Vetrne turbine z vrtiljakom. Katere vrste vetrnih generatorjev so najučinkovitejše: značilnosti, prednosti in slabosti

Vrste vetrnih generatorjev

Vetrne turbine lahko ločimo po:
- število rezil;
— vrsta materialov rezila;
— navpična ali vodoravna lokacija namestitvene osi;
— stopenjska različica rezil.

Po zasnovi vetrne generatorje delimo glede na število lopatic: enojne, dvokrake, trikrake in večkrake. Prisotnost velikega števila rezil jim omogoča, da se vrtijo z zelo malo vetra. Zasnovo lopatic lahko razdelimo na togo in jadro. Jadralne vetrne turbine so cenejše od drugih, vendar zahtevajo pogosta popravila.

Ena od vrst vetrnih generatorjev je horizontalna

Vertikalni vetrni generatorji se začnejo vrteti pri nizkih vetrovih. Ne potrebujejo vetrovke. Vendar pa so po moči slabše od vetrnih turbin z vodoravno osjo. Korak lopatic vetrnega generatorja je lahko fiksen ali spremenljiv. Spremenljiv korak rezil omogoča povečanje hitrosti vrtenja. Te vetrnice so dražje. Konstrukcije vetrnih turbin s fiksnim naklonom so zanesljive in preproste.

Vertikalni generator

Te vetrnice so cenejše za vzdrževanje, ker so nameščene na nizki višini. Imajo tudi manj gibljivih delov in jih je lažje popraviti in izdelati. To možnost namestitve je enostavno narediti z lastnimi rokami.

Vertikalni vetrni generator

Zasnova vetrnega generatorja z optimalnimi lopaticami in edinstvenim rotorjem zagotavlja visoko učinkovitost in ni odvisna od smeri vetra. Vetrni generatorji navpične izvedbe so tihi. Vertikalni vetrni generator ima več vrst zasnove.

Ortogonalni vetrni generatorji

Ortogonalni vetrni generator

Takšne vetrnice imajo več vzporednih lopatic, ki so nameščene na razdalji od navpične osi. Smer vetra ne vpliva na delovanje ortogonalnih vetrnic. Namestijo se na nivo tal, kar olajša namestitev in delovanje instalacije.

Vetrni generatorji na osnovi rotorja Savonius

Rezila te naprave so posebni polcilindri, ki ustvarjajo visok navor. Slabosti teh vetrnic so visoka poraba materiala in nizka učinkovitost. Za doseganje visokega navora pri Savoniusovem rotorju je nameščen tudi Darrieusov rotor.

Vetrne turbine z rotorjem Daria

Poleg rotorja Darrieus imajo te enote številne pare lopatic z izvirno zasnovo za izboljšanje aerodinamike. Prednost teh inštalacij je možnost njihove vgradnje na nivo tal.

Helikoidni vetrni generatorji.

So modifikacija ortogonalnih rotorjev s posebno konfiguracijo lopatic, ki omogoča enakomerno vrtenje rotorja. Z zmanjšanjem obremenitve elementov rotorja se njihova življenjska doba poveča.

Vetrni generatorji na osnovi rotorja Daria

Večkrake vetrne turbine

Večkraki vetrni generatorji

Vetrne turbine te vrste so modificirana različica ortogonalnih rotorjev. Rezila na teh napravah so nameščena v več vrstah. Prva vrsta fiksnih lopatic usmerja tok vetra na lopatice.

Jadralni vetrni generator

Glavna prednost te naprave je zmožnost dela pri rahlem vetru 0,5 m/s. Jadralni vetrni generator lahko namestite kamor koli, na poljubni višini.

Jadralni vetrni generator

Prednosti vključujejo: nizko hitrost vetra, hiter odziv na veter, lahkost konstrukcije, razpoložljivost materiala, vzdržljivost, možnost izdelave vetrnice z lastnimi rokami. Pomanjkljivost je možnost zloma pri močnem vetru.

Vetrni generator vodoravno

Vetrni generator vodoravno

Te naprave imajo lahko različno število rezil. Za delovanje vetrnega generatorja je pomembno izbrati pravilno smer vetra. Učinkovitost namestitve je dosežena z majhnim vpadnim kotom lopatic in možnostjo njihove nastavitve. Takšni vetrni generatorji imajo majhne dimenzije in težo.

V sodobnem življenju kakovostni rotacijski modeli odlično delujejo. Imajo originalne montažne jambore.

Strukture rotorja se razlikujejo glede na lokacijo osi vrtenja glede na površino zemlje.

splošne značilnosti

Ti mehanizmi imajo v primerjavi z vetrnimi turbinami z vodoravno osjo številne pomembne lastnosti. Nimajo kot takih vozlišč za orientacijo proti toku vetra. To znatno zmanjša vse hidroskopske obremenitve. Zaradi svoje strukture se v popolnoma kateri koli smeri vetra konstrukcija nahaja v povsem poljubnem položaju.

Zaradi tega je enostavnejša pri izvedbi. V takih mehanizmih pojav vrtenja ustvarja dvižno silo rezil, pa tudi sile upora.

Vrste mehanizmov z navpično osjo vrtenja:

1. Ortogonalno oblikovanje.
2. Darrieusov mehanizem.
3. Savoniusov mehanizem.
4. Zasnova na večkrakem rotorju z vodilno lopatico.
5. Generator s helikoidno zasnovo.

Ortogonalni vetrni generatorji

Tak generator vsebuje več kot eno rezilo. Rezila so nameščena vzporedno z osjo in se nahajajo na določeni razdalji od nje.

Obravnavani mehanizem velja za najbolj učinkovitega in funkcionalnega. Če govorimo o nekaterih pomanjkljivostih takšnega generatorja, se med njegovim delovanjem ustvari določen učinek hrupa. Poleg tega se veliko truda porabi za vzdrževanje njegovega delovanja. Hkrati ima konstrukcija praviloma kratko življenjsko dobo podpornih enot zaradi velikih dinamičnih obremenitev.

