Vjetroturbine na vrtuljku. Koje su vrste generatora vjetra najučinkovitije: značajke, prednosti i nedostaci

Vrste vjetrogeneratora

Vjetroturbine se mogu razlikovati po:
- broj lopatica;
— vrsta materijala oštrice;
— okomiti ili vodoravni položaj osi ugradnje;
— stupnjevita verzija lopatica.

Po izvedbi vjetrogeneratori se dijele prema broju lopatica: jednokrake, dvokrake, trokrake i višekrake. Prisutnost velikog broja lopatica omogućuje im rotaciju s vrlo malo vjetra. Dizajn lopatica može se podijeliti na krute i jedrene. Vjetroturbine za jedrenje su jeftinije od ostalih, ali zahtijevaju česte popravke.

Jedna od vrsta vjetrogeneratora je horizontalna

Vertikalni generatori vjetra počinju se okretati pri slabom vjetru. Ne treba im vjetrokaz. Međutim, oni su inferiorni u snazi ​​od vjetrenjača s vodoravnom osi. Nagib lopatica vjetrogeneratora može biti fiksan ili promjenjiv. Promjenjivi nagib lopatica omogućuje povećanje brzine rotacije. Ove vjetroturbine su skuplje. Dizajn vjetroturbina s fiksnim nagibom pouzdan je i jednostavan.

Vertikalni generator

Ove vjetrenjače jeftinije su za održavanje jer su postavljene na niskoj visini. Također imaju manje pokretnih dijelova i lakše ih je popraviti i proizvesti. Ovu opciju instalacije lako je napraviti vlastitim rukama.

Vertikalni generator vjetra

Dizajn vjetrogeneratora s optimalnim lopaticama i jedinstvenim rotorom osigurava visoku učinkovitost i ne ovisi o smjeru vjetra. Vjetrogeneratori vertikalnog dizajna su tihi. Vertikalni generator vjetra ima nekoliko vrsta dizajna.

Ortogonalni vjetrogeneratori

Ortogonalni generator vjetra

Takve vjetrenjače imaju nekoliko paralelnih lopatica koje su postavljene na udaljenosti od okomite osi. Na rad ortogonalnih vjetrenjača ne utječe smjer vjetra. Instaliraju se na razini tla, što olakšava instalaciju i rad jedinice.

Vjetrogeneratori na bazi Savoniusovog rotora

Noževi ove instalacije su posebni polu-cilindri koji stvaraju veliki okretni moment. Nedostaci ovih vjetrenjača uključuju veliku potrošnju materijala i nisku učinkovitost. Za postizanje velikog momenta sa Savoniusovim rotorom, ugrađen je i Darrieusov rotor.

Vjetroturbine s Daria rotorom

Uz Darrieus rotor, ove jedinice imaju nekoliko pari lopatica s originalnim dizajnom za poboljšanje aerodinamike. Prednost ovih instalacija je mogućnost postavljanja u razini tla.

Helikoidni vjetrogeneratori.

Oni su modifikacija ortogonalnih rotora s posebnom konfiguracijom lopatica, koja daje ravnomjernu rotaciju rotora. Smanjenjem opterećenja elemenata rotora povećava se njihov vijek trajanja.

Generatori vjetra temeljeni na rotoru Daria

Vjetroturbine s više lopatica

Vjetrogeneratori s više krakova

Vjetroturbine ovog tipa su modificirana verzija ortogonalnih rotora. Noževi na ovim instalacijama postavljeni su u nekoliko redova. Prvi red fiksnih lopatica usmjerava struju vjetra na lopatice.

Vjetrogenerator za jedrenje

Glavna prednost ove instalacije je mogućnost rada pri slabom vjetru od 0,5 m/s. Vjetrogenerator za jedrenje može se postaviti bilo gdje, na bilo kojoj visini.

Vjetrogenerator za jedrenje

Prednosti uključuju: malu brzinu vjetra, brz odgovor na vjetar, lakoću konstrukcije, dostupnost materijala, mogućnost održavanja, mogućnost izrade vjetrenjače vlastitim rukama. Nedostatak je mogućnost loma pri jakom vjetru.

Vjetrogenerator vodoravni

Vjetrogenerator vodoravni

Ove instalacije mogu imati različit broj lopatica. Za rad vjetrogeneratora važno je odabrati ispravan smjer vjetra. Učinkovitost instalacije postiže se malim napadnim kutom lopatica i mogućnošću njihovog podešavanja. Takvi vjetrogeneratori imaju male dimenzije i težinu.

U suvremenom životu visokokvalitetni rotacijski modeli funkcioniraju savršeno. Imaju originalne montažne jarbole.

Strukture rotora razlikuju se po položaju osi rotacije u odnosu na površinu zemlje.

opće karakteristike

Ovi mehanizmi obdareni su nizom značajnih značajki u usporedbi s vjetroturbinama s vodoravnom osi. Oni kao takvi nemaju čvorove za orijentaciju prema strujanju vjetra. Time se značajno smanjuju sva hidroskopska opterećenja. Zbog svoje strukture, u apsolutno svakom smjeru vjetra, struktura se nalazi u potpuno proizvoljnom položaju.

Zbog toga je jednostavnija u provedbi. U takvim mehanizmima pojava rotacije stvara silu podizanja lopatica, kao i sile otpora.

Vrste mehanizama s okomitom osi rotacije:

1. Ortogonalni dizajn.
2. Darrieusov mehanizam.
3. Savoniusov mehanizam.
4. Dizajn na rotoru s više lopatica s vodećom lopaticom.
5. Generator s helikoidnim dizajnom.

Ortogonalni vjetrogeneratori

Takav generator sadrži više od jedne oštrice. Lopatice su smještene paralelno s osi i nalaze se na određenoj udaljenosti od nje.

