Ветрогенератор что такое: Что такое ветрогенератор — простыми словами, виды, зачем он нужен, плюсы и минусы

описание, конструкция, принцип работы и изготовление своими руками

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. 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.

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

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.

Устройство и конструкция ветрогенератора, а также узлов

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. 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

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.

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. 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.

плюсы и минусы, производители устройств и необычные конструкции

Возрастающий интерес конструкторов к ветроэнергетике, стремление обеспечить автономность, независимость жилья от поставщиков ресурсов, вызвали появление множества разработок, функционально опережающих традиционные образцы. Обилие конструкций и разновидностей ветряков заставляет рассмотреть их внимательнее.

Основные виды ветрогенераторов

В первую очередь, ветрогенераторы принято разделять на вертикальные и горизонтальные. Эти группы называются так из-за расположения оси вращения крыльчатки. Горизонтальные конструкции напоминают пропеллер или вентилятор, а вертикальные по своему строению близки к карусели. Такое разделение условно, в настоящее время имеются конструкции, сочетающие в себе элементы и той, и другой группы. Есть также отдельные устройства, которые не могут быть причислены к этим категориям.

Горизонтальные конструкции, их особенности, достоинства и недостатки

Горизонтальные устройства имеют более высокую эффективность, поскольку энергия потока усваивается ими намного полнее. Все горизонтальные ветряки созданы практически по одной конструктивной схеме, есть некоторые отличия лишь в строении ротора. К недостаткам этой группы можно отнести необходимость настройки на ветер, которая хоть и производится автоматически, но требует наличия дополнительного шарнирного соединения, обеспечивающего вращение устройства вокруг вертикальной оси.

Кроме того, для горизонтальных устройств важно наличие высокой опоры — мачты, обеспечивающей оптимальный режим контакта с потоками ветра. Специфика работы требует наличия защиты от ураганного ветра, которая при увеличении силы потока отводит ротор от ветра, вследствие чего частота вращения резко падает.

Вертикальные генераторы, особенности, плюсы и минусы

Вертикальные ветрогенераторы менее эффективны вследствие наличия останавливающего воздействия потока ветра на обратные стороны лопастей. Этот недостаток практически единственный. Вертикальные конструкции не нуждаются в наведении на ветер, не требуют установки на высокие мачты, доступны для ремонта, обслуживания или самостоятельного изготовления.

Именно вертикальные конструкции обеспечивают такое разнообразие форм и моделей ротора, созданных профессиональными конструкторами и талантливыми любителями. Рассмотрим некоторые варианты конструкции вертикальных роторов:

Ротор Дарье

Отличается конфигурацией лопастей, которые расположены вертикально и по касательной к окружности вращения. Кроме того, форма лопасти имеет строение как у крыла самолета, поэтому при вращении создается подъемная сила, облегчающая движение и способствующая работе со слабыми потоками ветра.

Ветровая турбина Савониуса

Этот вид имеет две лопасти, установленные напротив друг друга. Форма лопастей напоминает желоб, при воздействии ветрового потока на обратную сторону происходит расщепление струи воздуха, которая частично уходит в сторону, а частично соскальзывает с обратной стороны одной лопасти на рабочую часть второй. Ветрогенератор Савониуса является одной из самых старых разработок, но до сих пор вполне успешно используется как в промышленных, так и в самодельных устройствах.

Выбор вертикального ветрогенератора

Для того, чтобы правильно подобрать конструкцию вертикального ветрогенератора, надо учесть размеры ротора, силу ветра в регионе, потребность в определенном количестве электроэнергии, и сопоставить эти величины. Чем больше ротор, тем он тяжелее и тем труднее ему начинать вращение. Способность начинать вращаться при слабых ветрах присуща не каждому виду вертикальных устройств, поэтому следует для больших ветряков использовать наиболее чувствительные конструкции.

Вариантов выбора много, их параметры мало отличаются друг от друга, но некоторая разница присутствует. Если рассматриваемая конструкция не способна обеспечить желаемое количество энергии, следует отказаться от нее и рассмотреть другой вариант.

Кроме указанных параметров надо помнить, что самодельное устройство во многих случаях выгоднее и надежнее, так как легче ремонтируется и не требует больших расходов, что при выборе может сыграть решающую роль.

Генераторы российского производства

Российские фирмы-производители ветряков пока не могут в полную силу конкурировать с зарубежными изготовителями. При этом, отечественные конструкторы учитывают специфику и потребности российского пользователя. Конструкции российских фирм рассчитаны на потребление в масштабах одного дома, или одной небольшой системы (освещение, водяной насос и т.д.). Такой подход позволяет создавать устройства, доступные по цене и удобные по параметрам.

Приобретение крупных образцов отечественному пользователю не по карману, а удовлетворить потребности одной усадьбы можно одним-двумя небольшими комплексами. Поэтому российские фирмы выпускают более привлекательные модели, что создает для них неплохие перспективы и повышает конкурентоспособность.

Необычные конструкции ветрогенераторов

Среди широкого ряда конструкций ветряков встречаются устройства весьма специфического вида. При этом, они полностью функциональны и выполняют свою работу на достаточно высоком уровне (для опытных или пилотных образцов). Некоторые конструкции совершенно выбиваются из общего ряда и обладают уникальными свойствами, другие намного ближе к традиционным формам. Рассмотрим их поближе:

Устройство на водяных каплях

Из необычных ветрогенераторов этот — самый необычный. Он не похож ни на одну известную конструкцию. Он даже не имеет вращающихся частей. Представляет собой раму, внутри которой расположены горизонтально трубки с водой. На поверхности трубок имеются сопла, из которых выпускаются капли воды, заряженной положительно при помощи электродов, находящихся внутри трубок. При порыве ветра капли попадают на противоположные электроды, изменяя их заряд, что вызывает возникновение электрического тока в системе.