Generatorji z rotorjem Daria

Temu mehanizmu bi se morali pokloniti - odlikuje ga velika moč in hitrost. Poleg tega ima rotor precej nizke stroške. Slabosti vključujejo nizko učinkovitost. Poleg tega se ta zasnova ne more samostojno zagnati z enakomernim prihajajočim tokom.

Generatorji z rotorjem Savonius

Ta vrsta generatorja se precej pogosto uporablja za kakovostno delovanje gospodinjskih elektrarn. Po svoji zasnovi je tak rotor vetrno kolo z več polcilindri, ki se nenehno vrtijo okoli svoje osi.

Glavna prednost rotorja je naslednja: vetrno kolo se vrti nenehno v isto smer in je popolnoma neodvisno od smeri toka vetra. Pomanjkljivost tega je nizka učinkovitost izrabe energije vetrnega toka.

Ta vrsta generatorja velja za najbolj funkcionalnega navpičnega rotorja. Podobno zmogljivost dosežemo z uporabo dodatne vrste rezil. Ena od vrst absorbira tok vetra in ga nato dovaja drugi vrsti lopatic. Hkrati je sam tok stisnjen.

Ta transformacija vodi do znatnega povečanja hitrosti pretoka, pa tudi moči rotorja kot celote. To izboljša delovanje sistema. To se zgodi zaradi uporabe bistveno večjega števila oblikovalskih rezil.

Zasnova s ​​takim sistemom je opremljena z veliko tišjim vrtenjem rotorja. Ta značilna prednost zmanjša obremenitev nosilnih enot. Posledično se življenjska doba mehanizma znatno poveča. Hkrati so stroški rotorja precejšnji zaradi zapletene tehnologije njegove proizvodnje.

Prednosti in slabosti mehanizmov navpične osi

Prednosti vključujejo:

1. Kot taka ni potrebna dodatna poraba za posebno opremo, katere delovanje bi bilo usmerjeno v določanje smeri pihanja vetra in usmerjanje generatorja proti zračnemu toku;
2. Majhno število gibljivih delov, zaradi česar so stroški proizvodnje in kasnejših popravil precej nepomembni;
3. Zasnova takšnega rotorja je nižja in pri servisiranju ni potrebe po posebnih dvigalih za namestitev vzdrževalnega osebja na višini;
4. Na visoko učinkovitost rotorja absolutno ne vpliva niti kot niti hitrost smeri toka vetra.

Vendar pa je treba pojasniti dejstvo, da se nenehno izvajajo nadaljnje različne študije, katerih cilj je povečati funkcionalnost tovrstnih vetrnih turbin. To se zgodi zaradi dejstva, da imajo rotorji z navpično osjo tudi svoje določene pomanjkljivosti.

Tej vključujejo:

1. Precej velik obseg sistemskih rezil;
2. Učinkovitost takšne vetrnice je približno trikrat manjša od učinkovitosti mehanizma z vodoravno osjo.

Kaj morate upoštevati pri izbiri?

Preden se odločite za nakup tovrstnega mehanizma, je treba upoštevati še nekaj pogojev. Na primer, če v vaši domači regiji ni močnih vetrovnih tokov, se uporaba takšne zasnove rotorja na splošno ne bo izplačala.

Za določeno območje je primernejši generator z relativno majhno močjo, velja pa tudi obratno - v naravi so pogosto območja terena, kjer zračne mase vsakih 24 ur večkrat spremenijo svojo smer. Nasprotno, v tej konkretni izvedbi je dovoljeno in možno uporabiti rotor z navpično osjo.

DIY izdelava

Najprej morate narediti tako imenovano turbino.

Za to potrebujemo:

1. Izdelava zgornjih in spodnjih nosilcev. Označevanje je najbolje narediti z vbodno žago. Iz plastike je potrebno izrezati dva kroga enakega premera. V središču prvega kroga je treba narediti luknjo s premerom 30 cm, ki bo postala zgornja opora.
2. Vzemimo najbolj običajno avtomobilsko vozlišče. Na spodnjem nosilcu naredimo štiri luknje enake velikosti. To nam bo omogočilo, da okrepimo pesto.
3. Naredili bomo podrobno skico za ponazoritev lokacije sistemskih rezil in označite na naši podpori, ki se nahaja pod tistimi območji, kjer bodo nato pritrjeni pripravljeni vogali. Zasnovani so za povezavo rezila in podpore.
4. Sedaj položite rezila v kup, jih zvežite in odrežite na želeno velikost. Dolžina lopatic neposredno določa, koliko vetrne energije lahko sprejmejo. Vendar pa obstaja tudi nestabilnost z močnim tokom vetra.
5. Označimo rezila za pritrditev vogalov. Nato v ta rezila izvrtamo posebne luknje.
6. Pritrdimo podporo in rezila z uporabo pripravljenih vogalov.

Rotor naredimo z lastnimi rokami:

1. Postavite dve podstavki rotorja eno na drugo, hkrati se zdi, da združimo dve luknji in narišemo stransko oznako. Kasneje nam bo ta korak omogočil, da jih pravilno postavimo.
2. Zdaj naredimo dve majhni kartonski predlogi in jih previdno prilepimo na osnove naših magnetov.
3. Označimo magnet. Za določitev pravilne polarnosti se praviloma uporablja magnet z električnim trakom.
4. Nato potrebujemo epoksi smolo s trdilcem. Nanesemo ga na spodnjo stran magneta.
5. Magnet prinesemo precej previdno do roba osnove rotorja.
6. Zdaj lahko lepite naši magneti dejansko gredo na rotor.
7. Za izdelavo drugega rotorja, morajo biti magneti nameščeni v drugačni polariteti nasproti prvega rotorja.