Mehanizam koji se razmatra smatra se najučinkovitijim i najfunkcionalnijim. Ako govorimo o nekim nedostacima takvog generatora, tada se tijekom njegovog rada stvara određeni učinak buke. Osim toga, puno se truda troši na održavanje njegovog funkcioniranja. Istodobno, konstrukcija u pravilu ima kratak vijek trajanja potpornih jedinica zbog velikih dinamičkih opterećenja.

Generatori s Daria rotorom

Trebamo odati počast ovom mehanizmu - karakterizira ga velika snaga i brzina. Osim toga, rotor ima prilično nisku cijenu. Nedostaci uključuju nisku učinkovitost. Štoviše, ovaj dizajn nije u mogućnosti pokrenuti samostalno s jednolikim nadolazećim protokom.

Generatori sa Savonius rotorom

Ova vrsta generatora je prilično široko korištena za visokokvalitetno funkcioniranje kućanskih elektrana. Po svojoj konstrukciji, takav rotor je vjetrobran s nekoliko polucilindara koji se neprekidno okreću oko svoje osi.

Glavna prednost rotora je sljedeća: kotač vjetra stalno se okreće u istom smjeru i apsolutno je neovisan o smjeru strujanja vjetra. Nedostatak toga je niska učinkovitost iskorištavanja energije strujanja vjetra.

Ovaj tip generatora smatra se najfunkcionalnijim od vertikalnih rotora. Slična izvedba postiže se korištenjem dodatnog reda lopatica. Jedan od redova apsorbira strujanje vjetra i zatim ga dovodi do drugog reda lopatica. Istodobno, sam protok je komprimiran.

Ova transformacija dovodi do značajnog povećanja brzine protoka, kao i snage rotora u cjelini. Ovo poboljšava performanse sustava. To se događa zbog upotrebe znatno većeg broja dizajna lopatica.

Dizajn s takvim sustavom ima mnogo tišu rotaciju rotora. Ova karakteristična prednost smanjuje opterećenje potpornih jedinica. Kao rezultat toga, životni vijek mehanizma značajno se povećava. U isto vrijeme, trošak rotora je prilično značajan zbog složene tehnologije njegove proizvodnje.

Prednosti i nedostaci mehanizama vertikalne osovine

Pogodnosti uključuju:

1. Kao takva, nema dodatne potrebe za trošenjem posebne opreme, čije bi djelovanje bilo usmjereno na određivanje smjera puhanja vjetra i usmjeravanje generatora prema strujanju zraka;
2. Mali broj pokretnih dijelova, zbog čega su troškovi proizvodnje i naknadnih popravaka prilično beznačajni;
3. Dizajn takvog rotora je niži i prilikom servisiranja nema potrebe za posebnim dizalima za smještaj osoblja za održavanje na visini;
4. Na visoku učinkovitost rotora apsolutno ne utječe niti kut niti brzina smjera strujanja vjetra.

Međutim, potrebno je pojasniti činjenicu da se stalno provode daljnja razna istraživanja usmjerena na povećanje funkcionalnosti ove vrste vjetroturbina. To se događa zbog činjenice da rotori s okomitom osi također imaju svoje određene nedostatke.

To uključuje:

1. Prilično veliki volumen lopatica sustava;
2. Učinkovitost takve vjetrenjače je otprilike tri puta manja od učinkovitosti mehanizma s vodoravnom osi.

Što trebate uzeti u obzir pri odabiru?

Prije odluke o kupnji ovakvog mehanizma ipak je potrebno uzeti u obzir niz određenih uvjeta. Na primjer, ako u vašoj matičnoj regiji nema jakih struja vjetra, korištenje takvog dizajna rotora općenito se neće isplatiti.

Za određeno područje bolje odgovara generator relativno male snage.Vrijedi i obrnuto - u prirodi često postoje područja terena gdje zračne mase mijenjaju smjer nekoliko puta svaka 24 sata. U ovoj konkretnoj izvedbi, naprotiv, dopušteno je i moguće koristiti rotor s okomitom osi.

DIY izrada

Prvo morate napraviti tzv. turbinu.

Za ovo nam je potrebno:

1. Izrada gornjih i donjih nosača. Označavanje je najbolje napraviti pomoću ubodne pile. Od plastike je potrebno izrezati dva kruga istog promjera. U središtu prvog kruga treba napraviti rupu od 30 cm, koja će postati gornji nosač.
2. Uzmimo najobičniju glavčinu automobila. Napravimo četiri rupe iste veličine na donjem nosaču. To će nam omogućiti da ojačamo čvorište.
3. Napravit ćemo detaljnu skicu kako bismo ilustrirali položaj lopatica sustava i označite na našem nosaču koji se nalazi ispod onih područja gdje će se zatim pričvrstiti pripremljeni kutovi. Namijenjeni su za spajanje oštrice i potpore.
4. Sada stavite oštrice u hrpu, zavežite ih i izrežite na potrebnu veličinu. Duljina lopatica izravno određuje koliko energije vjetra mogu primiti. Međutim, postoji i nestabilnost s jakim strujanjem vjetra.
5. Označimo oštrice za pričvršćivanje uglova. Zatim izbušimo posebne rupe u tim oštricama.
6. Pričvršćujemo potporu i oštrice pomoću pripremljenih uglova.

Izrađujemo rotor vlastitim rukama:

1. Postavite dvije baze rotora jednu na drugu, u isto vrijeme čini se da kombiniramo dvije rupe i nacrtamo bočnu oznaku. Nakon toga, ovaj korak će nam omogućiti da ih pravilno postavimo.
2. Sada napravimo dva mala kartonska predloška i pažljivo ih zalijepite na baze naših magneta.
3. Označimo magnet. Za određivanje ispravnog polariteta, u pravilu se koristi magnet s električnom trakom.
4. Zatim nam je potrebna epoksidna smola s učvršćivačem. Nanosimo ga na donju stranu magneta.
5. Magnet donosimo prilično pažljivo do ruba baze rotora.
6. Sada možete lijepiti naši magneti zapravo idu na rotor.
7. Za izradu drugog rotora, magneti bi trebali biti postavljeni u drugom polaritetu nasuprot prvom rotoru.

