Karusell vindkraftverk. Vilka typer av vindgeneratorer är mest effektiva: funktioner, fördelar och nackdelar

Typer av vindkraftverk

Vindkraftverk kan särskiljas genom:
- antal blad;
— Typ av bladmaterial.
— vertikal eller horisontell placering av installationsaxeln.
— Steg-för-steg-version av bladen.

Genom design är vindgeneratorer uppdelade efter antalet blad: enkla, tvåbladiga, trebladiga och flerbladiga. Närvaron av ett stort antal blad gör att de kan rotera med mycket lite vind. Utformningen av bladen kan delas in i stela och segel. Seglande vindkraftverk är billigare än andra, men kräver täta reparationer.

En av typerna av vindgeneratorer är horisontella

Vertikala vindgeneratorer börjar rotera vid låga vindar. De behöver ingen väderflöjel. De är dock underlägsna i kraft än väderkvarnar med en horisontell axel. Lutningen på vindgeneratorbladen kan vara fast eller variabel. Bladens variabla stigning gör det möjligt att öka rotationshastigheten. Dessa vindkraftverk är dyrare. Vindkraftverk med fast stigning är pålitliga och enkla.

Vertikal generator

Dessa väderkvarnar är billigare att underhålla eftersom de installeras på låg höjd. De har också färre rörliga delar och är lättare att reparera och tillverka. Detta installationsalternativ är lätt att göra med dina egna händer.

Vertikal vindgenerator

Utformningen av en vindgenerator med optimala blad och en unik rotor ger hög effektivitet och är inte beroende av vindens riktning. Vindgeneratorer av vertikal design är tysta. Den vertikala vindgeneratorn har flera typer av design.

Ortogonala vindgeneratorer

Ortogonal vindgenerator

Sådana väderkvarnar har flera parallella blad som är installerade på avstånd från den vertikala axeln. Driften av ortogonala väderkvarnar påverkas inte av vindriktningen. De är installerade på marknivå, vilket underlättar installation och drift av enheten.

Vindgeneratorer baserade på Savonius-rotorn

Bladen i denna installation är speciella halvcylindrar som skapar högt vridmoment. Nackdelarna med dessa väderkvarnar inkluderar hög materialförbrukning och låg effektivitet. För att få högt vridmoment med Savonius-rotorn installeras även en Darrieus-rotor.

Vindkraftverk med Daria-rotor

Tillsammans med Darrieus-rotorn har dessa enheter ett antal bladpar med en originaldesign för att förbättra aerodynamiken. Fördelen med dessa installationer är möjligheten att installera dem på marknivå.

Helicoidal vindgeneratorer.

De är en modifiering av ortogonala rotorer med en speciell bladkonfiguration, vilket ger enhetlig rotation av rotorn. Genom att minska belastningen på rotorelementen ökar deras livslängd.

Vindgeneratorer baserade på Daria-rotorn

Flerbladiga vindturbiner

Flerbladiga vindgeneratorer

Vindkraftverk av denna typ är en modifierad version av ortogonala rotorer. Bladen på dessa installationer är installerade i flera rader. Den första raden av fasta blad leder vindflödet till bladen.

Segling vindgenerator

Den största fördelen med denna installation är förmågan att arbeta i lätta vindar på 0,5 m/s. Seglingsvindgeneratorn kan installeras var som helst, på vilken höjd som helst.

Segling vindgenerator

Fördelarna inkluderar: låg vindhastighet, snabb respons på vinden, lätthet i konstruktionen, tillgänglighet av material, underhållbarhet, möjligheten att göra en väderkvarn med dina egna händer. Nackdelen är risken för brott vid hård vind.

Vindgenerator horisontell

Vindgenerator horisontell

Dessa installationer kan ha ett annat antal blad. För att en vindgenerator ska fungera är det viktigt att välja rätt vindriktning. Installationens effektivitet uppnås genom den lilla attackvinkeln för bladen och möjligheten till deras justering. Sådana vindgeneratorer har små dimensioner och vikt.

I det moderna livet fungerar högkvalitativa roterande modeller perfekt. De har original prefabricerade master.

Rotorstrukturer skiljer sig åt i placeringen av rotationsaxeln i förhållande till jordens yta.

generella egenskaper

Dessa mekanismer är utrustade med ett antal betydande egenskaper jämfört med vindkraftverk med en horisontell axel. De har inte som sådana noder för orientering mot vindflödet. Detta minskar avsevärt alla hydroskopiska belastningar. På grund av sin struktur, i absolut vilken vindriktning som helst, är strukturen belägen i en helt godtycklig position.

På grund av detta är det enklare i dess genomförande. I sådana mekanismer skapar förekomsten av rotation bladens lyftkraft, såväl som motståndskrafter.

Typer av mekanismer med en vertikal rotationsaxel:

1. Ortogonal design.
2. Darrieus mekanism.
3. Savonius mekanism.
4. Design på en flerbladig rotor med en ledskovel.
5. Generator med spiralformad design.

Ortogonala vindgeneratorer

En sådan generator innehåller mer än ett blad. Bladen är placerade parallellt med axeln och är placerade på ett visst avstånd från den.

Mekanismen i fråga anses vara den mest effektiva och funktionella. Om vi ​​pratar om några av nackdelarna med en sådan generator, skapas en viss bruseffekt under dess drift. Dessutom läggs mycket kraft på att upprätthålla dess funktion. Samtidigt har strukturen som regel en kort livslängd för stödenheter på grund av stora dynamiska belastningar.

