Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

Принцип работы ветрогенератора

21434 Опубликовано 7 января 2017

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток.

Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.

Принцип работы

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии.

Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума.

Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов

Обратите внимание

Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором.

Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках.

Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.

Принципиальная схема ветрогенератора

Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки.

Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию.

Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:

• для автономной работы;
• параллельно с резервным аккумулятором;
• вместе с солнечными батареями;
• параллельно с дизельным или бензиновым генератором.

Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.

Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти.

Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество.

Важно

Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

• установка экологически чистая;
• отсутствует потребность её заправки топливом;
• не накапливаются какие-либо отходы;
• устройство работает очень тихо;
• имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток.

Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду.

Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока.

Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных.

На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Совет

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки.

Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем.

Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании.

Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек.

В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО.

Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения.

Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.

Обратите внимание

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию.

 Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей.

Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость.

Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом.

Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности.

Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия.

Важно

Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства.

Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные.

Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.

Как работает и для чего нужен ветрогенератор: разновидности, конструкция и выбор оборудования

Подключение к магистральной сети электроснабжения до сих пор доступно не всем. Есть немалое число населенных пунктов, до которых линии электропередач не дошли.

Да и подключенные поселки и деревни, вследствие общей изношенности линий, испытывают частые перебои с электроснабжением.

Кроме того, дачные поселки, выстроенные недавно, зачастую не имеют возможности подключиться к линии, расположенной в солидном отдалении.

Решение вопроса с электроснабжением традиционно возлагается на бензиновые или дизельные электростанции, нуждающиеся в снабжении топливом, капризные и требующие постоянного наблюдения устройства. При этом, есть альтернативные источники, не нуждающиеся в топливе. Одним из них является ветрогенератор.

Что из себя представляет ветрогенератор?

Ветрогенератор — это устройство, использующее энергию ветра для выработки электрического тока. Воздушные потоки, свободно перемещающиеся в атмосфере, имеют гигантскую энергию, причем, совершенно бесплатную. Ветроэнергетика — это попытка извлечь ее и обратить на пользу.

Ветрогенератор представляет собой набор устройств, принимающих, обрабатывающих и подготавливающих для использования энергию. Потоки ветра взаимодействуют с ротором ветряка, заставляя его вращаться.

Ротор посредством повышающей передачи (или напрямую) соединяется с генератором, который заряжает аккумуляторные батареи.

Совет

Заряд через инвертор перерабатывается в стандартный вид (220 В, 50 Гц) и подается на приборы потребления.

На первый взгляд, комплекс устроен довольно сложно. Существуют и более простые конструкции, например, ветряки, питающие насосы. Тем не менее, для сложных приборов требуется полный комплект оборудования, способный обеспечить стабильное и качественное электроснабжение.

Зачем он нужен?

Отличительное свойство электроэнергии состоит в том, что ее можно производить в любых количествах, если позволяет оборудование. Ветрогенератор как раз и относится к таким устройствам — он производит электроэнергию. Таким образом, ветряк представляет собой электростанцию, способную обеспечивать как крупные участки с большим количеством потребителей, так и отдельные дома или приборы.

Возможности устройства зависят от размеров крыльчатки и мощности генератора. Эти два параметра являются определяющими и зависят друг от друга. Чем мощнее ротор, тем большей мощности генератор он сможет вращать, вырабатывая большое количество энергии.

При этом, ветряк может быть создан самостоятельно и обеспечивать потребности отдельной группы приборов — например, освещения, водоснабжения, вентиляции и т.д. Такая избирательность удобна для сокращения расходов на электроэнергию, обеспечения бесперебойной подачи питания на старых изношенных линиях.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно ветрогенераторы сочетают механическую, электромеханическую и электрическую части.

К механической относится ветряк, непосредственно принимающий энергию ветра и преобразующий ее во вращательное движение.

Оно передается на электромеханическое устройство — генератор, преобразующий кинетическую энергию вращения в электрический ток. После этого действуют чисто электронные устройства:

• выпрямитель. Генератор вырабатывает переменный ток, который не годится для заряда аккумуляторных батарей. Для дальнейшего использования его надо выпрямить, для чего используется выпрямительное устройство
• контроллер заряда. Обеспечивает своевременное переключение аккумуляторных батарей с режима зарядки на режим питания потребителей, чтобы избежать выхода АКБ из строя
• аккумулятор (АКБ). Накапливает заряд, необходимый для поддержания напряжения в сети при ослаблении ветра
• инвертор. Преобразует постоянный ток аккумулятора в обычные 220В 50 Гц переменного тока, необходимых для питания стандартных потребителей.

Все перечисленные электронные устройства являются типичным комплектом оборудования, используемым с любым типом ветряка. Изменение конструкции крыльчатки не влияет на состав комплекта, если только не происходит значительного увеличения скорости вращения, требующего изменения параметров генератора.