Proizvodimo stator:

Stator– jedinica koja se sastoji od 9 zavojnica. Podijeljeni su u 3 skupine. Svaka grupa ima tri zavojnice. Same zavojnice su od žice 24 AWG s 320 zavoja. Parametri zavojnica mogu se izravno mijenjati.

To ovisi o potrebnom naponu na izlazu:

1. Ako namotate zavojnice ručno, to je prilično teško. Kako bismo olakšali sam proces, napravit ćemo jednostavan uređaj - stroj za namatanje. Zavoji zavojnica namotani su u istom smjeru. Početak i kraj zavojnica treba omotati električnom trakom i podmazati epoksidom.
2. Kada su zavojnice već namotane, potrebno je provjeriti identitet. Za to možete koristiti obične vage. Zatim mjerimo otpor naših zavojnica.
3. Proizvedene zavojnice stavljaju se na voštani papir s dijagramom označenim na njemu. Stakloplastika se nalazi oko samih zavojnica. Zatim izbušite rupe u statoru za nosač.
4. Cijev za pričvršćivanje osi glavčine očito je odrezana. Vijci će se uvrnuti u rupe stvorene za izravno držanje osovine.

Sklop statora

Završna montaža:

1. Izbušimo 4 rupe u gornjoj ploči rotora.
2. Naslonimo četiri klina na ploče i ugradimo rotor na njih. Rotori doživljavaju privlačnost, zbog čega je potrebno napraviti ovaj uređaj.
3. Poravnavamo rotore jedan u odnosu na drugi.
4. Pažljivo i ravnomjerno spustite generator. Nakon toga trebate odvrnuti klinove i ukloniti sve ploče. Instaliramo čvorište i pričvrstimo ga vijcima. Podloške i matice obično su potrebne za pričvršćivanje oslonca lopatica na generator.
5. Sada se generator može smatrati sastavljenim. Vrtimo vjetrenjaču i mjerimo parametre.

Sklop generatora

Takav se rotor može implementirati ne samo za opskrbu električnom energijom stambenih i uredskih prostorija. Na primjer, stator je sposoban generirati visoki električni napon, koji se može koristiti za visokokvalitetno grijanje kućanskih aparata. Treba pojasniti da se izmjenična struja pretvara u istosmjernu. Ovo se može koristiti za punjenje baterija, zagrijavanje spremnika hladnom tekućom vodom i napajanje lampiona i rasvjetnih tijela.

Predmetna konstrukcija postavljena je na 4 metra visine na rubu planinske litice. Prirubnica, koja se, kao i obično, nalazi na dnu, omogućuje brzu montažu rotora - potrebno je samo zategnuti četiri vijka. Ali za pouzdanost, ipak bi bilo preporučljivije zavariti ih.

Vertikalne vjetrenjače mogu se okretati pomoću lopatice. Za njih je smjer strujanja vjetra u biti nevažan.

Čimbenik koji se mora uzeti u obzir pri odabiru mjesta postavljanja rotora je sama sila vjetra. Podaci o snazi ​​vjetra za područje koje se proučava i od interesa mogu se lako pronaći na internetu. Pomoći će i anemometar, poseban uređaj za mjerenje jačine strujanja vjetra.

Sustavi svjetskih i ruskih proizvođača

Danas ga oko 75 država svjetske zajednice koristi prilično široko. Energija vjetra i danas je vrlo popularna i sastavni dio našeg modernog života. Proizvođači u Južnoj Americi i Aziji brzo napreduju u razvoju ove popularne industrije.

Kina je jedan od najvećih dobavljača industrije energije vjetra na globalnom tržištu. Indija ima prilično velik broj industrija vjetroturbina s ukupnim kapacitetom većim od 3000 MW.

U našoj zemlji, industrija energije vjetra razvijena je u mnogim gradovima i regijama.Vjetrorotori se proizvode u gradovima kao što su Moskva, Taškent, Astrahan, Uzbekistan, Saratov, Omsk, Samara, Jekaterinburg, Uljanovsk, Anapa i Krasnodar.

Globalni proizvođači uključuju tako poznate tvrtke kao što su: Vestas, GEEnergy, Goldwind, Enercon, DongfangElectric, SiemensWind, UnitedPower.

Pregled cijena

Cijena rotorskih sustava uglavnom ovisi o snazi ​​vjetroelektrane. Drugim riječima, dizajn od 2 kW može se kupiti za 6200 dolara. Za 10 kW, politika cijena za sličnu vjetroturbinu je 40.000 dolara. Da biste napunili bateriju automobila ili mobitela, možete postati vlasnikom relativno male stanice od 0,6 kW.

Takva stanica neće koštati više od 3000 dolara. Rotori naravno imaju svoje razlike u cijeni, a to obično ovisi o njihovoj vrsti i proizvođaču. Trošak rotora ruskih modela u pravilu je 1/3 jeftiniji od njihovih zapadnih kolega.

Istodobno, pokazatelji kvalitete postaja, općenito, u pravilu nemaju značajne i opipljive razlike. Preporučljivo je kupiti vjetrogenerator samo ako imate sredstva za ulaganje velike količine novca u dugoročnu investiciju ako postoje odgovarajući vremenski uvjeti u vašoj regiji prebivališta.