Generatorer med Daria-rotor

Vi bör hylla denna mekanism - den kännetecknas av stor kraft och snabbhet. Dessutom har rotorn en ganska låg kostnad. Nackdelarna inkluderar låg effektivitet. Dessutom kan denna design inte starta självständigt med ett enhetligt mötande flöde.

Generatorer med Savonius rotor

Denna typ av generator används ganska ofta för högkvalitativ funktion av hushållskraftverk. Genom sin design är en sådan rotor ett vindhjul med flera halvcylindrar som kontinuerligt roterar runt sin axel.

Den största fördelen med rotorn är följande: vindhjulet roterar konstant i samma riktning och är absolut oberoende av vindflödets riktning. Nackdelen med detta är den låga effektiviteten av vindkraftsutnyttjandet.

Denna typ av generator anses vara den mest funktionella av vertikala rotorer. Liknande prestanda uppnås genom att använda ytterligare en rad med blad. En av raderna absorberar vindströmmen och matar den sedan till den andra raden med blad. Samtidigt komprimeras själva flödet.

Denna transformation leder till en betydande ökning av flödeshastigheten, såväl som kraften hos rotorn som helhet. Detta förbättrar systemets prestanda. Detta sker på grund av användningen av ett betydligt större antal designblad.

En design med ett sådant system är utrustad med en mycket tystare rotorrotation. Denna karakteristiska fördel minskar belastningen på stödenheterna. Som ett resultat ökar mekanismens livslängd avsevärt. Samtidigt är kostnaden för rotorn ganska stor på grund av den komplexa tekniken för dess produktion.

Fördelar och nackdelar med vertikala axelmekanismer

Fördelarna inkluderar:

1. Det finns som sådant inget ytterligare behov av att spendera på specialutrustning, vars verkan skulle vara inriktad på att bestämma riktningen för vinden som blåser och rikta generatorn mot luftflödet;
2. Ett litet antal rörliga delar, som ett resultat av vilka produktionskostnaderna och efterföljande reparationer är ganska obetydliga;
3. Utformningen av en sådan rotor är lägre och vid service av den finns det inget behov av speciella hissar för att rymma underhållspersonal på en höjd;
4. Rotorns höga verkningsgrad påverkas absolut inte av vare sig vinkeln eller hastigheten i vindriktningen.

Det är dock nödvändigt att klargöra att det hela tiden genomförs ytterligare olika studier som syftar till att öka funktionaliteten hos denna typ av vindkraftverk. Detta beror på det faktum att rotorer med en vertikal axel också har sina egna vissa nackdelar.

Dessa inkluderar:

1. Ganska stor volym systemblad;
2. Effektiviteten hos en sådan väderkvarn är ungefär tre gånger mindre än effektiviteten hos en mekanism med en horisontell axel.

Vad bör du tänka på när du väljer?

Innan beslutet att köpa denna typ av mekanism uppstår bör ett antal vissa villkor fortfarande beaktas. Till exempel, om starka vindströmmar inte observeras i din hemregion, kommer användningen av en sådan rotordesign i allmänhet inte att betala för sig själv.

För ett givet område är en generator med relativt låg effekt bättre lämpad, tvärtom är det också - i naturen finns ofta terrängområden där luftmassor ändrar riktning flera gånger var 24:e timme. I denna speciella utföringsform är det tvärtom tillåtet och möjligt att använda en rötor med en vertikal axel.

Gör det själv

Först måste du göra en så kallad turbin.

För detta behöver vi:

1. Tillverkning av övre och nedre stöd. Märkning görs bäst med en sticksåg. Det är nödvändigt att skära två cirklar med samma diameter från plast. Ett 30 cm hål ska göras i mitten av den första cirkeln som blir det övre stödet.
2. Låt oss ta det vanligaste bilnavet. Låt oss göra fyra hål av samma storlek på bottenstödet. Detta kommer att göra det möjligt för oss att stärka navet.
3. Vi kommer att göra en detaljerad skiss för att illustrera placeringen av systembladen och markera på vårt stöd som finns under de områden där de förberedda hörnen sedan ska fästas. De är utformade för att ansluta bladet och stödet.
4. Lägg nu bladen i en stapel, knyt dem och skär dem till önskad storlek. Bladens längd avgör direkt hur mycket vindenergi de kan ta emot. Men det finns också instabilitet med stark vind.
5. Låt oss markera bladen för att fästa hörnen. Därefter borrar vi speciella hål i dessa blad.
6. Vi fäster stödet och blad med förberedda hörn.

Vi gör rotorn med våra egna händer:

1. Placera två rotorbaser ovanpå varandra, samtidigt verkar vi kombinera två hål och rita ett sidomärke. Därefter kommer detta steg att tillåta oss att placera dem korrekt.
2. Låt oss nu göra två små kartongmallar och limma försiktigt fast dem på basen av våra magneter.
3. Låt oss markera magneten. För att bestämma korrekt polaritet används som regel en magnet med elektrisk tejp.
4. Därefter behöver vi epoxiharts med härdare. Vi applicerar den på undersidan av magneten.
5. Vi tar med magneten ganska försiktigt till kanten av rotorbasen.
6. Nu kan du limma våra magneter går faktiskt till rotorn.
7. För att göra en andra rotor, ska magneterna placeras i en annan polaritet mitt emot den första rotorn.

