Принцип работы ветряка: Ветрогенераторы: принцип действия, типы, применение, эффективность работы

Принцип работы ветрогенератора и его комплектующие

Содержание раздела:

1. Компоненты ветроустановки
2. Комплектация наших ветроустановок
3. Подбор ветряка
4. Примеры подбора компонентов установки
5. Схемы работы ветрогенератора

1. Компоненты ветроустановки

К основным компонентам системы, без которых работа ветряка невозможна, относят следующие элементы:

1. Генератор – необходим для заряда аккумуляторных батарей. От его мощности зависит как быстро будут заряжаться ваши аккумуляторы. Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра.
2. Лопасти – приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра.
3. Мачта – обычно, чем выше мачта, тем стабильнее и сильнее сила ветра. Отсюда следует – чем выше мачта, тем больше выработка генератора. Мачты бывают разных форм и высот.

Список дополнительных необходимых компонентов:

1. Контроллер – управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.
2. Аккумуляторные батареи – накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание вашего объекта идёт от аккумуляторных батарей.
3. Анемоскоп и датчик направления ветра – отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности.
4. АВР – автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника.
   Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. Внимание: АВР не позволяет работать сети одного объекта одновременно от двух разных источников питания!
5. Инвертор – преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов.
Инверторы бывают четырёх типов:
1. Модифицированная синусоида – преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с модифицированной синусоидой (ещё одно название: квадратная синусоида). Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения: освещение, обогрев, заряд устройств и т.п.
2. Чистая синусоида — преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с чистой синусоидой. Пригоден для любого типа электроприборов: электродвигатели, медицинское оборудование и др.
3. Трехфазный – преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380В. Можно использовать для трехфазного оборудования.
4. Сетевой – в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в общественную электросеть. Их стоимость, обычно, в несколько раз превышает стоимость несетевых инверторов. Иногда они стоят дороже, чем все остальные компоненты ветроустановки вместе взятые.

2. Комплектация наших ветроустановок

В комплект наших ветроэнергетических установок входит:

1. Турбина
2. Мачта (не входит в комплект EuroWind 300L)
3. Лопасти
4. Крепления
5. Тросы мачты
6. Поворотный механизм (только с ветрогенераторами EuroWind 3 и старше)
7. Контроллер
8. Анемоскоп и датчик ветра (только с ветрогенераторами EuroWind 3 и старше)
9. Хвост (только с ветрогенераторами EuroWind 2 и младше)

Аккумуляторы, инвертор и дополнительно оборудование подбираются индивидуально и в базовую комплектацию не входят. Независимо от комплектации ветрогенератор всегда автоматически позиционируется по ветру.

Комплектующие ветрогенератора EuroWind 10

3. Подбор ветряка

Первый вопрос, на который вы должны дать ответ и который поможет вам ответить на остальные вопросы: Для чего вам нужен ветрогенератор и какие задачи он должен выполнять?

Ответив на главный вопрос, вы можете без проблем ответить на остальные вопросы и решить какой набор оборудования вам необходим и сколько это будет стоить.

Итак, три основные величины, которые определяют работу всего комплекса:

1. Выходная мощность ветроустановки (кВт), определяется только мощностью преобразователя (инвертора) и не зависит от скорости ветра, емкости аккумуляторов. Ещё её называют «пиковой нагрузкой». Этот параметр определяет максимальное количество электроприборов, которые могут быть одновременно подключены к вашей системе. Вы не сможете одновременно потреблять больше электроэнергии, чем позволяет мощность вашего инвертора. Если вы потребляете электроэнергию редко, но в больших количествах, то обратите внимание на более мощные инверторы. Для увеличения выходной мощности возможно одновременное подключение нескольких инверторов.
2. Время непрерывной работы при отсутствии ветра или при слабом ветре определяется емкостью аккумуляторных батарей (Ач или кВт) и зависит от мощности и длительности потребления. Если вы потребляете электроэнергию редко, но в больших количествах, обратите внимание на аккумуляторы с большой емкостью.
3. Скорость заряда аккумуляторных батарей (кВт/час) зависит от мощности самого генератора. Также этот показатель прямо зависит от скорости ветра, а косвенно от высоты мачты и рельефа местности. Чем мощнее ваше генератор, тем быстрее будут заряжаться аккумуляторные батареи, а это значит, что вы сможете быстрее потреблять электроэнергию из батарей и в больших объемах.
   Более мощный генератор следует брать в том случае, если ветра в месте установки слабые или вы потребляете электроэнергию постоянно, но в небольших количествах. Для увеличения скорости заряда аккумуляторов возможна установка нескольких генераторов одновременно и подключение их к одной аккумуляторной батарее.

Исходя из перечисленных выше факторов, для подбора ветрогенератора и сопровождающего оборудования вам необходимо ответить на три вопроса:

1. Количество электроэнергии, необходимое вашему объекту ежемесячно (измеряется в киловаттах). Эти данные необходимы для подбора генератора. Их можно взять из коммунальных счетов на оплату электроэнергии или рассчитать самостоятельно, если объект находится в стадии строительства.
2. Желаемое время автономной работы вашей энергосистемы в безветренные периоды или периоды, когда ваше потребление энергии из аккумуляторов будет превышать скорость зарядки аккумуляторных батарей генератором. Данный параметр определяет количество и емкость аккумуляторных батарей.
3. Максимальная нагрузка на вашу сеть в пиковые моменты (измеряется в киловаттах). Необходимо для подбора инвертора переменного тока.

4. Примеры подбора компонентов установки

Рассмотрим несколько общих примеров подбора оборудования ветроустановки. Более точный расчёт может быть произведён нашими специалистами и включает в себя гораздо больше необходимых деталей.

Пример расчёта ветряка №1

Описание:

Частный дом в Киевской области находится в стадии строительства. По предварительным расчётам жильцы дома будут потреблять не больше 300 400 кВт электроэнергии ежемесячно. Затраты электроэнергии не очень высокие, т.к. хозяева будут использовать для отопления и нагрева воды твердотопливный котёл, а ветрогенератор необходим только для полного обеспечения бытовых приборов электроэнергией.

Хозяева проводят основную часть дня на работе, а пик потребления электроэнергии припадает на утренние и вечерние часы. В этот момент могут быть включены электроприборы суммарной мощностью до 4 киловатт.

Дом находится на возвышенности и есть открытое пространство вокруг будущего места установки ветрогенератора.

Общественной электросети нет.

Задача:

Полностью обеспечить 300-400 кВт электроэнергии ежемесячно с пиковыми нагрузками до 4 кВт.

Решение:

Генератор:

Чтобы понять как быстро должны заражаться аккумуляторы при расходе электроэнергии 400 кВт в месяц, мы должны разделить 400 кВт/мес на 30 дней (получим ежедневное потребление), а затем полученное число разделить на 24 часа (400/30/24 = 0,56 кВт/час – среднее ежечасное потребление). Скорость заряда аккумуляторных батарей генератором должна составить как минимум 560 Ватт в час.

В Киевской области низкая среднегодовая скорость ветра, но открытое пространство и возвышение объекта позволит ветрогенератору работать как минимум на 30-40% от номинальной мощности. Для более точных показателей можно произвести замер скорости ветра в месте установки.

Для того, чтобы обеспечить заряд аккумуляторных батарей генератором при этих условиях со скоростью 560 Ватт в час, нужно взять генератор, номинальная мощность которого будет как минимум в три раза больше необходимой, т.к. генератор будет работать всего на 30-35% от номинальной мощности (560Вт/ч*3=1680Вт/ч). Для этих нужд нам подходит генератор EuroWind 2 с номинальной мощностью 2000 Ватт.

Аккумуляторы:

Проводя 8-9 часов на работе в будние дни, хозяева отсутствуют, и энергопотребление их дома сведено к минимуму. В ночное время потребление также сведено к минимуму. Основное потребление происходит утром и вечером. Между этими основными пиками существует интервал в 8-9 часов.

При среднем уровне заряда аккумуляторных батарей 560 Вт/ч за интервал 8-9 часов ветровой генератор сможет выработать около 5000 Ватт. В ветреные дни этот показатель может увеличиться как минимум в два раза, поэтому за тот же период времени может быть выработано 10000 Ватт электроэнергии.

Генератор EuroWind 2 имеет напряжение 120 Вольт, поэтому ему необходимо 10 аккумуляторов с напряжением 12 Вольт (12В*10=120В). Одна аккумуляторная батарея 12В 100Ач способна сохранить до 1,2 кВт электроэнергии. Десять таких батарей могут сохранить до 12 кВт (1200Вт*10=12000Вт). Для запаса 10000 Ватт электроэнергии нам отлично подойдут 10 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 100Ач.

Инвертор:

Для максимального потребления электроэнергии в пиковые моменты до 4 кВт, можно установить инвертор 5 кВА. Он сможет обеспечить постоянную нагрузку 4 кВт и пусковые токи до 6 кВт (150% нагрузка). Таблицу совместимости инверторов вы найдёте в разделе Инверторы.