Vjetrogeneratori su motori koji pretvaraju energiju vjetra u mehanički rad. Na temelju dizajna vjetrenjače i njenog položaja u struji vjetra, sustavi vjetroturbina dijele se u tri klase:
1. Krilatne vjetroturbine imati vjetrobran s jednim ili drugim brojem krila. Ravnina rotacije kotača vjetra u lopaticama je okomita na smjer vjetra, dakle, os rotacije je paralelna s vjetrom
(Slika 5a). Koeficijent iskorištenja energije vjetra ovih vjetroturbina doseže ξ= 0,42.
2. Vrtuljak i rotacijski vjetrogeneratori imati vjetrobran (rotor) s lopaticama koje se kreću u smjeru vjetra; os rotacije kotača vjetra zauzima okomiti položaj (slika 5, b). Energetska učinkovitost vjetra ovih vjetroturbina kreće se od 10 do 18%.
3. Bubnjasti vjetrogeneratori Imaju istu konstrukciju kotača vjetra kao i rotora, a razlikuju se od njih samo u vodoravnom položaju rotora, tj. os rotacije kotača vjetra je vodoravna i okomita na strujanje vjetra (slika 5d). Stopa iskorištenja energije vjetra ovih vjetroturbina je od 6 do 8%.

sl. 5. Sustavi vjetroturbina: a - lopatice vjetroagregata; b) - rotacijski vjetrogeneratori; c - vrtuljak vjetrogeneratora; g - bubanj vjetrogeneratora.

Budući da lopatni vjetrogeneratori rade mnogo učinkovitije od rotacijskih i rotacijskih vjetroturbina, u nastavku ćemo govoriti samo o lopaticama.

Lopatica vjetroagregata sastoji se od sljedećih elemenata (slika 6):
1. Vjetrenjača može imati od 2 do 24 lopatice. Vjetrenjače s brojem lopatica od 2 do 4 nazivaju se male lopatice; Ako vjetrobran ima više od 4 lopatice, tada se naziva višekraki.
2. Glava vjetroturbine je oslonac na koji se postavlja osovina vjetroagregata i gornji zupčanik (mjenjač).
3. Rep je pričvršćen za glavu i okreće je oko okomite osi, postavljajući kotač vjetra prema vjetru.
4. Toranj vjetroturbine služi za pomicanje kotača vjetra iznad prepreka koje ometaju strujanje zraka. Vjetroturbine male snage koje pokreće generator obično se montiraju na stup ili cijev sa zateznim žicama.
5. U podnožju tornja okomita osovina spojena je na niži zupčanik (mjenjač), koji prenosi kretanje na radne strojeve.
6. Kontrola brzine kotača vjetra je uređaj ili mehanizam koji ograničava brzinu kotača vjetra kako se brzina vjetra povećava.

Vjetrogenerator je uređaj za pretvaranje energije vjetra u električnu energiju, odnosno u mehaničku energiju za pogon mehaničkih uređaja (npr. pumpa za vodu). Preci modernih vjetrogeneratora bile su vjetrenjače, a razvojem tehnologije i dolaskom ere električne energije, vjetrenjače više nisu samo mljele žitarice u brašno ili pumpale vodu, već su okretale i generatore koji su stvarali električnu energiju.

Vjetrogeneratori su industrijski; takve vjetroturbine instaliraju država ili velike energetske korporacije za opskrbu električnom energijom industrijskih postrojenja. Industrijske vjetroturbine danas su najveće i najjače, snaga pojedinačnih vjetrogeneratora seže i do megavata, ali se takve vjetroturbine ne postavljaju jedna po jedna, već se ogromne vjetroelektrane grade na mjestima gdje je vjetar najpogodniji za stabilnu proizvodnju električne energije, na primjer na obali ili na otvorenim brdima. Energija iz vjetrogeneratora ide izravno u elektroenergetsku mrežu, a stabilnost i frekvenciju vrtnje generatora osiguravaju različiti mehanizmi, primjerice sustavi za podešavanje kuta lopatica u odnosu na nadolazeće strujanje vjetra, tako da brzina kotač vjetra, a time i generator, stabilan je.

Vjetroelektrana na moru - industrijski vjetrogeneratori

Vjetroelektrana u Sjevernom moru, 80 vjetroturbina proizvodi ukupno 400 megavata energije, dovoljno za napajanje 455.000 kućanstava. Vjetroelektrana se nalazi otprilike 140 kilometara od obale Donje Saske

Postoje i komercijalni vjetrogeneratori koji se postavljaju u svrhu prodaje električne energije, odnosno opskrbe energijom raznih industrija u onim mjestima gdje nema dovoljno vlastitih kapaciteta ili uopće nema električne mreže. Takve vjetroelektrane također se sastoje od mnogo vjetrogeneratora različite snage. Energija iz takvih vjetrogeneratora može se dovoditi izravno u električnu mrežu ako proizvode stabilan izmjenični napon od 220/380 volti ili više. Ili se vjetrogeneratori koriste za punjenje velikog niza baterija iz kojih se energija zatim pretvara u izmjenični napon i isporučuje u električnu mrežu.

Postoje i obične kućanske vjetroturbine male snage za privatnu upotrebu, čija ugradnja ne zahtijeva nikakve dozvole ako visina jarbola ne prelazi 25 metara, a vjetrogenerator ne ometa zrakoplove. Ovakvi vjetrogeneratori su niskonaponski i njihova glavna zadaća je punjenje baterija naponom od 12/24/48 volti, a energija se uzima iz baterija koja se kao u običnoj utičnici pretvara u 220 volti 50 Hz. Vjetrenjače male snage često se postavljaju za opskrbu energijom privatnih kuća, ljetnih vikendica, farmi ili za napajanje malih udaljenih objekata.

