Kinetinis vėjo generatorius: įtaisas, veikimo principas, taikymas

Modernus kinetinis vėjo generatorius leidžia naudoti oro srovių galią, paverčiant ją elektra. Šiuo tikslu yra gamykliniai ir namuose sukurti prietaisų modeliai, kurie naudojami tiek pramonėje, tiek privačiuose ūkiuose.

Mes kalbėsime apie tai, kaip išdėstyti tokio tipo vėjo malūnai, supažindinsime jus su įrenginio ypatybėmis ir projektavimo galimybėmis. Mūsų pasiūlytas straipsnis parodo vėjo jėgainės stipriąsias ir silpnąsias puses. Nepriklausomi meistrai pas mus ras naudingų schemų ir rekomendacijų surinkimui.

Vėjo generatoriaus veikimo principas

Vėjo generatoriaus veikimas pagrįstas vėjo kinetinės energijos pavertimu mechanine rotoriaus energija, kuri vėliau paverčiama elektra.

Veikimo principas yra gana paprastas: ašmenų, sumontuotų ant prietaiso ašies, sukimasis sukelia rotoriaus generatoriaus sukamaisiais judesiais, dėl kurių susidaro elektra.

Vėjo energija yra vienas iš perspektyviausių atsinaujinančios energijos sektorių. Šiuolaikiniai dizainai leidžia ekonomiškai efektyviai naudoti oro srautą, naudojant jį elektros energijai gaminti

Gauta nestabili kintama srovė „teka“ į valdiklį, kur ji paverčiama į nuolatinę įtampą, galinčią įkrauti baterijas. Iš ten energija tiekiama inverteriui, kur ji paverčiama kintama įtampa su 220/380 V indikatoriumi, kuris tiekiamas vartotojams.

Vėjo generatoriaus galia tiesiogiai priklauso nuo oro srauto galios (N), apskaičiuoto pagal formulę N = pSV³/ 2, kur V yra vėjo greitis, S yra darbo zona, p yra oro tankis.

Vėjo generatoriaus įtaisas

Skirtingos vėjo generatorių versijos labai skiriasi viena nuo kitos.

Aukščiau pateikta schema parodo klasikinio horizontaliojo vėjo generatoriaus vidinę struktūrą. Tokie modeliai dažniausiai naudojami tiek pramonėje, tiek kasdieniame gyvenime.

Pramoniniai įtaisai yra sudėtinga kelių metrų konstrukcija, kurios montavimui reikalingas pamatas, o buitinį modelį gali sudaryti mažiausiai komponentų (3–12 V nuolatinės srovės variklis, 1000 uF 6 V elektrokapacatorius, silicio lygintuvo diodas).

Įprastą diegimą sudaro šie komponentai:

• kintamosios srovės generatorius (galia priklauso nuo vėjo srauto greičio);
• ašmenys, perduodantys sukimąsi į generatoriaus veleną (dažnai jie papildomai aprūpinti reduktoriais, rotoriaus greičio stabilizatoriais);
• vėjo malūno stiebas, prie kurio pritvirtintos mentės (kuo aukštesni šie elementai, tuo daugiau vėjo energijos jie gali priimti);
• akumuliatoriai, kaupiantys energiją, o tai leidžia ją naudoti esant mažam vėjo srautui arba jo visiškai nėra. Baterija taip pat atlieka iš generatoriaus gaunamos elektros energijos stabilizavimo funkciją;
• valdiklis - iš generatoriaus gaunamos kintamos įtampos į nuolatinę srovę keitiklis, naudojamas akumuliatoriui įkrauti. Valdiklis valdomas sukant ašmenis, o tai leidžia apsvarstyti, kur teka oras;
• ABP - automatinis perjungimo įtaisas, jungiantis vėjo generatorių su kitais energijos šaltiniais (saulės baterijomis, elektros tinklais);
• vėjo krypties jutiklis - prietaisas, palengvinantis peiliams vėjo srauto radimą;
• keitiklis nuolatiniam akumuliatorių srovės konvertavimui į kintamą įtampą, naudojamas elektros ryšiuose.