Дополнительное оборудование:

АВР в данном случае не нужен, т.к. нет основной сети, а коммутацию с дизельным генератором (или бензиновым) можно производить посредством перекидного рубильника.

А вот дизельный генератор на 5 кВт в нашем случае не помешает – его можно использовать как резервное питание при полном отсутствии ветра.

ИТОГО:

Для полного энергообеспечения объекта нам необходим генератор EuroWind 2, 10 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 100Ач, инвертор 5 кВА, дизельная электростанция на 5 кВт.

Пример расчёта ветряка №2

Описание:

Небольшой отель на 8 номеров вместе с рестораном расположены на трассе в открытом поле. Среднегодовая скорость ветра в месте установки была замерена предварительно и составляет 6,8 м/с. Расходы электроэнергии на бытовые приборы и освещение составляют 60 кВт на один номер в месяц и около 2500 кВт в месяц на ресторан. Ресторан и отель обогреваются, кондиционируются и круглый год обеспечивают себя горячей водой с помощью трехфазного геотермального теплонасоса инверторного типа мощностью 14 кВт. Потребление электроэнергии данного теплонасоса составляет 3,5 кВт/час, а пусковые токи — всего 2,8 кВт.

В ресторане и отеле используются энергосберегающие лампы для освещения. Пиковая нагрузка при использовании электроприборов и освещения объекта составляет около 7,5 кВт (не считая 3,5 кВт теплонасоса).

Есть общественная электросеть, но она не может обеспечить потребности, т.к. выделена линия мощностью только 4 кВт. Большую мощность не может обеспечить местная подстанция.

Задача:

Полное обеспечение объекта независимой электроэнергией, отоплением и резервным питанием от основной сети.

Решение:

Генератор:

Ежемесячный расход электроэнергии на содержание номеров составит 60 кВт * 8 номеров = 480 кВт в месяц. Общий расход электроэнергии на содержание отеля и ресторана без учёта отопления составит 2980 кВт в месяц (480 кВт + 2500 кВт = 2980 кВт). Отсюда следует, что среднее ежечасное потребление на все электроприборы и освещение без учёта обогрева составит 4,14 кВт/час (2980 кВт / 30 дней / 24 часа = 4,14 кВт/час). К этому числу необходимо прибавить 3,5 кВт/час, которые будет потреблять теплонасос. В итоге мы получаем, что генератор должен обеспечивать нас как минимум 7,64 киловаттами электроэнергии ежечасно (4,14 кВт/час + 3,5 кВт/час = 7,64 кВт/час).

Среднегодовая скорость ветра 6,8 м/с позволяет генератору работать как минимум на 40% от номинальной мощности. Отсюда следует, что номинальная мощность генератора должна составлять как минимум 19,1 кВт/час (7,64 кВт/час / 40% = 19,1 кВт/час)

Для этих целей отлично подошёл бы генератор EuroWind 20, но он рассчитан на более высокие средние скорости ветра, как и другие мощные генераторы (EuroWind 15, 20, 30, 50). Поэтому мы отдадим предпочтение двум генераторам EuroWind 10, которые будут работать в одной системе, вместо одного генератора EuroWind 20. Тем более, что свободное место для установки ветрогенератора в данном случае не критично – есть свободная площадь вокруг отеля и ресторана.

Аккумуляторы:

В этом комплексе практически отсутствуют большие перерывы в использовании электроэнергии, а постоянные ветра поддерживают равномерный уровень заряда аккумуляторов.

В этом случае необходимы аккумуляторы, которые будут являться своеобразным «буфером» между генератором и инвертором. Их главная задача будет состоять в стабилизации и выпрямлении напряжения, а не накоплении электроэнергии.

Генератор EuroWind 10 имеет напряжение 240 Вольт, поэтому ему необходимо 20 аккумуляторов с напряжением 12 Вольт (12В*20=240В). Одна аккумуляторная батарея 12В 150Ач способна сохранить до 1,8 кВт электроэнергии. Двадцать таких батарей могут сохранить до 36 кВт (1800Вт*20=36000Вт). Запаса электроэнергии в 36 кВт должно хватить всему комплексу почти на 5 часов непрерывной работы при средней нагрузке при полном отсутствии ветра. Для этого нам подойдут 20 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 150Ач.

Инвертор:

Для максимального потребления электроэнергии в пиковые моменты до 7,5 кВт, можно установить инвертор 10 кВА. Он сможет обеспечить постоянную нагрузку 8 кВт и пусковые токи до 12 кВт (150% нагрузка).

А для обеспечения теплонасоса мощностью 3,5 кВт нам необходим трехфазный инвертор, т.к. этот теплонасос требует трехфазный ток с напряжением 380В. В этом случае возьмём ещё один инвертор – трехфазный 5 кВА, который обеспечит нас напряжением 380В и постоянной мощностью 4 кВт.

Дополнительное оборудование:

Можно установить АВР, который будет автоматически переключать питание отеля и ресторана с ветрогенератора на общественную электросеть в случае полного безветрия и разряда аккумуляторных батарей. Среднее потребление отеля и ресторана (4,14 кВт) практически равно мощности общественной линии электропередач, которая была выделена объекту (4 кВт), поэтому резервное питание будет обеспечено.

Для резервного обеспечения теплового насоса можно установить трехфазную бензиновую или дизельную электростанцию мощностью 3,5 4 кВт, т.к. общественная электросеть не сможет обеспечить трехфазный ток для резервного питания теплонасоса.

ИТОГО:

Для полного энергообеспечения этого объекта нам необходимы два генератор EuroWind 10, 20 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 150Ач, однофазный инвертор 10 кВА, трехфазный инвертор 5 кВА, АВР, бензиновая или дизельная электростанция на 3,5-4 кВт.

5. Схемы работы ветрогенератора

Приводим несколько популярных схем работы ветрогенераторных систем с потребителем. Это всего лишь некоторые примеры, поэтому возможны и другие схемы работы. В каждом случае составляется индивидуальный проект, который способен решить поставленную перед нами задачу.

Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами).
Объект питается только от ветроэнергетической установки.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.
АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потери питания от электросети.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор.
В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.

Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью.
Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.

Гибридная автономная система – солнце-ветер
Возможно подключение солнечных фотомодулей к ветрогенераторной системе через гибридный контроллер или с помощью отдельного контроллера для солнечных систем.

Увеличение производительности системы.
Возможно установить два и более генератора, инвертора и комплекта аккумуляторов для увеличения мощности системы.

Также возможны другие схемы работы и коммутации ветрогенераторов.

Ветрогенераторы. Устройство и виды. Работа и применение

Электричество сегодня считается чем-то обыденным, ведь оно есть в каждом доме. И никто не задумывается, откуда оно берется. Электричество в основной массе вырабатывается электростанциями, работающими на нефти, природном газе, ядерном топливе или угле. Эти традиционные источники представляют определенную опасность для окружающей среды, вследствие чего все большее внимание уделяется альтернативным видам энергии. К последним можно отнести ветрогенераторы, которым для выработки электричества нужен лишь ветер.

Устройство

Конструктивно ветрогенераторы в большинстве случаев предполагают наличие следующих элементов:

• Лопасти турбины (пропеллер).
• Турбина (вращающаяся часть).
• Электрогенератор.
• Ось электрогенератора.
• Инвертор, преобразующий переменный ток в постоянный, для возможности зарядки батареи.
• Механизм вращения лопастей.
• Механизм вращения турбины.
• Аккумулятор.
• Мачта.
• Контроллер вращения(анемометр).
• Демпфер.
• Датчик ветра и анемоскоп.
• Хвостовик анемоскопа.
• Гондола и ряд других элементов.

В зависимости от вида ветрогенератора конструкция и входящие в него элементы могут разниться. К примеру, промышленные устройства также предусматривают наличие системы молниезащиты, силового шкафа, поворотного механизма, надежного фундамента, системы пожаротушения, системы изменения угла атаки лопасти, телекоммуникационной системы для передачи информации о работе ветрогенератора и так далее.

Принцип действия

Ветрогенератор представляет устройство, преобразующее энергии ветра в электрическую энергию. Прародителями современных видов ветрогенераторов являются ветряные мельницы, которые применялись для получения муки из зерен. И принцип их работы изменился ненамного: лопасти вращают вал, который передает необходимую энергию на другие элементы.