Projektiranje i projektiranje vjetrogeneratora

Jasno je da vjetrogeneratore pokreće energija vjetra, ali to nije sve, vjetrogenerator se sastoji od nekoliko komponenti, a glavna je vjetrogenerator i generator. Horizontalne vjetroturbine obično imaju trokrake propelere, koji rade zahvaljujući podiznoj sili nadolazećeg toka vjetra. I vertikalni vjetrogeneratori tipa Savonius (bačva) se okreću zbog pritiska vjetra. Postoje vertikalne vjetroturbine koje također koriste silu dizanja, na primjer, Darrieusov rotor i drugi ortogonalni vjetrogeneratori. Kod vodoravnih vjetrogeneratora, brzina vrtnje lopatica premašuje brzinu vjetra, obično nominalno 5 puta; to omogućuje upotrebu manjih generatora nego kod vertikalnih vjetrogeneratora, budući da se ne mogu okretati brže od brzine vjetra, s iznimkom ortogonalnih. .

Na primjer, vjetrogenerator s promjerom kotača vjetra od 3 metra pri brzini vjetra od 10 m/s daje 5,6 kW energije vjetra, ali najviše 49% energije može se pretvoriti u mehaničku rotacijsku energiju; za vodoravnu vjetrogeneratora prosječni koeficijent pretvorbe energije vjetra je 0,4, kod vertikalnih je znatno niži, kod vjetroturbina tipa "Savonius" 0,1-0,25, a kod ortogonalnih do 0,4.

Generator s kotačem vjetra može se spojiti izravno i tada će brzina kotača vjetra i generatora biti ista ili se može ugraditi mjenjač za povećanje brzine generatora. U dizajnu velikih vjetrogeneratora, koji se postavljaju na mjestima sa stabilnim i snažnim protokom ispušnih plinova, koristi se sustav za podešavanje položaja lopatica za održavanje stabilnih brzina generatora. Kada se vjetar pojača, lopatice se okreću u jednom smjeru, povećavajući napadni kut nadolazećeg toka vjetra i kotač vjetra ne dobiva zamah, a kada vjetar slabi, naprotiv, tako da vjetrenjača ne smanjuje brzinu , oštrice se okreću većom brzinom. Također, brzinu je moguće održavati povećanjem ili smanjenjem opterećenja generatora, odnosno kočionim sustavom. Dakle, generator radi istom brzinom i proizvodi stabilan napon i frekvenciju izmjenične struje, primjerice 220 volti 50 Hz, iako može proizvesti tisuće volti.

U malim vjetrenjačama brzina generatora nije stabilizirana jer je to vrlo teško, a takve vjetrenjače postavljaju se na maloj nadmorskoj visini u raznim područjima gdje vjetar povremeno može potpuno nestati i biti vrlo nestabilan. Kako bi osigurali stabilan rad, vjetroelektrane koriste baterije, generator ih puni kada ima vjetra, a energiju iz njih možete uzeti uvijek, čak iu potpunoj tišini. A za zaštitu od uragana koriste sustav koji preklapanjem repa odmiče vjetrobran od vjetra ili koče vjetrobran električnom kočnicom.

Za punjenje baterija između vjetrenjače i baterije postavlja se kontroler koji prati punjenje baterije, a kada je baterija potpuno napunjena, da se baterije ne pokvare, kontroler ili usporava propeler kratkim spojem generatora namotaja, ili odlaže višak energije u balast, koji se može koristiti kao spremnik za grijanje, ili samo veliki otpornik. Vjetrogenerator s kontrolerom služi kao punjač za bateriju, a sama energija se uzima iz baterija, a ne iz vjetrenjače.

Ali baterije imaju konstantan niski napon, koji može biti 12/24/48 volti, a za napajanje kuće treba vam 230 volti, pa je ugrađen pretvarač, koji pretvara istosmjerni napon u izmjenični napon 220 volti. Ali možete bez pretvarača ako su svi potrošači dizajnirani za napajanje iz niskog napona. Na primjer, ako je niz baterija od 12 volti, tada možete koristiti bilo koje električne uređaje od 12 volti, auto punjače, televizore, 12 volt LED trake i žarulje, auto kuhala za vodu, auto frižidere i još mnogo toga.

Vjetrogenerator - vjetroelektrana

vjetrogenerator, kontroler, baterije

Vrste i vrste vjetrogeneratora

Generatori vjetra dolaze u dvije glavne vrste: vodoravni i okomiti. Horizontalne klasične vjetrenjače imaju propeler – najčešće trokraki, a vertikalne imaju okomito rotirajući vjetrobran. Klasične vjetrenjače su najpopularnije jer imaju najveću učinkovitost uz najnižu cijenu. Što je brzina vjetroleta veća, potreban je generator manji, a time i jeftiniji, a što je sam generator lakši, to su manji materijalni troškovi za njegovu izradu. Također, što je vjetrogenerator viši u odnosu na tlo, to je učinkovitija proizvodnja električne energije.

Klasični vjetrogenerator

Vertikalne vjetrenjače tipa “Savonius” ili “Bačva” su najmanje brzinske i neučinkovite vjetrenjače, pa da bi se postigla jednaka snaga kao i horizontalna, takvu vjetrenjaču treba napraviti puno veću, ugraditi vrlo nisku vjetrenjaču. generator brzine ili multiplikator, i Budući da tako tešku konstrukciju nije moguće podići na visoki jarbol, vjetrenjača bi općenito trebala biti dvostruko veća od vodoravne, a generator bi trebao biti pet do sedam puta veći. Time se cijena ovakvih vjetrogeneratora povećava pet puta u odnosu na klasične.