Виды ветрогенераторов

Используются два основных вида ветряков, имеющих принципиальные различия:

• горизонтальные
• вертикальные

В обоих случаях речь идет об оси вращения ротора. Конструкция различных моделей горизонтальных устройств мало отличается друг от друга, представляя собой подобие бытового вентилятора или пропеллера. Вертикальные устройства обладают намного большим разнообразием типов конструкции, внешне значительно отличаясь друг от друга. Рассмотрим их подробнее:

Горизонтальные ветряки

Горизонтальные конструкции имеют большую эффективность, так как поток ветра они воспринимают только рабочей стороной лопастей. Наибольшее распространение получили трехлопастные крыльчатки, но для небольших конструкций число лопастей может быть увеличено.

Именно горизонтальные конструкции используются для изготовления больших промышленных образцов, имеющих огромный размах лопастей (больше 100 м), которые в объединенном виде образуют довольно производительные электростанции. Государства западной Европы, такие как Дания, Германия, скандинавские страны активно используют ветряки для обеспечения населения энергией.

Устройства имеют один недостаток — они нуждаются в наведении на ветер. Для небольших ветрогенераторов проблема решается установкой хвоста наподобие самолетного, который автоматически располагает конструкцию по ветру. Большие модели имеют специальное устройство наведения, контролирующее положение крыльчатки относительно потока.

Вертикальные конструкции

Ветрогенераторы вертикального типа имеют меньшую эффективность, вследствие чего используются для обеспечения энергией лишь отдельных потребителей — частный дом, коттедж, группу приборов и т.

д. Для самостоятельного изготовления такие устройства подходят больше всего, так как обладают широким выбором вариантов конструкции, не нуждаются в подъеме на очень высокую мачту (хотя это им и не противопоказано).

Вертикальные роторы могут быть собраны из любых подручных материалов, в качестве образца можно использовать любой тип из множества известных:

• роторы Савониуса или Дарье
• более современный ротор Третьякова
• ортогональные конструкции
• геликоидные устройства и т.д.

Описывать все типы подробно незачем, так как их количество постоянно увеличивается. Практически все новые разработки базируются на вертикальной оси вращения и предназначены для использования в частных домах или усадьбах.

Большинство разработок предлагает собственный вариант решения основной проблемы вертикальных устройств — низкого КПД.

Некоторые варианты имеют довольно высокие показатели, но обладают сложным устройством корпуса (например, конструкция Третьякова).

Расчет и выбор

Расчет мощности ветряка сводится к подсчету суммарной мощности потребления осветительными, вспомогательными и бытовыми приборами. Полученное значение увеличивается на 15-20% (запас мощности необходим при возникновении непредвиденных ситуаций), и на основании этих данных рассчитывается или выбирается готовый генератор.

От его параметров ведется построение всего остального комплекта — механические требования ложатся в основу проектирования ветряка, а эксплуатационные параметры — мощность, напряжение, сила тока — используются при создании системы накопления и обработки полученного тока.

Выбирая приборы, следует также обеспечивать небольшой (15-20%) запас мощности, который обеспечит устойчивость комплекса при возникновении форс-мажорных ситуаций.

Изготовление ветряка своими руками

Основные работы, которые предстоит сделать, это — изготовление и установка вращающегося ротора. Прежде всего следует выбрать тип конструкции и ее размеры. Определиться в этом поможет знание требуемой мощности устройства и производственные возможности.

Большинство узлов (если не все целиком) придется изготовить самостоятельно, поэтому на выбор повлияет, какие познания имеются у создателя конструкции, с какими приборами и устройствами он знаком наилучшим образом. Обычно сначала делается пробный ветряк, с помощью которого проверяется работоспособность и уточняются параметры сооружения, после чего приступают к изготовлению рабочего ветрогенератора.

Рекомендуемые товары

Ветрогенератор.Принцип работы ветрогенератора

Ветрогенератор(ветровая турбина) — это устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Основное направление использования энергии ветра — это производство электроэнергии.

Существуют два основных типа турбин:

вертикальные — с вертикальной осью вращения;

горизонтальные — с горизонтальной осью вращения.

Имеется в виду вертикальное или горизонтальное положение оси генератора по отношению к плоскости земли.

Ветрогенераторы можно условно разделить на две категории:

• промышленные
• домашние (для частного использования).

Промышленные устанавливаются государственными органами или крупными энергетическими компаниями. Как правило, их объединяют в сеть. В результате получают витроелектро станцию (ВЭС).

Ее основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — это полное отсутствие сырья и отходов, т.е. полная экологичность и независимость. Единственное основное требование — высокий среднегодовой уровень ветра.