Izdelujemo stator:

Stator– enota, sestavljena iz 9 tuljav. Razdeljeni so v 3 skupine. Vsaka skupina ima tri tuljave. Same tuljave so žice 24 AWG s 320 obrati. Parametre tuljav je mogoče neposredno spreminjati.

To je odvisno od zahtevane napetosti na izhodu:

1. Če tuljave navijate ročno, je precej težko. Da bi olajšali sam proces, bomo naredili preprosto napravo - navijalni stroj. Zavoji tuljav so naviti v isto smer. Začetek in konec tuljav je treba oviti z električnim trakom in namazati z epoksidom.
2. Ko so tuljave že navite, je potrebno preveriti istovetnost. Za to lahko uporabite običajne tehtnice. Nato izmerimo upor naših tuljav.
3. Izdelane tuljave so nameščene na voščenem papirju z označenim diagramom. Steklena vlakna se nahajajo okoli samih tuljav. Nato v stator izvrtajte luknje za nosilec.
4. Cev za pritrditev osi pesta je očitno odrezana. Vijaki bodo priviti v luknje, ustvarjene za neposredno držanje osi.

Montaža statorja

Končna montaža:

1. V zgornjo ploščo rotorja izvrtamo 4 luknje.
2. Na plošče naslonimo štiri zatiče in nanje namestimo rotor. Rotorji doživljajo privlačnost, zato je potrebna izdelava te naprave.
3. Rotorje poravnamo drug glede na drugega.
4. Previdno in enakomerno spustite generator. Po tem morate odviti vijake in odstraniti vse plošče. Namestimo pesto in ga privijemo. Podložke in matice so običajno potrebne za pritrditev nosilca rezila na generator.
5. Zdaj se generator lahko šteje za sestavljenega. Vetrnico zavrtimo in izmerimo parametre.

Sklop generatorja

Takšen rotor je mogoče uporabiti ne le za oskrbo z električno energijo stanovanjskih in pisarniških prostorov. Na primer, stator je sposoben generirati visoko električno napetost, ki se lahko uporablja za kakovostno ogrevanje gospodinjskih aparatov. Treba je pojasniti, da se izmenični tok pretvori v enosmerni. To se lahko uporablja za polnjenje baterij, ogrevanje posod s hladno tekočo vodo in napajanje lučk in svetil.

Zadevna konstrukcija je nameščena na višini 4 metre na robu gorske pečine. Prirobnica, ki se kot običajno nahaja na dnu, omogoča hitro namestitev rotorja - priviti morate le štiri vijake. Toda zaradi zanesljivosti bi bilo še vedno bolj priporočljivo, da jih zvarite.

Navpične vetrnice je mogoče vrteti s pomočjo vremenske lopatice. Zanje je smer toka vetra v bistvu nepomembna.

Dejavnik, ki ga moramo upoštevati pri izbiri mesta namestitve rotorja, je sama sila vetra. Podatke o sili vetra za preučevano in zanimivo območje je mogoče enostavno najti na internetu. Pomagal bo tudi anemometer, posebna naprava za merjenje jakosti toka vetra.

Sistemi svetovnih in ruskih proizvajalcev

Danes ga približno 75 držav svetovne skupnosti uporablja precej široko. Vetrna energija je še danes zelo priljubljena in sestavni del našega sodobnega življenja. Proizvajalci v Južni Ameriki in Aziji hitro pospešujejo razvoj te priljubljene industrije.

Kitajska je ena največjih dobaviteljic industrije vetrne energije na svetovnem trgu. Indija ima precej veliko industrij vetrnih turbin s skupno zmogljivostjo, ki presega 3000 MW.

V naši državi je industrija vetrne energije razvita v številnih mestih in regijah.Vetrne rotorje proizvajajo v mestih, kot so Moskva, Taškent, Astrahan, Uzbekistan, Saratov, Omsk, Samara, Jekaterinburg, Uljanovsk, Anapa in Krasnodar.

Med svetovnimi proizvajalci so tako znana podjetja, kot so: Vestas, GEEnergy, Goldwind, Enercon, DongfangElectric, SiemensWind, UnitedPower.

Pregled cen

Cena rotorskih sistemov je odvisna predvsem od moči vetrne elektrarne. Z drugimi besedami, 2 kW je mogoče kupiti za 6.200 $. Za 10 kW je cenovna politika za podobno vetrno turbino 40.000 $. Če želite napolniti avtomobilsko baterijo ali mobilni telefon, lahko postanete lastnik razmeroma majhne postaje 0,6 kW.

Takšna postaja ne bo stala več kot 3000 dolarjev. Rotorji imajo seveda svoje razlike v ceni, ki je običajno odvisna od njihove sorte in proizvajalca. Stroški rotorjev ruskih modelov so praviloma 1/3 cenejši od njihovih zahodnih kolegov.

Hkrati pa kazalniki kakovosti postaj na splošno praviloma nimajo pomembnih in oprijemljivih razlik. Priporočljivo je, da vetrni generator kupite le, če imate sredstva za vlaganje velike količine denarja v dolgoročno naložbo, če so v vaši regiji stalnega prebivališča primerne vremenske razmere.