Stoga vjetrenjače tipa Savonius nisu popularne i prilično su rijetke, iako su na internetu prilično popularne zbog mitova o njihovoj učinkovitosti, bešumnosti i jednostavnosti. Zapravo, KIEV takvih vjetroturbina je samo 0,1-0,2 naspram 0,4 za klasične vjetroturbine, bešumnost je također relativna jer pri vjetru od 7 m/s sve stvara buku, čak i drveće. A što se tiče jednostavnosti, to je također mit; mnogo je lakše instalirati tri lagane i jednostavne lopatice na generator nego instalirati ogroman rotor, koji se ne može zaštititi od uragana, pa je stoga potrebna veća strukturna čvrstoća. Primjer takvog domaćeg generatora opisan je u ovom članku - DIY vertikalni generator vjetra

Vertikalni generator vjetra

Vjetrogenerator bačvastog tipa

Postoje i druge vrste vertikalnih vjetrogeneratora, na primjer, "Daria Rotor", ima nešto veći KIEV u usporedbi s bačvastim vjetroturbinom, ali ima vrlo nizak startni moment, a ako postoje samo dvije lopatice , tada se ne može sam pokrenuti - to se često radi s hibridnim rotorom Savonius+Darieu. Postoje i druge vrste sa svim vrstama zakrivljenih oštrica, višespratne polubačve, ali u praksi nisu daleko od uobičajene rezane bačve.

Vertikalni vjetrogeneratori

Vjetroturbine za jedrenje u biti iste horizontalne vjetrenjače, ali zbog činjenice da je cijeli kotač vjetra prekriven jedrima i nema aerodinamičkog profila, takve vjetrenjače su spore i neučinkovite, ali imaju veliki okretni moment pri malim brzinama i zbog toga mogu izravno pokreću različite mehanizme, na primjer pumpu za podizanje vode. Analozi vjetrenjače na jedrenje su vjetrenjače s više lopatica i krutim lopaticama.

Generatori

Generatori za vjetrenjače su najčešći trofazni, slični onima koji se koriste u automobilima, samo će ovisno o snazi ​​i nazivnoj brzini, dimenzije biti puno veće. Namot statora je trofazni, spojen u zvjezdicu, nakon spajanja na izlazu ostaju tri žice koje idu do regulatora i tamo se uz pomoć diodnog mosta izmjenični napon pretvara u istosmjerni napon. , odnosno plus i minus. Rotor generatora temelji se na neodimijskim magnetima, ovdje se ne koristi električna pobuda, kao u autogeneratorima, jer uzbudna zavojnica troši energiju.

Generatori za vjetroturbine

Za povećanje brzine često se koristi multiplikator koji povećava brzinu i na taj način možete dobiti više snage iz postojećeg generatora ili koristiti generator manje veličine i cijene. Multiplikatori se često koriste u vertikalnim vjetrogeneratorima jer se njihov vjetrokotač okreće puno sporije nego kod horizontalnih klasičnih vjetroagregata.

Generator je najskuplji dio vjetrogeneratora, osim jarbola koji može biti vrlo skup. Stoga se trude da brzina vjetrogeneratora bude što veća kako bi se ugradili manji generatori. To je zapravo razlog zašto su horizontalni trokraki vjetrogeneratori postali toliko rašireni. Ima velike brzine i ne zahtijeva multiplikator za povećanje brzine generatora, što čini dizajn mnogo jeftinijim i jednostavnijim, a istovremeno ima najveću učinkovitost.

Generator možete napraviti sami, a možete i sami napraviti kompletan vjetrogenerator, na stranicama stranice nalaze se sve informacije o proračunu generatora i vjetroturbina općenito. Generatori se izrađuju od asinkronih motora, od autogeneratora, a vrlo su popularni i tzv. aksijalni disk generatori. O vjetrenjačama koje koriste takve generatore možete pročitati u ovom odjeljku Aksijalne vjetrenjače s diskom

Cijene i primjene vjetroturbina

Vjetrogeneratori su naravno skupi, budući da se radi o složenoj opremi koja se rijetko koristi, poput televizora ili automobila. Također, osim samog vjetrogeneratora, vjetroelektrana sadrži baterije, kontroler i inverter, a jarbol je također skup i sastavni dio vjetrogeneratora.

Vjetrogeneratori snage 300 vata vrlo slaba i morate shvatiti da oni proizvode svojih deklariranih 300 watta na sat uz nominalni vjetar od 10-12 m/s, a kad je vjetar 4-5 m/s, izlaz će biti samo 30-50 watta* h. Takve vjetrenjače generiraju vrlo malo energije, što je dovoljno, primjerice, za napajanje male elektronike i štedne LED rasvjete. Ne biste trebali očekivati ​​da će takva vjetrenjača moći osigurati energiju za hladnjak, TV i svjetlo u cijeloj kući. Proizvodnja energije izravno ovisi o prisutnosti vjetra na mjestu gdje je postavljena vjetroturbina.

Recimo, uz prosječnu godišnju brzinu vjetra od 3 m/s, učinak vjetrenjača od 300 W bit će samo oko 3-6 kW mjesečno, ali ako vjetar puše svaki dan prosječnom brzinom od 5 m/s, tada će izlaz biti 15-20 kW, ali takva vjetrovita mjesta ne postoje svugdje.

Cijene za male vjetroturbine počinju od 15.000 rubalja za vjetrogenerator s kontrolerom bez baterija i jarbola. Kompletan set koji se sastoji od generatora vjetra, regulatora, baterija, jarbola, pretvarača koštat će od 50.000 rubalja i više.

Osigurati energiju za mali dom ili vikendicu vjetrogenerator će trebati snagu od 1 kW, proizvodnja energije opet ovisi o prisutnosti vjetra u vašem području, može biti 30-100 kW mjesečno. U principu, takav vjetrogenerator dovoljan je za rasvjetu, TV, računalo, pumpu, ali vjetrogenerator se možda neće moći nositi s 24-satnim radom velikog hladnjaka. Općenito, kada se vjetrogenerator ugrađuje za stalno opskrbu energijom stambenog područja gdje je energija potrebna svaki dan, dodatno se ugrađuje benzinski ili dizelski generator koji puni baterije tijekom razdoblja duljeg odsustva vjetra. Generator je neophodan uređaj za osiguranje potpunog neprekidnog rada autonomne vjetroelektrane.