Дизайнерский ветрогенератор revolution air

Этот ветрогенератор создан, по сути, с декоративными целями. Его свойства таковы, что пользоваться им как полноценным устройством вряд ли получится. Для запуска ему нужна скорость потока от 14 м/сек, а при минимальной цене в 2500 евро такие характеристики нельзя рассматривать как нормальные рабочие параметры. Устройство имеет оригинальный внешний вид, хотя, по сути, является переосмысленным в художественном смысле вариантом ветрогенератора ортогонального типа.

Парусный ветряк

Еще одна оригинальная конструкция ветряка, имеющего весьма широкие лопасти. Они изготовлены в виде рам, на которые натягивается плотное полотно, образующее парус. Такая конструкция способствует получению больших лопастей при малом весе.

Имеется также конструкция, где парус создает давление на систему поршней без вращения. Большая площадь позволяет эффективно использовать полученную энергию ветра, но имеется опасность выхода из строя мачты ветряка при сильном порыве. Конструкция практически не шумит, не имеет движущихся частей, что увеличивает срок службы и снижает расходы на обслуживание устройства.

Конструкция Третьякова

Ротор ветрогенератора Третьякова имеет довольно сложную конструкцию, хотя, по сути, он является разновидностью ротора с диффузором. Устройство имеет вертикальный ротор-крыльчатку. Вокруг нее располагается подвижный воздухоприемник со стабилизатором, автоматически устанавливающим конструкцию по ветру. Воздухоприемник имеет также ряд направляющих, организующих поступление потока в нужном направлении.

Воздух, попадая внутрь корпуса, обходит рабочее колесо снизу и направляется к лопаткам. Такой сложный путь потока способствует получению правильного направления струи и отсутствию противодействующего контакта с обратными сторонами лопастей. Ротор способен начинать вращение при ветре от 1,4 м/сек, что очень ценно в условиях нашей страны, не отличающейся сильными и ровными ветрами.

Летающий ветрогенератор-крыло

Идея создания такой конструкции опирается на тот факт, что на высоте потоки ветра более активны и имеют большие скорости. Разработчики используют приспособление, напоминающее гигантский воздушный змей, который поднимается на большую высоту и летает по заранее задуманной траектории, вырабатывая электрический ток. Устройство позволяет отказаться от создания высоких мачт, поднимать ветряк на большие высоты и обеспечивать максимально возможные скорости ветра.

Внимание! Большинство необычных разработок до сих пор не запущено в массовое производство. Причиной этого стали относительно невысокие показатели, которые демонстрируют конструкции, и сложности в осуществлении некоторых операций эксплуатационного характера (например, запуск ветряка-крыла).

Мощные генераторы электроэнергии

Мощные ветрогенераторы используются для выработки электроэнергии в промышленных масштабах. Их создание было необходимостью, вызванной полным отсутствием других возможностей. Созданные большие ветряки имеют большую мощность и действуют в составе ветроэнергетических станций (ВЭС).

В них входят десятки таких ветряков, обеспечивающих суммарную выработку 400-500 мВт энергии, что уже сопоставимо с возможностями ГЭС, хотя и не может перекрыть их. Размеры таких ветряков действительно огромны, размах лопастей турбины «Энеркон» составляет 126 м, а высота от земли до оси ротора — 135 м.

Такие габариты вызвали массу домыслов о вреде для здоровья человека, об опасности для пролетающих птиц и прочих небылицах. Использование этих гигантов дает возможность снабжать энергией целые регионы Германии, Дании и прочих государств, расположенных на побережье Атлантики и Балтики.

Возникающие слухи свидетельствуют лишь о неграмотности населения и не имеют ничего общего с реальной ситуацией. Эксплуатация крупных ветрогенераторов была бы попросту невозможной, если бы они имели какое-либо отрицательное воздействие на природу или человека. Европейские законы на этот счет весьма строги и не допускают исключений.

Различные виды и типы ветрогенераторов

Для начала давайте договоримся, что говоря о ветродвигателях мы имеем в виду ту часть ветро-силовой установки (ВСУ), которая преобразует энергию ветра в энергию вращательного движения. Ветродвигатель приводится в движение ветром, он напрямую или посредством какого-то передающего механизма связан с валом, вращение которого приводит в действие оборудование, выполняющее полезную работу (например, генератор или водяной насос). Часто ветродвигатель называют ротором или ветроколесом.

В этой заметке мы расскажем об основных типах ветродвигателей. Дилетанту, впервые столкнувшемуся с ветроэнергетикой не просто сделать правильный выбор из множества типов таких установок.

Компас выбора

В первую очередь, надо чётко знать, что тебе надо, какую желаемую мощность ожидаешь получить от своей установки, какие погодные условия местности и после всего переходить к детальному знакомству с тем или иным типом ветряка. А различные виды ветрогенераторов выдают совершенно разные результаты своей работы. В данной публикации вы узнаете, какие типы ветрогенераторов существуют на сегодняшний день, и вам нетрудно после знакомства с ними сделать правильный выбор.

Для скромных аппетитов подходящим выбором будет так называемый ортогональный ветрогенератор, который может подойти к применению в той местности, где бывают очень слабые дуновения ветерка. Он имеет несколько параллельных к оси лопастей, расположенных на некотором расстоянии от неё. (см. фото).

Итак, ветрогенераторы по своему виду различаются по:

количеству лопастей,
материалам, из которых изготовлены лопасти,
расположению оси вращения к поверхности земли,
шаговому признаку винта.

По числу лопастей они бывают одно-двух-трёх и многолопастные. Последние начинают своё вращение при малейшем движении воздуха, но применимы лишь для таких целей, где сам факт вращения важен, а не вырабатываемая электроэнергия. То есть, они незаменимы, скажем, при перекачке воды из глубоких колодцев.

По материалам, из чего сделаны лопасти, различают жёсткие и парусные ветрогенераторы. Парусные намного дешевле жёстких, сделанных из стеклопластика, или из металла, но в ходе эксплуатации можно замучиться ремонтировать их.

