Turbine eoliche a carosello. Quali tipi di generatori eolici sono più efficaci: caratteristiche, vantaggi e svantaggi

Tipi di generatori eolici

Le turbine eoliche possono essere distinte in:
- numero di pale;
— tipo di materiali delle pale;
— posizione verticale o orizzontale dell'asse di installazione;
— versione passo-passo delle lame.

In base alla progettazione, i generatori eolici sono suddivisi in base al numero di pale: monopala, bipala, tripala e multipala. La presenza di un gran numero di pale permette loro di ruotare con pochissimo vento. Il design delle pale può essere suddiviso in rigido e a vela. Le turbine eoliche a vela sono più economiche di altre, ma richiedono riparazioni frequenti.

Uno dei tipi di generatori eolici è orizzontale

I generatori eolici verticali iniziano a ruotare con venti bassi. Non hanno bisogno di una banderuola. Tuttavia, hanno una potenza inferiore ai mulini a vento con asse orizzontale. Il passo delle pale del generatore eolico può essere fisso o variabile. Il passo variabile delle pale permette di aumentare la velocità di rotazione. Questi mulini a vento sono più costosi. I progetti di turbine eoliche a passo fisso sono affidabili e semplici.

Generatore verticale

Questi mulini a vento sono meno costosi da mantenere perché sono installati ad un'altezza ridotta. Inoltre hanno meno parti mobili e sono più facili da riparare e produrre. Questa opzione di installazione è facile da realizzare con le tue mani.

Generatore eolico verticale

Il design di un generatore eolico con pale ottimali e un rotore unico offre un'elevata efficienza e non dipende dalla direzione del vento. I generatori eolici dal design verticale sono silenziosi. Il generatore eolico verticale ha diversi tipi di design.

Generatori eolici ortogonali

Generatore eolico ortogonale

Tali mulini a vento hanno diverse pale parallele installate a una distanza dall'asse verticale. Il funzionamento dei mulini a vento ortogonali non è influenzato dalla direzione del vento. Sono installati a livello del suolo, il che facilita l'installazione e il funzionamento dell'impianto.

Generatori eolici basati sul rotore Savonius

Le pale di questa installazione sono semicilindri speciali che creano una coppia elevata. Gli svantaggi di questi mulini a vento includono un elevato consumo di materiale e una bassa efficienza. Per ottenere una coppia elevata con il rotore Savonius, viene installato anche un rotore Darrieus.

Turbine eoliche con rotore Daria

Insieme al rotore Darrieus, queste unità sono dotate di una serie di coppie di pale dal design originale per migliorare l'aerodinamica. Il vantaggio di queste installazioni è la possibilità della loro installazione a livello del suolo.

Generatori eolici elicoidali.

Sono una modifica dei rotori ortogonali con una speciale configurazione delle pale, che conferisce una rotazione uniforme del rotore. Riducendo il carico sugli elementi del rotore, la loro durata aumenta.

Generatori eolici basati sul rotore Daria

Turbine eoliche multipala

Generatori eolici multipala

Le turbine eoliche di questo tipo sono una versione modificata dei rotori ortogonali. Le lame di queste installazioni sono installate su più file. La prima fila di pale fisse dirige il flusso del vento verso le pale.

Generatore eolico a vela

Il vantaggio principale di questa installazione è la capacità di lavorare con venti leggeri di 0,5 m/s. Il generatore eolico a vela può essere installato ovunque, a qualsiasi altezza.

Generatore eolico a vela

I vantaggi includono: bassa velocità del vento, risposta rapida al vento, leggerezza della costruzione, disponibilità di materiale, manutenibilità, capacità di realizzare un mulino a vento con le proprie mani. Lo svantaggio è la possibilità di rottura in caso di vento forte.

Generatore eolico orizzontale

Generatore eolico orizzontale

Queste installazioni possono avere un numero diverso di lame. Perché un generatore eolico funzioni è importante scegliere la direzione corretta del vento. L'efficienza dell'installazione è ottenuta dal piccolo angolo di attacco delle alette e dalla possibilità della loro regolazione. Tali generatori eolici hanno dimensioni e peso ridotti.

Nella vita moderna, i modelli rotanti di alta qualità funzionano perfettamente. Sono dotati di alberi prefabbricati originali.

Le strutture del rotore differiscono nella posizione dell'asse di rotazione rispetto alla superficie della terra.

caratteristiche generali

Questi meccanismi sono dotati di una serie di caratteristiche significative rispetto alle turbine eoliche ad asse orizzontale. Non hanno come tali nodi per l'orientamento al flusso del vento. Ciò riduce significativamente tutti i carichi idroscopici. A causa della sua struttura, in qualsiasi direzione del vento, la struttura si trova in una posizione del tutto arbitraria.

Per questo motivo è più semplice nella sua implementazione. In tali meccanismi, il verificarsi della rotazione crea la forza di sollevamento delle pale, nonché forze di resistenza.

Tipi di meccanismi con asse di rotazione verticale:

1. Design ortogonale.
2. Meccanismo Darrieus.
3. Meccanismo di Savonio.
4. Design su un rotore multipala con pala guida.
5. Generatore con disegno elicoidale.

Generatori eolici ortogonali

Un tale generatore contiene più di una lama. Le lame si trovano parallele all'asse e si trovano ad una certa distanza da esso.

Il meccanismo in esame è considerato il più efficace e funzionale. Se parliamo di alcuni degli svantaggi di un tale generatore, durante il suo funzionamento viene creato un certo effetto di rumore. Inoltre, vengono spesi molti sforzi per mantenerne il funzionamento. Allo stesso tempo, la struttura, di regola, ha una breve durata delle unità di supporto a causa dei grandi carichi dinamici.