Trošak kompletnog seta je od 150.000 rubalja, a može doseći i do 300-400 tisuća rubalja. Što je veći kapacitet baterije, to se više vremena možete napajati iz baterije bez dobrog vjetra. Također, baterije ne smiju biti duboko ispražnjene, jer će im to uvelike smanjiti vijek trajanja. Dakle, ako se dnevno troši npr. 2 kW energije, onda bi energija u baterijama trebala biti najmanje 10 kW.

Ako planirate opskrbiti energijom svoju privatnu kuću ili malu farmu, tada će vam trebati vjetrenjača snage 3-5 kW. Trošak kompletnog seta je od 300.000 rubalja do 1 milijun rubalja. Ovdje već postoji ozbiljna snaga i potrošnja, pa osim cijene vjetrenjače, skupi su i jarbol, kontroler, snažni inverter, a potrebno je i puno baterija da stabilno dajete energiju svim kućanskim aparatima.

Ako želite da generator vjetra također grije kuću, onda morate pogledati snage od 10 kW. Općenito, da bi autonomna elektrana bila optimalna u proizvodnji električne energije, samo jedan vjetrogenerator neće biti dovoljan. Sustav bi trebao imati i solarne panele i plinski generator u slučaju da uopće nema sunca ili vjetra. Kontroler mora kontrolirati i vjetrogenerator i solarne panele, te pokrenuti plinski generator kada ponestane energije. Sva ta oprema je skupa, ali ako nije moguće priključiti se na elektroenergetsku mrežu, onda je rješenje ulaganje u vjetrosolarnu elektranu.

Primjer korištenja vjetrogeneratora i solarnih panela za opskrbu električnom energijom privatne kuće

Vjetrosolarna elektrana

Vjetrosolarna elektrana osigurava električnu energiju za sve potrebe privatne kuće, a to je oko 300 kWh mjesečno. Sustav sadrži dva vjetrogeneratora ukupne nazivne snage 3 kW, te solarne panele nazivne snage 1,8 kW. Trošak ove elektrane iznosio je 350.000 rubalja. Više pročitajte u članku

U ovom ćemo članku pokušati odgovoriti na pitanje za čitatelje portala - što je vjetrogenerator, kakav je njegov rad i razlike.

Vjetrogenerator je tehnički uređaj kojim se kinetička energija vjetra pretvara u električnu energiju za korištenje potrošača.

Prema donjem dijagramu, princip rada vjetrogeneratora može se opisati na sljedeći način:

Vjetrogeneratori se razlikuju po dizajnu, ugradnji i načinu ugradnje, a svaki tip ima svoje prednosti i nedostatke, a to su:

S horizontalnom osi rotacije

Os rotora i pogonska os su paralelne s površinom tla.

U ponudi su jednokraki (br. 1), dvokraki (br. 2), trokraki (br. 3) i višekraki (br. 4), s količinom do 50 komada.

Prednosti ove vrste:

• Visoka efikasnost;

Mane:

• Potreba za orijentacijom u smjeru strujanja zraka;
• Potreba za ugradnjom visoke konstrukcije za ugradnju uređaja, a što je veća snaga jedinice, to bi struktura (jarbol) trebala biti viša;
• Potreba za izgradnjom temelja za ugradnju jarbola, što dovodi do povećanja troškova instalacijskih radova;
• Visoka razina buke tijekom rada;
• Potencijalna opasnost za ptice i druge leteće organizme.

S okomitom osi rotacije

Os rotacije nalazi se okomito u odnosu na površinu zemlje.

Ova vrsta uređaja može se podijeliti u nekoliko skupina, a to su:

Ovaj dizajn sastoji se od nekoliko polucilindara. U ovom slučaju, os se stalno okreće, bez obzira na tokove vjetra i njihov intenzitet.

Prednosti dizajna:

• Dizajn visoke tehnologije;
• Značajan startni moment;
• Mogućnost rada s niskim protokom zraka.

Mane:

• Niska učinkovitost oštrice;
• Značajna potreba za materijalima tijekom proizvodnje.

U ovom dizajnu, nekoliko lopatica, koje su ravna traka, pričvršćene su na os rotacije. Dijagram prikazuje sljedeće vrste ove vrste uređaja:

1 – klasična verzija Darrieusovog rotora.

2 – Daria Tina N rotor (ortogonalni rotor).

3 – Darrieusov spiralni rotor (s heliokoidnim rotorom).

Prednosti dizajna:

• Nema potrebe da se fokusirate na zračne struje;
• Jednostavna proizvodnja oštrica;
• Jednostavan i praktičan način usluge.

Mane:

• Niska učinkovitost instalacija;
• Kratki ciklusi između popravaka potpornih jedinica i strukturnih elemenata;
• Imaju slabu sposobnost samopokretanja, u prisutnosti dvije lopatice, s jednoličnim strujanjem vjetra.

Sa helikoidnim rotorom

To je modifikacija uređaja s Daria rotorom. Na gornjem dijagramu - br.3.

Prednosti dizajna:

• Duži radni vijek u usporedbi s klasičnom verzijom Darrieus rotora;

Mane:

• Viši trošak u usporedbi s klasičnom verzijom;
• Radno intenzivniji i složeniji proces proizvodnje oštrica.

To je modifikacija uređaja sa Savounisovim rotorom. Ovaj dizajn ima dva reda oštrica. Prvi red je stacionaran, hvata struju zraka i komprimira je, te se samim time povećava brzina strujanja zraka. Nakon toga strujanje zraka ulazi u drugi red, koji radi na principu Savounisovog rotora.