По расположению оси вращения к поверхности почвы различают горизонтальные ветрогенераторы и вертикальные. Их отличия настолько деликатны, что при разных условиях они меняются местами в своём превосходстве. С вертикальной осью ветряки сразу схватывают малейшие дуновения ветерка, не требуют флюгера, но они менее мощные, чем горизонтальные.

По шаговому признаку винта ветрогенераторы бывают с изменяемым и фиксированным шагом. Изменяемый шаг, бесспорно, даёт возможность увеличить скорость вращения, но какова конструкция! Она сложна, увеличивает вес ветряка, то есть, потребует неисчислимых лишних затрат. Куда более прост и надёжен фиксированный шаг.
Таков, вкратце, ваш компас, чтобы не заблудиться в выборе.

Нужно еще привести список некоторых терминов и сокращений, которые будут использованы в дальнейшемю

КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

Два вида, два соперника

Как уже было отмечено, в продаже пока существуют ветрогенераторы двух видов (по расположению вала вращения к поверхности земли) – горизонтальные и вертикальные. Поговорим вначале о вертикальных.

Ветросиловые установки (ВСУ) с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок.

Ротор Савониуса

На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса.

В начале октября 1924 года русские изобретатели братья Я. А. и А. А. Воронины получили советский патент на поперечную роторную турбину, в следующем году финский промышленник Сигурд Савониус организовал массовое производство подобных турбин. За нам и осталась слава изобретателя этой новинки.

Ротор Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС, это, как минимум, два полуцилиндра на вертикальной оси вращения (см. фото). И какое бы направление ветра не было, как бы резко он не изменял свои порывы, такой ветряк будет спокойно вращаться вокруг своей оси, вырабатывая энергию. Это единственное и главное преимущество вертикального ветряка перед горизонтальным.

А главный его недостаток – низкое использование ветровой энергии. Объясняется это тем, что лопасти-полуцилиндры работают только в четверть оборота, а остальную часть окружности вращения они как бы тормозят своим движением скорость вращения. Расчёты показали, что при этом используется лишь третья часть ветровой энергии.

Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».

Вертикальные ветрогенераторы с ротором Дарье

В 1931 году французский конструктор Жорж Дарье (George Darrieus) предложил свой вариант ротора, который имеет от двух и более плоских лопастей. Он еще проще, чем ВС: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Прост в изготовлении и монтаже, но с малой эффективностью — КИЭВ – до 20%.

Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию. Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.

Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре. Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.

Геликоидный ротор

Ещё один вид ветрогенератора с вертикальной осью вращения – с геликоидным ротором. Он способен равномерно вращаться благодаря закрутке лопастей. Достоинство: уменьшает нагрузку на подшипник и увеличивает срок службы. Но из-за сложной технологии слишком дорогой. (См. рисунок).

И, наконец, существуют ветрогенераторы с многолопастным ротором. Это один из самых эффективных типов из разряда вертикальных ветрогенераторов. (См. рисунок).

Ветрогенераторы с горизонтальной осью

Переходим к описанию горизонтальных ветрогенераторов. По количеству лопастей их разделяют на одно-двух-трёх и многолопастные. Достоинства горизонтальных – более высокий КПД по сравнению со своими вертикальными соперниками. Недостаток: необходимость устройства флюгера для постоянного поиска направления ветра. Кроме того, при повороте к ветру скорость вращения снижается, что уменьшает его КПД.

Главное достоинство однолопастных – высокие обороты вращения. У них вместо второй лопасти установлен противовес, мало влияющий на сопротивляемость движению воздуха, что даёт возможность использовать их для генераторов с высокими оборотами вращения. А это позволяет уменьшить массу и габариты всей установки. (См. рисунок однолопастной ВЭУ).

Двухлопастные ВЭУ мало чем отличаются по мощности с однолопастными и рассматривать их более подробно не имеет смысла.

Трёхлопастные горизонтальные ветряки – самые распространённые на рынках сбыта. Их мощность на выходе может достигать семи мегаватт.

Многолопастные установки с числом лопастей до пяти десятков обладают большой инерцией, за счёт чего при небольших оборотах вращения развивают большой крутящий момент. Такое преимущество позволяет использовать установки для работы водяных насосов, где они и занимают лидирующее положение.

Как курицу превратили в страуса

Кто не в курсе, что ветровые установки используют в качестве дополнительного источника? Все в курсе. Но как всегда, человечеству этого показалось мало, курицу пытаются превратить в страуса и, представьте себе, фигурально выражаясь, такое удаётся. В результате неустанных поисков появились совершенно новые типы ветрогенераторов, которые способны производить электричество…без лопастей. А есть и такие, которые обходятся даже без воздуха и ветра! Сейчас более подробно.

Уже выпущен довольно результативный ветрогенератор, который ловит ветер без лопастей. Такой ветрогенератор действует по принципу парусника (см. фото). «Парус», который скорее смахивает на тарелку, ловит напор воздуха, за счёт чего начинают двигаться поршни, которые находятся сразу за тарелкой, в верхней части установки.

Поршни приводят в действие гидросистему, которая и вырабатывает электричество. Такое сооружение не имеет ни шестерёнок, ни передатчиков и почти не шумит. КПД намного выше, чем у классического ветрогенератора. Кроме всего прочего, расходы при эксплуатации наполовину ниже, чем у привычных установок. Страна рождения такого проекта – Тунис.

Но и этого оказалось мало! В Португалии решили не прибегать к ветровым услугам, а использовать морскую воду. Ведь море постоянно движется, волнуется, иногда штормит, но никогда не останавливается. Налицо кинетическая энергия пропадает даром.

И пять лет тому назад, в нескольких километрах от берега, на воды Атлантического океана была спущена установка, которая даёт более 2 мегаватт электроэнергии, что вполне хватает для освещения более полутора тысяч домов.

