Generator eolian cinetic: dispozitiv, principiu de funcționare, aplicație

Un generator eolian cinetic modern vă permite să profitați de puterea curenților de aer, transformându-l în energie electrică.În acest scop, există modele de dispozitive fabricate în fabrică și în casă, care sunt utilizate atât în ​​industrie, cât și în gospodăriile private.

Vă vom spune cum sunt proiectate turbinele eoliene de acest tip și vă vom prezenta caracteristicile dispozitivului și opțiunile de proiectare. Articolul pe care l-am propus arată punctele forte și punctele slabe ale unei centrale eoliene. Oamenii care se fac singuri vor găsi aici diagrame utile și recomandări de asamblare.

Principiul de funcționare al generatorului eolian

Funcționarea unui generator eolian se bazează pe transformarea energiei cinetice a vântului în energia mecanică a rotorului, care este apoi transformată în energie electrică.

Principiul de funcționare este destul de simplu: rotirea lamelor fixate pe axa dispozitivului duce la mișcări circulare ale generatorului rotorului, generând astfel energie electrică.

Energia eoliană este unul dintre cele mai promițătoare sectoare de energie regenerabilă. Design-urile moderne fac posibilă valorificarea eficientă a puterii curenților de aer, folosindu-l pentru a genera electricitate

Curentul alternativ instabil rezultat „se scurge” în controler, unde este transformat în tensiune continuă care poate încărca bateriile. De acolo, puterea este furnizată invertorului, unde este transformată într-o tensiune alternativă cu un indicator de 220/380 V, care este furnizată consumatorilor.

Puterea unui generator eolian depinde direct de puterea debitului de aer (N), calculată după formula N=pSV³/2, unde V este viteza vântului, S este aria de lucru, p este densitatea aerului.

Dispozitiv generator eolian

Diverse versiuni de generatoare eoliene diferă semnificativ unele de altele.

Diagrama de mai jos prezintă structura internă a unui generator eolian orizontal clasic. Astfel de modele sunt cel mai des folosite atât în ​​industrie, cât și în viața de zi cu zi.

Dispozitivele industriale sunt o structură complexă multimetru, a cărei instalare necesită o fundație, în timp ce un model de uz casnic poate consta dintr-un minim de componente (motor electric DC 3-12V, condensator electric 1000 uF 6V, diodă redresoare de siliciu).

O instalare tipică include următoarele componente:

• generator de curent alternativ (puterea depinde de viteza fluxurilor vântului);
• lamele care transmit rotația arborelui generatorului (deseori sunt echipate suplimentar cu cutii de viteze și stabilizatoare de viteză a rotorului);
• catargul morii de vânt de care sunt atașate paletele (cu cât aceste elemente sunt mai înalte, cu atât pot primi mai multă energie eoliană);
• baterii care stochează energie, permițându-i să fie folosită atunci când vântul este puțin sau deloc. Bateria îndeplinește și funcția de stabilizare a energiei electrice furnizate de la generator;
• controler - convertor al tensiunii alternative primite de la generator în tensiune continuă, care este utilizat pentru încărcarea bateriei. Controlerul este controlat prin rotirea lamelor, ceea ce vă permite să țineți cont de unde se mișcă fluxurile de aer;
• AVR este un dispozitiv de comutare automată care conectează generatorul eolian cu alte surse de energie (panouri solare, rețea electrică);
• senzor de direcție a vântului - un dispozitiv care facilitează descoperirea debitului vântului de către pale;
• un invertor pentru transformarea curentului continuu din baterii în tensiune alternativă, care este utilizat în comunicațiile electrice.

Pentru a răspunde mai bine nevoilor utilizatorilor, dispozitivul poate fi echipat cu diferite tipuri de invertoare:

• dispozitive cu o undă sinusoidală modificată prin invertor care produce o undă sinusoidală pătrată. Dispozitivele de acest tip sunt potrivite pentru elemente de încălzire, lămpi cu incandescență și alte dispozitive care nu necesită calitatea rețelei;
• invertoare de tensiune trifazate destinate rețelelor electrice trifazate;
• unități cu undă sinusoidală pură care produc energie pentru echipamente mai sensibile;
• invertoare de rețea care pot funcționa fără baterii. Astfel de dispozitive sunt proiectate pentru circuite care implică energie electrică care intră direct în rețeaua generală.

Atunci când alegeți modele, asigurați-vă că acordați atenție tipului de invertor.

Tipuri de generatoare eoliene

La clasificarea turbinelor eoliene pot fi luate în considerare următoarele caracteristici:

• programare;
• caracteristici de proiectare;
• numărul de lame;
• materialele din care sunt realizate;
• axa de rotație;
• pasul elicei.