Norint geriau patenkinti vartotojo poreikius, įrenginyje gali būti įvairių tipų keitikliai:

• įtaisai su keitiklio modifikuota sinuso banga, išleidžiančia kvadratinį sinusoidą. Šio tipo prietaisai tinka kaitinimo elementams, kaitrinėms lempoms ir kitiems prietaisams, neatitinkantiems tinklo kokybės;
• Trifaziai įtampos keitikliai, suprojektuoti trifaziams energijos tinklams;
• grynos sinuso bangos, kurios sukuria energiją jautresnei technikai;
• tinklo keitikliai, galintys veikti be baterijų. Tokie įtaisai yra skirti grandinėms, susijusioms su elektros energijos patekimu tiesiai į bendrą tinklą.

Renkantis modelius, jūs tikrai turėtumėte atkreipti dėmesį į keitiklio tipą.

Vėjo generatorių tipai

Klasifikuojant vėjo turbinas, tokios savybės kaip:

• paskyrimas;
• dizaino ypatybės;
• ašmenų skaičius;
• medžiagos, iš kurių jie yra pagaminti;
• sukimosi ašis;
• prisukamas žingsnis.

Išsamiai apsvarstykite dvi dažniausiai naudojamas klasifikacijas.

Vėjo generatorių klasifikacija pagal paskirtį

Yra įvairių vėjo jėgainių, kurios skiriasi savo paskirtimi. Nuo to priklauso pagrindinės prietaisų charakteristikos, pavyzdžiui, galia.

Pramoninės vėjo jėgainės

Tokius įtaisus montuoja didžiosios energetikos įmonės arba valstybė, norėdami tiekti elektrą pramonės objektams. Turbinos, kurių galia yra dešimtys megavatų, paprastai yra vėjo vietose (atvirose kalvose, pakrantėse).

Vėjo jėgainės, kuriose įrengta dešimtys vėjo jėgainių, sutrinka ne tik ant žemės, bet ir sekliame vandenyje. Gauta elektra paprastai naudojama pramonės reikmėms.

Pagaminta elektra, kaip taisyklė, patenka tiesiai į tinklą, o vėjo turbinos menčių ašmenų stabilumui ir sukimosi dažnio reguliavimui yra įrengti papildomi mechanizmai.

Komerciniai vėjo generatoriai

Tokie įrenginiai naudojami elektros energijai gaminti, norint parduoti, arba tiekti elektros energiją regionams, kuriuose yra mažos galios tinklai (arba jų visiškai nėra). Tokius vėjo jėgainių parkus sudaro elektrinių generatorių grupė, kurios gali būti skirtingi pajėgumai.

Komercinių augalų energija gali būti tiekiama tiesiogiai į elektros komunikacijas arba naudojama tam, kad būtų galima įkrauti didelį kiekį akumuliatorių, kur ji kaupiama ir paverčiama tiekti į elektros sistemą.

Buitiniai vėjo įrenginiai

Mažo galingumo įrenginiai naudojami asmeniniam naudojimui. Pagal taisykles, vėjo malūnus su stiebais, kurių aukštis mažesnis kaip 25 metrai, aikštelių savininkai gali įrengti be valdžios sutikimo, aukštesnėms stieboms reikia gauti specialų leidimą.

Mažos ir vidutinės galios vėjo malūnai gali būti naudojami kaip elektros energijos šaltinis kotedžams, vasarnamiams, sodyboms, ūkiams

Buitiniai vėjo generatoriai yra tinkami krauti akumuliatorius, kurių įtampa yra 12/24 / 48V, o energija, iš kurios paverčiama 220 voltų įtampa. Tokie įtaisai gali visiškai ar iš dalies išspręsti mažų objektų, esančių toliau nuo centralizuoto elektros tinklo, maitinimo problemą.

Su rekomendacijomis, kaip pasirinkti vėjo generatorių energijai tiekti į privatų namą pristatys straipsnįskirta šiam įdomiam klausimui.

Vėjo malūnų konstrukcijų įvairovė

Pagal įrenginio konstrukcines ypatybes taip pat galima suskirstyti į keletą kategorijų, nors visos veislės yra suskirstytos į dvi pagrindines rūšis: vertikalus ir horizontaliai.