Схематическое устройство таково. Сооружение состоит из трёх секций, между которыми находятся поршни. Внутри секций вмонтированы гидродвигатели и генераторы. Принцип работы простой до безобразия. Секции качаются на волнах, которые их изгибают, что приводит в движение гидропоршни. Те давят на масло, оно поступает в гидравлические двигатели и далее движение передаётся на генераторы. Всё, электроэнергия пошла на берег.

Сейчас работает три секции, к ним планируют подсоединить ещё 25 таких конверторов и тогда проектная мощность морской установки увеличится до 20 мегаватт, что даст возможность снабдить током около 15000 домов.

Теперь вы верите в то, что из курицы можно сотворить настоящего страуса!

В.Ильин

Поплавковые электростанции конструируют во всем мире, в том числе и в России:

Новый тип ветрогенератора производит электричество без лопастей / ХабрИзобретение описание этой техники, представляет собой систему для преобразования энергии ветра (CESG) в механическую энергию, а затем электричество.

Эта система преобразования энергии ветра (CESG), описанные ниже, не подлежит теоретический предел Беца (59%). Таким образом, данное изобретение обеспечивает производительность намного выше, чем ветряные турбины используются в настоящее время.

Система (WECS) имеет колесо (F) с ряда лопастей, расположенных вокруг (см. чертеж № л). Колесо (F) вращается в ассоциацию поворачиваться вокруг оси (L) фиксировано, благодаря кинетической энергии ветра в лопастях, обеспечивая колесо (F) механическую энергию вращения.

Промойте к оси (L), держатель (E), достаточно жесткой, обеспечивает пластины (или заднюю) серии цилиндрами двойного действия (D). Последний может состоять из одного или более цилиндрами двойного действия (см. рисунок 1 М 1). Для упрощения настоящего описания системы (WECS) имеет серию из трех двойного действия, цилиндры. Распределение и позиционирование серии цилиндрами двойного действия (D) на кронштейн (E), чтобы быть уверенным вполне определенным образом, чтобы обеспечить лучшее функционирование (см. детальный чертеж Нет, нет л).

Поршневые штоки из множества цилиндрами двойного действия (D) связаны с шаровым шарниром корпус (), и что для того, чтобы предоставлять ему максимальную степень свободы в пространстве,

позволяет движение и больше жидкости на ветер (см. детальный чертеж Нет, нет л) и (фото № 7). Сказал тела (А) имеет форму и свойства поверхности определяются, соответственно, для достижения коэффициента аэродинамического сопротивления выше и максимальная результирующая сила ветра в плен. Кроме того, тела (А) должна иметь легкий вес возможным. В этом случае, а не только на часть его поверхности может быть, например, покрыты завесой (см. рисунок № 2).

Для того чтобы колесо (F), чтобы вращаться свободно и независимо от тела (А), активной поверхности (поверхности, обращенной к ветру) хранится постоянно подвергается воздействию ветра (см. передний вид на чертежах № 3, N 4, № 5 и № 6).

Крепления на поршневые штоки цилиндрами двойного действия (D) на теле (A) должен быть установлен на оси, совпадающей с направлением вектора результирующей силы ветра нападает на теле (A) (см. подробнее Не обращая Номер л).

Жесткая рука © утоплена с одной стороны на колесе (F) и поддерживается с другой стороны, шарнирно соединен с профилем (B) П-образные С круговые движения спутника, оказывается, таким образом, с колесом (F), а скольжение на периферические части тела (A) (см. рисунок № 2). Для того, чтобы свести к минимуму трение скользящего профиля (B), последняя может быть в контакте со стороны периферической части тела (A) с помощью роликов и тому подобное. Кроме того, периферические части тела (A) должна быть достаточно гладкой и достаточно жесткой.

Когда ветер действует на тело (A), последняя вращается под действием момента результирующая сила ветра, а с раздела сводной (B) и тела (A) растет без помех через Облигации мяч, стебли цилиндров двойного действия (D), которые присутствуют в области диаметрально противоположные рейки (B). Стержней цилиндрами двойного действия (D), присутствующих в обратной зоне (зоне стороне профиля (B)), как правило, обращается (см. рисунок IM 3).

Наличие кругового движения спутника, профиль (B) вращается в то время как скольжение на периферические части тела (A), тем самым меняя точку опоры результирующая сила ветра (соединение стержня профиля (B)), которая с ‘ приложенных к телу (А). Стержней цилиндрами двойного действия (D), следовательно, будет обращено и толкнул, имея поступательное движение цикла (см. рисунки № 3, № 4, № 5 и № 6). Таким образом, энергия ветра захвачен ветра тела (А) преобразуется в механическую энергию поступательного движения поршня в цилиндрами двойного действия (D), тем самым создавая давление на последних.

Вид из передней, слева, сверху и перспективных рисунков № 3, № 4, № 5 и № 6 показаны действия тела (A) на стеблях цилиндрами двойного действия (D) и поведение системы (WECS) против ветра при различных положениях (0 °, 90 °, 180 ° и 270 °) профиля (B) периферические части тела (A).

Гондолы (D) вкладывается к оси (L). Эта платформа (J) содержит в основном гидравлическим мотором (Н) и электрического генератора (G), который может быть соединен через множитель скорости (см. чертеж № л).

Во время назад и вперед движения поршней ряд цилиндров двойного действия (D), они растут гидравлической жидкости в гидравлической схеме пути (в красном) конвертируемые либо тянуть или толкать, и через ряд клапанов (см. рисунок № 7). Последняя также позволяет сосать гидравлической жидкости в цилиндры двойного действия (D) через гидравлический контур возврата (синий), а в одном направлении «, независимо от движения, потянув или толкать».

Гидравлическая схема прохода (красный) подключен к входу гидравлический двигатель (H). Назад (синий) также связано с выходом гидромотора (H) (см. рисунок 7). Таким образом, поток гидравлической жидкости под давлением, превращается в вращательное движение вала двигателя (H), которая соединена с осью электрогенератора (G) через множитель скорости, создавая таким чистым электричеством (см. рисунок № 7).