Vetrni generatorji so motorji, ki pretvarjajo vetrno energijo v mehansko delo. Glede na zasnovo vetrnice in njen položaj v toku vetra so sistemi vetrnih turbin razdeljeni v tri razrede:
1. Vetrne turbine z lopaticami imeti vetrno kolo z enim ali drugim številom kril. Ravnina vrtenja vetrnega kolesa pri vetrnih turbinah z lopaticami je pravokotna na smer vetra, zato je os vrtenja vzporedna z vetrom.
(slika 5a). Koeficient izkoriščenosti vetrne energije teh vetrnih turbin dosega ξ= 0,42.
2. Vrtiljak in rotacijski vetrni generatorji imajo vetrno kolo (rotor) z lopaticami, ki se premikajo v smeri vetra; os vrtenja vetrnega kolesa zavzema navpičen položaj (slika 5,b). Izkoristek vetrne energije teh vetrnih turbin se giblje od 10 do 18 %.
3. Bobnasti vetrni generatorji Imajo enako zasnovo vetrnega kolesa kot rotorski in se od njih razlikujejo le po horizontalni legi rotorja, tj. os vrtenja vetrnega kolesa je vodoravna in se nahaja pravokotno na tok vetra (slika 5d). Stopnja izkoriščenosti vetrne energije teh vetrnih turbin je od 6 do 8 %.

sl. 5. Sistemi vetrnih turbin: a - krilne vetrne turbine; b) - rotacijski vetrni generatorji; c - vetrni generatorji vrtiljaka; g - bobnasti vetrni generatorji.

Ker krilni vetrni generatorji delujejo veliko bolj učinkovito kot rotacijske in rotacijske vetrne turbine, bomo v nadaljevanju govorili le o krilnih vetrnih turbinah.

Krila vetrna turbina je sestavljena iz naslednjih elementov (slika 6):
1. Vetrnica ima lahko od 2 do 24 lopatic. Vetrnice s številom rezil od 2 do 4 se imenujejo majhne lopatice; Če ima vetrno kolo več kot 4 lopatice, se imenuje večkrako.
2. Glava vetrne turbine je nosilec, na katerem sta nameščena gred vetrnega kolesa in zgornji zobnik (menjalnik).
3. Rep je pritrjen na glavo in jo vrti okoli navpične osi, tako da vetrovno kolo usmeri proti vetru.
4. Stolp vetrne turbine služi za premikanje vetrnega kolesa nad ovirami, ki motijo ​​pretok zraka. Vetrne turbine z nizko močjo, ki jih poganja generator, so običajno nameščene na stebru ali cevi z vpetimi žicami.
5. Na dnu stolpa je navpična gred povezana s spodnjim zobnikom (menjalnik), ki prenaša gibanje na delovne stroje.
6. Nadzor hitrosti vetrnega kolesa je naprava ali mehanizem, ki omejuje hitrost vetrnega kolesa, ko se hitrost vetra poveča.

Vetrni generator je naprava za pretvarjanje vetrne energije v električno energijo ali v mehansko energijo za pogon mehanskih naprav (na primer vodna črpalka). Predniki sodobnih vetrnih generatorjev so bili mlini na veter, z razvojem tehnologije in nastopom dobe elektrike pa mlini na veter niso več le mleli zrn v moko ali črpali vode, temveč so vrteli generatorje, ki so proizvajali električno energijo.

Vetrni generatorji so industrijski; takšne vetrne turbine postavlja država ali velike energetske korporacije za oskrbo industrijskih objektov z električno energijo. Industrijske vetrne elektrarne so danes največje in najmočnejše, moč posameznih vetrnih generatorjev dosega megavate, vendar se takšne vetrne elektrarne ne postavljajo posamezno, temveč se ogromne vetrne elektrarne gradijo na mestih, kjer je veter najbolj primeren za stabilno proizvodnjo. električne energije, na primer na obali ali na odprtih gričih. Energija iz vetrnih generatorjev gre neposredno v električno omrežje, stabilnost in frekvenco vrtenja generatorjev pa zagotavljajo različni mehanizmi, na primer sistemi za prilagajanje kotov lopatic glede na prihajajoči tok vetra, tako da hitrost je vetrno kolo in s tem generator stabilen.

Vetrna elektrarna na morju - industrijski vetrni generatorji

Vetrna elektrarna v Severnem morju, 80 vetrnih turbin proizvede skupno 400 megavatov energije, kar zadostuje za napajanje 455.000 gospodinjstev. Vetrna elektrarna se nahaja približno 140 kilometrov od obale Spodnje Saške

Obstajajo tudi komercialni vetrni generatorji, ki se nameščajo z namenom prodaje električne energije ali oskrbe različnih industrij tam, kjer ni dovolj lastne moči ali pa sploh ni električnega omrežja. Takšne vetrne elektrarne sestavljajo tudi številni vetrni generatorji različnih moči. Energija iz takih vetrnih generatorjev se lahko dovaja neposredno v električno omrežje, če proizvajajo stabilno izmenično napetost 220/380 voltov ali več. Ali pa se vetrni generatorji uporabljajo za polnjenje velikega niza baterij, iz katerih se energija nato pretvori v izmenično napetost in dovaja v električno omrežje.

Obstajajo tudi navadne gospodinjske vetrne turbine majhne moči za zasebno uporabo, katerih namestitev ne zahteva nobenih dovoljenj, če višina jambora ne presega 25 metrov in vetrni generator ne moti letala. Takšni vetrni generatorji so nizkonapetostni in njihova glavna naloga je polnjenje baterij z napetostjo 12/24/48 voltov, energija pa se črpa iz baterij, ki se kot v običajni vtičnici pretvori v 220 voltov 50 Hz. Vetrnice z nizko močjo so pogosto nameščene za oskrbo z energijo zasebnih domov, poletnih koč, kmetij ali za napajanje majhnih oddaljenih objektov.