Klasikiniai horizontalūs vėjo generatoriai

Panašiuose įrenginiuose (jie taip pat vadinami sraigtais arba mentėmis) paprastai yra 3–5 ašmenys, sumontuoti ant horizontalios ašies. Sukdami dideliu greičiu, tokie elementai leidžia gauti maksimalų energijos kiekį (KIEV iki 0,4).

Be to, pagamintos elektros energijos kiekis labai priklauso nuo prietaiso aukščio (kuo jis didesnis, tuo didesnis rezultatas).

Horizontalus vėjo generatorius naudoja kėlimo jėgą, kuri atsiranda padidėjus slėgiui toje vietoje, kur tiesioginis oro srautas praeina per mentes, atsispindintiems nuo šių elementų

Tokie įtaisai paprastai montuojami vėjo jėgainėse, kur energija gaminama pramoniniam ir komerciniam naudojimui, tačiau jie taip pat tinka naudoti buityje.

Įdomus horizontalaus vėjo malūno sprendimas yra modelis su viena ašmenimi, jo ypatybes pristatys šis nuotraukų pasirinkimas:

Vertikalios vėjo turbinos

Aktyvus tokių įrenginių elementas yra besisukantis vėjo ratas. Dėl dizaino ypatybių tokie dizainai skiriasi pagal tipą („Barrel“, „Savonius“).

Žemiau pateikta nuotrauka supažindins jus su vertikaliojo Savoniaus generatoriaus turbinos pastatymo principu:

Nepaisant žemo KIEV indekso (0,1–0,2), jie plačiai naudojami: vertikalūs mazgai veikia esant turbulentiškiems oro srautams, todėl juos galima pastatyti net tose vietose, kur retai pučia stiprūs vėjai.

Vertikalių vėjo generatorių veikimas nepriklauso nuo vėjų krypties. Juos lengva montuoti ir valdyti, be to, tokius įtaisus galima pastatyti arti žemės

Norėdami padidinti vertikalių vėjo malūnų efektyvumą, gamintojai dažnai padidina jų dydžio parametrus, o tai žymiai padidina sąnaudas. Kadangi tokie įrenginiai yra pakankamai trapūs, jiems reikalinga didesnė apsauga nuo uraganų ir kitų gamtos reiškinių.

Vėjo generatoriai "Rotor Daria"

Tokie įtaisai priklauso vertikalių vėjo turbinų kategorijai, tačiau jie turi ryškių dizaino skirtumų. Dėl šių savybių pasiekiamas triukšmo mažinimas ir auga KIEV, kuris artėja prie horizontalių modelių našumo.

Žemo slėgio turbina, kurios sukimosi ašis statmena oro aplinkai, kurią 1931 m. Pasiūlė prancūzų lėktuvų dizaineris Georgesas Darieris, buvo plačiai naudojama vėjo energijoje

Tokių konstrukcijų trūkumas yra mažas pradžios momentas (dėl tik dviejų ašmenų buvimo, įrenginiui sunku pradėti savarankiškai). Norėdami išspręsti problemą, dažnai naudojamas hibridas „Savonius + Darier“.

Buriavimo vėjo įrenginiai

Tokiems įrenginiams gali būti taikomas tiek vertikalių, tiek horizontalių vėjo malūnų principas. Pagrindinis konstrukcinis bruožas yra vėjo ratas, uždengtas daugybe peilių ar burių, o tokių modelių aerodinaminio profilio nėra.

Yra daugybė burinių vėjo generatorių modelių, kurie skiriasi menčių skaičiumi, svoriu, galia. Renkantis įrenginį, reikia atsižvelgti į visus šiuos parametrus.

Nepaisant to, kad buriavimo įrenginiai pasižymi mažu greičiu ir mažu efektyvumu, jie dažnai naudojami šalies ekonomikoje. Tokias konstrukcijas lengva įdiegti ir valdyti, o didelis sukimo momentas ir mažas greitis leidžia tiesiogiai įjungti įvairius naudingus mechanizmus, pavyzdžiui, siurblį, skirtą siurbti vandenį.

Ši galerija supažindins jus su vienu iš praktinių burinių vėjo malūnų modelių:

Vėjo jėgainių generatorius

Vėjo malūnų darbui reikalingi įprasti trifaziai generatoriai. Tokių prietaisų dizainas yra panašus į modelius, naudojamus automobiliuose, tačiau turi didelius parametrus.