Для того чтобы учесть направление ветра держали системы (WECS), может быть оснащена системой автоматической ориентации позволяет ему поворачиваться на коврик (I) и держать тело (A) и колесо (F ) постоянно сталкиваются с ветром, и этот режим, вверх или вниз по течению. Кроме того, ориентация может быть достигнуто с помощью руля (K), четко определенные размеры, крепится с помощью среды, гондолы (J) (см. рисунок Номер л). Для того, чтобы упростить работу системы ориентации (WECS), а не ограничиваться решением руля (K) в этом случае рассматривать как показательный пример.

Таким образом, энергия ветра захвачен тела (А) преобразуется в механическую энергию вращения перевода и, соответственно, через стержни из множества цилиндров (D) и гидравлический двигатель (H). Эта механическая энергия преобразуется в электрическую энергию с электрическим генератором (G). Звено в этой цепи преобразования энергии на преобразование механической энергии в механическую энергию вращения перевод может быть застраховано без ограничений, через несколько другие механизмы, такие как кривошипно-шатунного или другой…

Как было объявлено в начале техническое описание, система (WECS) не подлежит теоретический предел Беца (16/27%) и обеспечивает лучший выход преобразования энергии ветра. Только при условии компонент предел Беца, в том, что колесо (F), которая имеет лишь небольшую площадь поверхности по сравнению с общей системой активного поверхности (WECS). Кроме того, это колесо (F) служит только для изменения положения профиля (B) в круговом движении спутника и энергии она захватывает не требуется Рассмотрим цепочку преобразования энергии описано выше, или в конечном восстановить энергию.

Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы / Хабр
Siemens SWT-7.0-154

Кто говорил, что ветряки не способны конкурировать по мощности с атомными электростанциями? Посмотрите на самую большую в мире ветроэлектрическую установку Siemens SWT-7.0-154. С площадью ометания 18 600 м² этот гигант в одиночку генерирует максимальную мощность 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. Несколько сотен таких ветряков — и вот вам атомная электростанция.

SWT-7.0-154 — это флагманская модель компании Siemens. В её названии зашифрованы генерируемая мощность (7 МВт) и диаметр ротора с лопастями (154 м). Она пришла на смену предыдущему флагману SWT-6.0-154, от которого практически не отличается по техническим спецификациям, но оснащён более мощными магнитами. Более сильное магнитное поле позволяет генерировать больше электроэнергии при том же диаметре. Другими словами, в этой ВЭН параметр снимаемой мощности с квадратного метра площади ометания выше примерно на 16,7%.

Ветрогенератор включается в работу на минимальной скорости ветра 3-5 м/с, а генерируемая мощность поступательно растёт до максимальной 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается.

Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти ВЭУ должны вращаться быстро, но это совершенно не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5-11 оборотов в минуту. То есть полный оборот три лопасти совершают примерно за 5-12 секунд, в зависимости от скорости ветра.

Более сильное магнитное поле в новой модели означает также и то, что эту турбину труднее раскрутить. Для достижения той же скорости вращения 5-11 оборотов в минуту и максимальной генерируемой мощности (7 МВт вместо 6 МВт) этой турбине требуется повышенная скорость ветра: 13-15 м/с вместо 12-14 м/с. Соответственно, и начальная скорость ветрогенерации у неё выше. Вот почему данная модель-гигант наиболее оптимально подходит для размещения на территориях с относительно сильными ветрами, лучше всего в море.

Внутри турбины нет редуктора (коробки передач) — здесь работает система прямого привода, подключенная к синхронному генератору переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку скорость генератора определяет напряжение и частоту тока, то «грязный переменный ток» преобразуется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в переменный ток перед подачей в сеть.

В последние годы в области ветряной энергетики происходит очень быстрый научно-технический прогресс. Буквально каждый год появляются новые модели ВЭУ большей мощности и эффективности. Большие и маленькие, рассчитанные на целые посёлки или отдельные дома, на большую скорость ветра в море или на среднюю скорость ветра над крышей частного дома.

Например, мировой рекорд по максимальной генерируемой мощности принадлежит вовсе не Siemens, а другой турбине ещё одного немецкого производителя Enercon E126, которая выдаёт до 7,58 МВт. На видео показан процесс установки такой турбины.

Высота стойки Enercon E126 — 135 м, диаметр ротора — 126 м, общая высота вместе с лопастями — 198 м. Общий вес фундамента турбины — 2500 тонн, а самого ветрогенератора — 2800 тонн. Только электрогенератор весит 220 тонн, а ротор вместе с лопастями — 364 тонны. Общий вес всей конструкции со всеми деталями — 6000 тонн. Первая установка подобного типа была установлена около немецкого Эмдена в 2007 году, хотя в той модификации максимальная мощность была меньше.

Впрочем, ветрогенераторы-гиганты — довольно дорогое удовольствие. Один такой ветряк на 7 МВт обойдётся в $14 млн вместе с установкой, если заказывать все работы у сертифицированных немецких специалистов. Конечно, если освоить производство в своей стране, благо металла хватает, то стоимость вполне можно снизить в несколько раз. Кто знает, может такой гигантский проект национальной стройки занял бы население страны и помог выбраться из экономического кризиса.

Одна из самых последних строящихся в Восточной Европе атомных станций — Белорусская АЭС — получит два энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 мощностью по 1200 МВт. Казалось бы, несколько сотен ветряков Siemens сравнятся с атомной электростанцией. Стоимость строительства примерно одинаковая, зато «топливо» бесплатное. Что интересно, Белорусскую АЭС как раз строят в районе, где по климатическим данным за 1962-2000 годы почти самая высокая среднегодовая скорость ветра в Беларуси. Но в реальности эта «самая большая» среднегодовая скорость ветра — всего лишь около 4 м/c (на высоте 10 м), чего едва хватит для запуска ВЭУ на минимальной мощности.