• Ветер вращает лопасти, передавая крутящий момент через редуктор на вал генератора.
• При вращении ротора образуется трехфазный переменный ток.
• Полученный ток направляется на аккумуляторную батарею через контроллер. Аккумуляторы применяют для создания стабильности работы ветрогенератора. Генератор заряжает аккумуляторы при наличии ветра. При его отсутствии всегда можно взять энергию с аккумулятора, чтобы потребитель не прекращал получать электричество.
• С целью защиты от ураганов в ветрогенераторах применяется система с уводом ветроколеса от ветра при помощи складывания хвоста, либо торможения ветроколеса электротормозом.
• Для зарядки аккумуляторов ставится контроллер между ветряком и АКБ. Он отслеживает зарядку АКБ, чтобы не испортить аккумуляторы. При необходимости он может сбрасывать лишнюю энергию на определенный балласт, к примеру, большой резистор или тэны для отопления.
• В аккумуляторах имеется лишь постоянное низкое напряжение рядностью 12/24/48 вольт. Однако потребителю нужно напряжение в 220 вольт, именно поэтому ставится инвертор. Это устройство преобразует постоянное напряжение в переменное, создавая напряжение в 220 вольт. Естественно, что можно обойтись и без инвентора, но придется использовать электрические приборы, специально рассчитанные на низкое напряжение.
• Преобразованный ток направляется потребителю, чтобы питать отопительные батареи, освещение, телевизор и иные устройства.

В промышленных ветряках могут применяться и другие элементы, которые обеспечивают автономную работу устройства.

Типы и виды ветрогенераторов

Классифицировать ветряки можно по материалам, количеству лопастей, шагу винта и оси вращения.

Выделяют два основных типа ветрогенераторов по оси вращения:

1. С горизонтальной осью круглого вращения, то есть крыльчатые.
2. С вертикальной осью вращения, то есть «лопастные» ортогональные, «карусельные».

Горизонтальные классические ветрогенераторы имеют пропеллер (в большинстве случаев трехлопастной), а вертикальные ветряки обладают ветроколесом, которое вращается вертикально.

По количеству лопастей ветряки могут быть:

• Трехлопастные и двухлопастные.
• Многолопастные.

Вращение многолопастных ветряков начинается при слабом ветре, тогда как для двухлопастных и трехлопастных устройств требуется более сильный ветер. Однако каждая
дополнительная лопасть создает дополнительное
сопротивление ветроколеса, вследствие чего достигнуть рабочих оборотов генератора становится сложнее.

По материалам лопастей ветряки могут быть:

• Парусные генераторы.
• Жесткие лопасти ветрогенератора.

Парусные лопасти дешевле и проще в изготовлении, однако, когда необходима стабильная и надежная работа для автономного электроснабжения они не подойдут.

По шагу винта:

• Изменяемый шаг винта.
• Фиксированный шаг винта.

Изменяемый шаг винта дает возможность повысить диапазон эффективных скоростей работы. В то же время данный механизм неизбежно:

• Усложняет конструкции лопасти.
• Снижает общую надежность ветрогенератора.
• Утяжеляет ветроколесо и требует дополнительного усиления конструкции.

Применение

Устройства могут использоваться в различных местах. В большинстве случаев в открытые пространства, где большой потенциал ветров:

• Горы.
• Мелководье.
• Острова.
• Поля.

В то же время ветрогенераторы современных конструкций дают возможность задействовать энергию даже слабых ветров – от 4 м/с. Благодаря им можно решать задачи электроснабжения и энергосбережения объектов любой мощности.

• Стационарные ветряные электростанции в виде альтернативных источников энергии способны полностью обеспечить электрической энергией небольшой производственный объект или жилой дом. В периоды отсутствия ветра необходимый запас электроэнергии будет выбираться из аккумуляторных батарей. Они отлично могут сочетаться с фотоэлектрическими батареями, газовым или дизельным генератором.
• Ветрогенераторы могут использоваться и для экономии при наличии центральной электросети.
• Ветроустановки средней и малой мощности часто используются владельцами фермерских хозяйств и домов, удаленных от централизованных электросетей, в качестве автономного источника.

Достоинства и недостатки

К преимуществам можно отнести:

• Энергия ветра является возобновляемой энергией. Ветер создается бесплатно и постоянно, без ущерба окружающей среде. Энергия ветра доступна в любом месте на планете.
• Энергия ветра является достаточно дешевой.
• Ветряные турбины находятся на мачтах, им требуется минимум места. Благодаря этому их можно устанавливать совместно с иными объектами и строениями.
• Ветрогенераторы в процессе эксплуатации не производят вредных выбросов.
• Энергия ветра в особенности требуется в удаленных местах, куда затруднена доставка электричества иными привычными способами.

К недостаткам можно отнести:

• Сила ветра очень переменчива и непредсказуема, вследствие чего требуется дополнительный буфер для накапливания электроэнергии, либо дублирования источника.
• Высокая начальная стоимость создания и установки ветрогенераторов.
• Ветряные турбины создают шум, который сравним с шумом автомобиля, перемещающегося со скоростью 70 км/ч. Это отпугивает животных и создает определенный дискомфорт для людей.
• Вращающиеся лопасти представляют потенциальную опасность для птиц.

Похожие темы:

принцип работы необычного ветряка будущего

Ветроэнергетика прочно заняла свою нишу среди других способов производства электроэнергии. Доля произведенного промышленными ветрогенераторами электротока от общего количества потребляемой энергии, например, в Дании, составляет 36%. Возможности этого метода еще не изучены полностью, а обилие новых разработок, постоянно появляющихся и демонстрируемых конструкторами, говорит о перспективности этого направления.

Слишком заманчиво производить энергию из ветра, который достается совершенно бесплатно и в неограниченном количестве. Энергия есть, ее много, надо только суметь получить.

Ветряки необычных конструкций

Согласно расчетным данным, максимально возможный КПД ветрогенератора составляет 59,3%. Причина этого кроется в особенностях конструкции ветряков и в большом количестве потерь на трение, передачу вращения и прочих тонких эффектах, в сумме отбирающих половину (а то и больше) эффективности устройств. Ограниченные возможности существующих ныне ветрогенераторов стали причиной активного поиска более удачных конструкций, работающих на иных принципах и способных к более интенсивному приему энергии ветра.

Наиболее привлекательна идея отказаться от привычных лопастей и пойти по пути использования более простых конструкций. Это позволит снизить расходы на производство и обслуживание, увеличит срок службы, снизит уровень шума и опасность для птиц и животных. Разработки, уже имеющиеся в этом направлении, сулят большие перспективы в случае их широкого распространения.

Ветрогенератор без лопастей

Безлопастные ветрогенераторы разрабатываются уже довольно давно, но дальше предложенных проектов пока дело не заходило. Наконец, испанская компания Vortex представила полноценную рабочую конструкцию ветротурбины, полностью лишенной лопастей.

Вариант, предложенный Vortex, вызвал немалый интерес среди представителей научных и деловых кругов. Учитывая скептицизм, который принято испытывать по отношению к различным «непонятным» конструкциям, подобное отношение наглядно демонстрирует наличие проблемы и существование серьезной заинтересованности в ее решении.

Существуют и другие безлопастные конструкции, например, парусные ветряки, не имеющие вращающихся частей, а использующие силу давления ветра на сплошное полотно. Поток, взаимодействующий с парусом, используется полностью, но велики потери при передаче энергии на систему поршней, от которых приводится во вращение генератор. Кроме того, сильный порыв ветра создает большую нагрузку на полотно, что создает угрозу разрушения или опрокидывания мачты с ветряком.

Все имеющиеся до сего времени варианты конструкции безлопастных ветрогенераторов имели общий недостаток — они использовали для производства энергии обычные тихоходные генераторы, нуждающиеся во вращении. Поэтому любая разработка имела один и тот же проблемный узел — участок преобразования полученной энергии во вращательное движение.

Специалисты Vortex, похоже, нащупали способ решения проблемы, отказавшись от традиционных генераторов.

Как устроены безлопастные ветряки?

Конструкция, которую вынесли на суд общественности инженеры Vortex, по их заверениям, имеет большую эффективность, экономичность, экологическую чистоту. Внешне устройство выглядит необычно и несколько футуристически — ветряк представляет собой вытянутый конус, установленный на вершину.

Определить на вид предназначение такого сооружения невозможно, если заранее не иметь о нем никакого представления. При работе никакого вращения нет, устройство лишь слегка раскачивается под действием ветра. Компания планирует начинать массовое производство с небольших моделей, имеющих вес 10 кг, высоту 3 м и развивающих мощность 100 Вт. Параллельно разработана более солидная установка на 4 кВт, имеющая 13 м высоты и вес 100 кг.

В ближайшее время предстоит тестовый запуск станции из 100 столбов, которые будут обеспечивать электроэнергией 300 частных домов в Шотландии. В планах компании проект создания мегаваттной установки, способной обеспечивать энергией серьезные количества потребителей в масштабе больших городов, крупных промышленных предприятий. Проект получил широкую поддержку экологических организаций и общественных движений.

Принцип работы

Действие генератора основано на образовании воздушных завихрений, которые создаются при обтекании потоками ветра цилиндрических препятствий. Конусообразная форма устройства способствует раскачиванию, чувствительность к нарушению равновесия является важным показателем работы ветряка.

Образующиеся вихри создают достаточно сильную вибрацию, приводящую в движение всю конструкцию столба, на изменение положения реагируют чувствительные магниты, создающие сильное поле. Эффект образования завихрений, создающих цепочки возмущений потока, известен уже более 100 лет. Он впервые описан и рассчитан Теодором фон Карманом в 1912 году, но на пользу его никто не пытался обратить.