Generatori con rotore Daria

Dovremmo rendere omaggio a questo meccanismo: è caratterizzato da grande potenza e velocità. Inoltre, il rotore ha un costo abbastanza basso. Gli svantaggi includono la bassa efficienza. Inoltre, questo progetto non è in grado di avviarsi in modo indipendente con un flusso in arrivo uniforme.

Generatori con rotore Savonius

Questo tipo di generatore è abbastanza ampiamente utilizzato per il funzionamento di alta qualità delle centrali elettriche domestiche. Secondo la sua struttura, un tale rotore è una ruota eolica con diversi semicilindri che ruotano continuamente attorno al proprio asse.

Il vantaggio principale del rotore è il seguente: la ruota eolica ruota costantemente nella stessa direzione ed è assolutamente indipendente dalla direzione del flusso del vento. Lo svantaggio di ciò è la bassa efficienza di utilizzo dell’energia del flusso eolico.

Questo tipo di generatore è considerato il più funzionale tra i rotori verticali. Prestazioni simili si ottengono utilizzando una fila aggiuntiva di lame. Una delle file assorbe il flusso del vento e lo trasmette alla seconda fila di pale. Allo stesso tempo, il flusso stesso viene compresso.

Questa trasformazione porta ad un aumento significativo della velocità del flusso, nonché della potenza del rotore nel suo insieme. Ciò migliora le prestazioni del sistema. Ciò accade a causa dell'utilizzo di un numero significativamente maggiore di lame di design.

Un progetto con tale sistema è dotato di una rotazione del rotore molto più silenziosa. Questo vantaggio caratteristico riduce il carico sulle unità di supporto. Di conseguenza, la durata del meccanismo aumenta significativamente. Allo stesso tempo, il costo del rotore è piuttosto considerevole a causa della complessa tecnologia della sua produzione.

Vantaggi e svantaggi dei meccanismi ad asse verticale

I vantaggi includono:

1. Non vi è quindi alcuna necessità aggiuntiva di spendere in attrezzature speciali, la cui azione sarebbe mirata a determinare la direzione del vento che soffia e ad orientare il generatore verso il flusso d'aria;
2. Un numero limitato di parti mobili, per cui i costi di produzione e le successive riparazioni sono piuttosto insignificanti;
3. Il design di tale rotore è più basso e durante la manutenzione non sono necessari ascensori speciali per ospitare il personale di manutenzione in quota;
4. L'elevata efficienza del rotore non è assolutamente influenzata né dall'angolo né dalla velocità della direzione del flusso del vento.

È necessario però chiarire il fatto che vengono costantemente condotti ulteriori studi volti ad aumentare la funzionalità di questo tipo di turbine eoliche. Ciò è dovuto al fatto che anche i rotori con asse verticale presentano alcuni svantaggi.

Questi includono:

1. Un volume piuttosto elevato di blade di sistema;
2. L'efficienza di un tale mulino a vento è circa tre volte inferiore all'efficienza di un meccanismo ad asse orizzontale.

Cosa dovresti considerare quando scegli?

Prima che venga presa la decisione di acquistare questo tipo di meccanismo, è necessario tenere conto di alcune condizioni. Ad esempio, se nella tua regione di residenza non si osservano forti correnti di vento, l'utilizzo di un tale design del rotore, in generale, non si ripagherà da solo.

Per una determinata area è più adatto un generatore con una potenza relativamente bassa, ma è vero anche il contrario: in natura ci sono spesso zone del terreno dove le masse d'aria cambiano direzione più volte ogni 24 ore. In questa particolare forma di realizzazione è invece ammesso e possibile l'utilizzo di un rotore ad asse verticale.

Realizzazione fai-da-te

Per prima cosa devi realizzare una cosiddetta turbina.

Per questo abbiamo bisogno di:

1. Produzione supporti superiori ed inferiori. La marcatura viene eseguita meglio utilizzando un seghetto alternativo. È necessario tagliare due cerchi dello stesso diametro dalla plastica. Al centro del primo cerchio va praticato un foro di 30 cm che diventerà il supporto superiore.
2. Prendiamo l'hub automobilistico più comune. Facciamo quattro fori della stessa misura sul supporto inferiore. Questo ci permetterà di rafforzare l’hub.
3. Realizzeremo uno schizzo dettagliato per illustrare la posizione dei blade del sistema e segnare sul nostro supporto posto al di sotto le zone dove poi verranno fissati gli angoli predisposti. Sono progettati per collegare la lama e il supporto.
4. Ora metti le lame in pila, legateli e tagliateli alla misura richiesta. La lunghezza delle pale determina direttamente quanta energia eolica sono in grado di ricevere. Tuttavia è presente anche instabilità con forti correnti di vento.
5. Segniamo le lame per attaccare gli angoli. Successivamente, eseguiamo fori speciali in queste lame.
6. Fissiamo il supporto e lame utilizzando angoli preparati.

Realizziamo il rotore con le nostre mani:

1. Posiziona due basi del rotore una sopra l'altra, allo stesso tempo sembriamo unire due fori e tracciare un segno laterale. Successivamente, questo passaggio ci permetterà di posizionarli correttamente.
2. Ora realizziamo due piccoli modelli di cartone e incollali con cura sulle basi dei nostri magneti.
3. Contrassegniamo il magnete. Per determinare la polarità corretta, di norma viene utilizzato un magnete con nastro isolante.
4. Successivamente abbiamo bisogno di resina epossidica con un indurente. Lo applichiamo sul lato inferiore del magnete.
5. Portiamo il magnete con molta attenzione fino al bordo della base del rotore.
6. Ora puoi incollare i nostri magneti effettivamente vanno al rotore.
7. Per realizzare un secondo rotore, i magneti devono essere posizionati con una polarità diversa opposta al primo rotore.