Să aruncăm o privire mai atentă la cele două clasificări cele mai frecvent utilizate.

Clasificarea generatoarelor eoliene după scop

Există tipuri de turbine eoliene care diferă ca scop. Principalele caracteristici ale dispozitivelor, de exemplu, puterea, depind de aceasta.

Turbine eoliene industriale

Astfel de dispozitive sunt instalate de marile companii energetice sau de stat pentru a furniza energie electrică instalațiilor industriale.Turbinele, cu o capacitate de zeci de megawați, sunt de obicei amplasate în zone eoliene (dealuri deschise, coaste).

Parcurile eoliene, unde sunt instalate zeci de turbine eoliene, sunt situate nu numai pe uscat, ci și în ape puțin adânci. Electricitatea rezultată este de obicei folosită în scopuri industriale

Electricitatea generată, de regulă, intră direct în rețea, în timp ce pentru stabilitatea și reglarea vitezei de rotație a palelor, turbinele eoliene sunt echipate cu mecanisme suplimentare.

Generatoare eoliene comerciale

Astfel de instalații sunt utilizate pentru a genera energie electrică pentru vânzare sau pentru a furniza energie electrică pentru producția în regiunile cu o rețea electrică de mică putere (sau fără rețea electrică). Astfel de centrale eoliene constau dintr-un grup de generatoare electrice, care pot avea capacități diferite.

Energia din instalațiile comerciale poate fi alimentată direct în utilitățile electrice sau utilizată pentru a încărca o gamă largă de baterii, unde este stocată și convertită pentru a alimenta rețeaua.

Dispozitive eoliene de uz casnic

Unitățile de putere mică sunt folosite pentru uz privat. Conform regulilor, turbinele eoliene cu catarge mai mici de 25 de metri înălțime pot fi instalate de către proprietarii de teren fără aprobarea autorităților; pentru catarge mai înalte, trebuie obținută autorizație specială.

Morile de vânt de putere mică și medie pot servi ca sursă de energie electrică pentru cabane, case de țară și ferme.

Generatoarele eoliene de uz casnic sunt potrivite pentru încărcarea bateriilor cu o tensiune de 12/24/48V, energia din care se transformă într-o tensiune de 220 Volți.Astfel de dispozitive fac posibilă rezolvarea completă sau parțială a problemei alimentării cu energie a obiectelor mici care sunt situate departe de rețeaua electrică centralizată.

Cu linii directoare pentru alegerea unui generator eolian pentru a furniza energie unei case private Citește articoluldedicat acestui subiect interesant.

Tipuri de modele de turbine eoliene

Pe baza caracteristicilor lor de design, dispozitivele pot fi, de asemenea, împărțite într-un număr de categorii, deși toate soiurile se rezumă la două tipuri principale: vertical și orizontală.

Turbine eoliene orizontale clasice

Astfel de instalații (se mai numesc și elice sau aripă) au de obicei 3-5 pale montate pe o axă orizontală. Rotindu-se cu viteză mare, astfel de elemente vă permit să obțineți cantitatea maximă de energie (KIEV până la 0,4).

Mai mult, cantitatea de energie electrică generată depinde în mare măsură de înălțimea dispozitivului (cu cât este mai mare, cu atât rezultatul este mai mare).

O turbină eoliană orizontală folosește portanța, care apare atunci când presiunea crește în punctul în care fluxul direct de aer trece prin pale și este reflectat de aceste elemente.

Aceste dispozitive sunt instalate de obicei în parcuri eoliene unde se generează energie pentru uz industrial și comercial, dar sunt potrivite și pentru uz casnic.

O soluție interesantă pentru o moară de vânt orizontală este un model cu o singură lamă; următoarea selecție de fotografii vă va familiariza cu caracteristicile sale:

Turbine eoliene verticale

Elementul de operare al unor astfel de instalații este o roată eoliană rotativă. Datorită caracteristicilor lor de proiectare, astfel de structuri diferă în funcție de tip („Barrel”, „Savonius”).

Următoarea selecție de fotografii vă va introduce în principiul turbinei generatoare verticale Savonius:

În ciuda indicelui KIEV scăzut (0,1-0,2), acestea sunt utilizate pe scară largă: instalațiile verticale funcționează pe fluxuri de aer turbulente, astfel încât pot fi amplasate chiar și în zonele în care vântul puternic sufla rar.