Vi tillverkar statorn:

Stator– en enhet bestående av 9 spolar. De är indelade i 3 grupper. Varje grupp har tre spolar. Själva spolarna är 24 AWG tråd med 320 varv. Spolarnas parametrar kan ändras direkt.

Detta beror på spänningen som krävs vid utgången:

1. Om du lindar spolarna för hand är det ganska svårt. För att underlätta själva processen kommer vi att göra en enkel enhet - en lindningsmaskin. Spolarnas varv är lindade i samma riktning. Början och slutet av spolarna ska lindas med eltejp och smörjas med epoxi.
2. När spolarna redan är lindade är det nödvändigt att kontrollera identiteten. Du kan använda vanliga vågar för detta. Sedan mäter vi resistansen i våra spolar.
3. De tillverkade spolarna placeras på vaxpapper med ett diagram markerat på den. Glasfibern sitter runt själva spolarna. Borra sedan hål i statorn för fästet.
4. Röret för att fästa navaxeln är uppenbarligen avskuret. Bultar kommer att skruvas in i hålen som skapats för att hålla axeln direkt.

Statormontage

Slutmontering:

1. Vi borrar 4 hål i den övre rotorplattan.
2. Låt oss vila fyra stift på plattorna och installera rotorn på dem. Rotorerna upplever attraktion, varför det är nödvändigt att göra denna enhet.
3. Vi riktar in rotorerna i förhållande till varandra.
4. Sänk försiktigt och jämnt ner generatorn. Efter detta ska du skruva loss dubbarna och ta bort alla plattor. Vi installerar navet och skruvar fast det. Lockbrickor och muttrar krävs vanligtvis för att fästa bladstödet till generatorn.
5. Nu kan generatorn anses vara monterad. Vi snurrar väderkvarnen och mäter parametrarna.

Generator montering

En sådan rotor kan implementeras inte bara för att tillhandahålla el till bostäder och kontorslokaler. Till exempel kan statorn generera hög elektrisk spänning, som kan användas för högkvalitativ uppvärmning av hushållsapparater. Det bör förtydligas att växelström omvandlas till likström. Detta kan användas för att ladda batterier, värma upp behållare med kallt rinnande vatten och ellyktor och belysningsarmaturer.

Strukturen i fråga är installerad på 4 meters höjd på kanten av en bergsklippa. Flänsen, som som vanligt är placerad i botten, möjliggör snabb installation av rotorn - du behöver bara dra åt fyra bultar. Men för tillförlitligheten skulle det ändå vara mer tillrådligt att svetsa dem.

Vertikala väderkvarnar kan roteras med en väderflöjel. För dem är riktningen för vindflödet väsentligen oviktig.

En faktor som måste beaktas vid val av rotorinstallationsplats är själva vindkraften. Vindkraftsdata för det område som studeras och av intresse kan lätt hittas på Internet. En vindmätare, en speciell anordning för att mäta styrkan i vindflödet, kommer också att hjälpa.

System från globala och ryska tillverkare

Nuförtiden använder cirka 75 stater i världssamfundet det ganska brett. Vindenergi är fortfarande mycket populär och en integrerad del av vårt moderna liv till denna dag. Tillverkare i Sydamerika och Asien går snabbt framåt i utvecklingen av denna populära industri.

Kina är en av de största leverantörerna till vindenergiindustrin på den globala marknaden. Indien har ett ganska stort antal vindkraftsindustrier med en total kapacitet som överstiger 3000 MW.

I vårt land är vindenergiindustrin utvecklad i många städer och regioner.Vindrotorer tillverkas i städer som Moskva, Tasjkent, Astrakhan, Uzbekistan, Saratov, Omsk, Samara, Jekaterinburg, Ulyanovsk, Anapa och Krasnodar.

Globala tillverkare inkluderar sådana välkända företag som: Vestas, GEEnergy, Goldwind, Enercon, DongfangElectric, SiemensWind, UnitedPower.

Prisöversikt

Kostnaden för rotorsystem beror främst på vindkraftverkets effekt. Med andra ord kan en design på 2 kW köpas för $6 200. För 10 kW är prispolicyn för ett liknande vindkraftverk $40 000. För att ladda ett bilbatteri eller mobiltelefon kan du bli ägare till en relativt liten station på 0,6 kW.

En sådan station kommer inte att kosta mer än $3 000. Rotorer har naturligtvis sina egna prisskillnader, och det beror vanligtvis på deras varianter och tillverkare. Kostnaden för rotorer av ryska modeller är som regel 1/3 billigare än deras västerländska motsvarigheter.

Samtidigt har kvalitetsindikatorerna för stationer i allmänhet inga betydande och påtagliga skillnader. Det är tillrådligt att köpa en vindgenerator endast om du har möjlighet att investera en stor summa pengar i en långsiktig investering om det finns lämpliga väderförhållanden i din bostadsregion.