Produciamo lo statore:

Statore– un'unità composta da 9 bobine. Sono divisi in 3 gruppi. Ogni gruppo ha tre bobine. Le bobine stesse sono di filo da 24 AWG con 320 spire. I parametri delle bobine possono essere modificati direttamente.

Dipende dalla tensione richiesta in uscita:

1. Se avvolgi le bobine a mano, è abbastanza difficile. Per facilitare il processo stesso, realizzeremo un dispositivo semplice: una macchina avvolgitrice. Le spire delle bobine sono avvolte nella stessa direzione. L'inizio e la fine delle bobine devono essere avvolte con nastro isolante e lubrificate con resina epossidica.
2. Quando le bobine sono già avvolte è necessario verificarne l'identità. A questo scopo è possibile utilizzare scale regolari. Quindi misuriamo la resistenza delle nostre bobine.
3. Le bobine prodotte vengono posizionate su carta oleata con un diagramma segnato su di esso. La fibra di vetro si trova attorno alle bobine stesse. Successivamente, praticare dei fori nello statore per la staffa.
4. Il tubo per il fissaggio dell'asse del mozzo è ovviamente tagliato. I bulloni verranno avvitati nei fori creati per trattenere direttamente l'asse.

Assemblaggio statore

Assemblea finale:

1. Eseguiamo 4 fori nella piastra superiore del rotore.
2. Appoggiamo quattro perni sulle piastre e installiamo su di esse il rotore. I rotori provano attrazione, motivo per cui è necessario realizzare questo dispositivo.
3. Allineiamo i rotori l'uno rispetto all'altro.
4. Abbassare con attenzione e in modo uniforme il generatore. Successivamente, dovresti svitare i prigionieri e rimuovere tutte le piastre. Installiamo l'hub e lo avvitiamo. In genere sono necessari rondelle e dadi per fissare il supporto della lama al generatore.
5. Ora il generatore può essere considerato assemblato. Giriamo il mulino a vento e misuriamo i parametri.

Assemblaggio del generatore

Un tale rotore può essere implementato non solo per fornire elettricità a locali residenziali e uffici. Ad esempio, lo statore è in grado di generare un'elevata tensione elettrica, che può essere utilizzata per il riscaldamento di alta qualità degli elettrodomestici. È opportuno chiarire che la corrente alternata viene convertita in corrente continua. Questo può essere utilizzato per caricare batterie, riscaldare contenitori con acqua corrente fredda e alimentare lanterne e apparecchi di illuminazione.

La struttura in questione è installata ad un'altezza di 4 metri sul bordo di un dirupo montano. La flangia, che, come al solito, si trova nella parte inferiore, consente una rapida installazione del rotore: è sufficiente stringere quattro bulloni. Ma per l'affidabilità sarebbe comunque più consigliabile saldarli.

I mulini a vento verticali possono essere ruotati utilizzando una banderuola. Per loro la direzione del flusso del vento non è sostanzialmente importante.

Un fattore da tenere in considerazione quando si sceglie la posizione di installazione del rotore è la forza del vento stessa. I dati sulla forza del vento per l'area studiata e di interesse possono essere facilmente reperiti su Internet. Aiuterà anche un anemometro, uno speciale dispositivo per misurare la forza del flusso del vento.

Sistemi di produttori globali e russi

Al giorno d'oggi, circa 75 stati della comunità mondiale lo utilizzano ampiamente. L’energia eolica rimane ancora oggi molto popolare e parte integrante della nostra vita moderna. I produttori del Sud America e dell’Asia stanno rapidamente portando avanti lo sviluppo di questo popolare settore.

La Cina è uno dei maggiori fornitori dell’industria dell’energia eolica nel mercato globale. L’India ha un numero piuttosto elevato di industrie di turbine eoliche con una capacità totale superiore a 3000 MW.

Nel nostro paese, l’industria dell’energia eolica è sviluppata in molte città e regioni e i rotori eolici vengono prodotti in città come Mosca, Tashkent, Astrakhan, Uzbekistan, Saratov, Omsk, Samara, Ekaterinburg, Ulyanovsk, Anapa e Krasnodar.

I produttori globali includono aziende famose come: Vestas, GEEnergy, Goldwind, Enercon, DongfangElectric, SiemensWind, UnitedPower.

Panoramica dei prezzi

Il costo dei sistemi a rotore dipende principalmente dalla potenza dell'impianto eolico. In altre parole, un modello da 2 kW può essere acquistato per 6.200 dollari. Per 10 kW, la politica dei prezzi per una turbina eolica simile è di 40.000 dollari. Per ricaricare la batteria dell'auto o del cellulare potete diventare proprietari di una stazione relativamente piccola da 0,6 kW.

Una stazione del genere non costerà più di 3.000 dollari. I rotori hanno naturalmente le loro differenze di prezzo e questo di solito dipende dalla varietà e dal produttore. Il costo dei rotori dei modelli russi è, di regola, 1/3 più economico rispetto alle loro controparti occidentali.

Allo stesso tempo, gli indicatori di qualità delle stazioni, in generale, di regola non presentano differenze significative e tangibili. Si consiglia di acquistare un generatore eolico solo se si ha la possibilità di investire una grossa somma di denaro in un investimento a lungo termine e se nella propria regione di residenza ci sono condizioni meteorologiche adeguate.