Vėjo turbinų įrenginiuose numatyta trifazė statoriaus apvija (žvaigždės jungtis), iš kurios trys laidai eina į valdiklį, kur kintama įtampa paverčiama tiesiogine įtampa.

Vėjo turbinos generatoriaus rotorius pagamintas iš neodimio magnetų: tokiuose dizainuose naudoti elektrinį sužadinimą netikslinga, nes ritė sunaudoja daug energijos

Norėdami padidinti greitį, dažnai naudojamas daugiklis. Šis įrenginys leidžia padidinti esamo generatoriaus galią arba naudoti mažesnį įrenginį, o tai sumažina įrengimo sąnaudas.

Daugikliai dažniau naudojami vertikaliuose vėjo generatoriuose, kuriuose vėjo rato sukimosi procesas yra lėtesnis. Horizontaliems įtaisams su dideliu peilių sukimosi greičiu dauginti nereikia, o tai supaprastina ir sumažina statybos sąnaudas.

Vėjo generatoriaus surinkimo ir įrengimo specifika iš skalbimo mašinos ir vėjo jėgainės iš automobilio generatoriaus išsamiai aprašyta mūsų rekomenduojamuose straipsniuose.

Vėjo generatoriaus pranašumai ir trūkumai

Leiskite mums išsamiai apsvarstyti vėjo jėgainių pranašumus ir trūkumus, nes nuo jų priklauso sprendimas nusipirkti vėjo malūną ar jo atsisakyti.

Vėjo prietaisų pranašumai

Vėjo energijos prietaisų pranašumai apima:

• Draugiškumas aplinkai. Augalai naudoja atsinaujinantį energijos šaltinį, kurį galima nepertraukiamai naudoti nekenkiant aplinkai. Vėjo generatorių gaminama elektra pakeičia šiluminių elektrinių energiją, sumažindama šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą.
• Universalumas. Vėjo jėgaines galima statyti beveik visur: lygumose, kalnuose, laukuose, salose ir net sekliame vandenyje. Vėjo energija ypač vertinama atokiose vietose, kur sunku išplėsti įprastas elektros komunikacijas. Šiuo atveju vėjo generatoriai suteikia galimybę užtikrinti energijos tiekimą įrenginiams, suteikdami jam nepriklausomumą nuo atsitiktinių veiksnių (pavyzdžiui, nuo degalų, nepristatytų laiku).
• Naudokite efektyvumą. Šiuolaikiniai modeliai perdirba net ir lengvo vėjo energiją - minimali riba yra 3,5 m / s. Panašiu būdu galima tiekti elektrą į centralizuotą tinklą, taip pat organizuoti atskirų įrenginių (salų ar vietinių) maitinimą, nepriklausomai nuo jų pajėgumų.
• Verta alternatyva tradiciniams šaltiniams. Stacionarūs vėjo jėgainių parkai gali visiškai tiekti elektrą gyvenamajam namui ar net mažam gamybos įrenginiui. Tokiu atveju turbina akumuliatoriuose sukaups reikiamą elektros energiją, skirtą naudoti be vėjo.
• Pelningumas. Palyginti su tradiciniais elektros energijos šaltiniais (dujomis, durpėmis, anglis, nafta), dviračių turbinos gali žymiai sumažinti energijos sąnaudas. Daugeliu atvejų vėjo jėgainių parkas yra pigesnis nei prijungimas prie esamų elektros sistemų.

Vėjo turbinų naudojimas gali būti alternatyva brangių dyzelinių generatorių naudojimui, dar labiau sumažindamas degalų transportavimo ir saugojimo išlaidas iki 80%.

Vidutinė vėjo turbinos galia labai skiriasi nuo didžiausios apkrovos rodiklio. Vėjo generatorius atsakingas tik už tam tikrą laiką pagamintos energijos kiekį, atsižvelgiant į vidutinį mėnesio vėjo greitį, būdingą tam tikram plotui.

Norėdami tiksliau įvertinti vėjo išteklius, galite naudoti specialiai išvestus duomenis (Weibull parametrus). Šie rodikliai atspindi skirtingo stiprumo vėjų pasiskirstymą tam tikroje srityje. Į tokią informaciją svarbu atsižvelgti kuriant vėjo jėgainių projektus, kurių galia yra dešimtys MW.