Мощность современных промышленных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

Индустрия домашних ветряков активно развивается. На сегодня уже можно, за достаточно небольшие средства, приобрести ветряную установку и обеспечить энергонезависимость своего загородного дома на долгие годы. Как правило, для небольшого коттеджа достаточно ветряка номинальной мощностью 0,8 кВт.

Выработка электроэнергии в месяц (среднегодовой показатель) 250 кВт при номинальной скорости ветра 8 м / с. Среднегодовая скорость ветра для Винницкого региона 4 м / с. Если местность не ветреная, его можно дополнить солнечными батареями. Источники энергии будут прекрасно дополнять друг друга.

Принцип работы ветрогенератора

Вращения ротора генератора происходит под действием подъемной силы, возникающей при обтекании ветром лопастей. При этом генератор вырабатывает переменный нестабильный ток, который выпрямляется в контроллере. Постоянный ток контроллера предназначен для заряда аккумуляторов.

Одновременно к аккумуляторов подключено другое устройство — инвертор, преобразующий постоянное напряжение аккумуляторов в переменное однофазное напряжение 220 В 50 Гц или трехфазное — 380/220 В, используемое потребителем для питания нагрузки.

Ветрогенератор обычно работает вместе с контроллером и инвертором, но при этом возможны различные варианты его использования:

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами;

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами и солнечными батареями (гибридная система-самая эффективная автономная система для московского региона);

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами и резервным дизельным (газовым или бензиновым) генератором;

* Ветрогенератор, работающий параллельно с сетью.

Использование силы ветра — один из древнейших способов получения энергии. Преимущества ветроэнергетики бесспорны. Ветровая энергия обильна, чиста, безопасна и надежна как ресурс для производства электроэнергии.

Основным преимуществом ветрогенератора, как источника энергии, является бесплатная электричество (если не считать начальные инвестиции). Заплатив однажды определенную сумму денег Вы значительной мере решаете для себя проблему энергонезависимости на десятки лет. Ветрогенераторные установки надежны, экологически безопасны и практически не производят шума.

Кроме того, в большинстве случаев ветрогенератор позволяет получать дармовую энергию именно тогда, когда в ней есть повышенная потребность, а именно в холодное время года.

Обратите внимание

В конце осени и начале зимы, когда наступают холода и расходуется электроэнергия на обогрев дома, ее недостаточное количество компенсируется за счет того, что именно в это время наиболее сильные ветры, и поэтому ветрогенератор работает с полной отдачей.

Цена производства электричества на ветряных станциях и установках постоянно снижается (в отличие от производства других энергоносителей). Ветроэнергетика предоставляет электроэнергию гораздо ближе к потребителю, что снижает ее расходы стоимости строительства линий электропередач.

Учитывая постоянное снижение себестоимости вырабатываемой электроэнергии, перспективы дальнейшего расширения строительства ветровых электростанций и приложений ветровых установок достаточно благоприятные.

Важно то, что ветрогенератор хорошо в техническом смысле сочетается с другими источниками энергии и может работать в паре с дизельными генераторами, солнечными батареями или другими источниками энергии, создавая единый замкнутый цикл.

Похожее

Применение ветрогенераторов

Назначение ветрогенератора (другое название ветроэлектрическая установка или ВЭУ) — преобразование кинетической энергии мощных воздушных потоков в электричество.

Энергетики выделяют две основные категории ВЭУ – промышленные и для частного применения (бытовые).

Первые, как правило, устанавливаются государством или же крупными энергетическими компаниями с последующим объединением в сеть, позволяющую создавать ветряные электростанции (ВЭС).

Их главная отличительная особенность – работа без применения какого-либо вида топлива. Соответственно, практически нет и никаких отходов.

Единственное условие эффективной работы ВЭУ – наличие постоянного и достаточно сильного ветра в среднегодовой перспективе.

Ветрогенераторы, в зависимости от способа ориентации осей вращения применяемых турбин, делятся на два типа:

— с вертикальным расположением (роторные, лопастные);

— с горизонтальным расположением (крыльчатые).

Конструкция последних является более эффективной, так как КИЭВ (коэффициент использования ветрового потока) даже далеко не на современных моделях составляет не менее 30%, в то в время как у вертикально-осевых ВЭУ с учетом тщательной наладки этот показатель не превышает 20 %.

Важно

Одними из основных причин интенсивного развития ветроэнергетики являются: постоянно дорожающие традиционные виды топлива (прежде всего: нефть, газ, уголь, торф), снижение их мировых запасов, а также проведение необходимых мероприятий по

экологии.

Хотя теоретически получаемая с помощью такой технологии электроэнергия должна иметь минимальную себестоимость, имеются и определенные проблемы, препятствующие быстрому развитию этой отрасли.

Прежде всего – это стоимость самой ветроустановки.

Причем основными составляющими здесь выступают такие необходимые компоненты, как

аккумуляторы и инверторы, преобразующие постоянный ток 24 В в необходимый промышленности переменный (50 Гц) напряжением 220 В.