Vindgeneratorer är motorer som omvandlar vindenergi till mekaniskt arbete. Baserat på väderkvarnens utformning och dess position i vindflödet delas vindkraftverkssystem in i tre klasser:
1. Vane vindkraftverk ha ett vindhjul med ett eller annat antal vingar. Rotationsplanet för vindhjulet i skovelvindturbiner är vinkelrät mot vindens riktning, därför är rotationsaxeln parallell med vinden
(Fig. 5a). Vindenergianvändningskoefficienten för dessa vindkraftverk når ξ= 0,42.
2. Karusell och roterande vindgeneratorer ha ett vindhjul (rotor) med blad som rör sig i vindens riktning; vindhjulets rotationsaxel intar ett vertikalt läge (fig. 5, b). Vindenergieffektiviteten för dessa vindkraftverk varierar från 10 till 18 %.
3. Trumma vindgeneratorer De har samma vindhjulsdesign som rotorer och skiljer sig från dem endast i rotorns horisontella läge, dvs. vindhjulets rotationsaxel är horisontell och placerad vinkelrätt mot vindflödet (fig. 5d). Vindkraftsutnyttjandegraden för dessa vindkraftverk är från 6 till 8 %.

Fikon. 5. Vindkraftverk: a - Vindkraftverk med skovlar; b) - roterande vindgeneratorer; c - karusellvindgeneratorer; g - trumvindgeneratorer.

Eftersom lamellvindgeneratorer fungerar mycket mer effektivt än roterande och roterande vindturbiner, kommer vi i följande diskussion endast att prata om skovelvindkraftverk.

Vindkraftverket består av följande element (fig. 6):
1. En väderkvarn kan ha från 2 till 24 blad. Väderkvarnar med ett antal blad från 2 till 4 kallas småbladiga; Om ett vindhjul har fler än 4 blad kallas det flerblad.
2. Vindkraftverkshuvudet är ett stöd på vilket vindhjulsaxeln och toppväxeln (växellådan) är monterade.
3. Svansen är fäst vid huvudet och roterar den runt en vertikal axel, vilket placerar vindhjulet mot vinden.
4. Vindkraftverkets torn tjänar till att flytta vindhjulet över hinder som stör luftflödet. Vindkraftverk med låg effekt som drivs av en generator är vanligtvis monterade på en stolpe eller ett rör med dragvajer.
5. Vid basen av tornet är en vertikal axel ansluten till en nedre växel (växellåda), som överför rörelse till arbetsmaskinerna.
6. Vindhjulshastighetskontroll är en anordning eller mekanism som begränsar vindhjulshastigheten när vindhastigheten ökar.

En vindgenerator är en anordning för att omvandla vindenergi till elektrisk energi, eller till mekanisk energi för att driva mekaniska anordningar (till exempel en vattenpump). Förfäderna till moderna vindkraftverk var väderkvarnar, och med utvecklingen av teknik och tillkomsten av elektricitetseran malde väderkvarnar inte längre bara spannmål till mjöl eller pumpat vatten, utan också roterade generatorer som genererade elektrisk energi.

Vindkraftverk är industriella; sådana vindkraftverk installeras av staten eller stora energibolag för att tillhandahålla el till industrianläggningar. Industriella vindkraftverk är de största och mest kraftfulla idag, effekten hos enskilda vindkraftverk uppgår till megawatt, men sådana vindkraftverk installeras inte ett i taget, utan enorma vindkraftsparker byggs på platser där vinden är mest lämpad för stabil produktion av el, till exempel vid kusterna eller på öppna kullar. Energin från vindkraftverk går direkt in i elnätet, och generatorernas stabilitet och rotationsfrekvens säkerställs av olika mekanismer, till exempel system för att justera vinklarna på bladen i förhållande till det mötande vindflödet, så att hastigheten på vindhjulet, och därmed generatorn, är stabilt.

Vindkraftspark till havs - industriella vindkraftverk

En vindkraftpark i Nordsjön, 80 vindkraftverk producerar totalt 400 megawatt energi, tillräckligt för att driva 455 000 hushåll. Vindkraftparken ligger cirka 140 kilometer från Niedersachsens kust

Det finns också kommersiella vindkraftverk som installeras i syfte att sälja el, eller tillhandahålla energi till olika industrier på de platser där det inte finns tillräckligt med egen kapacitet, eller det inte finns något elnät alls. Sådana vindkraftverk består också av många vindkraftverk med varierande effekt. Energin från sådana vindkraftverk kan tillföras direkt till elnätet om de producerar en stabil växelspänning på 220/380 volt eller högre. Eller vindgeneratorer används för att ladda ett stort antal batterier, från vilka energin sedan omvandlas till växelspänning och tillförs elnätet.

Det finns också vanliga hushållsvindkraftverk med låg effekt för privat bruk, vars installation inte kräver några tillstånd om mastens höjd inte överstiger 25 meter och vindgeneratorn inte stör flygplan. Sådana vindgeneratorer är lågspänningar och deras huvuduppgift är att ladda batterier med en spänning på 12/24/48 volt, och energi tas från batterierna som omvandlas till 220 volt 50 Hz som i ett vanligt uttag. Väderkvarnar med låg effekt installeras ofta för att ge energi till privata hem, sommarstugor, gårdar eller för att driva små avlägsna anläggningar.