Перед установкой следует сверяться с годовой картой ветров в районе дислокации с данными средней удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м и выше. Хорошо бы составить такие карты для всей территории страны, чтобы найти места наиболее оптимального строительства ВЭУ. Нужно иметь в виду, что скорость ветра сильно зависит от высоты, что хорошо известно жителям высотных домов. В обычных прогнозах погоды по ТВ сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землёй, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте 100-150 м, где ветры гораздо сильнее.

Так что наиболее оптимально такие гиганты подходят для установки в море, в нескольких километрах от побережья, на большой высоте. Например, если установить такие установки вдоль северного побережья России с шагом 200 метров, то максимальная мощность массива составит 690,3 ГВт (побережье Северного Ледовитого океана составляет 19724,1 км). Скорость ветра там должна быть приемлемая, только при заливке фундаментов придётся иметь дело с вечной мерзлотой.

Правда, по стабильности работы ВЭУ никогда не сравнятся с АЭС или ГЭС. Здесь энергетикам приходится постоянно следить за прогнозом погоды, потому что генерируемая мощность напрямую зависит от скорости ветра. Ветер должен быть не слишком сильным и не слишком слабым. Хорошо, если в среднем ВЭУ будут выдавать хотя бы треть от максимальной мощности.

Как работают ветряные турбины?

Вы здесь

Ветротурбины работают по простому принципу: вместо того, чтобы использовать электричество для производства ветра — как вентилятор — ветряные турбины используют ветер для производства электричества.Ветер вращает лопасти турбины, похожие на пропеллер, вокруг ротора, который вращает генератор, который создает электричество.

Ветер — это форма солнечной энергии, вызванная сочетанием трех одновременных событий:

Солнце неравномерно нагревает атмосферу
Неровности земной поверхности
Вращение Земли.

Схемы и скорости ветрового потока значительно различаются по Соединенным Штатам и зависят от водоемов, растительности и различий в местности. Люди используют этот поток ветра, или энергию движения, для многих целей: плавания, полета воздушного змея и даже генерации электричества.

Термины «энергия ветра» и «энергия ветра» описывают процесс, посредством которого ветер используется для выработки механической энергии или электричества. Эта механическая энергия может использоваться для определенных задач (таких как измельчение зерна или перекачка воды), или генератор может преобразовать эту механическую энергию в электричество.

Ветровая турбина превращает энергию ветра в электричество, используя аэродинамическую силу от лопастей винта, которые работают как крыло самолета или лопасти винта вертолета. Когда ветер проходит через лопасть, давление воздуха на одной стороне лопасти уменьшается. Разница в давлении воздуха на обеих сторонах лопасти создает подъем и сопротивление. Сила подъема сильнее, чем сопротивление, и это заставляет ротор вращаться. Ротор соединяется с генератором либо напрямую (если это турбина с прямым приводом), либо через вал и ряд зубчатых колес (редуктора), которые ускоряют вращение и позволяют получить физически меньший генератор.Этот перевод аэродинамической силы на вращение генератора создает электричество.

Современные ветряные турбины делятся на две основные группы:

Турбины с горизонтальной осью

Ветрогенераторы с горизонтальной осью — это то, что многие люди представляют, когда думают о ветряных турбинах.Чаще всего они имеют три лопасти и работают «против ветра», при этом турбина поворачивается вверху башни, так что лопасти смотрят на ветер.

Деннис Шредер | NREL 25897

Турбины с вертикальной осью

Ветротурбины с вертикальной осью выпускаются в нескольких вариантах, включая модель Дарриуса с баклажанами, названную в честь ее французского изобретателя.Эти турбины являются всенаправленными, то есть их не нужно настраивать, чтобы они указывали на ветер, чтобы работать.

Ветровые турбины могут быть построены на суше или на море в больших водоемах, таких как океаны и озера. Министерство энергетики США в настоящее время финансирует проекты, направленные на содействие развертыванию ветровых ветров в водах США.

Ветряные турбины коммунального масштаба

Ветряные турбины коммунального масштаба имеют размеры от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Более крупные ветряные турбины более экономичны и сгруппированы в ветряные установки, которые обеспечивают большую мощность для электрической сети.

Оффшорные ветряные турбины

Оффшорные ветряные турбины имеют тенденцию быть массивными и более высокими, чем Статуя Свободы. Они не сталкиваются с такими же проблемами при транспортировке наземных ветряных установок, поскольку крупные компоненты можно перевозить на судах, а не на дорогах.Эти турбины способны улавливать мощные океанские ветры и генерировать огромное количество энергии.

Деннис Шредер | NREL 40484

Отдельные небольшие турбины

Отдельные небольшие турбины — мощностью менее 100 киловатт — обычно используются для жилых, сельскохозяйственных и небольших коммерческих и промышленных применений.Небольшие турбины могут использоваться в гибридных энергетических системах с другими распределенными энергетическими ресурсами, такими как микросети, работающие на дизельных генераторах, аккумуляторы и фотоэлектрические элементы. Эти системы называются

.Генератор ветряных турбин

, используемый для генерации энергии ветра Генератор ветряных турбин, используемый для генерации энергии ветра Статья Учебники по альтернативной энергии 19/06/2010 26/05/2020

Учебники по альтернативной энергии

Пожалуйста, поделитесь / добавьте в закладки:

Типы ветротурбин Генератор

Ветряная турбина состоит из двух основных компонентов, и, взглянув на один из них, конструкцию лопасти ротора в предыдущем уроке, теперь мы можем взглянуть на другой, ветрогенератор ветрогенератора или WTG которая является электрической машиной, используемой для выработки электроэнергии.Электрический генератор с низкой скоростью вращения используется для преобразования механической энергии вращения, производимой энергией ветра, в полезную электроэнергию для снабжения наших домов и лежит в основе любой системы ветроэнергетики.