Воздушные завихрения, использованные в основе конструкции, до сих пор считались вредными паразитными проявлениями. Их влияние способно к серьезным воздействиям на конструкцию, что наглядно продемонстрировал мост Такома-Нарроуз в Америке, который разрушился из-за таких колебаний. Подобных примеров, приведших к сильной раскачке мостовых конструкций, можно привести достаточно много. Ветрогенератор, предложенный компанией Vortex, является первой попыткой направить эти силы на пользу.

Испытания, проведенные специалистами, показали, что наилучшие показатели достигаются при использовании нескольких установок, расположенных неподалеку друг от друга. Колебания, инициированные первым столбом, улавливаются второй конструкцией, усиливаются и направляются дальше — нарастающей. Такая способность натолкнула конструкторов на мысль о необходимости использовать не отдельные устройства, а комплекты, дающие сильный эффект, производящие большее количество энергии.

Ветрогенераторы будущего

Усиленные исследования в области безлопастных конструкций дают основания предполагать рост производства подобных изделий. Существующие уже сегодня разработки сулят большие перспективы этому направлению, поскольку экономичность и эффективность таких моделей даже на стадии макетирования намного превышают показатели сегодняшних промышленных образцов.

Исследователи, конструкторы не хотят мириться с недоступностью дармовой, неисчерпаемой энергии ветра, использование которой позволяет отказаться от опасных или вредных для окружающей природы атомных или гидроэлектростанций.

Возможности ветрогенераторов пока не могут полностью решить проблему, но, по мере появления более успешных разработок, неминуемо начнут понемногу занимать место отработавших свой срок службы нынешних энергетических гигантов. Такой процесс будет плавным, резкого перехода не будет, поэтому каких-либо неудобств или потерь никто не почувствует.

Создание бесшумных, не имеющих вращающихся частей установок значительно снизит их себестоимость, что отразится на цене конечного продукта — электроэнергии, увеличит ее доступность, позволит всем без исключения пользоваться энергией ветра.

Рекомендуемые товары

Принцип работы ветрогенератора с вертикальной осью вращения — ALTENEX.RU

Как работает вертикальный ветрогенератор

Лопасти ветряка присоединены прямо к центральной оси, соединенной с ротором генератора. Генератор располагается в нижней части установки, иногда даже на уровне земли.

Таким образом, при вращении лопастей винта ротор генератора также приходит в движение и, следовательно, появляется возможность выработки электроэнергии.

Видео: работа генератора с вертикальной осью вращения

Рассматриваемые ветряки не нуждаются в дополнительном оборудовании, которое определяет направление ветра и корректирует положение ветряка в соответствие с ним. На ветрогенераторах с горизонтальной осью вращения в качестве подобного устройства выступает специальная хвостовая лопасть.

Кроме того, эти турбины более устойчивы к турбулентности, чем стандартные горизонтальные.

Перечислим некоторые из доступных на сегодняшний день моделей таких генераторов: Giromill, ротор Дарье, ветряные мельницы с вращающимися парусами и турбины Савониуса.

Преимущества

• Основным достоинством является ортогональное расположение оси ротора, позволяющее размещать устройство вблизи поверхности земли. Соответственно, ветрогенератор и передаточный механизм расположены на этой же высоте и не требуют сооружения высоких конструкций для их установки.
• Кроме того, турбина не обязательно должна быть ориентирована по направлению ветра, что делает её очень простой в эксплуатации.
• Применение вертикальных ветрогенераторов даёт высокий эффект при их установке на верхней части холмов, столовых гор, по линии горных хребтов и в других местах, где вблизи поверхности земли присутствуют турбулентные потоки воздуха.
• В местах, где запрещено размещение высотных ветровых турбин, могут быть расположены вертикальные. При этом, вы сэкономите денежные средства и время, которые потребовались бы вам для получения соответствующих согласований для разработки и монтажа высоких башенных установок ветряков с горизонтальным расположением вала.
• Также, неоспоримым преимуществом устройств с вертикальным валом является их возможность поворота в любом направлении вместе с ветром.

Недостатки

• Одним из недостатков вертикальных турбин является их низкая эффективность в зоне постоянных ветров. Это происходит из-за высокой силы сопротивления, действующей с противоположной стороны, при попытке захватить движущийся поток воздуха.

  Поэтому, на равнинах и других местах с преобладающими постоянными ветровыми потоками наилучшим вариантом являются горизонтальные ветроустановки. Они позволяют наиболее полно использовать энергию ветра в данных районах.

  При наличии же турбулентных потоков у поверхности земли рекомендуется применять ортогональные ветроустановки.

• Другим минусом вертикальных ветроустановок является возможность разрушения лопастей винта. Это вызвано тем, что при вращении вокруг главной оси, на них постоянно воздействуют центробежные силы. То есть, со временем, лопасти сгибаются, трескаются и разрушаются. При их поломке вся машина выходит из строя.
• Если разместить ветряк рядом со зданием, то он не будет работать, так как находится в мертвом воздушном пространстве.

Вывод

Вертикальные ветроустановки существуют в течение тысяч лет, но из-за плохой надежности и эффективности они не пользуются популярностью. Однако, их продолжают выпускать и по сей день.

Производители утверждают, что данные устройства могут уловить ветер любого направления, что, по сути, также верно и для горизонтальных турбин.

По сравнению с горизонтальными установками, рассматриваемые модели обладают меньшим коэффициентом полезного действия.

Устройство ветрогенератора, принцип работы ветровой турбины

Устроиство ветрогенератора

1. Лопасти турбины.
2. Ротор.
3. Направление вращения лопастей.
4. Демпфер.
5. Ведущая ось.
6. Механизм вращения лопастей.
7. Электрогенератор.
8. Контроллер вращения.
9. Анемоскоп и датчик ветра .
10. Хвостовик Анемоскопа.
11. Гондола.
12. Ось электрогенератора.
13. Механизм вращения турбины.
14. Двигатель вращения.
15. Мачта.

Ветровые электростанции

Одним из перспективных направлений развития возобновляемой энергетики является ветроэнергетика. Использование энергии ветра не только помогает решить многие проблемы энергоснабжения удаленных объектов и загородных домов и получить независимость от местных энергоснабжающих организаций.

Поставив на своём участке хотя бы небольшой ветрогенератор вместо дизель- или бензоэлектростанции, вы внесете свой вклад в дело сохранения природы, сокращения выбросов вредных и парниковых газов и предотвращения изменения климата.

Даже если вы подключены к сети централизованного электроснабжения, использование энергии ветра для ваших нужд тоже будет полезно природе, потому что сети получают электроэнергию сжигая уголь, мазут или газ, или даже на атомных станциях.

Для небольшого загородного дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно ветроустановки (ВЭС) мощностью:

• Около 500 Вт для покрытия базовых потребностей в электроэнергии — освещение, телевизор, связь, радио, другая маломощная нагузка;
• От 1,5 до 5 кВт для электроснабжения почти полностью потребителей в типом загородном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т.п. В периоды сильного и продолжительного ветра излишки вырабатываемой электроэнергии могут использоваться для отопления помещений.

В настоящее время мы предлагаем следующие ветроэлектрические установки:

• Маломощная ВЭС мощностью 200-600 Вт для дачных участков;
• ВЭС мощностью 1000 — 10000 Вт для котеджей, частных домов;
• ВЭС мощностью 10 кВт — 100 Вт для промышленного использования;
• Ветросолнечная гибдридная установка.

Вы можете заказать ветроэлектрические установки для включения в состав системы электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии в нашей компании.

В состав Вашей системы также будет необходимо включить аккумуляторные батареи и, если Вы планируете подключать нагрузку переменного тока, инвертор ы). Также очень рекомендуется использовать в системах электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии энергоэффективную нагрузку.

Принцип работы автономных ветряков

Автономные ветрогенераторы состоят из генератора, хвостовика, мачты, контроллера, инвертора и аккумуляторной батареи. У классических ветровых установок – 3 лопасти, закреплённых на роторе. Вращаясь ротор генератора создаёт трёхфазный переменный ток, который передаётся на контроллер, далее ток преобразуется в постоянное напряжение и подаётся на аккумуляторную батарею. Ток проходя по аккумуляторам одновременно и подзаряжает их и использует АКБ как проводники электричества. Далее ток подаётся на инвертор, где приводиться в наши привычные показатели: переменный однофазный ток 220В, 50 Гц. Если потребление небольшое то сгенерированного электричества хватает для электроприборов и освещения, если тока с ветряка мало и не хватает — то недостаток покрывается за счёт аккумуляторов. Такой же принцип в автомобилях: когда мы едем, генератор в машине заряжает аккумуляторы и снабжает электричеством все приборы в машине, когда машина останавливается, то аккумулированный ток идёт из АКБ. Ничего сверхсложного в ветряках нет, в них используются все те изобретения которые мы постоянно используем каждый день, не подозревая об этом.