I generatori eolici sono motori che convertono l'energia eolica in lavoro meccanico. In base alla progettazione del mulino a vento e alla sua posizione nel flusso del vento, gli impianti eolici si dividono in tre classi:
1. Turbine eoliche a palette avere una ruota eolica con uno o un altro numero di ali. Il piano di rotazione della ruota eolica nelle turbine eoliche a pale è perpendicolare alla direzione del vento, pertanto l'asse di rotazione è parallelo al vento
(Fig. 5a). Il coefficiente di utilizzo dell'energia eolica di queste turbine eoliche raggiunge ξ= 0,42.
2. Generatori eolici a carosello e rotanti avere una ruota eolica (rotore) con pale che si muovono nella direzione del vento; l'asse di rotazione della ruota eolica occupa una posizione verticale (Fig. 5,b). L'efficienza energetica di queste turbine eoliche varia dal 10 al 18%.
3. Generatori eolici a tamburo Hanno lo stesso design della ruota eolica di quelli del rotore e differiscono da loro solo per la posizione orizzontale del rotore, cioè l'asse di rotazione della ruota eolica è orizzontale e situato perpendicolare al flusso del vento (Fig. 5d). Il tasso di utilizzo dell'energia eolica di queste turbine eoliche va dal 6 all'8%.

Fico. 5. Impianti eolici: a - aerogeneratori a palette; b) - generatori eolici rotanti; c - generatori eolici a carosello; g - generatori eolici a tamburo.

Poiché i generatori eolici a palette funzionano in modo molto più efficiente delle turbine eoliche rotanti e rotative, nella discussione seguente parleremo solo delle turbine eoliche a palette.

L’aerogeneratore a palette è costituito dai seguenti elementi (Fig. 6):
1. Un mulino a vento può avere da 2 a 24 pale. I mulini a vento con un numero di pale da 2 a 4 sono detti a pale piccole; Se una ruota eolica ha più di 4 pale, viene chiamata multipala.
2. La testa della turbina eolica è un supporto su cui sono montati l'albero della ruota eolica e l'ingranaggio superiore (cambio).
3. La coda è attaccata alla testa e la fa ruotare attorno ad un asse verticale, posizionando la ruota eolica verso il vento.
4. La torre della turbina eolica serve a spostare la ruota eolica sopra gli ostacoli che interrompono il flusso d'aria. Le turbine eoliche a bassa potenza alimentate da un generatore sono solitamente montate su un palo o un tubo con tiranti.
5. Alla base della torre, un albero verticale è collegato ad un ingranaggio inferiore (riduttore), che trasmette il movimento alle macchine operatrici.
6. Il controllo della velocità della ruota eolica è un dispositivo o meccanismo che limita la velocità della ruota eolica all'aumentare della velocità del vento.

Un generatore eolico è un dispositivo per convertire l'energia eolica in energia elettrica o in energia meccanica per azionare dispositivi meccanici (ad esempio una pompa dell'acqua). Gli antenati dei moderni generatori eolici erano i mulini a vento e, con lo sviluppo della tecnologia e l'avvento dell'era dell'elettricità, i mulini a vento non solo macinavano i cereali trasformandoli in farina o pompavano acqua, ma facevano anche ruotare i generatori che generavano energia elettrica.

I generatori eolici sono industriali; tali turbine eoliche sono installate dallo stato o da grandi società energetiche per fornire elettricità agli impianti industriali. Le turbine eoliche industriali sono le più grandi e potenti oggi, la potenza dei singoli generatori eolici ammonta a megawatt, ma tali turbine eoliche non vengono installate una alla volta, ma enormi parchi eolici vengono costruiti in luoghi dove il vento è più adatto per la generazione stabile di energia elettrica, ad esempio sulle coste, o in aperta collina. L'energia dei generatori eolici entra direttamente nella rete elettrica e la stabilità e la frequenza di rotazione dei generatori è assicurata da vari meccanismi, ad esempio sistemi per regolare gli angoli delle pale rispetto al flusso del vento in arrivo, in modo che la velocità di la ruota eolica, e quindi il generatore, è stabile.

Parco eolico in mare - generatori eolici industriali

Un parco eolico nel Mare del Nord, 80 turbine eoliche producono un totale di 400 megawatt di energia, sufficienti ad alimentare 455.000 famiglie. Il parco eolico si trova a circa 140 chilometri dalla costa della Bassa Sassonia

Esistono anche generatori eolici commerciali installati allo scopo di vendere elettricità o fornire energia a varie industrie in luoghi in cui non c'è abbastanza capacità propria o non esiste alcuna rete elettrica. Tali centrali eoliche sono costituite anche da numerosi generatori eolici di diversa potenza. L'energia di tali generatori eolici può essere fornita direttamente alla rete elettrica se producono una tensione alternata stabile di 220/380 volt o superiore. Oppure i generatori eolici vengono utilizzati per caricare una vasta gamma di batterie, da cui l'energia viene poi convertita in tensione alternata e immessa nella rete elettrica.

Esistono anche normali turbine eoliche domestiche di bassa potenza per uso privato, la cui installazione non richiede alcun permesso se l'altezza del palo non supera i 25 metri e il generatore eolico non interferisce con gli aerei. Tali generatori eolici sono a bassa tensione e il loro compito principale è caricare le batterie con una tensione di 12/24/48 volt, e l'energia viene prelevata dalle batterie, che viene convertita in 220 volt 50 Hz come in una normale presa. I mulini a vento a bassa potenza vengono spesso installati per fornire energia a case private, cottage estivi, fattorie o per alimentare piccole strutture remote.