Поэтому говорить о себестоимости киловатта выработанной электроэнергии довольно сложно – при практически нулевых затратах на топливо, затраты на монтаж таких систем довольно велики.

Специалисты подсчитали, что с учетом этих факторов использование небольших автономных ветроустановок экономически, с учетом их стоимости, нецелесообразно.

Другое дело, когда поблизости нет источников электроэнергии. В этом случае ВЭУ является вполне достойным конкурентом мобильным

дизельным или бензиновым электростанциям.

При этом сейчас эксперты пришли к выводу, что наиболее эффективной схемой использования энергии ветра является преобразование его с помощью соответствующих ТЭНов в тепло, которое можно применить для обогрева помещений и обеспечения своевременного горячего водоснабжения загородного

дома при автономном электроснабжении.

Такое решение позволяет существенно упростить всю конструкцию, начиная с отказа от дорогостоящего оборудования и заканчивая возможностью организации простой, и при этом весьма действенной, автоматики.

Использование энергии ветра сегодня считается одним из самых перспективных направлений освоения

альтернативных источников энергии.

Ветрогенераторы: принцип действия, типы, применение, эффективность работы – Альтер Эйр

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) – это прибор для превращения энергии ветра в электрическую. 

Сначала он превращает кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию. Мощность ветрогенератора может быть от 5 КВт до 4500 КВт. Современные устройства генерируют энергию даже очень слабого ветра – от 4 м/с.

Ветроэлектрические установки могут входить в состав частной независимой электростанции и позволяют продавать излишнюю энергию государству по условиям «зеленого тарифа».

Такие сооружения могут быть источником энергии для локальных и островных объектов, так как решают проблемы энергоснабжения автономно.

Как работает ветрогенератор: принцип преобразования энергии ветра

Потоки ветра вращают лопасти ветрогенератора: проходят через турбину, приводит её в действие и она начинает вращаться. На валу турбины возникает энергия, которая будет пропорциональна ветровому потоку. Чем сильне ветер, тем большее количество энергии возникает.

Далее энергия передается по валу ротору на мультипликатор (если он есть), который её генерирует.

Учтите, что более продуктивными являются устройства без мультипликатора, который ускоряет вращение оси, потому что не создается, а, естественно, и не растрачивается лишняя энергия, а скорости ветра вполне достаточно для оптимальной работы ветрогенератора.

Генератор превращает механическую энергию в электрическую.

Мощность ветряка измеряется «ометаемой» площадью турбины.
Чем больший размер лопастей, тем большую мощность он создает.

Мощность ветрогенератора рассчитывается исходя из кубической зависимости скорости ветра.

Пример:

Если ветровой поток со скоростью n создает мощность 100 Вт, то поток со значеним n+1 будет создавать мощность 300 Вт, а вот n+2 – уже 900 Вт.

Поэтому, если размер турбины не большой, то нужен очень сильный поток ветра, чтобы мощность была высокой, и наоборот – большая турбина может выдавать ту же мощность при более слабом ветре.

Но для того, чтобы работа ветрогенератора была сбалансированной и выдавала нужное количество энергии нужно на этапе проектирования правильно рассчитать все необходимые параметры ветряной электростанции.

Конструкция ветряной электростанции

Система состоит из:

Конструкция ветряка:

• Мачта (может быть трубчатого типа или «ферма»):
• Турбина – это ротор, предназначенный для того, чтобы превратить энергию прямолинейного движения воздушного потока;
• Система управления турбиной;
• Генератор преобразовывает энергию ветра в электрическую;
• Ланка передачи энергии (мультипликатор или сам вал);
• Выпрямитель (поскольку зачастую в ветряках используются генераторы переменного тока для того, чтобы правильно зарядить аккумулятор или отправить энергию в сеть (бытовой сегмент));
• Система азимутального привода или хвост (иногда устанавливаются машины, у которых к ветряку прикрепляется «хвост», он ориентируется по ветру самостоятельно).

Типы ветрогенераторов

По мощности и области применения ветрогенераторы бывают:

• промышленные (мощность от 500 КВт);
• бытовые (мощность 0-10 КВт).

Устройства с мощностью от 10 до 500 КВт используются крайне редко.

По конструкции бытовые типы ветряков отличаются конструкцией ротора (турбины):

1. С горизонтальной осью. Отличаются системой управления турбины (ротора), она может быть:

• аэромеханической (на лопастях установлены специальный «закрилышки», которые меняю угол направления ветра: чем больше скорость ветра, тем больше угол атаки лопастей и наоборот). Меняя угол атаки, мы можем управлять турбиной как на малых, так и на больших скоростях для эффективной и правильной работы устройства.
• с азимутальным приводом (электроника фиксирует скорость и направление ветра, поворачивает или отворачивает турбину от ветра, если скорость ветра превышает номинальную).