Ветрогенераторы современных конструкций позволяют использовать экономически эффективно энергию ветра. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть» но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности.

Компания ALTAL GRUP осуществляет весь спектр работ по осуществлению ветроэнергетических проектов.

Сила ветра в баллах по шкале Бофорта и морское волнение

Баллы	Словесное обозначение силы ветра	Скорость ветра, м/с	Скорость ветра км/ч	Действие ветра
на суше	на море (баллы, волнение, характеристика, высота и длина волны)
0	Штиль	0-0,2	Менее 1	Полное отсутствие ветра. Дым поднимается вертикально, листья деревьев неподвижны.	0. Волнение отсутствует Зеркально гладкое море
1	Тихий	0,3-1,5	2-5	Дым отклоняется от вертикального направления, листья деревьев неподвижны	1. Слабое волнение. На море лёгкая рябь, пены на гребнях нет. Высота волн 0,1 м, длина — 0,3м.
2	Легкий	1,6-3,3	6-11	Ветер чувствуется лицом, листья временами слабо шелестят, флюгер начинает двигаться,	2. Слабое волнение Гребни не опрокидываются и кажутся стекловидными. На море короткие волны высотой 0,3 м. и длиной — 1-2м.
3	Слабый	3,4-5,4	12-19	Листья и тонкие ветки деревьев с листвой непрерывно колеблются, колышутся лёгкие флаги. Дым как бы слизывается с верхушки трубы (при скорости более 4 м/сек).	3. Легкое волнение Короткие, хорошо выраженные волны. Гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену, изредка образуются маленькие белые барашки. Средняя высота волн 0,6-1 м, длина — 6м.
4	Умеренный	5,5-7,9	20-28	Ветер поднимает пыль, бумажки. Качаются тонкие ветви деревьев и без листвы. Дым перемешивается в воздухе, теряя форму. Это лучший ветер для работы ветродвигателя	4.Умеренное волнение Волны удлинённые, белые барашки видны во многих местах. Высота волн 1-1,5 м, длина — 15 м
5	Свежий	8,0-10,7	29-38	Качаются ветки и тонкие стволы деревьев, ветер чувствуется рукой. Вытягивает большие флаги. Свистит в ушах.	4.Неспокойное море Хорошо развитые в длину, но не очень крупные волны, повсюду видны белые барашки (в отдельных случаях образуются брызги). Высота волн 1,5-2 м, длина — 30 м
6	Сильный	10,8-13,8	39-49	Качаются толстые сучья деревьев, тонкие деревья гнутся, гудят телеграфные провода, зонтики используются с трудом	5.Крупное волнение Начинают образовываться крупные волны. Белые пенистые гребни занимают значительные площади. Образуется водяная пыль. Высота волн — 2-3 м, длина — 50 м
7	Крепкий	13,9-17,1	50-61	Качаются стволы деревьев, гнутся большие ветки, трудно идти против ветра.	6.Сильное волнение Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру. Высота волн до 3-5 м, длина — 70 м
8	Очень крепкий	17,2-20,7	62-74	Ломаются тонкие и сухие сучья деревьев, говорить на ветру нельзя, идти против ветра очень трудно.	7. Очень сильное волнение Умеренно высокие, длинные волны. По краям гребней начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра. Высота волн 5-7 м, длина — 100 м
9	Шторм	20,8-24,4	75-88	Гнутся большие деревья, ломает большие ветки. Ветер срывает черепицу с крыш	8.Очень сильное волнение Высокие волны. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Гребни волн начинают опрокидываться и рассыпаться в брызги, которые ухудшают видимость. Высота волн — 7-8 м, длина — 150 м
10	Сильный шторм	24,5-28,4	89-102	На суше бывает редко. Значительные разрушения строений, ветер валит деревья и вырывает их с корнем	8.Очень сильное волнение Очень высокие волны с длинными загибающимися вниз гребнями. Образующаяся пена выдувается ветром большими хлопьями в виде густых белых полос. Поверхность моря белая от пены. Сильный грохот волн подобен ударам. Видимость плохая. Высота — 8-11 м, длина — 200 м
11	Жестокий шторм	28,5-32,6	103-117	Наблюдается очень редко. Сопровождается большими разрушениями на значительных пространствах.	9. Исключительно высокие волны. Суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Море всё покрыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися по ветру. Края волн повсюду сдуваются в пену. Видимость плохая. Высота — 11м, длина 250м
12	Ураган	>32,6	Более 117	Опустошительные разрушения. Отдельные порывы ветра достигают скорости 50—60 м/сек. Ураган может случиться перед сильной грозой	9. Исключительное волнение Воздух наполнен пеной и брызгами. Море всё покрыто полосами пены. Очень плохая видимость. Высота волн >11м, длина — 300м.

Схемы работы ветрогенератора

Приводим всего лишь некоторые примеры схем работы ветрогенераторных систем с потребителем. В каждом случае составляется индивидуальный проект, который способен решить поставленную перед нами задачу.

Автономное обеспечение объекта(с аккумуляторами).Объект питается только от ветроэнергетической установки

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.

АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потери питания от электросети.

​Ветряк для выработки электроэнергии: сколько стоит, как работает, примеры

Ветроэлектростанции (ВЭС), или как их еще называют ветряки – это устройства, преобразующие энергию движения ветра в электричество. Электричество, получаемое при помощи ветряков, является простым и экологичным источником энергии, поэтому в некоторых частях земли построены огромные комплексы, объединяющие множество ветрогенераторов в единую сеть. Такие массивы способны обеспечивать электроэнергией крупные населенные пункты, и даже целые регионы. Но для питания частного дома достаточно одного небольшого ветряка, и получать электричество при его помощи можно практически в любой местности.

Содержание

Классификация ВЭС

Существует множество разновидностей ВЭС, и все их можно классифицировать по различным признакам. Основным отличительным признаком являются конструктивные особенности. По конструкции они подразделяются на роторные и крыльчатые. По способу расположения выделяют следующие виды:

• Наземные;
• Прибрежные;
• Плавающие;
• Офшорные.

А по функциональному назначению ветряные электростанции бывают стационарные и мобильные.

Наиболее популярной конструкцией для промышленного получения электрической энергии являются ветряки крыльчатого типа. Они позволяют вырабатывать больше энергии, но, при этом, роторные конструкции издают меньше шума и не так сильно зависят от направления ветра.

Принцип работы

Все современные ветряки работают по проверенному веками принципу ветряной мельницы. Только в данном случае энергия вращения лопастей передается не на механический привод, а на генератор, при вращении ротора которого вырабатывается электричество. Затем электроэнергия накапливается в блоке аккумуляторных батарей и через инвертор передается к потребителям. Для обеспечения электроснабжения большого количества потребителей требуется объединение ветряков в единую сеть.

Для изготовления ветряка применены следующие элементы:

• Лопасти;
• Ротор турбины;
• Редуктор;
• Контроллер;
• Ось электрического генератора;
• Генератор
• Инвертор;
• Аккумулятор.

Для изготовления пропеллера можно использовать практически любые материалы, обеспечивающие достаточную парусность. Это может быть парусный ветряк из прочной ткани, ветряк из бочки или пластиковых бутылок. При изготовлении миниатюрной установки ветряк можно сделать даже из бумаги.

При изготовлении ветряка своими руками можно использовать ротор из шуруповерта или двигатель от любой бытовой техники. Для изготовления самодельного генератора для ветряка подойдет шаговый двигатель от принтера, а автомобильный генератор можно использовать практически без переделки.

Шаговый двигатель

Электрическая схема генератора на шаговом двигателе

С появлением на российском рынке неодимовых магнитов, популярность приобрела схема изготовления низкооборотистого аксиального генератора для ветряка на этих магнитах.

Подключение ветряка к генератору

При изготовлении своими руками ветряка мощностью до 3 кВт и рабочим напряжением 220В можно воспользоваться идеей разработки российской компании Аэрогрин. В конструкции данного ветряка применен принцип роторной авиационной турбины. В качестве лопастей используются небольшие лопатки из полимерных материалов. Вся конструкция укрыта кожухом из звукопоглощающего материала. Такой ветряк не тратит энергию на поиск ветра, создает минимум шума и не раздражает соседей постоянно вращающимися лопастями.

Сколько стоит ветряк

Для того чтобы купить ВЭС заводского производства в России можно сравнить цены на ветряки для выработки электроэнергии от различных производителей. Лучше всего для этого указать в запросе поисковой системы свой регион, это позволит быстрее найти поставщиков, которые работают ближе к планируемому месту установки ветряка и сэкономить на доставке и установке. Например, при необходимости организовать электроснабжение дачи в Ленинградской области, в поисковой строке можно набрать следующий запрос: «купить ветряк для частного дома цена СПб».

Приобрести можно как комплекс целиком, так и отдельные детали. Если лопасти и ротор можно изготовить самостоятельно, то генератор для ветряка можно купить по сравнительно низким ценам.

Выбор конструкции ветрогенератора

Основной проблемой при выборе конструкции ветряка является выбор между ветряками с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Однозначного ответа на вопрос, какой ветряк лучше горизонтальный или вертикальный, не существует.