Progettazione e progettazione di generatori eolici

È chiaro che i generatori eolici sono azionati dall’energia eolica, ma non è tutto, un generatore eolico è costituito da diversi componenti e la cosa principale è una ruota eolica e un generatore. Le turbine eoliche orizzontali sono solitamente dotate di eliche a tre pale, che funzionano grazie alla forza di sollevamento del flusso del vento in arrivo. E i generatori eolici verticali del tipo Savonius (barile) ruotano a causa della pressione del vento. Esistono turbine eoliche verticali che utilizzano anche la forza di sollevamento, ad esempio il Darrieus Rotor e altri generatori eolici ortogonali. Per i generatori eolici orizzontali, la velocità di rotazione delle pale supera la velocità del vento, solitamente nominalmente 5 volte; questo consente l'utilizzo di generatori più piccoli rispetto ai generatori eolici verticali, poiché non possono ruotare più velocemente della velocità del vento, ad eccezione di quelli ortogonali .

Ad esempio, un generatore eolico con una ruota eolica del diametro di 3 metri e una velocità del vento di 10 m/s produce 5,6 kW di energia eolica, ma al massimo il 49% dell'energia può essere convertito in energia di rotazione meccanica; per un generatore eolico orizzontale generatori eolici, il coefficiente medio di conversione dell'energia eolica è 0,4, per quelli verticali è significativamente inferiore, per le turbine eoliche tipo "Savonius" 0,1-0,25, e per quelle ortogonali fino a 0,4.

Il generatore con la ruota eolica può essere collegato direttamente e quindi la velocità della ruota eolica e del generatore sarà la stessa, oppure è possibile installare un cambio per aumentare la velocità del generatore. Nei progetti di generatori eolici di grandi dimensioni, installati in luoghi con un flusso di scarico stabile e potente, viene utilizzato un sistema per regolare la posizione delle pale per mantenere velocità stabili del generatore. Quando il vento aumenta, le pale girano in una direzione, aumentando l'angolo di attacco del flusso di vento in arrivo e la ruota eolica non guadagna slancio, e quando il vento si indebolisce, al contrario, la ruota eolica non riduce la velocità , le lame girano a velocità maggiore. Inoltre, la velocità può essere mantenuta aumentando o diminuendo il carico sul generatore o mediante il sistema frenante. Pertanto, il generatore funziona alla stessa velocità e produce una tensione e una frequenza stabili di corrente alternata, ad esempio 220 volt 50 Hz, sebbene possa produrre migliaia di volt.

Nei piccoli mulini a vento, la velocità del generatore non è stabilizzata poiché è molto difficile, e tali mulini a vento sono installati a bassa quota in varie aree dove il vento può periodicamente scomparire completamente ed essere molto instabile. Per garantire un funzionamento stabile, le centrali eoliche utilizzano batterie; il generatore carica le batterie quando c'è vento e puoi sempre prelevarne energia, anche in completa calma. E per proteggersi dagli uragani utilizzano un sistema che allontana la ruota eolica dal vento piegando la coda, oppure frenano la ruota eolica con un freno elettrico.

Per caricare le batterie, tra il mulino a vento e la batteria viene posizionato un controller che monitora la carica della batteria e, quando è completamente carica, per non rovinare le batterie, il controller rallenta l'elica cortocircuitando il generatore avvolgimenti o scarica l'energia in eccesso nella zavorra, che può essere utilizzata come serbatoio di riscaldamento o semplicemente come una grande resistenza. Un generatore eolico con un controller funge da caricabatterie per il pacco batterie e l'energia stessa viene prelevata dalle batterie e non dal mulino a vento.

Ma le batterie hanno una bassa tensione costante, che può essere 12/24/48 volt, e per alimentare la casa ci vogliono 230 volt, quindi è installata inverter, che converte la tensione continua in tensione alternata 220 volt. Ma puoi fare a meno di un inverter se tutti i consumatori sono progettati per essere alimentati a bassa tensione. Ad esempio, se la batteria è da 12 volt, è possibile utilizzare qualsiasi apparecchio elettrico da 12 volt, caricabatterie per auto, TV, strisce LED e lampadine da 12 volt, bollitori per auto, frigoriferi per auto e molto altro.

Generatore eolico - centrale eolica

generatore eolico, controller, batterie

Tipi e tipologie di generatori eolici

I generatori eolici sono disponibili in due tipologie principali: orizzontali e verticali. I mulini a vento classici orizzontali hanno un'elica, solitamente a tre pale, mentre i mulini a vento verticali hanno una ruota eolica che ruota verticalmente. I mulini a vento classici sono i più popolari perché hanno la massima efficienza al minor costo. Maggiore è la velocità della ruota eolica, più piccolo, e quindi più economico, è il generatore richiesto, e più leggero è il generatore stesso, minori saranno i costi materiali per la sua produzione. Inoltre, quanto più alto è il generatore eolico rispetto al suolo, tanto più efficiente è la generazione di elettricità.

Generatore eolico classico

I mulini a vento verticali del tipo “Savonius” o “Barrel” sono i mulini a vento a velocità più bassa e inefficienti, quindi per ottenere la stessa potenza di un mulino a vento orizzontale, un tale mulino a vento dovrà essere reso molto più grande, installare un mulino a vento molto basso generatore o moltiplicatore di velocità, e poiché non è possibile sollevare una struttura così pesante su un albero alto, il mulino a vento dovrebbe generalmente essere due volte più grande di quello orizzontale, e il generatore dovrebbe essere da cinque a sette volte più grande. Ciò fa sì che il costo di tali generatori eolici aumenti di cinque volte rispetto a quelli classici.