Design och design av vindkraftverk

Det är tydligt att vindkraftverk drivs av vindenergi, men det är inte allt, en vindgenerator består av flera komponenter och huvudsaken är ett vindhjul och en generator. Horisontella vindkraftverk har vanligtvis trebladiga propellrar, som fungerar på grund av lyftkraften från det mötande vindflödet. Och vertikala vindgeneratorer av Savonius-typ (fat) roterar på grund av vindtrycket. Det finns vertikala vindkraftverk som också använder lyftkraft, till exempel Darrieus Rotor och andra ortogonala vindgeneratorer. För horisontella vindgeneratorer överstiger bladens rotationshastighet vindhastigheten, vanligtvis nominellt 5 gånger; detta tillåter användning av mindre generatorer än för vertikala vindgeneratorer, eftersom de inte kan rotera snabbare än vindhastigheten, med undantag för ortogonala. .

Till exempel står en vindgenerator med en vindhjulsdiameter på 3 meter vid en vindhastighet på 10 m/s för 5,6 kW vindenergi, men maximalt 49 % av energin kan omvandlas till mekanisk rotationsenergi; för horisontell vindgeneratorer är den genomsnittliga omvandlingskoefficienten för vindenergi 0,4, för vertikala är den betydligt lägre, för vindkraftverk typ "Savonius" 0,1-0,25 och för ortogonala upp till 0,4.

Generatorn med vindhjulet kan kopplas direkt och då blir hastigheten på vindhjulet och generatorn densamma, eller så kan en växellåda installeras för att öka hastigheten på generatorn. I konstruktionerna av stora vindgeneratorer, som är installerade på platser med ett stabilt och kraftfullt avgasflöde, används ett system för att justera bladens position för att upprätthålla stabila generatorhastigheter. När vinden ökar vrids bladen i en riktning, vilket ökar attackvinkeln för det mötande vindflödet och vindhjulet tar inte fart, och när vinden försvagas, tvärtom, så att väderkvarnen inte minskar hastigheten , roterar bladen med högre hastighet. Hastigheten kan också upprätthållas genom att öka eller minska belastningen på generatorn eller genom bromssystemet. Således arbetar generatorn med samma hastighet och producerar en stabil spänning och frekvens av växelström, till exempel 220 volt 50 Hz, även om den kan producera tusentals volt.

I små väderkvarnar stabiliseras inte generatorhastigheten då det är mycket svårt och sådana väderkvarnar installeras på låg höjd i olika områden där vinden periodvis kan försvinna helt och vara mycket instabil. För att säkerställa en stabil drift använder vindkraftverk batterier, generatorn laddar batterierna när det blåser och du kan alltid ta energi från dem, även i fullständigt lugn. Och för att skydda mot orkaner använder de ett system som för vindhjulet bort från vinden genom att vika svansen, eller så bromsar de vindhjulet med en elektrisk broms.

För att ladda batterierna placeras en styrenhet mellan väderkvarnen och batteriet, som övervakar laddningen av batteriet, och vid full laddning, för att inte förstöra batterierna, bromsar styrenheten antingen propellern genom att kortsluta generatorn lindningar, eller dumpar överskottsenergi i ballast, som kan användas som värmetankar, eller bara ett stort motstånd. En vindgenerator med styrenhet fungerar som laddare för batteripaketet, och själva energin tas från batterierna, och inte från väderkvarnen.

Men batterierna har en konstant låg spänning, som kan vara 12/24/48 volt, och för att driva huset behöver du 230 volt, så det är installerat växelriktare, som omvandlar likspänning till växelspänning 220 volt. Men du klarar dig utan en växelriktare om alla konsumenter är designade för att drivas från lågspänning. Till exempel, om batterimatrisen är 12 volt, kan du använda valfri 12 volts elektriska apparater, billaddare, TV-apparater, 12 volts LED-remsor och glödlampor, bilvattenkokare, bilkylskåp och mycket mer.

Vindgenerator - vindkraftverk

vindgenerator, styrenhet, batterier

Typer och typer av vindkraftverk

Vindgeneratorer finns i två huvudtyper: horisontella och vertikala. Horisontella klassiska väderkvarnar har en propeller - vanligtvis trebladig, och vertikala väderkvarnar har ett vindhjul som roterar vertikalt. Klassiska väderkvarnar är de mest populära eftersom de har den högsta effektiviteten till lägsta kostnad. Ju högre hastighet vindhjulet har, desto mindre, och därför billigare, krävs generatorn, och ju lättare generatorn själv är, desto mindre materialkostnader krävs för dess produktion. Och dessutom, ju högre vindgeneratorn är i förhållande till marken, desto effektivare är elproduktionen.

Klassisk vindgenerator

Vertikala väderkvarnar av typen "Savonius" eller "Barrel" är de lägsta hastigheten och ineffektiva väderkvarnarna, så för att uppnå samma effekt som en horisontell, måste en sådan väderkvarn göras mycket större, installera en mycket låg- hastighetsgenerator eller multiplikator, och Eftersom det inte är möjligt att lyfta en så tung konstruktion på en hög mast, bör väderkvarnen i allmänhet vara dubbelt så stor som en horisontell, och generatorn bör vara fem till sju gånger större. Detta gör att kostnaden för sådana vindgeneratorer ökar fem gånger jämfört med klassiska.