Классический ветрогенератор имеет горизонтальную ось вращения и механизм поиска ветра, работающий по принципу флюгера. Для его раскручивания необходим ветер, дующий со скоростью 7 – 8 м/с.

Тогда как спиралевидные ветряки с вертикальной осью вращения не так сильно зависят от скорости и направления ветра.

Но самое широкое распространения ВЭС получили на территории Крымского полуострова. В силу своего географического положения Крым имеет возможность использовать энергию ветра с максимальной пользой. Ветряки в Крыму расположены практически везде, где позволяет местность. Здесь расположено несколько крупных ветряных электростанций. На самой крупной из них работают 127 ветрогенераторов.

В прошлом году в Ульяновске был запущен комплекс из 14 ветряков общей мощностью более 30МВт. Строительство ветряной электростанции начато и в республике Адыгея. Планируется, что ветряки, установленные в Адыгее, будут давать мощность в 150МВт.

Также в прошлом году начало свою работу совместное российско-испанское предприятие по выпуску ветряков в Таганроге. Производство организовано на заводе «Красный котельщик».

Ветряки в Европе

Для многих европейских стран наличие ветряков в некоторых регионах уже давно стало привычным делом. Причем устанавливают их не только на суше но и в море.

Лидерами по производству и использованию ветряков являются Франция, Германия и скандинавские страны.

В последнее время в европейских странах построено множество гигантских ветряков. Например, одним из крупнейших ветряков в Германии является огромная башня высотой 120м с ротором, каждая из трех лопастей которого имеет длину 52 м, ширину 6 м и весит 20 т. Это гигантское сооружение построено под Магдебургом в 2002 году и его мощность составляет 4,5 МВт.

На данный момент самым большим в мире ветряком считается ветрогенератор мощностью 7 МВт и высотой 141 м, расположенный рядом с немецким городом Эмден. Но в ближайшее время в Норвегии планируется запуск ветряка высотой 162 м, который сможет обеспечить электроэнергией около 2000 домов.

Типы ветрогенератов — Новые Системы и Альтернативы

Получать энергию от ветра научились многим раньше, чем были изобретены первые вентиляторы, потребляющие энергию для создания воздушного потока. Собственно, курица родилась вперед яйца.

В наши дни показатели суммарной мощности ветряных электроустановок (ВЭУ) значительно превосходят показатели той же суммарной мощности атомных энергосистем (АЭС).

Определение и принцип работы ветряной электроустановки

Ветроэлектростанция – автономная установка, работа которой направлена на генерацию электричества из кинетической энергии – массы и модуля движения ветра.

В основе работы ветроэлектростанции находится ветрогенератор. Его второе название — ветряк. Ветрогенератор отвечает за преобразование механической энергии в электроэнергию, необходимую для поддержания человеческой жизнедеятельности.

Кинетическая энергия ветра заставляет лопасти ветряной установки вращаться в заданном направлении. Лопасти и воздействуют на генераторный вал, тем самым приводя его во вращательное движение. Так образуется механическая энергия (энергия движения объекта), которая затем поступает в генератор и преобразуется в электричество.

Виды ветрогенераторов (ветряков)

Принцип работы генератора ветряной электростанции мало чем отличается от принципа работы дизель- и бензогенераторов. Устройство преобразует механическую энергию в электричество подобно тому, как генерирует его из бензина и дизельного топлива. Но разновидностей ветрогенераторов существует несколько.

Ветрогенераторы различаются положением ведущего вала ротора, или крыльчатки, относительно земли. То есть, осью вращения. Разберем основные виды генераторов, применяемых в ветряных установках.

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения

Такие ветряные установки можно встретить чаще всего. Лопасти в таких установках соединены в одной точке и взаимодействуют с сердечником генератора при помощи специального общего соединения. В горизонтальных ветрогенераторах вал ротора турбины располагается параллельно земле.

Сам ротор при этом может крепиться к башне (опоре ветряной установки) спереди или сзади. Впереди опоры находится наветренный ротор, сзади – подветренный.

Отличия горизонтальных ветрогенераторов могут состоять не только в положении ротора, но также в количестве лопастей. Их может быть одновременно 2, 3 или 4. Чаще всего встречаются ветряные установки с 3 лопастями, реже – с 2 и 4 лопастями.

Ветрогенераторы с 3 лопастями вынуждены вращаться очень быстро, чтобы успеть захватить весь поток кинетической энергии ветра.

Установлено, что 3 лопасти работают эффективнее всего. Хотя сегодня можно встретить монолитные лопастные конструкции в виде дисков. Они отличаются большим количеством объединенных между собой лопастей. Такие ветряные установки вращаются с заниженной скоростью.

Несмотря на то, что ветрякам с 3 лопастями необходимо прикладывать больше усилий и скорости для захвата ветра, а монолитным дискам с множеством лопастей того не требуется, 3-лопастные установки являются наиболее эффективными в плане выработки механической энергии. Секрет в том, что лопасти в большом количестве мешают друг другу.

Тем не менее, горизонтальные ветрогенераторы не самые эффективные, поскольку «ловят» ветер только в определенном направлении.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Такие генераторы отличаются вертикальным расположением вала – вращающей оси ротора турбины, и креплением лопастей, которые располагаются также вертикально земле и имеют опору, к которой крепятся в двух точках – нижней и верхней. Опора соединяется с валом ротора и по мере вращения лопастей под воздействием ветра приводит ротор в движение.

Принцип работы ветрогенератора не зависит от направления вращающейся оси. Но по степени эффективности вертикальные установки являются более мощными. Такие ветрогенераторы улавливают ветер, движущийся в любом направлении и с любой скоростью.

Способы крепления лопастей ветрогенераторов

Лопасти ветряных установок бывают подвижные и неподвижные. Это означает, что подвижные лопасти могут изменять угол крепления. Неподвижные лопасти зафиксированы без возможности изменения угла.

Ветряки с подвижными лопастями более эффективные, так как более точно «подстраиваются» под направление ветра. Тогда как неподвижные лопасти вращаются только в двух направлениях. Но! У подвижных лопастей есть недостаток. Они быстрее всего подвержены поломке, поскольку в их конструкции есть подшипники, которые довольно часто подлежат замене. Тогда как в ветряке с неподвижными лопастями подшипников нет. Поэтому такие установки ломаются значительно реже.

Если у вас возникли вопросы по поводу выбора и покупки генератора для автономной ветряной установки, обратитесь к специалисту, который даст вам грамотную консультацию, нежели искать ответы самостоятельно.

В компании «НСиА» вам дадут исчерпывающие ответы профессионалы высокого уровня. Пожалуйста, обращайтесь к нам.

Как работает ветряная турбина

От огромных ветряных электростанций, вырабатывающих электроэнергию, до небольших турбин, питающих один дом, ветряные турбины по всему миру вырабатывают чистую электроэнергию для различных нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно ветроэнергетических мощностей для выработки электроэнергии, достаточной для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к экологически чистой энергии будущего.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для выработки механической энергии восходит к тысячелетиям. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил. Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распиловки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоит из трех лопастей, установленных на башне из стальных труб. Реже встречаются варианты с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать преимущества более высоких скоростей ветра, обнаруживаемых на больших высотах.

Турбины улавливают энергию ветра с помощью лопастей, похожих на пропеллер, которые действуют как крыло самолета. Когда дует ветер, с одной стороны лезвия образуется карман с воздухом низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, вызывая вращение ротора.Это называется лифтом. Сила подъемной силы намного сильнее, чем сила ветра на передней стороне лопасти, что называется сопротивлением. Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивают вращение ротора примерно с 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины вырабатывать электричество переменного тока.

Обтекаемый корпус, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины — обычно включая шестерни, ротор и генератор — находятся внутри корпуса, называемого гондолой.Некоторые гондолы, расположенные на вершине турбинной башни, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Еще одним ключевым компонентом является контроллер турбины, который не позволяет скорости ротора превышать 55 миль в час, чтобы избежать повреждения сильным ветром. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивный рисунок выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Существует два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью работают либо против ветра (ветер ударяет лопасти перед башней), либо по ветру (ветер бьет в башню перед лопастями). Турбины против ветра также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы ротор был обращен к ветру при изменении его направления.