Pertanto, i mulini a vento del tipo Savonius non sono popolari e sono piuttosto rari, sebbene siano piuttosto popolari su Internet a causa dei miti sulla loro efficienza, silenziosità e semplicità. Infatti il ​​KIEV di tali turbine eoliche è solo 0,1-0,2 contro 0,4 per le turbine eoliche classiche, anche la silenziosità è relativa poiché con venti di 7 m/s tutto fa rumore, anche gli alberi. E riguardo alla semplicità, è anche un mito: è molto più facile installare tre pale leggere e semplici su un generatore che installare un enorme rotore, che non può essere protetto da un uragano, e quindi è necessaria una maggiore resistenza strutturale. Un esempio di tale generatore fatto in casa è descritto in questo articolo: generatore eolico verticale fai-da-te

Generatore eolico verticale

Generatore eolico a botte

Esistono anche altri tipi di generatori eolici verticali, ad esempio il “Daria Rotor”, ha un KIEV leggermente più alto rispetto ad un generatore eolico a botte, ma ha una coppia di spunto molto bassa, e se sono presenti solo due pale , allora non può avviarsi da solo - questo viene spesso fatto con un rotore ibrido Savonius+Darieu. Esistono altri tipi con tutti i tipi di lame curve, semibotti a più piani, ma in pratica non sono lontani dalla solita canna tagliata.

Generatori eolici verticali

Turbine eoliche a vela essenzialmente gli stessi mulini a vento orizzontali, ma a causa del fatto che l'intera ruota eolica è coperta da vele e non esiste un profilo aerodinamico, tali mulini a vento sono a bassa velocità e inefficaci, ma hanno una coppia elevata a basse velocità e per questo possono azionare direttamente vari meccanismi, ad esempio la pompa per il sollevamento dell'acqua. Gli analoghi di un mulino a vento a vela sono mulini a vento multipala con pale rigide.

Generatori

I generatori per mulini a vento sono i trifase più comuni, simili a quelli utilizzati nelle automobili, solo che, a seconda della potenza e della velocità nominale, le dimensioni saranno molto più grandi. L'avvolgimento dello statore è trifase, collegato in un circuito a stella, dopo la connessione rimangono tre fili in uscita, che vanno al controller, e lì, con l'aiuto di un ponte a diodi, la tensione alternata viene convertita in tensione continua , cioè più e meno. Il rotore del generatore si basa su magneti al neodimio; qui non viene utilizzata l'eccitazione elettrica, come negli autogeneratori, poiché la bobina di eccitazione consuma energia.

Generatori per turbine eoliche

Per aumentare la velocità viene spesso utilizzato un moltiplicatore che aumenta la velocità e quindi è possibile ottenere più potenza dal generatore esistente oppure utilizzare un generatore di dimensioni e costo inferiori. I moltiplicatori sono spesso utilizzati nei generatori eolici verticali perché la loro ruota eolica gira molto più lentamente di quella delle turbine eoliche classiche orizzontali.

Il generatore è la parte più costosa di un generatore eolico, ad eccezione dell'albero, che può essere molto costoso. Pertanto, cercano di rendere la velocità dei generatori eolici la più elevata possibile per installare generatori più piccoli. Questo è proprio il motivo per cui i generatori eolici orizzontali a tre pale sono diventati così diffusi. Ha velocità elevate e non richiede un moltiplicatore per aumentare la velocità del generatore; questo rende il progetto molto più economico e semplice e allo stesso tempo ha la massima efficienza.

Puoi realizzare tu stesso un generatore, ma puoi anche realizzare tu stesso un generatore eolico completo; nelle pagine del sito ci sono tutte le informazioni sul calcolo dei generatori e degli aerogeneratori in generale. I generatori sono costituiti da motori asincroni, da generatori automatici e anche i cosiddetti generatori a dischi assiali sono molto popolari. Puoi leggere informazioni sui mulini a vento che utilizzano tali generatori in questa sezione Mulini a vento assiali a dischi

Prezzi e applicazioni delle turbine eoliche

I generatori eolici sono ovviamente costosi, poiché si tratta di apparecchiature complesse e non ampiamente utilizzate, come i televisori o le automobili. Inoltre, oltre al generatore eolico stesso, l'impianto eolico contiene batterie, un controller e un inverter, e anche l'albero è una parte costosa e integrante del generatore eolico.

Generatori eolici con una potenza di 300 watt molto deboli e bisogna capire che producono i 300 watt orari dichiarati con un vento nominale di 10-12 m/s, e quando il vento è di 4-5 m/s l'uscita sarà di soli 30-50 watt* H. Tali mulini a vento producono pochissima energia, sufficiente, ad esempio, per alimentare piccoli dispositivi elettronici e luci a LED a risparmio energetico. Non dovresti aspettarti che un simile mulino a vento sia in grado di fornire energia per un frigorifero, una TV e una luce in tutta la casa. La produzione di energia dipende direttamente dalla presenza del vento nel luogo in cui è installata la turbina eolica.

Diciamo che con una velocità media annua del vento di 3 m/s, la potenza di un mulino a vento da 300 watt sarà solo di circa 3-6 kW al mese, ma se il vento soffia ogni giorno con una velocità media di 5 m/s, quindi la potenza sarà di 15-20 kW, ma luoghi così ventosi non esistono ovunque.

I prezzi per le piccole turbine eoliche partono da 15.000 rubli per un generatore eolico con controller senza batterie e albero. Un set completo composto da generatore eolico, controller, batterie, albero, inverter costerà da 50.000 rubli e oltre.

Per fornire energia ad una piccola casa o cottage un generatore eolico avrà bisogno di una potenza di 1 kW, la produzione di energia dipende ancora dalla presenza di vento nella tua zona, può essere di 30-100 kW al mese. In linea di principio, un tale generatore eolico è sufficiente per l'illuminazione, una TV, un computer, una pompa, ma il generatore eolico potrebbe non essere in grado di far fronte al funzionamento 24 ore su 24 di un grande frigorifero. In generale, quando viene installato un generatore eolico per fornire costantemente energia ad una zona residenziale dove l'energia viene richiesta ogni giorno, viene installato in aggiunta un generatore a benzina o diesel, che carica le batterie durante i periodi di prolungata assenza di vento. Un generatore è un dispositivo necessario per garantire la completa ininterruzione di un impianto eolico autonomo.