Funcționarea generatoarelor eoliene verticale nu depinde de direcția vântului. Sunt ușor de instalat și operat, iar astfel de dispozitive pot fi instalate aproape de sol

Pentru a îmbunătăți eficiența turbinelor eoliene verticale, producătorii își măresc adesea parametrii dimensionali, ceea ce duce la o creștere semnificativă a costurilor. Deoarece astfel de instalații sunt destul de fragile, necesită o protecție sporită împotriva uraganelor și a altor fenomene naturale.

Generatoare eoliene "Rotor Daria"

Astfel de dispozitive aparțin categoriei turbinelor eoliene verticale, dar au diferențe pronunțate în design. Datorită unor astfel de caracteristici, se realizează reducerea zgomotului și crește și KIEV, ceea ce se apropie de performanța modelelor orizontale.

O turbină de joasă presiune cu o axă de rotație perpendiculară pe aer, propusă în 1931 de designerul francez de aeronave Georges Darrieus, și-a găsit o largă aplicație în energia eoliană.

Dezavantajul unor astfel de modele este cuplul de pornire scăzut (din cauza prezenței a doar două lame, este dificil ca dispozitivul să pornească singur). Pentru a rezolva problema, hibridul „Savonius + Darier” este adesea folosit.

Instalatii eoliene de navigatie

Pentru astfel de instalații se poate folosi principiul construirii atât a turbinelor eoliene verticale, cât și orizontale. Caracteristica principală de design este o roată de vânt acoperită cu multe pale sau pânze, în timp ce astfel de modele nu au un profil aerodinamic.

Există multe modele de generatoare eoliene cu vele, care diferă în funcție de numărul de pale, greutate și putere. Toți acești parametri trebuie luați în considerare atunci când alegeți un dispozitiv

În ciuda faptului că instalațiile de navigație se caracterizează prin viteză scăzută și eficiență scăzută, acestea sunt adesea folosite în economia națională.Astfel de modele sunt ușor de instalat și de operat, iar combinația de cuplu mare și viteză mică vă permite să conduceți direct diverse mecanisme utile, de exemplu, o pompă pentru pomparea apei.

Următoarea galerie vă va prezenta unul dintre modelele de turbine eoliene cu vele implementate în practică:

Generator pentru turbina eoliana

Turbinele eoliene necesită generatoare convenționale trifazate pentru a funcționa. Designul unor astfel de dispozitive este similar cu modelele utilizate pe mașini, dar are parametri mai mari.

Instrumentele turbinelor eoliene au o înfășurare a statorului trifazat (conexiune în stea), din care ies trei fire și merg la controler, unde tensiunea alternativă este convertită în tensiune continuă.

Rotorul generatorului pentru o turbină eoliană este realizat din magneți de neodim: în astfel de modele este nepotrivit să se utilizeze excitația electrică, deoarece bobina consumă multă energie.

Un multiplicator este adesea folosit pentru a crește cifra de afaceri.Acest dispozitiv vă permite să creșteți puterea generatorului existent sau să utilizați un dispozitiv mai mic, ceea ce reduce costul de instalare.

Multiplicatorii sunt mai des folosiți în generatoarele eoliene verticale, în care procesul de rotire a roții eoliene este mai lent. Pentru dispozitivele orizontale cu viteze mari de rotație a lamei, nu sunt necesari multiplicatori, ceea ce simplifică și reduce costul proiectării.

Specificații de asamblare și instalare a generatoarelor eoliene de la mașina de spălat și turbine eoliene de la un generator auto este descrisă în detaliu în articolele pe care le recomandăm.

Avantaje și dezavantaje ale unui generator eolian

Să luăm în considerare în detaliu avantajele și dezavantajele turbinelor eoliene, deoarece decizia de a cumpăra o turbină eoliană sau de a o abandona depinde de acestea.

Avantajele dispozitivelor eoliene

Avantajele dispozitivelor care folosesc energia eoliană includ:

• Prietenia mediului. Instalațiile folosesc o sursă de energie regenerabilă care poate fi utilizată în mod continuu fără a provoca daune mediului. Electricitatea generată de generatoarele eoliene înlocuiește energia centralelor termice, reducând emisiile de gaze cu efect de seră.
• Versatilitate. Centralele eoliene pot fi construite aproape peste tot: pe câmpie, pe munte, pe câmpuri, pe insule și chiar în ape puțin adânci. Energia eoliană este deosebit de valoroasă în locuri îndepărtate, unde este dificil să se extindă comunicațiile electrice convenționale. Generatoarele eoliene în acest caz fac posibilă stabilirea unei surse de energie pentru obiecte, asigurând independența acesteia față de factori aleatori (de exemplu, combustibilul nu este livrat la timp).
• Eficiența utilizării. Modelele moderne procesează energia chiar și a vântului slab - limita minimă este de 3,5 m/s.În acest fel, este posibilă furnizarea de energie electrică suplimentară rețelei centralizate, precum și organizarea alimentării cu energie a obiectelor individuale (insulare sau locale), indiferent de puterea acestora.
• O alternativă demnă la sursele tradiționale. Centralele eoliene staționare pot furniza complet energie electrică unei clădiri rezidențiale sau chiar unei mici instalații industriale. În acest caz, turbina va acumula necesarul de energie electrică în baterii, destinate utilizării în perioadele de calm.
• Economic. În comparație cu sursele tradiționale de energie electrică (gaz, turbă, cărbune, petrol), turbinele pentru biciclete pot reduce semnificativ costurile cu energia. În multe cazuri, construirea unui parc eolian este mai ieftină decât conectarea la sistemele de alimentare existente.

Utilizarea turbinelor eoliene poate fi o alternativă la utilizarea generatoarelor diesel scumpe, reducând în continuare costurile de transport și depozitare a combustibilului cu până la 80%.

Puterea medie a unei turbine eoliene diferă de câteva ori de sarcina de vârf. Un generator eolian este responsabil doar pentru cantitatea de energie produsă într-o anumită perioadă de timp la viteza medie lunară a vântului caracteristică unei anumite zone.

Pentru o evaluare mai precisă a resurselor eoliene, puteți utiliza date special derivate (parametrii Weibull). Acești indicatori reflectă distribuția vântului de diferite forțe caracteristice unei anumite zone. Este important să se țină cont de astfel de informații atunci când se dezvoltă proiecte de parcuri eoliene cu o capacitate de zeci de MW.

Puterea generată de o turbină eoliană este proporțională cu triplul vitezei vântului.În consecință, acest indicator este foarte mic atunci când debitele vântului sunt slabe, dar atunci când se intensifică, crește brusc. Datorită variabilității direcției și vitezei vântului, componentele de stabilizare trebuie incluse în proiectarea unei turbine eoliene.

Reguli și formule pentru calcularea puterii generatoarelor eoliene sunt date aici, vă recomandăm să vă familiarizați cu informațiile foarte utile.

În sistemele autonome mici, funcția lor este îndeplinită de baterii, a căror încărcare începe să crească de îndată ce puterea generatorului eolian depășește sarcina.

Pe măsură ce sarcina crește, bateria se poate descărca. Este important să țineți cont de această caracteristică atunci când alegeți o unitate de uz casnic; puterea acesteia trebuie să corespundă ratei de consum lunar sau anual de energie electrică.

Trebuie remarcat faptul că utilizarea eficientă a fluxurilor eoliene este facilitată de o varietate de modele de generatoare eoliene.

Turbinele orizontale funcționează bine în zonele plane, unde este mult vânt, în timp ce turbinele verticale funcționează mai bine în regiunile cu debite turbulente aflate la nivel scăzut de sol (dealuri superioare, lanțuri muntoase).

Principalele dezavantaje ale turbinelor eoliene

În același timp, turbinele eoliene au și laturile lor negative:

• Mărimea forței vântului este dificil de prezis în avans, deoarece se schimbă frecvent. Din acest motiv, este recomandabil să luați în considerare o plasă de siguranță prin furnizarea unei surse de energie de rezervă (panouri solare, conexiune la rețeaua electrică).
• Dispozitivele verticale sunt expuse riscului de distrugere a palelor elicei din cauza efectelor forțelor centrifuge atunci când palele se rotesc în jurul axei principale. Ca urmare a acestui efect, elementele structurale importante devin deformate și distruse în timp, iar mecanismul eșuează.
• Este mai bine să instalați turbine eoliene în spațiul liber, deoarece clădirile din apropiere pot „atenua” vântul, formând o zonă de aer „moartă”.
• Pentru a economisi energie în exces de la turbinele eoliene, este necesar să se includă în proiectare utilizarea bateriilor și a altor dispozitive suplimentare care servesc la transformarea energiei electrice generate în curent cu caracteristici adecvate de consumator.
• Când funcționează, generatoarele eoliene produc zgomot care poate provoca disconfort oamenilor și sperie animalele. Lamele instalațiilor pot provoca și moartea păsărilor care zboară spre ele.
• Potrivit unor experți, turbinele eoliene pot degrada recepția emisiunilor de radio și televiziune.

Aspectele negative pot include și costul destul de ridicat al unor astfel de unități, cu toate acestea, costul scăzut al sursei de energie compensează în mare măsură acest factor.