1. С вертикальной осью – это малоэффективные устройства, которые не рекомендовано использовать из-за ряда недостатков.
   Они отличаются типом турбин:

• ротор Савониуса (Savonius). Их недостатком является коэффициент опережения. Если скорость ветра 10 м/с, то законцовка турбины будет вращаться со скоростью 100 м/с, соответственно, коэффициент опережения – 10. Фактически ветряк не может самостоятельно стартовать, его нужно раскручивать и только после этого он начинает работать. Если этого не делать, то он начет вырабатывать энергию только при скорости ветра 10 м/с и больше.

• ротор Дарье (Darrieus). Применяются разве что как анемоскопы, так как малоэффективные.

Сейчас широкое применение получили ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения (крыльчатые), благодаря тому, что у них коэффициент использования энергии ветрового потока (КИЭВ) легко достигает 30% и больше, а у ветрогенераторов с вертикальной осью вращения КИЭВ составляет около 20%. 

Система бытового энергоснабжения с использованием ветрогенератора похожа на систему с солнечными модулями, в одной системе могут использоваться как ветрогенераторы, так и солнечные модули.

От высоты мачты и диаметра ротора зависит количество выработанной энергии следующим образом: на каждые 10 метров подъёма ветряка добавляется 1 м/с скорости ветра. Чем выше мачта, тем больше вероятность того, что он будет работать максимально эффективно. И та же ситуация с ротором: чем больше диаметр, тем больше выработка энергии.

Значения силы ветрового потока для работы ветряка:

1. Скорость ветра для начала вращения лопастей, при котором мощности нет вообще – от 1,5 м/с.
2. Минимальная скорость ветра при которой уже начинается генерация мощности – 3 м/с.

3. Номинальная скорость ветра (для ветрогенераторов украинского производства) – 7-9 м/с.

4. Максимальная скорость ветра, при которой ветрогенератор украинского производства сохраняет свою работоспособность– 52 м/с (200 км/час), что свидетельствует о высоком качестве сборки установки и прочности материалов изготовления.

Применение и рекомендации по месту установки ветрогенератора

Ветрогенераторы характеризуются широким применением на объектах различного назначения: частные дома и домохозяйства, предприятия, отдельные сооружения, которые требуют автономного энергоснабжения.

Их устанавливают на открытых, желательно возвышенных территориях, где есть хороший ветровой потенциал: поле, горы (холмы), остров и даже мелководье.

Ветрогенераторы могут устанавливаться как по одиночке так и группами, объединяясь в ветропарк для энергоснабжения масштабных предприятий.

Чаще всего ветряные электростанции применяются для энергоснабжения автономных зданий, где отсутствует подключение к городской электросети.

Совет

Маломощные ветряки используются на охотничьих угодьях, рыбацких станах, на дачных участках для пчеловодов, на автономных светильниках для освещения дорог.

Учитывайте, что во время работы ветряная установка может издавать небольшой шум, поэтому желательно сооружать её не под самыми окнами жилого дома. Так как этот звук не громкий, то к нему легко привыкнуть. И, кстати, домашним животным, у которых слух намного чувствительнее, чем у человека, он тоже не мешает.

В настоящее время применение ветрогенераторов как альтернативы центральному энергоснабжению нерентабельно из-за большой стоимости оборудования, но, в то же время, возможно использование ветрогенераторов в местах, где отсутствует централизованное энергоснабжение или присутствуют частые перебои. Период окупаемости – 25 лет.

Также существует техническая возможность исполнения генератора выдающего переменный ток, который можно использовать для прямого питания потребителей, которые не требуют бесперебойного питания, к примеру, насос для осушения какой-нибудь территории.

В Украине на всей территории возможно использование ветрогенераторов с той или иной степенью эффективности. Наиболее выгодно, с точки зрения ветрового потенциала, размещать ветрогенераторы в Крыму и Закарпатье.

Кинетический ветрогенератор: используем энергию воздушных потоков

Что потребителям мешает пойти чуть дальше отделения стеклянных бутылок от пластиковых и сдачи использованных батареек перед входом в супермаркет и сделать первый шаг к биоэкономике, то есть экономике, при которой приоритет отдается производству экологичной продукции?

Без электроэнергии жизнь современного человека представить уже нельзя. Вот только стоимость ее неуклонно возрастает, поэтому все больший интерес вызывают так называемые альтернативные источники энергии. К их числу относятся кинетические ветрогенераторы – достаточно простые устройства, позволяющие без особых хлопот получать электроэнергию для бытовых и даже для промышленных нужд.

Принцип работы ветрогенератора предельно прост. Вращающиеся лопасти передают кинетическую энергию ветра на роторогенератор, который, в свою очередь, преобразует ее в электроэнергию. Таким образом, можно получить только нестабильный переменный ток. Он направляется к контроллеру, где происходит еще одно преобразование. Далее ток уже постоянного напряжения поступает в аккумуляторы.