Prednosti dizajna:

• Visoka učinkovitost u radu;
• Sposobnost rada pri slabom strujanju vjetra.

Mane:

• Visoka cijena.

Ovaj dizajn je osnova gore navedenog - nalazi se os rotacije
okomito, na njega je pričvršćeno nekoliko lopatica, smještenih paralelno s osi i udaljenih od nje na određenoj udaljenosti.

Na gornjem dijagramu ovo je broj 2 - Daria Tina N rotor.

Prednosti dizajna:

• Nedostatak mehanizama za orijentaciju prema strujanju vjetra;
• Jednostavan za rukovanje i održavanje.

Mane:

• Kratki ciklusi između popravaka potpornih jedinica i strukturnih elemenata.

Pokretan kapljicama vode

Ovaj dizajn još nije komercijalno proizveden. Sadrži metal
okvir unutar čijeg su obrisa vodoravno postavljene izolirane cijevi. Svaka cijev sadrži posebne mlaznice i elektrode. Princip rada temelji se na stvaranju i akumulaciji energije pomoću kapljica vode koje izlaze iz posebnih mlaznica.

Kapljice vode su pozitivno nabijene, a pod utjecajem strujanja vjetra nose se prema pozitivno nabijenim elektrodama. To dovodi do povećanja potencijalne energije pozitivno nabijene kapi. Električna energija se stvara kada kapljice vode udare u pozitivno nabijenu elektrodu.

Ovaj tip generatora izgleda poput satelitske antene. Za ugradnju
koristi se jarbol, kao što je slučaj kod vjetroagregata koji imaju horizontalnu os rotacije. Ove su strukture također slične orijentacije u strujama zraka - koristi se drška, zbog čega je "ploča" stalno u ravnini okomitoj na smjer vjetra.

"Jedro" je učvršćeno i zategnuto na okruglom okviru i pod utjecajem vjetra čini oscilatorna kretanja. Ta se gibanja putem sustava šipki prenose na klipove hidrauličkog sustava u kojima se energija mehaničkih vibracija pretvara u tlak tekućine. Hidraulički tlak tekućine pretvara se u rotacijsko gibanje pogona, na koji je spojen električni generator koji stvara električnu struju.

Prednosti dizajna su:

• Sposobnost rada pri niskim brzinama vjetra;
• Mala težina strukture;
• Održivost i jednostavnost održavanja;
• Ekološka sigurnost uređaja;
• Jednostavan za postavljanje

Mane:

• Kada se koriste u područjima s jakim vjetrovima, glavne prednosti u odnosu na druge strukture gube svoju važnost.

Da biste odabrali generator vjetra morate:

Popularni modeli i marke

Trenutno vjetrogeneratore proizvode domaći i strani proizvođači.

Među domaćim modelima najtraženiji su:

Među stranim modelima, vjetrogeneratori su široko rasprostranjeni:

• Zonhan Windpower Co, Ltd (Kina), s vodoravnom osi rotacije, snage od 0,3 do 5,0 kW;
• Bekar Europe GmbH (Njemačka), s vertikalnom osi rotacije, snage od 0,5 do 60,0 kW.

Prosječne cijene

Trošak vjetrogeneratora ovisi o dizajnu, snazi, zemlji i proizvođaču.

Trošak modela koji su gore spomenuti je:

• EnergyWind, ovisno o snazi ​​(od 1,0 do 10,0 kW), kreće se od 68 000,00 do 650 000,00 rubalja.
• Exmork iz Zonhan Windpower Co, Ltd (Kina), ovisno o snazi ​​(od 0,3 do 5,0 kW), kreće se od 30 000,00 do 260 000,00 rubalja.
• Bekar, ovisno o snazi ​​(od 0,5 do 60,0 kW), kreće se od 43.000,00 rubalja.

Prednosti i nedostatci

O prednostima korištenja energije vjetra, a samim tim i vjetrogeneratora,
uključuju sljedeće:

• Energija vjetra je obnovljiva energija s neiscrpnim resursima;
• Ekološka prihvatljivost izvora energije i procesa proizvodnje električne energije;
• Mogućnost brze instalacije instalacija i opskrbe potrošača električnom energijom;

Nedostaci uključuju sljedeće:

• Učinkovitost instalacija ovisi o dobu godine, vremenskim uvjetima i regiji u kojoj je jedinica instalirana;
• Visoka razina buke tijekom rada jedinica;
• Opasnost za pernate stanovnike regije u kojoj je instaliran vjetrogenerator;
• U industrijskoj proizvodnji električne energije, pri korištenju vjetrogeneratora, potrebne su značajne površine zemljišta.

Zbog sve veće potrebe za energetskim resursima, kao i sve manjih zaliha konvencionalnih energenata, razvoj zelene energije postaje sve aktualniji.

Znanstvenici i inženjeri iz različitih zemalja razvijaju nove modele vjetroturbina kako bi
povećanje udjela pozitivnih svojstava agregata i minimiziranje negativnih.

Takvi primjeri uključuju plutajuće i lebdeće vjetrogeneratore. Plutajući brodovi postavljeni su daleko od obale i zauzimaju kopno, njihov rad je najučinkovitiji zbog stalnih morskih vjetrova. Plutajući generatori su također učinkoviti, jer što je više podignut iznad površine zemlje, veća je brzina vjetra.

Udio električne energije proizvedene vjetroelektranama u stalnom je porastu. To se događa i kod nas i u svim tehnički razvijenim zemljama.

U Rusiji se u budućnosti planira da udio električne energije proizvedene vjetroelektranama bude oko 30% ukupne proizvodnje električne energije u zemlji.