Несмотря на то, что существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и более) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью делятся на две основные конструкции:

• Drag-based или Savonius, турбины обычно имеют роторы с твердыми лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
• Лифтовые турбины, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые имеют форму взбивания яиц).Windspire — это тип лифтовой турбины, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветроэнергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Применение ветряных турбин

Ветровые турбины используются в самых разных сферах — от использования морских ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

• Большие ветряные турбины, чаще всего используемые коммунальными предприятиями для подачи энергии в сеть, варьируются от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти турбины для коммунальных предприятий часто объединяются в ветряные электростанции для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивающих мощность, достаточную для десятков тысяч домов.
• Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно устанавливаются поблизости от мест, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, возле домов, телекоммуникационных тарелок или водонасосных станций. Небольшие турбины иногда подключаются к дизельным генераторам, батареям и фотоэлектрическим системам. Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где нет подключения к коммунальной сети.
• Морские ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, постоянных ветров, возникающих у береговых линий. Потенциал технических ресурсов ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующую мощность нынешних США.электроэнергетическая система. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это дает большую возможность обеспечить энергией густонаселенные прибрежные города. Чтобы воспользоваться преимуществами огромных морских ветровых ресурсов Америки, министерство инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, разработанных для развертывания морских ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году. ветроэнергетика, ветровая программа Министерства энергетики работает с отраслевыми партнерами, чтобы повысить надежность и эффективность ветряных турбин, а также снизить затраты.Исследования, проводимые в рамках программы, помогли увеличить средний коэффициент использования мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 годы. от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов за киловатт час сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

  Ветряные турбины предлагают уникальную возможность использовать энергию в тех регионах, где население нашей страны нуждается в ней больше всего.Это включает в себя потенциал оффшорного ветра для обеспечения энергией населенных пунктов вблизи береговой линии и способность наземного ветра доставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким содержанием углерода.

  Министерство энергетики продолжает работу по развертыванию ветровой энергии в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и безопасной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

  Как сделать ветряную мельницу?

  Ветряная мельница — это большая конструкция, также называемая механическим устройством, которое преобразует энергию ветра в электрическую.Это большая конструкция, в которой на вращающемся валу установлены паруса .; эти вращающиеся паруса помогают преобразовывать кинетическую энергию ветра в электричество.

  Эти паруса образуют угол, так что когда они вращаются, сила ветра, направленного против них, делится на два следующих компонента:

  Ветряные мельницы — это первичные двигатели, которые заменили людей в качестве источника энергии, и в этой статье вы узнаете, как научитесь делать это устройство.

  
  

  Как сделать ветряную мельницу?

  Мы знаем, что ветряная мельница используется для выработки электроэнергии.Шаги по созданию бумажной ветряной мельницы следующие:

  • Возьмите квадратную бумагу размером 8 на 8 дюймов.

  • Заверните угол в угол, проделайте то же самое с двумя остальными углами.

  (Изображение будет добавлено в ближайшее время)

  • Теперь, после того, как сложите квадратную бумагу, возьмите на ней середину и обрежьте с обоих концов, и сделайте то же самое с другой стороны.

  • Поскольку после обрезки каждого угла квадрата остается два угла, теперь проткните каждый альтернативный угол с помощью булавки.Сделайте то же самое и в центре квадрата.

  (Изображение будет добавлено в ближайшее время)

  • Теперь согните эти проколотые углы и оставьте непрошитые углы как таковые. Мы получаем наклонные и складывающиеся лезвия, как показано на изображении ниже:

  (Изображение будет добавлено в ближайшее время) (Изображение будет добавлено в ближайшее время)

  • Поместите шарик термоколяски на заостренный конец штифта с обратной стороны этого сложенного устройства.

  • Теперь прикрепите соломинку к этому шарику термоколяски, или мы можем приколоть к этому шарику мягкий карандаш.

  Итак, теперь наша ветряная мельница готова, вы можете увидеть окончательное изображение ветряной мельницы ниже:

  (Изображение будет добавлено в ближайшее время)

  Вынесите эти ветряные мельницы на открытый воздух, пока дует ветер, эти лопасти будут начать вращаться.

  
  

  Что такое ветряная мельница и как она работает?

  Ветряная мельница была полезным источником энергии в течение последних многих лет, даже во время Первой мировой войны производитель ветряных мельниц ежегодно производил 10 000 ветряных мельниц для перекачивания воды.

  В настоящее время ветряные мельницы используются для выработки электроэнергии, и это производство электроэнергии возможно благодаря лопастям, построенным на основе концепции аэродинамического анализа, и другому оборудованию, повышающему производительность.

  
  

  Принцип работы

  Ветряная мельница — это большая конструкция, содержащая паруса, которые прикреплены к неподвижному вращающемуся валу, как вы можете видеть на изображении ниже. Вращающийся вал вращает эти лопасти, которые помогают преобразовывать кинетическую энергию ветра в электричество.

  Теперь давайте разберемся с его основной работой:

  Когда дующий ветер заставляет лопасти, эти вращающиеся лопасти вырабатывают электричество из-за генератора, прикрепленного к ветряной мельнице. Вы знаете, как дующий ветер поворачивает крыло?

  Если мы внимательно посмотрим на поперечное сечение лопасти, у нее много аэродинамических поверхностей на поверхности.

  (Изображение будет добавлено в ближайшее время)

  Концепция аэродинамического профиля проста. Когда между двумя поверхностями возникает разность давлений, на лезвие действует направленная вверх сила, которая представляет собой динамический подъем.

  (Изображение будет добавлено в ближайшее время)

  Поскольку все лопасти имеют аэродинамические поверхности, таким образом, во всех трех лопастях создается подъемная сила, которая заставляет эти лопасти ветряной турбины вращаться, как мы видим ветряные мельницы на ферме.

  
  

  Относительная скорость ветряных турбин

  Так же, как движущиеся поезда, ветровые турбины также относительно чувствительны к ветру. Таким образом, относительная скорость ветра определяется по следующей формуле:

  V RELATIVE = VWIND — VBLADE

  Итак, относительная скорость — это разница между скоростью ветра и скоростью лопасти.Вот почему лопасти наклонены таким образом, чтобы соответствовать относительной скорости ветра.

  Теперь, когда скорость лезвия увеличивается к вершине, относительная скорость становится более наклонной к вершине, что означает, что лезвие непрерывно скручивается от основания к вершине.

  Так как из-за низкой механической прочности и шума ветра лопасти не вращаются и выдают высокие обороты с генератором. Итак, как набрать максимальную скорость?

  
  

  Как разогнать ветряную мельницу до максимальной скорости?

  Теперь мы подключаем коробку передач перед генератором, что помогает достичь передаточного числа 1: 90 (предельная скорость 80 км / ч).Тормоз также установлен в гондоле, что помогает справиться с ветрозащитой в ветреную погоду. Последовательно произведенная электроэнергия передается на трансформатор, установленный в основании ветряной мельницы.

  Так работает ветряная мельница. Теперь мы узнаем о типах ветряных мельниц.

  
  

  Типы ветряных мельниц

  Существуют различные типы ветряных мельниц, поэтому давайте разберемся с их типами по очереди:

  • Почтовая мельница

  • Дымчатая мельница

  • Вентиляторная мельница

  • Башенная мельница

  
  

  Использование ветряной мельницы

  Ветряные мельницы имеют установленную ветряную турбину, которая улавливает большую часть энергии и выполняет различные задачи, которые заменили людей в качестве источника энергии. Они используются в следующих местах:

  • Они используются для перекачивания воды,

  • Для измельчения зерна и

  • для выработки электроэнергии.

  Что такое ветряная мельница и как она работает?

  До недавнего времени у людей было только визуальное представление о том, что такое ветряная мельница, часто ассоциируясь с прошлым, особенно до промышленной революции. Сегодня, если хотите, круг замкнулся, и сейчас во всем мире растет спрос на большие, технологически продвинутые ветряные мельницы.Термин энергия ветра или энергия ветра описывает процесс, посредством которого ветряные турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию с помощью генератора.

  Это вводное руководство призвано описать устройство в терминах непрофессионала, а также описать, как они работают, для чего они были изначально предназначены, а также для целей, для которых они используются сегодня. Начнем с краткого определения того, что такое ветряная мельница.

  • Изначально это было сооружение с парусами, очень похожее на те, что использовались на доиндустриальных судах, и первоначально оно использовалось для производства муки из кукурузы.Для этого ветер должен был заставить паруса повернуться. Изначально они были построены мастерами.
  • Словарное определение объясняет это таким образом; это машина, приводимая в движение ветром от горизонтальной шахты, простирающейся на паруса. Ветряные мельницы, которые используются до сих пор, в основном в тех частях мира, которые традиционно полагались на них, работают от электричества или воды.
  • Словарь объясняет это определение дальше, связывая его с техникой физических упражнений человека, которая воспроизводит символику и движение оригинальной ветряной мельницы.Он также известен своей символикой в ​​классике Сервантеса «Дон Кихот». Это определение напоминает читателям, что первоначальная мельница также использовалась для перекачивания воды и выработки электроэнергии.
  • Говоря современным языком, передовая ветряная мельница работает всего с тремя лопастями, в основном для выработки устойчивых источников электричества и энергии. Сегодня эти ветряные мельницы также называют ветряными турбинами.
  • Согласно Википедии: «Ветряная мельница — это мельница, которая преобразует энергию ветра в энергию вращения с помощью лопастей, называемых парусами или лопастями.”