Projektiranje in načrtovanje vetrnih generatorjev

Jasno je, da vetrne generatorje poganja vetrna energija, vendar to še ni vse, vetrni generator je sestavljen iz več komponent, glavna pa sta vetrno kolo in generator. Horizontalne vetrne turbine imajo običajno trikrake propelerje, ki delujejo zaradi dvižne sile prihajajočega vetra. In vertikalni vetrni generatorji tipa Savonius (cev) se vrtijo zaradi pritiska vetra. Obstajajo vertikalne vetrne turbine, ki uporabljajo tudi dvižno silo, na primer Darrieusov rotor in drugi ortogonalni vetrni generatorji. Pri horizontalnih vetrnih generatorjih je hitrost vrtenja lopatic večja od hitrosti vetra, običajno nominalno 5-krat, kar omogoča uporabo manjših generatorjev kot pri vertikalnih vetrnih generatorjih, saj se ne morejo vrteti hitreje od hitrosti vetra, z izjemo ortogonalnih. .

Na primer, vetrni generator s premerom vetrnega kolesa 3 metre pri hitrosti vetra 10 m/s predstavlja 5,6 kW vetrne energije, vendar se lahko največ 49 % energije pretvori v mehansko rotacijsko energijo; za horizontalno vetrnih generatorjev je povprečni koeficient pretvorbe vetrne energije 0,4, pri vertikalnih je bistveno nižji, pri vetrnih turbinah tipa "Savonius" 0,1-0,25, pri ortogonalnih pa do 0,4.

Generator z vetrnim kolesom se lahko poveže neposredno in takrat bo hitrost vetrnega kolesa in generatorja enaka ali pa se vgradi menjalnik za povečanje hitrosti generatorja. Pri izvedbah velikih vetrnih generatorjev, ki so nameščeni na mestih s stabilnim in močnim izpušnim tokom, se za vzdrževanje stabilnih vrtljajev generatorja uporablja sistem za prilagajanje položaja lopatic. Ko se veter poveča, se lopatice obrnejo v eno smer, povečajo napadni kot prihajajočega toka vetra in vetrno kolo ne pridobi zagona, in ko veter oslabi, nasprotno, tako da vetrnica ne zmanjša hitrosti , se rezila vrtijo z večjo hitrostjo. Hitrost je mogoče vzdrževati tudi s povečevanjem ali zmanjševanjem obremenitve generatorja ali z zavornim sistemom. Tako generator deluje z enako hitrostjo in proizvaja stabilno napetost in frekvenco izmeničnega toka, na primer 220 voltov 50 Hz, čeprav lahko proizvede na tisoče voltov.

Pri majhnih vetrnicah se vrtilna frekvenca generatorja ne stabilizira, saj je to zelo težko, zato so takšne vetrnice nameščene na nizki nadmorski višini na različnih območjih, kjer lahko veter občasno popolnoma izgine in je zelo nestabilen. Za zagotovitev stabilnega delovanja vetrne elektrarne uporabljajo baterije, generator polni baterije, ko je veter, in iz njih lahko vedno vzamete energijo, tudi v popolni tišini. In za zaščito pred orkani uporabljajo sistem, ki z zvijanjem repa vetrovno kolo odmakne od vetra, ali pa vetrno kolo zavirajo z električno zavoro.

Za polnjenje baterij je med vetrnico in baterijo nameščen krmilnik, ki spremlja polnjenje baterije, in ko je baterija popolnoma napolnjena, da se baterije ne pokvarijo krmilnik bodisi upočasni propeler s kratkim stikom generatorja ali navitij, ali pa odlaga odvečno energijo v balast, ki se lahko uporablja kot grelni rezervoar, ali samo velik upor. Vetrni generator s krmilnikom deluje kot polnilec za baterijski sklop, sama energija pa se črpa iz baterij in ne iz vetrnice.

Toda baterije imajo konstantno nizko napetost, ki je lahko 12/24/48 voltov, za napajanje hiše pa potrebujete 230 voltov, zato je nameščen pretvornik, ki pretvarja enosmerno napetost v izmenično napetost 220 voltov. Vendar lahko storite brez pretvornika, če so vsi porabniki zasnovani za napajanje iz nizke napetosti. Na primer, če je niz baterij 12 voltov, potem lahko uporabljate vse 12 voltne električne naprave, avtomobilske polnilnike, televizorje, 12 voltne LED trakove in žarnice, avtomobilske grelnike vode, avtomobilske hladilnike in še veliko več.

Vetrni generator - vetrna elektrarna

vetrni generator, krmilnik, baterije

Vrste in vrste vetrnih generatorjev

Vetrni generatorji so v dveh glavnih vrstah: vodoravni in navpični. Horizontalne klasične vetrnice imajo propeler - običajno trikraki, vertikalne vetrnice pa imajo vetrno kolo, ki se vrti navpično. Klasične vetrnice so najbolj priljubljene, saj imajo največji izkoristek ob najnižjih stroških. Večja kot je hitrost vetrnega kolesa, manjši in s tem cenejši generator je potreben, lažji kot je sam generator, manj materialnih stroškov je potrebnih za njegovo izdelavo. Poleg tega, višje kot je vetrni generator glede na tla, učinkovitejša je proizvodnja električne energije.

Klasični vetrni generator

Vertikalne vetrnice tipa “Savonius” ali “Barrel” so najnižje hitrostne in neučinkovite vetrnice, zato bo treba takšno vetrnico za doseganje enake moči kot horizontalna narediti precej večjo, namestiti zelo nizko vrtilni generator ali multiplikator in Ker tako težke konstrukcije ni mogoče dvigniti na visok jambor, bi morala biti vetrnica praviloma dvakrat večja od horizontalne, generator pa bi moral biti pet- do sedemkrat večji. S tem se cena tovrstnih vetrnih generatorjev v primerjavi s klasičnimi poveča za petkrat.

