВт предоставляют достаточно электроэнергии только на ветряных участках. Как правило, вырабатываемой ими энергии достаточно только для питания небольших электронных устройств и светодиодного освещения. Чтобы обеспечить энергией коттедж, потребуется ветряк мощностью 3-5 кВт, но и этого недостаточно для отопления жилья. Для использования этой функции нужен мощный вариант от 10 кВт.

Выбирая модель, необходимо учитывать, что мощность, указываемая на приборе, достигается только при максимальном ветре. Так, установка в 300В вырабатывает указываемый объем энергии только при скорости воздуха в 10-12 м/с.

Кинетический ветрогенератор: устройство, использование, принцип функционирования

Выводы

Ветрогенератор является прекрасным источником производства электроэнергии, ценящийся жителями далеких районов. Разные зарубежные и российские компании представляют огромный выбор ветряных конструкций, помимо этого, можно самостоятельно делать бытовые модели.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...