Батареи накапливают заряд, который при необходимости может расходоваться потребителем. Но перед этим постоянный ток вновь преобразуется в переменный со стабильным напряжением, для чего используется инвертор одной из возможных разновидностей.

Для трехфазных сетей устанавливают инвертор трехфазного напряжения.

Обратите внимание

Если электричество предназначено для не слишком чувствительной техники, например ТЭНов или ламп накаливания, может использоваться прибор, выдающий модифицированную синусоиду.

Для чувствительного оборудования монтируют установки, вырабатывающие только чистую синусоиду. Если подача электроэнергии осуществляется непосредственно в сеть, ставятся специальные сетевые инверторы.

Ветрогенераторы комплектуются датчиками, отслеживающими направление воздушных потоков, что помогает устройству эффективно работать. Помимо этого присутствуют автоматические переключатели, которые координируют совместную работу ветрогенератора и других источников энергии.

Производители выпускают широкий ассортимент ветровых установок, значительно разнящихся по конструкции и назначению.

Ветряные турбины для промышленных целей представляют собой мощнейшие устройства, выдающие десятки мегаватт энергии. Для бытовых целей используют агрегаты минимальной мощности.

Они могут устанавливаться непосредственно на территории домовладения. Причем для мачт высотой не больше 25 м специальное разрешение на установку не требуется.

Конструктивно все ветряки можно поделить на две группы. К первой относятся горизонтальные установки, которые еще называют крыльчатыми или пропеллерными. Они представляют собой несколько лопастей, обычно их от трех до пяти, установленных на горизонтально ориентированную ось.

При вращении такие конструкции позволяют получить максимально возможную отдачу энергии. Правда, многое зависит от высоты установки генератора.

Чем выше установлены лопасти, тем эффективнее работает устройство. Именно такие ветряки используются для промышленных целей. В быту они тоже хорошо себя зарекомендовали.

Важно

Особенно эффективно использование пропеллерных ветряков на равнинах, где часто дуют сильные ветры.

Ветровые генераторы вертикального типа имеют несколько разновидностей. Классический вариант отличается меньшей, чем крыльчатый, эффективностью. Зато может стабильно работать на турбулентных воздушных потоках. Поэтому устанавливается там, где почти никогда не бывает сильного ветра.

Повысить результативность классического вертикального ветряка можно только за счет увеличения его размеров. Это делает оборудование более уязвимым для природных явлений и значительно увеличивает его стоимость. Максимально эффективной из всех вертикальных конструкций признан ротор Дарье.

Его результативность почти аналогична пропеллерным моделям.

Еще одно важное достоинство – минимальный шум при работе. Однако есть и значимый недостаток, которым считается весьма низкий стартовый момент.

Такой генератор практически не способен самостоятельно начать работу. Этого недостатка лишены своеобразные гибриды классического вертикального ветряка и ротора Дарье, которые используются наиболее широко.

Еще один тип ветрогенератора – парусная установка. Она может быть ориентирована как вертикально, так и горизонтально. Основная отличительная особенность – наличие так называемого ветрового колеса, оснащенного большим количеством широких лопастей или парусов.

Это самая тихоходная из всех модификаций ветрогенератора, эффективность ее тоже невелика. Тем не менее, она широко используется в домашнем хозяйстве. Ее крайне просто собрать и эксплуатировать.

Кроме того, конструкция обладает удачным сочетанием низких оборотов и высокого крутящего момента.

Совет

Это позволяет ей не только вырабатывать энергию, но и напрямую вращать различные механизмы, к примеру, приводить в движение насос.

Ветрогенератор способен обеспечить электроэнергией любое домовладение, важно только правильно выбрать мощность оборудования и грамотно его разместить. Нужно знать, что мощность, которую выдает генератор, пропорциональна увеличенной в три раза скорости ветра.

Таким образом, в местностях со слабыми воздушными потоками установка даже мощного ветряка будет, скорее всего, мало целесообразна. Но если поставить его в составе комбинированной схемы вместе с солнечной батареей, например, получится вполне работоспособный вариант. Поэтому решение об установке такой конструкции стоит принимать с учетом рекомендаций специалистов. опубликовано econet.

ru  Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet

Что такое ветрогенератор

В этой статье мы постараемся дать ответ на вопрос читателям портала alter220.ru- что же такое ветрогенератор,  в чем заключается его работа и отличия.

Ветрогенератор – это техническое устройство, посредством которого кинетическая энергия ветра преобразуется в электрическую энергию, для использования потребителями.