Zato vetrnice tipa Savonius niso priljubljene in so precej redke, čeprav so na spletu zaradi mitov o njihovi učinkovitosti, brezšumnosti in enostavnosti precej priljubljene. Dejansko je KIEV takšnih vetrnih turbin le 0,1-0,2 v primerjavi z 0,4 pri klasičnih vetrnih turbinah, tudi brezšumnost je relativna, saj pri vetru 7 m/s hrupi vse, tudi drevesa. In o preprostosti je tudi mit, veliko lažje je namestiti tri lahke in preproste lopatice na generator kot namestiti ogromen rotor, ki ga ni mogoče zaščititi pred orkanom, zato je potrebna večja strukturna moč. Primer takšnega domačega generatorja je opisan v tem članku - DIY vertikalni vetrni generator

Vertikalni vetrni generator

Sodčasti vetrni generator

Obstajajo tudi druge vrste vertikalnih vetrnih generatorjev, na primer "Daria Rotor", ima nekoliko višji KIEV v primerjavi s sodčasto vetrno turbino, vendar ima zelo nizek začetni navor in če sta le dve lopatici , potem se ne more zagnati sam - to se pogosto izvaja s hibridnim rotorjem Savonius+Darieu. Obstajajo še drugi tipi z najrazličnejšimi ukrivljenimi rezili, večnadstropni polcevi, vendar v praksi niso daleč od običajnega rezanega cevi.

Vertikalni vetrni generatorji

Jadralne vetrne turbine v bistvu enake vodoravne vetrnice, vendar zaradi dejstva, da je celotno vetrovno kolo pokrito z jadri in ni aerodinamičnega profila, so takšne vetrnice nizkohitrostne in neučinkovite, vendar imajo velik navor pri nizkih vrtljajih in zaradi tega lahko neposredno poganjajo različne mehanizme, na primer črpalko za dvigovanje vode. Analogi jadralne vetrnice so večkrake vetrnice s togimi rezili.

Generatorji

Generatorji za vetrnice so najpogostejši trifazni, podobni tistim, ki se uporabljajo v avtomobilih, le glede na moč in nazivno število vrtljajev bodo dimenzije veliko večje. Navitje statorja je trifazno, vezano v zvezdno vezje, po spoju ostanejo na izhodu tri žice, ki gredo do krmilnika, tam pa se s pomočjo diodnega mostu izmenična napetost pretvori v enosmerno , torej plus in minus. Rotor generatorja temelji na neodimovih magnetih, električnega vzbujanja, kot pri avtogeneratorjih, tukaj ne uporabljamo, saj vzbujalna tuljava porablja energijo.

Generatorji za vetrne turbine

Za povečanje hitrosti se pogosto uporablja multiplikator, ki poveča hitrost in tako lahko dobite ali več moči iz obstoječega generatorja ali uporabite generator manjše velikosti in cene. Multiplikatorji se pogosto uporabljajo v vertikalnih vetrnih generatorjih, saj se njihovo vetrno kolo vrti precej počasneje kot pri horizontalnih klasičnih vetrnih turbinah.

Generator je najdražji del vetrnega generatorja, razen droga, ki je lahko zelo drag. Zato se trudijo, da bi bila hitrost vetrnih generatorjev čim večja, da bi lahko vgradili manjše generatorje. To je pravzaprav razlog, zakaj so horizontalni trikraki vetrni generatorji postali tako razširjeni. Ima visoke hitrosti in ne potrebuje multiplikatorja za dvig hitrosti generatorja, zaradi česar je zasnova veliko cenejša in enostavnejša, hkrati pa ima največji izkoristek.

Generator lahko izdelate sami in lahko celo sami izdelate celoten vetrni generator, na straneh spletnega mesta so vse informacije o izračunu generatorjev in vetrnih turbin na splošno. Generatorji so izdelani iz asinhronih motorjev, iz avtogeneratorjev, zelo priljubljeni pa so tudi tako imenovani aksialni disk generatorji. O vetrnicah, ki uporabljajo takšne generatorje, lahko preberete v tem razdelku Disk aksialne vetrnice

Cene in aplikacije vetrnih turbin

Vetrni generatorji so seveda dragi, saj gre za kompleksno opremo, ki ni v široki uporabi, kot so televizorji ali avtomobili. Prav tako vetrna elektrarna poleg samega vetrnega generatorja vsebuje baterije, krmilnik in inverter, drag in sestavni del vetrnega generatorja pa je tudi drog.

Vetrni generatorji z močjo 300 vatov zelo šibek in morate razumeti, da proizvedejo deklariranih 300 vatov na uro pri nominalnem vetru 10-12 m/s, pri vetru 4-5 m/s pa bo moč le 30-50 vatov* h. Takšne vetrnice proizvedejo zelo malo energije, kar zadostuje na primer za napajanje majhne elektronike in varčne LED razsvetljave. Ne smete pričakovati, da bo taka vetrnica lahko zagotovila energijo za hladilnik, TV in svetlobo po vsej hiši. Proizvodnja energije je neposredno odvisna od prisotnosti vetra na lokaciji, kjer je vetrna turbina nameščena.

Recimo, pri povprečni letni hitrosti vetra 3 m/s bo izhod 300-vatne vetrnice le okoli 3-6 kW na mesec, če pa veter piha vsak dan s povprečno hitrostjo 5 m/s, potem bo izhod 15-20 kW, vendar takšna vetrovna mesta niso povsod.

Cene za majhne vetrne turbine se začnejo pri 15.000 rubljev za vetrni generator s krmilnikom brez baterij in jambora. Celoten komplet, ki ga sestavljajo vetrni generator, krmilnik, baterije, drog, pretvornik, bo stal od 50.000 rubljev in več.