Därför är väderkvarnar av typen Savonius inte populära och är ganska sällsynta, även om de är ganska populära på Internet på grund av myter om deras effektivitet, ljudlöshet och enkelhet. Faktum är att KIEV för sådana vindkraftverk bara är 0,1-0,2 mot 0,4 för klassiska vindturbiner, ljudlöshet är också relativt eftersom i vindar på 7 m/s allt bullrar, även träd. Och om enkelhet är det också en myt; det är mycket lättare att installera tre lätta och enkla blad på en generator än att installera en enorm rotor, som inte kan skyddas från en orkan, och därför behövs större strukturell styrka. Ett exempel på en sådan hemmagjord generator beskrivs i den här artikeln - DIY vertikal vindgenerator

Vertikal vindgenerator

Vindgenerator av fattyp

Det finns också andra typer av vertikala vindgeneratorer, till exempel "Daria Rotor", den har en något högre KIEV jämfört med en vindturbin av fattyp, men den har ett mycket lågt startmoment, och om det bara finns två blad , då kan den inte starta av sig själv - detta görs ofta med en Savonius+Darieu hybridrotor. Det finns andra typer med alla möjliga krökta blad, flervånings halvfat, men i praktiken är de inte långt från den vanliga skurna pipan.

Vertikala vindgeneratorer

Seglande vindkraftverk i huvudsak samma horisontella väderkvarnar, men på grund av det faktum att hela vindhjulet är täckt med segel och det inte finns någon aerodynamisk profil, är sådana väderkvarnar låga och ineffektiva, men de har högt vridmoment vid låga hastigheter och på grund av detta kan de direkt driva olika mekanismer, till exempel pump för att lyfta vatten. Analoger till en seglande väderkvarn är flerbladiga väderkvarnar med styva blad.

Generatorer

Generatorer för väderkvarnar är de vanligaste trefasiga, liknande de som används i bilar, bara beroende på effekt och nominell hastighet blir dimensionerna mycket större. Statorlindningen är trefas, ansluten i en stjärnkrets, efter anslutningen återstår tre ledningar vid utgången, som går till styrenheten, och där, med hjälp av en diodbrygga, omvandlas växelspänningen till likspänning , det vill säga plus och minus. Generatorrotorn är baserad på neodymmagneter, elektrisk excitation, som i autogeneratorer, används inte här eftersom exciteringsspolen förbrukar energi.

Generatorer för vindkraftverk

För att öka hastigheten används ofta en multiplikator som ökar hastigheten och därmed kan man få antingen mer effekt från den befintliga generatorn, eller använda en generator av mindre storlek och kostnad. Multiplikatorer används ofta i vertikala vindgeneratorer eftersom deras vindhjul roterar mycket långsammare än horisontella klassiska vindturbiner.

Generatorn är den dyraste delen av en vindgenerator, förutom masten, som kan vara mycket dyr. Därför försöker man göra hastigheten på vindkraftverk så hög som möjligt för att kunna installera mindre generatorer. Det är faktiskt därför horisontella trebladiga vindgeneratorer har blivit så utbredda. Den har höga hastigheter och kräver ingen multiplikator för att höja generatorhastigheten, detta gör konstruktionen mycket billigare och enklare, och samtidigt har den högsta verkningsgraden.

Du kan göra en generator själv, och du kan till och med göra en komplett vindgenerator själv; på sajtens sidor finns all information om beräkning av generatorer och vindkraftverk i allmänhet. Generatorer är gjorda av asynkronmotorer, från autogeneratorer, och så kallade axialskivgeneratorer är också mycket populära. Du kan läsa om väderkvarnar som använder sådana generatorer i det här avsnittet Axiella skivväderkvarnar

Priser och tillämpningar för vindkraftverk

Vindgeneratorer är naturligtvis dyra, eftersom det är komplex utrustning som inte används i stor utsträckning, såsom tv-apparater eller bilar. Dessutom, förutom själva vindgeneratorn, innehåller vindkraftverket batterier, en styrenhet och en växelriktare, och masten är också en dyr och integrerad del av vindgeneratorn.

Vindgeneratorer med en effekt på 300 watt mycket svaga och du måste förstå att de producerar sina deklarerade 300 watt per timme med en nominell vind på 10-12 m/s, och när vinden är 4-5 m/s blir effekten endast 30-50 watt* h. Sådana väderkvarnar genererar väldigt lite energi, vilket räcker till till exempel för att driva liten elektronik och energisnål LED-belysning. Du ska inte förvänta dig att en sådan väderkvarn kommer att kunna ge energi till ett kylskåp, TV och ljus i hela huset. Energiproduktionen beror direkt på förekomsten av vind på den plats där vindkraftverket är installerat.

Låt oss säga, med en genomsnittlig årlig vindhastighet på 3 m/s, kommer effekten från en 300 watt väderkvarn endast att vara cirka 3-6 kW per månad, men om vinden blåser varje dag med en medelhastighet på 5 m/s, då blir effekten 15-20 kW, men sådana blåsiga platser finns inte överallt.

Priserna för små vindturbiner börjar på 15 000 rubel för en vindgenerator med en styrenhet utan batterier och en mast. En komplett uppsättning bestående av en vindgenerator, styrenhet, batterier, mast, växelriktare kommer att kosta från 50 000 rubel och mer.