Принцип действия

В соответствии с нижеприведенной схемой, принцип работы ветрового генератора можно описать следующим образом:

• под воздействием воздушных потоков (№1 на схеме), ротор «А» и лопасти «В», закрепленные на нем, приводятся во вращательное движение;
• вращательное движение (№2 на схеме) ротора «А» передается на ведущую ось «С» и редуктор «D» (коробка передач);
• с редуктора «D», вращательное движение передается на электрический генератор «G», в обмотках которого, вырабатывается электрический ток.

Виды устройств

Ветрогенераторы различаются по конструкции, способу установки и монтажа, и у каждого вида есть свои достоинства и недостатки, они бывают:

С горизонтальной осью вращения

Ось ротора и ведущая ось расположены параллельно поверхности земли.

Бывают однолопастные (№1), двухлопастные (№2), трехлопастные (№3) и многолопастные (№4), с количеством до 50 штук.

Достоинства данного вида:

Недостатки:

• Необходимость в ориентации по направлению воздушных потоков;
• Необходимость монтажа высокой конструкции для установки устройства, причем, чем выше мощность агрегата, тем выше должна быть конструкция (мачта);
• Необходимость устройства фундамента для монтажа мачты, что приводит к удорожанию монтажных работ;
• Высокий уровень шума в процессе эксплуатации;
• Потенциальная опасность для птиц и иных летающих организмов.

С вертикальной осью вращения

Ось вращения расположена вертикально по отношению к поверхности земли.

Данный вид устройств можно разбить на несколько групп, это:

• С ротором Савоуниса.

Данная конструкция состоит из нескольких полуцилиндров. При этом ось постоянно вращается, вне зависимости от потоков ветра и их интенсивности.

Достоинства конструкции:

• Высокая технологичность конструкции;
• Значительный пусковой крутящий момент;
• Способность работать при малых воздушных потоках.

Недостатки:

• Низкая эффективность работы лопастей;
• Значительная потребность в материалах при изготовлении.

С ротором Дарье

В данной конструкции, на оси вращения закреплены несколько лопастей, представляющих из себя плоскую полосу. На схеме приведены следующие виды данного типа устройств:

1 – классический вариант ротора Дарье.

2 – ротор Дарье тина Н (ортогональным ротором).

3 – винтообразный ротор Дарье (с гелиокоидным ротором).

Достоинства конструкции:

• Нет необходимости в ориентации на воздушные потоки;
• Простота изготовления лопастей;
• Простота и удобный способ обслуживания.

Недостатки:

• Низкий КПД установок;
• Непродолжительные межремонтные циклы опорных узлов и элементов конструкции;
• Имеют слабую способность к самозапуску, при наличии двух лопастей, при равномерных потоках ветра.

С геликоидный ротором

Является модификацией устройств с ротором Дарье. На выше приведенной схеме — №3.

Достоинства конструкции:

• Более продолжительные сроки эксплуатации, в сравнении с классическим вариантом ротора Дарье;
• Менее значительная нагрузка на опорные узлы и механизмы.

Недостатки:

• Более высокая стоимость в сравнении с классическим вариантом;
• Более трудоемкий и сложный процесс изготовления лопастей.

С многолопастным ротором

Является модификацией устройств с ротором Савоуниса. В данной конструкции присутствуют два ряда лопастей. Первый ряд — неподвижный, он захватывает воздушный поток и сжимает его, в связи с чем скорость воздушного потока увеличивается. После этого поток воздуха поступает на второй ряд, работающий по принципу ротора Савоуниса.

Достоинства конструкции:

• Высокая эффективность в работе;
• Способность работать при малых потоках ветра.

Недостатки:

С ортогональным ротором

Данная конструкция является основой выше приведенных — ось вращения располагается вертикально, к ней прикреплены несколько лопастей, расположенных параллельно оси и удаленных от нее на определенное расстояние.

На выше приведенной схеме это №2 – ротор Дарье тина Н.

Достоинствами конструкции:

• Отсутствие механизмов ориентации по ветровым потокам;
• Простота в эксплуатации и обслуживании.

Недостатки:

• Непродолжительные межремонтные циклы опорных узлов и элементов конструкции.

Работающие на водяных каплях

Эта конструкция еще промышленно не производится. В ее состав входит металлическая рама, внутри контура которой, горизонтально размещены изолированные трубки. В каждой трубке имеются специальные сопла и электроды. Принцип действия основан на генерировании и накоплении энергии с помощью капель воды, которые выходят из специальных сопел.

Капли воды положительно заряжены, и под воздействием ветровых потоков они сносятся к положительно заряженным электродам. Это приводит к увеличению потенциальной энергии положительно заряженной капли. Электроэнергия получается, когда капли воды попадают на положительно заряженный электрод.

Ветрогенератор – парус

Генератор данного типа внешне напоминает спутниковую антенну. Для монтажа используется мачта, как и в случае с ветряками, имеющими горизонтальную ось вращения. А также эти конструкции похожи и по ориентации в воздушных потоках – используется хвостовик, благодаря чему «тарелка», постоянно находится в плоскости перпендикулярной направлению ветра.