Za zagotavljanje energije za majhen dom ali kočo vetrni generator bo potreboval moč 1 kW, proizvodnja energije je spet odvisna od prisotnosti vetra na vašem območju, lahko je 30-100 kW na mesec. Načeloma je tak vetrni generator dovolj za razsvetljavo, TV, računalnik, črpalko, vendar vetrni generator morda ne bo kos 24-urnemu delovanju velikega hladilnika. V splošnem velja, da se pri vgradnji vetrnega generatorja za stalno oskrbo stanovanjskega območja, kjer je energija potrebna vsak dan, dodatno vgradi še bencinski ali dizelski generator, ki polni baterije v obdobjih daljše odsotnosti vetra. Generator je nujna naprava za zagotovitev popolne neprekinjenosti avtonomne vetrne elektrarne.

Cena celotnega kompleta je od 150.000 rubljev in lahko doseže do 300-400 tisoč rubljev. Večja kot je kapaciteta baterije, dlje časa se lahko napajate iz baterije v odsotnosti dobrega vetra. Prav tako naj baterije ne bodo globoko izpraznjene, saj se jim tako močno skrajša življenjska doba. Če torej porabimo na primer 2 kW energije na dan, mora biti energija v baterijah najmanj 10 kW.

Če nameravate oskrbovati z energijo svoj zasebni dom ali majhno kmetijo, potem boste potrebovali vetrnico z močjo 3-5 kW. Stroški celotnega kompleta so od 300.000 rubljev do 1 milijona rubljev. Tukaj je že resna moč in poraba, zato so poleg cene vetrnice dragi tudi drog, krmilnik, močan inverter, za stabilno oskrbo vseh gospodinjskih aparatov pa potrebujete veliko baterij.

Če želite, da vetrni generator ogreva tudi hišo, potem morate pogledati moč od 10 kW. Na splošno velja, da bo avtonomna elektrarna optimalna pri proizvodnji električne energije samo en vetrni generator ne bo dovolj. Sistem mora imeti tako sončne kolektorje kot plinski generator, če sploh ni sonca ali vetra. Krmilnik mora nadzorovati vetrni generator in sončne kolektorje ter zagnati plinski generator, ko zmanjka energije. Vsa ta oprema je draga, a če ni možna priključitev na električno omrežje, potem je rešitev naložba v vetrno-sončno elektrarno.

Primer uporabe vetrnih generatorjev in sončnih kolektorjev za oskrbo zasebnega doma z električno energijo

Vetrno-sončna elektrarna

Vetrno-sončna elektrarna zagotavlja električno energijo za vse potrebe zasebnega doma, kar je približno 300 kWh na mesec. Sistem vsebuje dva vetrna generatorja s skupno nazivno močjo 3 kW in solarne panele z nazivno močjo 1,8 kW. Stroški te elektrarne so znašali 350.000 rubljev. Več si preberite v članku

V tem članku bomo poskušali odgovoriti na vprašanje za bralce spletnega portala - kaj je vetrni generator, kakšno je njegovo delovanje in razlike.

Vetrni generator je tehnična naprava, s katero se kinetična energija vetra pretvarja v električno energijo za uporabo pri porabnikih.

V skladu s spodnjim diagramom lahko načelo delovanja vetrnega generatorja opišemo na naslednji način:

Vetrni generatorji se razlikujejo po zasnovi, namestitvi in ​​načinih namestitve, vsaka vrsta pa ima svoje prednosti in slabosti, to so:

Z vodoravno osjo vrtenja

Os rotorja in pogonska os sta vzporedni s površino tal.

Na voljo so enorezilni (št. 1), dvorezilni (št. 2), trorezilni (št. 3) in večrezilni (št. 4), s količino do 50 kosov.

Prednosti te vrste:

• Visoka učinkovitost;

Napake:

• Potreba po orientaciji v smeri zračnih tokov;
• Potreba po namestitvi visoke konstrukcije za namestitev naprave in večja kot je moč enote, višja mora biti konstrukcija (jambor);
• Potreba po izdelavi temeljev za namestitev jambora, kar vodi do povečanja stroškov inštalacijskih del;
• Visoka raven hrupa med delovanjem;
• Potencialna nevarnost za ptice in druge leteče organizme.

Z navpično osjo vrtenja

Os vrtenja se nahaja navpično glede na površino zemlje.

To vrsto naprave lahko razdelimo v več skupin, to so:

Ta zasnova je sestavljena iz več polcilindrov. V tem primeru se os nenehno vrti, ne glede na tokove vetra in njihovo intenzivnost.

Prednosti oblikovanja:

• Visokotehnološko oblikovanje;
• Pomemben začetni navor;
• Sposobnost dela z nizkimi pretoki zraka.

Napake:

• Nizka učinkovitost rezila;
• Velika potreba po materialih med izdelavo.

V tej zasnovi je na os vrtenja pritrjenih več rezil, ki so ravni trak. Diagram prikazuje naslednje vrste te vrste naprav:

1 – klasična izvedba Darrieusovega rotorja.

2 – Daria Tina N rotor (ortogonalni rotor).

3 – Darrieusov spiralni rotor (s heliokoidnim rotorjem).

Prednosti oblikovanja:

• Ni se treba osredotočati na zračne tokove;
• Enostavna izdelava rezil;
• Preprost in priročen način storitve.

Napake:

• Nizka učinkovitost naprav;
• Kratki cikli med popravili podpornih enot in strukturnih elementov;
• Imajo šibko sposobnost samozagona, v prisotnosti dveh rezil, z enakomernimi tokovi vetra.

S helikoidnim rotorjem

Gre za modifikacijo naprav z rotorjem Daria. V zgornjem diagramu - št. 3.

Prednosti oblikovanja:

• Daljša življenjska doba v primerjavi s klasično različico rotorja Darrieus;

Napake:

• Višji stroški v primerjavi s klasično različico;
• Bolj delovno intenziven in zapleten postopek izdelave rezila.

Gre za modifikacijo naprav z rotorjem Savounis. Ta oblika ima dve vrsti rezil. Prva vrsta miruje, zajema zračni tok in ga stisne, zato se hitrost zračnega toka poveča. Po tem zračni tok vstopi v drugo vrsto, ki deluje na principu rotorja Savounis.