Il costo di un set completo parte da 150.000 rubli e può arrivare fino a 300-400 mila rubli. Maggiore è la capacità della batteria, maggiore sarà il tempo in cui potrai rimanere alimentato dalla batteria in assenza di vento favorevole. Inoltre, le batterie non devono essere completamente scariche poiché ciò ne ridurrà notevolmente la durata. Pertanto, se, ad esempio, vengono spesi 2 kW di energia al giorno, l'energia nelle batterie dovrebbe essere di almeno 10 kW.

Se intendi fornire energia alla tua casa privata o alla tua piccola azienda agricola, quindi avrai bisogno di un mulino a vento con una potenza di 3-5 kW. Il costo di un set completo va da 300.000 rubli a 1 milione di rubli. Qui c'è già una notevole potenza e consumo, quindi oltre al prezzo del mulino a vento, anche l'albero, il controller, il potente inverter sono costosi e sono necessarie molte batterie per fornire energia stabilmente a tutti gli elettrodomestici.

Se vuoi che il generatore eolico riscaldi anche la casa, allora devi guardare potenza da 10 kW. In generale, affinché una centrale autonoma sia ottimale nella produzione di elettricità, non sarà sufficiente un solo generatore eolico. Il sistema dovrebbe avere sia pannelli solari che un generatore di gas nel caso in cui non ci sia il sole o il vento. Il controller deve controllare sia il generatore eolico che i pannelli solari e avviare il generatore di gas quando l'energia si esaurisce. Tutte queste apparecchiature sono costose, ma se non è possibile collegarsi alla rete elettrica, la soluzione è investire in un impianto eolico-solare.

Un esempio di utilizzo di generatori eolici e pannelli solari per fornire elettricità a una casa privata

Centrale eolica-solare

Un impianto eolico-solare fornisce elettricità a tutto il fabbisogno di una casa privata, ovvero circa 300 kWh al mese. Il sistema contiene due generatori eolici con una potenza nominale totale di 3 kW e pannelli solari con una potenza nominale di 1,8 kW. Il costo di questa centrale elettrica era di 350.000 rubli. Leggi di più nell'articolo

In questo articolo proveremo a rispondere alla domanda per i lettori del portale del sito: cos'è un generatore eolico, qual è il suo funzionamento e le differenze.

Un generatore eolico è un dispositivo tecnico attraverso il quale l'energia cinetica del vento viene convertita in energia elettrica ad uso dei consumatori.

Secondo lo schema seguente, il principio di funzionamento del generatore eolico può essere descritto come segue:

I generatori eolici differiscono per progettazione, installazione e metodi di installazione e ogni tipo presenta vantaggi e svantaggi, ovvero:

Con asse di rotazione orizzontale

L'asse del rotore e l'asse motore sono paralleli alla superficie del terreno.

Esistono monolama (n. 1), due lame (n. 2), tre lame (n. 3) e multilama (n. 4), con una quantità fino a 50 pezzi.

Vantaggi di questo tipo:

• Alta efficienza;

Screpolatura:

• La necessità di orientamento nella direzione dei flussi d'aria;
• La necessità di installare una struttura alta per installare il dispositivo e maggiore è la potenza dell'unità, maggiore dovrebbe essere la struttura (montante);
• La necessità di costruire una fondazione per l'installazione dell'albero, che porta ad un aumento del costo dei lavori di installazione;
• Elevato livello di rumore durante il funzionamento;
• Potenziale pericolo per gli uccelli e altri organismi volanti.

Con asse di rotazione verticale

L'asse di rotazione si trova verticalmente rispetto alla superficie terrestre.

Questo tipo di dispositivo può essere suddiviso in diversi gruppi, questi sono:

Questo design è costituito da diversi semicilindri. In questo caso l'asse ruota costantemente, indipendentemente dai flussi di vento e dalla loro intensità.

Vantaggi progettuali:

• Progettazione ad alta tecnologia;
• Coppia di spunto significativa;
• Possibilità di lavorare con basse portate d'aria.

Screpolatura:

• Bassa efficienza della lama;
• Fabbisogno significativo di materiali durante la produzione.

In questo modello, diverse lame, che costituiscono una striscia piatta, sono fissate all'asse di rotazione. Lo schema mostra i seguenti tipi di questo tipo di dispositivo:

1 – versione classica del rotore Darrieus.

2 – Rotore Daria Tina N (rotore ortogonale).

3 – Rotore elicoidale Darrieus (con rotore eliocoidale).

Vantaggi progettuali:

• Non è necessario concentrarsi sulle correnti d'aria;
• Lame facili da produrre;
• Modo semplice e conveniente di servizio.

Screpolatura:

• Bassa efficienza degli impianti;
• Cicli brevi tra riparazioni di unità di supporto ed elementi strutturali;
• Hanno una debole capacità di autoavviamento, in presenza di due pale, con flussi di vento uniformi.

Con rotore elicoidale

È una modifica dei dispositivi con un rotore Daria. Nel diagramma sopra - N. 3.

Vantaggi progettuali:

• Maggiore durata rispetto alla versione classica del rotore Darrieus;

Screpolatura:

• Costo maggiore rispetto alla versione classica;
• Un processo di produzione delle lame più complesso e laborioso.

È una modifica dei dispositivi con un rotore Savounis. Questo design ha due file di lame. La prima fila è stazionaria, cattura il flusso d'aria e lo comprime, quindi la velocità del flusso d'aria aumenta. Successivamente il flusso d'aria entra nella seconda fila, che funziona secondo il principio del rotore Savounis.