För att ge energi till ett litet hem eller stuga en vindgenerator behöver en effekt på 1 kW, energiproduktion beror återigen på närvaron av vind i ditt område, det kan vara 30-100 kW per månad. I princip räcker en sådan vindgenerator för belysning, en TV, en dator, en pump, men vindgeneratorn kanske inte klarar av dygnet-runt-drift av ett stort kylskåp. I allmänhet, när en vindgenerator installeras för att ständigt ge energi till ett bostadsområde där energi krävs varje dag, installeras dessutom en bensin- eller dieselgenerator, som laddar batterierna under perioder av långvarig frånvaro av vind. En generator är en nödvändig enhet för att säkerställa fullständigt avbrott i ett autonomt vindkraftverk.

Kostnaden för ett komplett set är från 150 000 rubel och kan nå upp till 300-400 tusen rubel. Ju större batterikapacitet, desto mer tid kan du få ström från batteriet i frånvaro av bra vind. Batterier bör inte heller laddas ur djupt, eftersom det kommer att avsevärt minska deras livslängd. Därför, om till exempel 2 kW energi går åt per dag, bör batterierna innehålla minst 10 kW energi.

Om du planerar att ge energi till ditt privata hem eller småbruk, då behöver du en väderkvarn med en effekt på 3-5 kW. Kostnaden för ett komplett set är från 300 000 rubel till 1 miljon rubel. Det finns redan seriös ström och förbrukning här, så förutom priset på väderkvarnen är masten, styrenheten, den kraftfulla växelriktaren också dyra, och du behöver många batterier för att stabilt ge energi till alla hushållsapparater.

Om du vill att vindgeneratorn även ska värma upp huset, då måste du titta på effekt från 10 kW. I allmänhet, för att ett autonomt kraftverk ska vara optimalt för att generera elektricitet, räcker inte bara en vindgenerator. Systemet bör ha både solpaneler och en gasgenerator ifall det inte skulle vara sol eller vind alls. Regulatorn ska styra både vindgeneratorn och solpanelerna och starta gasgeneratorn när energin tar slut. All denna utrustning är dyr, men om det inte går att ansluta till elnätet så är lösningen att investera i ett vind-solkraftverk.

Ett exempel på att använda vindkraftverk och solpaneler för att förse ett privat hem med el

Vind-solkraftverk

Ett vind-solkraftverk ger el till alla behov i ett privat hem, vilket är cirka 300 kWh per månad. Systemet innehåller två vindgeneratorer med en total märkeffekt på 3 kW och solpaneler med en märkeffekt på 1,8 kW. Kostnaden för detta kraftverk var 350 000 rubel. Läs mer i artikeln

I den här artikeln kommer vi att försöka svara på frågan för läsarna av webbplatsportalen - vad är en vindgenerator, vad är dess funktion och skillnader.

En vindgenerator är en teknisk anordning genom vilken vindens kinetiska energi omvandlas till elektrisk energi för användning av konsumenter.

Enligt diagrammet nedan kan vindgeneratorns funktionsprincip beskrivas enligt följande:

Vindgeneratorer skiljer sig åt i design, installation och installationsmetoder, och varje typ har sina egna fördelar och nackdelar, de är:

Med horisontell rotationsaxel

Rotoraxeln och drivaxeln är parallella med markytan.

Det finns enkelblad (nr 1), tvåbladigt (nr 2), trebladigt (nr 3) och flerbladigt (nr 4), med en mängd på upp till 50 stycken.

Fördelar med denna typ:

• Hög effektivitet;

Brister:

• Behovet av orientering i luftströmmens riktning;
• Behovet av att installera en hög struktur för att installera enheten, och ju högre kraft enheten har, desto högre bör strukturen (masten) vara;
• Behovet av att bygga en grund för installationen av masten, vilket leder till en ökning av kostnaden för installationsarbete;
• Hög ljudnivå under drift;
• Potentiell fara för fåglar och andra flygande organismer.

Med vertikal rotationsaxel

Rotationsaxeln är placerad vertikalt i förhållande till jordens yta.

Denna typ av enhet kan delas in i flera grupper, dessa är:

Denna design består av flera halvcylindrar. I det här fallet roterar axeln ständigt, oavsett vindflöden och deras intensitet.

Designfördelar:

• Högteknologisk design;
• Betydande startmoment;
• Förmåga att arbeta med låga luftflöden.

Brister:

• Låg bladeffektivitet;
• Stort materialbehov vid tillverkning.

I denna design är flera blad, som är en platt remsa, fästa vid rotationsaxeln. Diagrammet visar följande typer av denna typ av enhet:

1 – klassisk version av Darrieus-rotorn.

2 – Daria Tina N-rotor (ortogonal rotor).

3 – Darrieus spiralrotor (med heliocoid rotor).

Designfördelar:

• Det finns ingen anledning att fokusera på luftströmmar;
• Lätt att tillverka blad;
• Enkelt och bekvämt sätt att betjäna.

Brister:

• Låg effektivitet av installationer;
• Korta mellan-reparationscykler av stödenheter och strukturella element;
• De har en svag förmåga att självstarta, i närvaro av två blad, med jämna vindflöden.

Med spiralformad rotor

Det är en modifiering av enheter med en Daria-rotor. I diagrammet ovan - nr 3.

Designfördelar:

• Längre livslängd, jämfört med den klassiska versionen av Darrieus-rotorn;

Brister:

• Högre kostnad jämfört med den klassiska versionen;
• En mer arbetskrävande och komplex bladtillverkningsprocess.

Det är en modifiering av enheter med en Savounis-rotor. Denna design har två rader med blad. Den första raden är stationär, den fångar luftflödet och komprimerar det, och därför ökar luftflödets hastighet. Efter detta kommer luftflödet in i den andra raden, som fungerar enligt Savounis rotorprincip.