«Парус» закреплен и растянут на круглой раме и под воздействием ветра совершает колебательные движения.

Эти движения, посредством системы тяг, передаются на поршни гидравлической системы, в которой механическая энергия колебаний преобразуется в давление жидкости.

Гидравлическое давление жидкости преобразуется во вращательное движение привода, к которому подсоединен электрический генератор, вырабатывающий электрически ток.

Достоинствами конструкции являются:

• Способность работать при малой скорости ветра;
• Малый вес конструкции;
• Ремонтопригодность и простота обслуживания;
• Экологическая безопасность устройств;
• Простота монтажа

Недостатки:

• При использовании на территориях, где сильные ветра, основные преимущества пред прочими конструкциями, теряют свою актуальность.

Как выбрать ветровой генератор

Для того чтобы выбрать ветрогенератор необходимо:

1. Рассчитать установленную мощность электрических приборов, которые планируется подключить к данному источнику энергии.
2. Исходя из полученных значений мощности и среднегодовой скорости ветра, в регионе установки агрегата, определяется мощность генератора. Мощность следует взять с учетом коэффициента запаса, в расчете на рост нагрузок и дабы не перегружать устройство, во время пиковых нагрузок.
3. Следует учитывать особенности климата в месте монтажа устройства, т. к. осадки негативно влияют на производительность генератора. Учесть климатические особенности места проживания.
4. Определить КПД установки – это один из важнейших показателей.
5. Узнать показатели работы генератора в отношении шума, производимого в процессе работы.
6. Провести сравнительный анализ различных типов генераторов по всем характеристикам и параметрам.
7. Ознакомиться с отзывами пользователей подобных установок.
8. Сделать анализ отечественных и зарубежных производителей, изучить отзывы об этих предприятиях.

Популярные модели и марки

В настоящее время ветровые генераторы выпускают как отечественные производители, так и зарубежные.

Среди отечественных моделей наибольшим спросом пользуются:

• EnergyWind, с горизонтальной осью вращения, мощность от 1,0 до 10,0 кВт.

Среди зарубежных моделей, широко распространены ветровые генераторы:

• Zonhan Windpower Co, Ltd (Китай), с горизонтальной осью вращения, мощностью от 0,3 до 5,0 кВт;
• Bekar Europe GmbH (Германия), с вертикальной осью вращения, мощностью от 0,5 до 60,0 кВт.

Средние цены

Стоимость ветряных генераторов зависит от конструкции, мощности, страны и фирмы производителя.

Стоимость рассмотренных выше моделей составляет:

• EnergyWind, в зависимости от мощности (от 1,0 до 10,0 кВт), составляет от 68000,00 до 650000,00 рублей, соответственно.
• Exmork от копании Zonhan Windpower Co, Ltd (Китай), в зависимости от мощности (от 0,3 до 5,0 кВт), составляет от 30000,00 до 260000,00 рублей, соответственно.
• Bekar, в зависимости от мощности (от 0,5 до 60,0 кВт), составляет от 43000,00 рублей.

Плюсы и минусы

К достоинствам использования энергии ветра, а соответственно и ветровых генераторов, относятся следующие:

• Энергия ветра – это возобновляемая энергия, обладающая неисчерпаемостью ресурсов;
• Экологичность энергетического ресурса и процесса производства электрической энергии;
• Способность быстрого выполнения монтажа установок и обеспечения потребителей электрической энергией;

К недостаткам можно отнести следующие:

• КПД установок зависит от времени года, погодных условий и региона монтажа агрегата;
• Высокий уровень шума при работе агрегатов;
• Опасность для пернатых обитателей региона, где установлен ветровой генератор;
• При промышленном производстве электрической энергии, при использовании ветровых генераторов, требуются значительные площади земли.

Развитие ветроэнергетики

В связи с возрастающей потребностью в энергоресурсах, а также с уменьшением запасов обычных энергоносителей, развитие зеленой энергетики, становится все более актуальным.

Ученые и инженеры разных стран разрабатывают новые модели ветроустановок, с целью увеличения доли положительных свойств агрегатов и минимизирования отрицательных.

Такими примерами могут служить плавающие и парящие ветрогенераторы. Плавающие устанавливаются далеко от берега и занимают земельные участки, их работа является наиболее эффективной благодаря постоянству морских ветров. Эффективны и парящие генераторы, т. к., чем выше он поднят над поверхностью земли, тем больше скорость ветра.

Обратите внимание

Доля электрической энергии, производимой ветряными электростанциями, постоянно растет. Это происходит как в нашей стране, а так и во всех, технически развитых странах.

В России, в перспективе, планируется что доля вырабатываемой электрической энергии ветровыми электростанциями, составит около 30%, от всего производства электроэнергии в стране.