Vėjo turbinos sukuriama galia yra proporcinga trigubam vėjo greičiui. Todėl šis rodiklis yra labai mažas, esant silpniems vėjo srautams, tačiau kai jie sustiprėja, jis smarkiai padidėja. Dėl vėjų krypties ir jų greičio kintamumo statant vėjo turbiną būtina numatyti stabilizuojančius komponentus.

Vėjo generatoriaus galios apskaičiavimo taisyklės ir formulės duota čiaMes rekomenduojame perskaityti labai naudingą informaciją.

Mažose autonominėse sistemose jų funkciją atlieka akumuliatoriai, kurių įkrova pradeda didėti, kai tik vėjo generatoriaus galia viršija apkrovos indikatorių.

Padidėjus apkrovai, akumuliatorius gali išsikrauti. Į šią darbo ypatybę svarbu atsižvelgti renkantis buitinį vienetą, jo galingumas turi sutapti su mėnesio ar metine elektros energijos norma

Reikėtų pažymėti, kad veiksmingas vėjo srautų panaudojimas prisideda prie vėjo generatorių konstrukcijų įvairovės.

Horizontalios turbinos užtikrina aukštą našumą lygiose vietose, kur daug vėjų, tuo tarpu vertikalios turbinos geriau veikia regionuose, kuriuose sraunūs srautai stebimi žemai nuo žemės (kalvų viršutinėje dalyje, kalnuose).

Pagrindiniai vėjo malūnų trūkumai

Tuo pačiu metu vėjo malūnai turi savo neigiamų aspektų:

• Vėjo jėgos dydį sunku iš anksto numatyti, nes jis dažnai keičiasi. Dėl šios priežasties patartina pagalvoti apie apsauginį tinklą, numatant atsarginį energijos šaltinį (saulės baterijos, elektros jungtis).
• Dėl išcentrinių jėgų veikimo, kai mentės sukasi apie pagrindinę ašį, vertikaliems įtaisams kyla pavojus sunaikinti rotoriaus mentes. Dėl šio poveikio svarbūs konstrukciniai elementai laikui bėgant deformuojasi ir sunaikinami, o mechanizmas sugenda.
• Vėjo malūnai geriausiai montuojami laisvoje erdvėje, nes šalia esantys pastatai gali „sudrėkinti“ vėją, sudarydami „negyvą“ oro zoną.
• Norint sutaupyti perteklinę vėjo jėgainių energiją, būtina numatyti baterijų ir kitų papildomų įtaisų, kurie yra naudojami konvertuoti pagamintą elektrą į srovę, turinčią tinkamas vartotojo savybes, naudojimą.
• Veikimo metu vėjo generatoriai skleidžia triukšmą, kuris gali sukelti nepatogumų žmonėms, atbaidyti gyvūnus. Įrenginių mentės taip pat gali sukelti paukščių, skriejančių prie jų, mirtį.
• Kai kurių ekspertų teigimu, vėjo jėgainės gali pabloginti radijo ir televizijos laidų priėmimą.

Neigiami aspektai taip pat gali apimti gana aukštas tokių įrenginių sąnaudas, tačiau energijos šaltinio pigumas didžiąja dalimi pašalina šį veiksnį.

Schemos ir prijungimo būdai

Nors vėjo turbina gali veikti autonomiškai, daug geresnio rezultato galima pasiekti suderintomis schemomis, numatančiomis vėjo įrenginio derinimą su saulės baterijomis, centralizuotą elektros tinklą, dyzelino ar dujų energijos šaltinius.

Darbas neprisijungus. Tokiu atveju nustatomas vienas įrenginys, kurio pagalba surenkama ir kaupiama vėjo energija, kuri vėliau paverčiama elektros srove, kurios vartotojams reikia.

Diagrama parodo paprasčiausią vėjo generatoriaus naudojimo būdą, kurį patartina naudoti regionuose, kur nuolat pučia stiprūs vėjai.