Vantaggi progettuali:

• Alta efficienza sul lavoro;
• Capacità di lavorare con flussi di vento deboli.

Screpolatura:

• Alto prezzo.

Questo disegno è la base di quanto sopra: si trova l'asse di rotazione
verticalmente ad esso sono attaccate diverse lame, posizionate parallelamente all'asse e rimosse da esso ad una certa distanza.

Nello schema sopra, questo è il numero 2: il rotore Daria Tina N.

Vantaggi progettuali:

• Mancanza di meccanismi per l'orientamento in base ai flussi del vento;
• Facile da usare e mantenere.

Screpolatura:

• Cicli brevi tra riparazioni di unità di supporto ed elementi strutturali.

Alimentato da gocce d'acqua

Questo design non è ancora prodotto in commercio. Contiene metallo
un telaio, all'interno del cui contorno sono posizionati orizzontalmente i tubi isolati. Ogni tubo contiene ugelli ed elettrodi speciali. Il principio di funzionamento si basa sulla generazione e accumulo di energia utilizzando gocce d'acqua che fuoriescono da appositi ugelli.

Le gocce d'acqua sono caricate positivamente e sotto l'influenza delle correnti del vento vengono trasportate verso gli elettrodi caricati positivamente. Ciò porta ad un aumento dell'energia potenziale della goccia caricata positivamente. L'elettricità viene generata quando le gocce d'acqua colpiscono un elettrodo carico positivamente.

Questo tipo di generatore sembra un'antenna parabolica. Per l'installazione
viene utilizzato un albero, come nel caso delle turbine eoliche che hanno un asse di rotazione orizzontale. Queste strutture sono simili anche nell'orientamento nei flussi d'aria: viene utilizzato un gambo, grazie al quale la "piastra" si trova costantemente su un piano perpendicolare alla direzione del vento.

La “vela” è fissata e tesa su un telaio rotondo e, sotto l'influenza del vento, compie movimenti oscillatori. Questi movimenti, attraverso un sistema di aste, vengono trasmessi ai pistoni del sistema idraulico, nel quale l'energia di vibrazione meccanica viene convertita in pressione del fluido. La pressione idraulica del fluido viene convertita nel movimento rotatorio dell'azionamento al quale è collegato un generatore elettrico che genera corrente elettrica.

I vantaggi del design sono:

• Capacità di lavorare a basse velocità del vento;
• Peso ridotto della struttura;
• Manutenibilità e facilità di manutenzione;
• Sicurezza ambientale dei dispositivi;
• Facile da installare

Screpolatura:

• Se utilizzati in aree con forti venti, i principali vantaggi rispetto ad altre strutture perdono la loro rilevanza.

Per selezionare un generatore eolico è necessario:

Modelli e marche popolari

Attualmente, i generatori eolici sono prodotti sia da produttori nazionali che esteri.

Tra i modelli domestici, i più richiesti sono:

Tra i modelli stranieri, i generatori eolici sono molto diffusi:

• Zonhan Windpower Co, Ltd (Cina), con asse di rotazione orizzontale, potenza da 0,3 a 5,0 kW;
• Bekar Europe GmbH (Germania), con asse di rotazione verticale, potenza da 0,5 a 60,0 kW.

Prezzi medi

Il costo dei generatori eolici dipende dal design, dalla potenza, dal paese e dal produttore.

Il costo dei modelli discussi sopra è:

• EnergyWind, a seconda della potenza (da 1,0 a 10,0 kW), varia rispettivamente da 68.000,00 a 650.000,00 rubli.
• Exmork di Zonhan Windpower Co, Ltd (Cina), a seconda della potenza (da 0,3 a 5,0 kW), varia rispettivamente da 30.000,00 a 260.000,00 rubli.
• Bekar, a seconda della potenza (da 0,5 a 60,0 kW), varia da 43.000,00 rubli.

Vantaggi e svantaggi

Ai vantaggi dell’utilizzo dell’energia eolica, e di conseguenza dei generatori eolici,
include il seguente:

• L’energia eolica è un’energia rinnovabile dalle risorse inesauribili;
• Rispetto dell'ambiente della risorsa energetica e del processo di produzione dell'energia elettrica;
• La capacità di installare rapidamente installazioni e fornire energia elettrica ai consumatori;

Gli svantaggi includono quanto segue:

• L'efficienza degli impianti dipende dal periodo dell'anno, dalle condizioni meteorologiche e dalla regione in cui è installata l'unità;
• Elevato livello di rumore durante il funzionamento delle unità;
• Pericolo per gli abitanti pennuti della regione in cui è installato il generatore eolico;
• Nella produzione industriale di energia elettrica, quando si utilizzano generatori eolici, sono necessarie notevoli superfici di terreno.

A causa del crescente fabbisogno di risorse energetiche e della diminuzione delle riserve di vettori energetici convenzionali, lo sviluppo dell’energia verde sta diventando sempre più rilevante.

Scienziati e ingegneri di diversi paesi stanno sviluppando nuovi modelli di turbine eoliche per farlo
aumentando la quota di proprietà positive degli aggregati e minimizzando quelle negative.

Tali esempi includono generatori eolici galleggianti e sospesi. Le navi galleggianti sono installate lontano dalla riva e occupano la terra; il loro lavoro è più efficiente grazie ai venti marini costanti. Anche i generatori galleggianti sono efficaci, perché quanto più si solleva dalla superficie terrestre, tanto maggiore è la velocità del vento.

La quota di energia elettrica prodotta dagli impianti eolici è in costante crescita. Ciò accade sia nel nostro Paese che in tutti i paesi tecnicamente sviluppati.

In Russia si prevede che in futuro la quota di energia elettrica generata dagli impianti eolici sarà pari a circa il 30% della produzione totale di elettricità del Paese.