Преобразование механической энергии вращения, генерируемой лопастями ротора (известной как первичный двигатель), в полезную электрическую энергию для использования в бытовых источниках питания и освещения или для зарядки батарей может быть выполнено любым из следующих основных типов вращения электрические машины, обычно используемые в ветроэнергетических системах:

1.Машина постоянного тока (DC), также известная как Dynamo
2. Синхронная машина переменного тока (AC), также известная как генератор переменного тока
3. Индукционная машина переменного тока (AC), также известный как генератор переменного тока

Все эти электрические машины являются электромеханическими устройствами, которые работают по закону электромагнитной индукции Фарадея. То есть они действуют через взаимодействие магнитного потока и электрического тока или потока заряда.Поскольку этот процесс является обратимым, ту же машину можно использовать в качестве обычного электродвигателя для преобразования электроэнергии в механическую энергию или в качестве генератора, преобразующего механическую энергию обратно в электроэнергию.

Индукционный генератор ветряных турбин

Электрические машины, наиболее часто используемые для применений ветряных турбин, — это те, которые действуют как генераторы, причем синхронные генераторы и индукционные генераторы (как показано) обычно используются в более крупных системах ветрогенераторов.Обычно ветрогенераторы меньшего размера или самодельные, как правило, используют низкоскоростной генератор постоянного тока или «Динамо», так как они маленькие, дешевые и намного проще в подключении.

Так же важно, какой тип электрического генератора мы можем использовать для производства энергии ветра. Простой ответ — да и нет, так как все зависит от типа системы и приложения, которое вы хотите. Выход низкого напряжения постоянного тока от генератора или динамо старого типа можно использовать для зарядки батарей, в то время как синусоидальный выход более высокого напряжения переменного тока от генератора может быть подключен непосредственно к локальной сети.

Кроме того, выходное напряжение и потребляемая мощность полностью зависят от имеющихся у вас приборов и способа их использования. Кроме того, местоположение генератора ветротурбины, будет ли ресурс ветра поддерживать его постоянно вращающимся в течение длительных периодов времени, или будет ли скорость генератора и, следовательно, его мощность изменяться вверх и вниз в зависимости от изменения доступного ветра.

Производство электроэнергии

Ветрогенератор — это то, что делает ваше электричество путем преобразования механической энергии в электрическую.Давайте здесь проясним: они не создают энергию и не производят больше электрической энергии, чем количество механической энергии, используемой для вращения лопастей ротора. Чем больше «нагрузка» или электрическая нагрузка на генератор, тем больше механической силы требуется для вращения ротора. Вот почему генераторы бывают разных размеров и вырабатывают разное количество электроэнергии.

В случае «ветрогенератора» ветер давит прямо на лопатки турбины, которая преобразует линейное движение ветра во вращательное движение, необходимое для вращения ротора генератора, и сильнее, когда ветер толкает, больше электрической энергии может быть произведено.Тогда важно иметь хорошую конструкцию лопасти ветродвигателя, чтобы извлечь как можно больше энергии из ветра.

Все электрические турбогенераторы работают из-за эффектов перемещения магнитного поля за электрическую катушку. Когда электроны протекают через электрическую катушку, вокруг нее создается магнитное поле. Аналогичным образом, когда магнитное поле проходит мимо катушки с проводом, в катушке индуцируется напряжение в соответствии с законом магнитной индукции Фарадея, заставляющим электроны течь.

Простой генератор с использованием магнитной индукции

Тогда мы можем видеть, что при перемещении магнита за одну петлю провода, напряжение, известное как и эдс (электродвижущая сила), индуцируется внутри проволочной петли из-за магнитного поля магнита.Когда на проводной петле индуцируется напряжение, электрический ток в форме потока электронов начинает течь вокруг петли, генерируя электричество.

Но что, если вместо одной отдельной петли провода, как показано, у нас было много петель, намотанных вместе на один и тот же формирователь, чтобы сформировать катушку провода, гораздо большее напряжение и, следовательно, ток могли бы генерироваться для того же количества магнитного потока.

Это происходит потому, что магнитный поток пересекает большее количество проволоки, создавая большую ЭДС, и это является основным принципом закона электромагнитной индукции Фарадея, и генератор переменного тока использует этот принцип для преобразования механической энергии, такой как вращение от ветряной турбины или гидро турбина, в электрическую энергию, производящую синусоидальную форму волны.

Итак, мы видим, что существует три основных требования к генерации электроэнергии:

Катушка или набор проводников
Система магнитного поля
Относительное движение между проводниками и полем

Тогда чем быстрее Катушка проволоки вращается, чем больше скорость изменения, с которой магнитный поток обрезается катушкой, и тем больше индуцированная ЭДС внутри катушки. Точно так же, если магнитное поле становится более сильным, индуцированная ЭДС будет увеличиваться при той же скорости вращения.Таким образом: Индуцированная ЭДС ∝ Φ * n. Где: «Φ» — поток магнитного поля, а «n» — скорость вращения. Также полярность генерируемого напряжения зависит от направления магнитных линий потока и направления движения проводника.

Существуют два основных типа электрического генератора и генератора: генератор постоянного тока и генератор поля возбуждения , оба типа которых состоят из двух основных частей: статор и ротор .

Статор является «стационарной» (отсюда и его название) частью машины и может иметь в своей конструкции либо набор электрических обмоток, создающих электромагнит, либо набор постоянных магнитов. Ротор — это часть машины, которая «вращается». Опять же, ротор может иметь выходные катушки или постоянные магниты. Обычно генераторы и генераторы переменного тока, используемые для генераторов ветряных турбин, определяются тем, как они генерируют свой магнетизм, будь то электромагниты или постоянные магниты.

Нет реальных преимуществ и недостатков обоих типов. Большинство бытовых ветрогенераторов на рынке используют постоянные магниты в своей конструкции турбогенератора, что создает необходимое магнитное поле при вращении машины, хотя некоторые используют электромагнитные катушки.