Designfördelar:

• Hög effektivitet på jobbet;
• Förmåga att arbeta i låga vindflöden.

Brister:

• Högt pris.

Denna design är grunden för ovanstående - rotationsaxeln är belägen
vertikalt är flera blad fästa på den, placerade parallellt med axeln och avlägsnade från den på ett visst avstånd.

I diagrammet ovan är detta nr 2 - Daria Tina N-rotorn.

Designfördelar:

• Brist på mekanismer för orientering enligt vindflöden;
• Lätt att använda och underhålla.

Brister:

• Korta cykler mellan reparationer av stödenheter och konstruktionselement.

Drivs av vattendroppar

Denna design är ännu inte kommersiellt producerad. Den innehåller metall
en ram, inuti vars kontur isolerade rör är horisontellt placerade. Varje rör innehåller speciella munstycken och elektroder. Funktionsprincipen är baserad på generering och ackumulering av energi med hjälp av droppar vatten som kommer ut ur speciella munstycken.

Vattendroppar är positivt laddade och under inverkan av vindströmmar förs de mot positivt laddade elektroder. Detta leder till en ökning av den potentiella energin för den positivt laddade droppen. Elektricitet genereras när vattendroppar träffar en positivt laddad elektrod.

Denna typ av generator ser ut som en parabol. För installation
en mast används, vilket är fallet med vindkraftverk som har en horisontell rotationsaxel. Dessa strukturer är också lika i orientering i luftflöden - ett skaft används, på grund av vilket "plattan" ständigt är i ett plan vinkelrätt mot vindens riktning.

"Seglet" är fixerat och sträckt på en rund ram och gör under inverkan av vinden oscillerande rörelser. Dessa rörelser, genom ett system av stänger, överförs till hydraulsystemets kolvar, där den mekaniska vibrationsenergin omvandlas till vätsketryck. Vätskans hydrauliska tryck omvandlas till drivningens rotationsrörelse, till vilken en elektrisk generator är ansluten, som genererar elektrisk ström.

Fördelarna med designen är:

• Förmåga att arbeta vid låga vindhastigheter;
• Låg vikt av strukturen;
• Underhållbarhet och enkel underhåll;
• Miljösäkerhet för anordningar;
• Lätt att installera

Brister:

• När de används i områden där det finns starka vindar förlorar de största fördelarna jämfört med andra strukturer sin relevans.

För att välja en vindgenerator måste du:

Populära modeller och märken

För närvarande produceras vindkraftverk av både inhemska och utländska tillverkare.

Bland inhemska modeller är de mest efterfrågade:

Bland utländska modeller är vindgeneratorer utbredda:

• Zonhan Windpower Co, Ltd (Kina), med en horisontell rotationsaxel, effekt från 0,3 till 5,0 kW;
• Bekar Europe GmbH (Tyskland), med en vertikal rotationsaxel, effekt från 0,5 till 60,0 kW.

Genomsnittliga priser

Kostnaden för vindkraftverk beror på design, effekt, land och tillverkare.

Kostnaden för modellerna som diskuteras ovan är:

• EnergyWind, beroende på effekt (från 1,0 till 10,0 kW), varierar från 68 000,00 till 650 000,00 rubel.
• Exmork från Zonhan Windpower Co, Ltd (Kina), beroende på effekt (från 0,3 till 5,0 kW), varierar från 30 000,00 till 260 000,00 rubel, respektive.
• Bekar, beroende på effekt (från 0,5 till 60,0 kW), varierar från 43 000,00 rubel.

Fördelar och nackdelar

Till fördelarna med att använda vindenergi, och därmed vindkraftverk,
inkluderar följande:

• Vindenergi är en förnybar energi med outtömliga resurser;
• Miljövänlighet hos energiresursen och den elektriska energiproduktionsprocessen;
• Förmågan att snabbt installera installationer och förse konsumenterna med elektrisk energi;

Nackdelarna inkluderar följande:

• Effektiviteten av installationer beror på tid på året, väderförhållanden och regionen där enheten är installerad;
• Hög ljudnivå under drift av enheterna;
• Fara för de fjäderklädda invånarna i regionen där vindgeneratorn är installerad;
• Vid industriell produktion av elektrisk energi, vid användning av vindkraftverk, krävs betydande markområden.

På grund av det ökande behovet av energiresurser, samt de minskande reserverna av konventionella energibärare, blir utvecklingen av grön energi allt mer relevant.

Forskare och ingenjörer från olika länder utvecklar nya modeller av vindkraftverk för att
öka andelen positiva egenskaper hos aggregat och minimera negativa.

Sådana exempel inkluderar flytande och svävande vindgeneratorer. Flytande fartyg installeras långt från stranden och upptar land, deras arbete är mest effektivt på grund av de konstanta havsvindarna. Flytande generatorer är också effektiva, eftersom ju högre den höjs över jordens yta, desto högre vindhastighet.

Andelen elektrisk energi som produceras av vindkraftverk växer ständigt. Detta sker både i vårt land och i alla tekniskt utvecklade länder.

I Ryssland är det i framtiden planerat att andelen elektrisk energi som genereras av vindkraftverk kommer att vara cirka 30 % av den totala elproduktionen i landet.