Scheme și metode de conectare

Deși o turbină eoliană poate funcționa autonom, se pot obține rezultate mult mai bune folosind scheme combinate care combină o turbină eoliană cu panouri solare, o rețea electrică centralizată, surse de energie diesel sau gaz.

Funcționare autonomă. În acest caz, se instalează o singură instalație, cu ajutorul căreia se captează și se acumulează energia eoliană, care este apoi transformată în curentul electric necesar consumatorilor.

Diagrama arată cel mai simplu mod de a utiliza un generator eolian, care este recomandabil să fie utilizat în regiunile în care vântul puternic bat în mod constant

Combinarea unui generator eolian cu panouri solare. Opțiunea combinată este considerată o metodă fiabilă și eficientă de alimentare cu energie. Dacă nu bate vânt, bateria pornește panouri solare, iar pe vreme înnorată și în timpul nopții, încărcarea are loc de la o turbină eoliană.

O opțiune ideală pentru o casă privată sau o fermă situată departe de o rețea electrică centralizată. Această schemă combinată permite utilizarea a două tipuri de energie regenerabilă

Funcționarea combinată a unui generator eolian și a rețelei electrice. O turbină eoliană poate fi combinată cu comunicații electrice.

Acest aranjament este tipic pentru dispozitivele industriale și comerciale. Conexiunea la comunicațiile electrice este, de asemenea, prevăzută pentru unele modele de generatoare eoliene de uz casnic

Dacă există un exces de energie electrică produsă, aceasta merge în rețeaua centralizată, iar dacă există o lipsă, este posibilă utilizarea curentului electric din sistemul energetic general.

Nuanțe de utilizare a generatoarelor eoliene

În prezent, turbinele eoliene sunt utilizate în diverse sectoare ale economiei naționale. Modelele industriale cu capacități diferite sunt utilizate de petrol și gaze, companii de telecomunicații, stații de foraj și de explorare geologică, unități de producție și agenții guvernamentale.

Turbina eoliană poate fi folosită ca sursă suplimentară de energie în spitale și alte instituții pentru a asigura alimentarea continuă cu energie în situații de urgență

Deosebit de remarcată este importanța utilizării turbinelor eoliene pentru restabilirea promptă a energiei electrice deteriorate în timpul cataclismelor și dezastrelor naturale. În acest scop, generatoarele eoliene sunt adesea folosite de unitățile Ministerului Situațiilor de Urgență.

Turbinele eoliene de uz casnic sunt perfecte pentru organizarea iluminatului și încălzirii în comunități de cabane și case private, precum și în scopuri economice în ferme.

Există câteva puncte de luat în considerare:

• Dispozitivele de până la 1 kW pot furniza o cantitate suficientă de energie electrică numai în locuri cu vânt.De obicei, energia pe care o generează este suficientă doar pentru a alimenta iluminatul cu LED-uri și pentru a alimenta dispozitivele electronice mici.
• Pentru a furniza pe deplin electricitate unei dacha (casă la țară), veți avea nevoie de un generator eolian cu o putere de peste 1 kW. Acest indicator este suficient pentru a alimenta corpurile de iluminat, precum și un computer și un televizor, dar puterea sa nu este suficientă pentru a furniza energie electrică unui frigider modern care funcționează non-stop.
• Pentru a furniza energie unei cabane, veți avea nevoie de o turbină eoliană cu o capacitate de 3-5 kW, dar nici această cifră nu va fi suficientă pentru a încălzi casele. Pentru a utiliza această funcție, aveți nevoie de o opțiune puternică, începând de la 10 kW.

Atunci când alegeți un model, ar trebui să țineți cont de faptul că indicatorul de putere indicat pe dispozitiv este realizat doar la viteza maximă a vântului. Astfel, o instalație de 300V va produce cantitatea specificată de energie doar la o viteză a fluxului de aer de 10-12 m/s.

Pentru cei care doresc să construiască un generator eolian cu propriile mâini, oferim articolul urmator, care oferă informații utile în detaliu.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipul de mai jos oferă informații detaliate despre principiul de funcționare și designul unui model de uz casnic al unui generator eolian:

Un generator eolian este o sursă excelentă de producere a energiei electrice, care va fi apreciată în special de locuitorii din zonele îndepărtate. Diverse întreprinderi rusești și străine oferă o gamă largă de structuri eoliene; în plus, modelele de uz casnic pot fi realizate cu propriile mâini.

Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos. Spune-ne despre cum ai construit un generator eolian pe proprietatea ta sau despre cum funcționează turbina eoliană a vecinilor tăi.Pune întrebări, împărtășește informații utile și fotografii pe această temă.