Эти высокопрочные магниты обычно изготавливаются из редкоземельных материалов , таких как неодимовое железо (NdFe) или самарий-кобальт (SmCo), устраняя необходимость в полевых обмотках для обеспечения постоянного магнитного поля, что приводит к более простому, более прочному строительство.Обмотки обмоточного поля имеют то преимущество, что их магнетизм (и, следовательно, мощность) согласуется с изменяющейся скоростью ветра, но для создания необходимого магнитного поля требуется внешний источник энергии.

Теперь мы знаем, что электрический генератор обеспечивает преобразование энергии между механическим крутящим моментом, создаваемым лопастями ротора, называемым первичным двигателем, и некоторой электрической нагрузкой. Механическое соединение генератора ветротурбины с лопастями ротора осуществляется через главный вал, который может быть либо простым прямым приводом, либо с помощью редуктора для увеличения или уменьшения скорости генератора относительно скорости вращения лопастей.

Использование коробки передач позволяет лучше согласовать частоту вращения генератора с частотой вращения турбины, но недостатком использования коробки передач является то, что в качестве механического компонента он подвержен износу, что снижает эффективность системы. Прямой привод, однако, может быть более простым и эффективным, но вал ротора и подшипники подвергаются полной нагрузке и вращающей силе лопастей ротора.

Выходная кривая ветрогенератора

Таким образом, тип ветрогенератора, необходимый для конкретного места, зависит от энергии, содержащейся в ветре, и характеристик самой электрической машины.Все ветряные турбины имеют определенные характеристики, связанные со скоростью ветра.
Генератор (или генератор) не будет вырабатывать выходную мощность, пока его скорость вращения не превысит его частоту вращения, при которой сила ветра на лопастях ротора достаточна для преодоления трения, а лопасти ротора ускоряются, чтобы генератор мог начать производить полезную мощность.
Выше этой скорости включения генератор должен генерировать мощность, пропорциональную кубической скорости ветра (K.V ³), пока не достигнет максимальной выходной мощности, как показано на рисунке.
Выше этой номинальной скорости ветровые нагрузки на лопасти ротора будут приближаться к максимальной силе электрической машины, и генератор будет вырабатывать максимальную или номинальную выходную мощность, поскольку будет достигнуто окно номинальной скорости ветра. Если скорость ветра продолжит увеличиваться, генератор ветряных турбин остановится в точке отключения, чтобы предотвратить механическое и электрическое повреждение, что приведет к нулевой генерации электроэнергии. Применение тормоза для остановки генератора при его повреждении может быть либо механическим регулятором, либо электрическим датчиком скорости.
Покупка ветрогенератора, такого как 400-ваттный ветрогенератор ECO-WORTHY, для зарядки аккумулятора — дело непростое, и нужно учитывать множество факторов. Цена только один из них. Обязательно выберите электрическую машину, которая соответствует вашим потребностям. Если вы устанавливаете систему, подключенную к сети, выберите генератор переменного тока. Если вы устанавливаете систему с батарейным питанием, ищите генератор постоянного тока для зарядки батарей. Также рассмотрите механическую конструкцию генератора, такую как размер и вес, скорость работы и защита от окружающей среды, поскольку он будет проводить всю свою жизнь установленным на вершине столба или башни.
В следующем уроке о ветрогенераторах мы рассмотрим машины постоянного тока и то, как мы можем использовать генератор постоянного тока для производства электроэнергии из энергии ветра. Чтобы узнать больше о «Генераторах ветряных турбин», или получить больше информации о ветроэнергетике о различных доступных системах генерирования ветряных турбин, или изучить преимущества и недостатки ветроэнергетики, нажмите здесь, чтобы получить копию одного из лучших «Ветряных турбин». Путеводители »сегодня прямо из Амазонки.
Что такое ветротурбина и как она работает?
ЧТО ТАКОЕ ВЕТРОВАЯ ТУРБИНА?
Ветротурбина — это устройство, которое преобразует кинетическую энергию ветра в электричество. Лопатки ветротурбины вращаются со скоростью от 13 до 20 оборотов в минуту, в зависимости от их технологии, с постоянной или переменной скоростью, где скорость ротора изменяется в зависимости от скорости ветра для достижения большей эффективности.
ЧТО ТАКОЕ СРЕДНЯЯ ЖИЗНЬ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ?
Ветровые турбины имеют средний срок службы более 25 лет, хотя наиболее распространенный критерий учета установлен для периодов 20 лет.Быстрое развитие ветряных технологий привело к увеличению долговечности ветряных турбин.
смотреть видео

ОСОБЕННОСТИ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ
Как ветряные турбины производят энергию? Функционирование ветровой турбины можно объяснить в зависимости от следующих этапов:
Автоматическая ориентация
Ветровая турбина автоматически ориентируется так, чтобы максимально использовать кинетическую энергию ветра из данных, зарегистрированных на лопасти и анемометре, установленных сверху.Гондола вращается вокруг короны, расположенной в конце башни.
Поворот ножей
Ветер заставляет вращаться лопасти, которые начинают двигаться со скоростью ветра около 3,5 м / с и обеспечивают максимальную мощность при скорости ветра 11 м / с. При очень сильном ветре (25 м / с) лопасти зачищаются, а ветротурбина замедляется, чтобы предотвратить чрезмерное напряжение.
КПП
Ротор (блок из трех лопастей, установленный в ступице) вращает медленную ось, соединенную с коробкой передач, которая поднимает скорость вращения от 13 до 1500 оборотов в минуту.
Поколение
Коробка передач передает свою энергию через быструю ось, которая соединена с генератором, который производит электричество.
Эвакуация
Вырабатываемая энергия проходит через внутреннюю часть башни к основанию. Оттуда энергия проходит через подземную линию к подстанции, где ее напряжение повышается, чтобы подать ее в электрическую сеть и распределить по точкам потребления.
Мониторинг
Все критические функции ветротурбины контролируются и контролируются со стороны подстанции и центра управления, чтобы выявлять и устранять любые инциденты.
Как транспортируется форма лопатки ветротурбины?
смотреть видео

Как изготавливается фундамент для ветряных турбин?
смотреть видео

,