Vėjo generatoriaus derinimas su saulės baterijomis. Kombinuotas variantas laikomas patikimu ir efektyviu energijos tiekimo būdu. Jei nėra vėjo, baterija veikia saulės baterijos, o debesuotu oru ir naktį kraunamas iš vėjo jėgainių.

Idealiai tinka privačiam namui ar namų ūkiui, esančiam atokiau nuo centralizuoto elektros tinklo. Ši kombinuota schema leidžia naudoti dviejų rūšių atsinaujinančią energiją.

Kombinuotas vėjo generatoriaus ir tinklo veikimas. Vėjo turbina gali būti derinama su elektros komunikacijomis.

Panašus modelis būdingas pramoniniams ir komerciniams prietaisams. Ryšį su elektros komunikacijomis taip pat numato kai kurie vidaus vėjo generatorių modeliai.

Esant perteklinei elektros energijai, ji patenka į centralizuotą tinklą, o esant jos trūkumui galima panaudoti elektros srovę iš bendrosios energijos sistemos.

Vėjo generatorių naudojimo niuansai

Šiuo metu vėjo jėgainės naudojamos įvairiuose ekonomikos sektoriuose. Skirtingo pajėgumo pramoninius modelius naudoja naftos ir dujų, telekomunikacijų bendrovės, gręžimo ir žvalgymo stotys, gamybos įrenginiai ir vyriausybinės agentūros.

Vėjo malūnas gali būti naudojamas kaip papildomas energijos šaltinis ligoninėse ir kitose įstaigose, užtikrinant nuolatinį elektros tiekimą avarinėmis situacijomis.

Ypač atkreiptinas dėmesys į vėjo jėgainių naudojimą, kad būtų galima greitai atkurti sutrikusią elektros energiją kataklizmų ir stichinių nelaimių metu. Šiuo tikslu Ekstremalių situacijų ministerija dažnai naudoja vėjo generatorius.

Buitinės vėjo jėgainės puikiai tinka organizuoti vasarnamių ir privačių namų apšvietimą ir šildymą, taip pat namų ūkio reikmėms ūkiuose.

Tokiu atveju reikėtų atsižvelgti į kai kuriuos dalykus:

• Įrenginiai iki 1 kW gali užtikrinti pakankamą kiekį elektros energijos tik vėjuotose vietose. Paprastai jų pagamintos energijos užtenka tik LED apšvietimui ir galios mažiems elektroniniams prietaisams.
• Norint visiškai aprūpinti elektrą kotedžui (kaimo namui), jums reikės vėjo generatoriaus, kurio galia didesnė kaip 1 kW.Šis indikatorius yra pakankamas apšvietimui, taip pat kompiuteriui ir televizoriui maitinti, tačiau jo galios nepakanka, kad būtų tiekiama elektra šiuolaikiniam visą parą veikiančiam šaldytuvui.
• Norėdami nameliui suteikti energijos, jums reikia 3–5 kW vėjo malūno, tačiau net ir šio skaičiaus nepakanka namų šildymui. Norėdami naudoti šią funkciją, jums reikia galingo varianto, pradedant nuo 10 kW.

Renkantis modelį, reikėtų atkreipti dėmesį, kad įrenginyje nurodytas galios indikatorius pasiekiamas tik esant maksimaliam vėjo greičiui. Taigi 300 V įrenginys sugeneruos nurodytą energijos kiekį tik esant 10–12 m / s oro srautui.

Norintiems pasistatyti vėjo generatorių savo rankomis, siūlome kitas straipsniskuriame yra išsami naudingos informacijos informacija.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Žemiau pateiktame vaizdo įraše pateikiama išsami informacija apie vėjo generatoriaus veikimo principą ir buitinio modelio dizainą:

Vėjo generatorius yra puikus elektros energijos gamybos šaltinis, kurį ypač įvertins atokesnių vietų gyventojai. Įvairios Rusijos ir užsienio įmonės siūlo platų vėjo konstrukcijų pasirinkimą, be to, namų apyvokos modelius galima pasigaminti savo rankomis.

Prašau parašyti komentarus žemiau esančiame bloke. Papasakokite apie tai, kaip savo svetainėje pastatėte vėjo generatorių arba kaip jūsų kaimynai turi vėjo malūną. Užduokite klausimus, pasidalykite naudinga informacija ir nuotraukomis šia tema.