Prednosti oblikovanja:

• Visoka učinkovitost pri delu;
• Sposobnost dela pri nizkih vetrovih.

Napake:

• Visoka cena.

Ta zasnova je osnova zgoraj navedenega - nahaja se os vrtenja
navpično je nanj pritrjenih več rezil, nameščenih vzporedno z osjo in odmaknjenih od nje na določeni razdalji.

Na zgornjem diagramu je to št. 2 - rotor Daria Tina N.

Prednosti oblikovanja:

• Pomanjkanje mehanizmov za orientacijo glede na tokove vetra;
• Enostaven za uporabo in vzdrževanje.

Napake:

• Kratki cikli med popravili podpornih enot in strukturnih elementov.

Poganjajo ga vodne kapljice

Ta oblika še ni komercialno proizvedena. Vsebuje kovino
okvir, znotraj obrisa katerega so vodoravno nameščene izolirane cevi. Vsaka cev vsebuje posebne šobe in elektrode. Načelo delovanja temelji na ustvarjanju in kopičenju energije s pomočjo kapljic vode, ki prihajajo iz posebnih šob.

Vodne kapljice so pozitivno nabite in jih pod vplivom vetrnih tokov odnese proti pozitivno nabitim elektrodam. To vodi do povečanja potencialne energije pozitivno nabite kapljice. Elektrika nastane, ko vodne kapljice zadenejo pozitivno nabito elektrodo.

Ta vrsta generatorja izgleda kot satelitski krožnik. Za namestitev
uporablja se jambor, tako kot pri vetrnih turbinah, ki imajo vodoravno os vrtenja. Te strukture so podobne tudi glede usmerjenosti v zračnih tokovih - uporablja se steblo, zaradi katerega je "plošča" nenehno v ravnini, pravokotni na smer vetra.

"Jadro" je pritrjeno in raztegnjeno na okroglem okvirju in pod vplivom vetra izvaja nihajna gibanja. Ta gibanja se preko sistema palic prenašajo na bate hidravličnega sistema, v katerih se mehanska energija nihanja pretvarja v tlak tekočine. Hidravlični tlak tekočine se pretvori v rotacijsko gibanje pogona, na katerega je priključen električni generator, ki ustvarja električni tok.

Prednosti zasnove so:

• Sposobnost dela pri nizkih hitrostih vetra;
• Majhna teža konstrukcije;
• Vzdržljivost in enostavnost vzdrževanja;
• Okoljska varnost naprav;
• Enostaven za namestitev

Napake:

• Pri uporabi na območjih, kjer so močni vetrovi, glavne prednosti pred drugimi strukturami izgubijo pomen.

Če želite izbrati vetrni generator, morate:

Priljubljeni modeli in znamke

Trenutno vetrne generatorje proizvajajo domači in tuji proizvajalci.

Med domačimi modeli so najbolj povpraševani:

Med tujimi modeli so vetrni generatorji zelo razširjeni:

• Zonhan Windpower Co, Ltd (Kitajska), z vodoravno osjo vrtenja, močjo od 0,3 do 5,0 kW;
• Bekar Europe GmbH (Nemčija), z navpično osjo vrtenja, moči od 0,5 do 60,0 kW.

Povprečne cene

Stroški vetrnih generatorjev so odvisni od zasnove, moči, države in proizvajalca.

Stroški zgoraj obravnavanih modelov so:

• EnergyWind, odvisno od moči (od 1,0 do 10,0 kW), se giblje od 68.000,00 do 650.000,00 rubljev.
• Exmork iz Zonhan Windpower Co, Ltd (Kitajska), odvisno od moči (od 0,3 do 5,0 kW), se giblje od 30.000,00 do 260.000,00 rubljev.
• Bekar, odvisno od moči (od 0,5 do 60,0 kW), se giblje od 43.000,00 rubljev.

Prednosti in slabosti

Do prednosti uporabe vetrne energije in s tem vetrnih generatorjev,
vključujejo naslednje:

• Vetrna energija je obnovljiv vir energije z neizčrpnimi viri;
• Okolju prijaznost energenta in procesa proizvodnje električne energije;
• Sposobnost hitre namestitve inštalacij in oskrbe porabnikov z električno energijo;

Slabosti vključujejo naslednje:

• Učinkovitost inštalacij je odvisna od letnega časa, vremenskih razmer in regije, kjer je enota nameščena;
• Visoka raven hrupa med delovanjem enot;
• Nevarnost za pernate prebivalce regije, kjer je nameščen vetrni generator;
• Pri industrijski proizvodnji električne energije so pri uporabi vetrnih generatorjev potrebne velike površine zemlje.

Zaradi vse večjih potreb po energetskih virih, pa tudi zaradi vse manjših zalog klasičnih energentov postaja razvoj zelene energije vse bolj aktualen.

Znanstveniki in inženirji iz različnih držav razvijajo nove modele vetrnih turbin, da bi
povečanje deleža pozitivnih lastnosti agregatov in minimiziranje negativnih.

Taki primeri vključujejo lebdeče in lebdeče vetrne generatorje. Plavajoča plovila so nameščena daleč od obale in zasedajo kopno, njihovo delo je najbolj učinkovito zaradi stalnih morskih vetrov. Učinkoviti so tudi plavajoči generatorji, saj višje kot je dvignjen nad površino zemlje, večja je hitrost vetra.

Delež električne energije, proizvedene v vetrnih elektrarnah, nenehno narašča. To se dogaja tako pri nas kot v vseh tehnično razvitih državah.

V Rusiji se v prihodnosti načrtuje, da bo delež električne energije, proizvedene v vetrnih elektrarnah, znašal približno 30% celotne proizvodnje električne energije v državi.