  Больше от энергии ветра:

  Ветряные мельницы с фиксированной скоростью работают на одной скорости независимо от скорости ветра и используют коробку передач (коробка передач имеет шестерни, которые преобразуют медленную скорость вращающихся лопастей в более высокоскоростное вращательное движение. ) для выработки электроэнергии с правильной частотой для сети, в то время как ветряные мельницы с регулируемой скоростью ускоряются вверх и вниз по мере того, как ветер ускоряется вверх и вниз.

  Ветры возникают из-за неравномерного нагрева атмосферы солнцем, вращения Земли и неровностей земной поверхности.Характер ветрового потока различается от места к месту и изменяется в зависимости от водоемов, растительности и рельефа местности. В следующем разделе кратко, но точно объясняется, как работают ветряные мельницы. Получив более обширную информацию, читатели узнают, что понимание технических процессов, инициированных в ветряных турбинах, будет легким, потому что способ работы ветряных мельниц следует простому процессу. Здесь мы по-прежнему полагаемся на условия непрофессионала.

  • При создании современных ветряных турбин было опробовано несколько различных вариантов.Сегодня универсальный принцип механизации состоит в том, чтобы управлять турбиной с помощью всего трех лопастей, размещенных вокруг ротора, соединенного с валом. Обратите внимание, что было испробовано несколько вариантов: два лезвия и даже одно лезвие. Но лучше всего работают три лезвия.
  • Как видно из названия, единственный источник энергии ветряной мельницы — ветер. Ветер вращает лопасти, которые вращают вал, в свою очередь, побуждают генератор производить электричество. Эти лопасти подключены к генератору, иногда через редуктор, а иногда напрямую.В обоих случаях генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Интересно, что большинство современных турбин вращаются по часовой стрелке. В зависимости от скорости ветра большинство современных турбин могут работать со скоростью от четырех метров в секунду до 15 м / с.
  • Многие сторонники зеленой энергетики и НПО описывают процесс создания ветряных генераторов более кратко, тесно соотнося его с инициативами в области экологической устойчивости.
  • Как только лопасти турбины поворачивают вал, расположенный внутри коробки, расположенной наверху турбины, включается режим коробки передач и передается более скоростное вращение.Затем трансформатор внутри турбины преобразует электричество в напряжение, подходящее для распределения в национальную сеть.

  Основное назначение современной ветряной турбины

  К настоящему времени большинство читателей знает, что основная цель современных ветряных мельниц (турбин) — производить электричество из ветра с минимальным воздействием на окружающую среду. Следующие несколько примечаний просто подчеркивают эту устойчивую инициативу. Однако минимальное воздействие на окружающую среду вызывает споры. Об этом мы тоже кратко упомянем.

  • Вне зависимости от того, находятся ли они в сельской или городской местности, часто люди, находящиеся на самом низком социально-экономическом уровне, ежедневно сталкиваются с тем, чтобы смотреть на эти гегемонистские структуры. Кроме того, любители природы продолжают высказывать законные опасения по поводу того, как эти турбины влияют на миграцию видов птиц.
  • Как уже упоминалось, основная функция ветряной турбины заключается в использовании энергии, генерируемой ветром, и преобразовании ее в полезную (возобновляемую) энергию. В меньшем масштабе домашние пользователи могут установить свою собственную турбину и производить собственную энергию за небольшую плату или бесплатно.
  • Как возобновляемая энергия, она может воспроизводиться непрерывно, пока не будет достаточно энергии для питания определенных участков. Он также продвигается как чистый источник энергии и, хотя еще не получил широкого распространения, он идеально подходит для наименее развитых стран мира как доступный источник производства электроэнергии.
  • Что наиболее важно, турбина в значительной степени способствует снижению расхода ископаемого топлива. Само собой разумеется, что чем больше стран их используют, тем больше сокращается использование ископаемого топлива, поскольку доказано, что оно является надежным источником энергии.

  Знаменитая голландская ветряная мельница

  Ранее мы упоминали, что ветряная мельница является частью традиционного национального метода производства электроэнергии. Большинство людей сегодня все еще ассоциируют ветряную мельницу как голландский символ и признают ее частью богатой истории и культурного наследия этой провинции.

  Особо, когда мы говорим о голландцах, мы относим их к Голландии, федеральной провинции страны-члена Европейского Союза, Нидерланды. Вот лишь несколько кратких интересных фактов о голландской ветряной мельнице.

  • В провинции, являющейся визитной карточкой Голландии, расположено более тысячи ветряных мельниц.
  • Первая ветряная мельница была построена примерно в середине восемнадцатого века в ответ на необходимость осушить польдер Киндердейк и окружающие польдеры. Нидерланды, расположенные на суше ниже уровня моря, являются одной из самых уязвимых стран в плане повышения уровня моря.
  • На протяжении всей голландской истории ветряные мельницы использовались для самых разных целей, но самым известным остается сложный процесс откачки воды из низменностей в близлежащие реки.

  Основные компоненты ветряной мельницы

  
  

  Чтобы понять, как работает современная ветряная турбина, мы также можем взглянуть на некоторые из ее основных компонентов и для чего они используются. Вот лишь некоторые особенности ветряной турбины.

  • Лопасти — Мы должны упомянуть об этом аппарате еще раз, потому что это самая узнаваемая и самая важная особенность ветряной турбины. Еще одна функция лопасти, о которой стоит упомянуть, заключается в том, что она контролирует скорость ротора, чтобы предотвратить его вращение при слишком сильном или слабом ветре.
  • Ротор — Продолжая с первого пункта, это технический термин для всей ступицы. Он также известен как пропеллер.
  • Анемометр — Эта важная функция измеряет скорость ветра и передает записанные данные на контроллер.
  • Башня — это еще одна узнаваемая особенность ветряной турбины. Башни современных турбин сделаны из стали и бетона.

  Положительное влияние ветряной турбины

  Наконец, необходимо подчеркнуть важность ветряных турбин в том, что касается экологической устойчивости и как быстрого, но очень эффективного ответа на глобальное потепление и изменение климата.

  Экспоненциальные выгоды не только критичны, но и очевидны там, где ветровые турбины используются все чаще, в основном в развитых и развивающихся странах. Чтобы завершить это руководство по ветряным мельницам и их естественным преемникам, ветряным турбинам, мы выделим некоторые положительные эффекты, которые они оказывают на человечество и окружающую среду.

  • Больше никаких парниковых газов — турбины не выделяют углекислый газ.
  • Электроэнергия бесплатна — в настоящее время ни одно государственное учреждение не может регулировать ветер. Таким образом, они не могут взимать плату с тех, кто предпочитает использовать его в качестве альтернативного источника жизнеобеспечивающей и спасающей жизни энергии.
  • Универсальность. В некоторых областях бытует мнение, что единственные современные ветряные турбины, которые вы, вероятно, увидите, — это гигантские чудовища, парящие над вашим домом. Это не так, потому что сегодня для вас производятся небольшие ветряные турбины, достаточно маленькие и прекрасно оборудованные. Все, что вам нужно сделать, это поговорить с фермерами, которые уже используют индивидуальные турбины для своих сельскохозяйственных нужд.

  Положительно говоря, это могло быть вихревое путешествие по процессам, целям, особенностям и справедливым причинам, наряду с некоторыми историческими анекдотами о древних ветряных мельницах и современном эквиваленте ветряной турбины.Основная цель здесь заключалась также в том, чтобы стимулировать повышение осведомленности и интереса к этому важному объекту наследия человечества на будущее.

  Изображение предоставлено: photophilde, Susana Fernandez

  Истинный защитник окружающей среды наизусть ❤️. Основанная компания Conserve Energy Future с единственным девизом — предоставлять полезную информацию, связанную с нашей быстро разрушающейся окружающей средой. Если вы твердо не верите в идею Илона Маска сделать Марс еще одной обитаемой планетой, помните, что на самом деле во всей этой вселенной нет «Планеты Б».

  Ветряная турбина — Энергетическое образование

  Рисунок 1. Ветряная турбина. ^[1]

  Ветряные турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными. ^[2]

  Детали турбины

  Рис. 2. Иллюстрация компонентов ветряной турбины (щелкните, чтобы увеличить). ^[3]

  Современные ветряные турбины бывают разных размеров, но все типы обычно состоят из нескольких основных компонентов: ^[4]

  • Лопасти ротора — Лопасти ротора ветряной турбины работают по тому же принципу, что и крылья самолета.Одна сторона лезвия изогнута, а другая плоская. Ветер быстрее течет по изогнутому краю, создавая разницу в давлении с обеих сторон лезвия. Лопасти «толкаются» воздухом, чтобы уравновесить разницу давлений, в результате чего лопасти вращаются. ^[5]
  • Гондола — Гондола содержит комплект шестерен и генератор. Поворотные лопасти связаны с генератором шестернями. Шестерни преобразуют относительно медленное вращение лопастей в скорость вращения генератора примерно 1500 об / мин. ^[5] Затем генератор преобразует энергию вращения лопастей в электрическую энергию.
  • Башня — лопасти и гондола установлены на вершине башни. Башня сконструирована таким образом, чтобы удерживать лопасти ротора от земли и при идеальной скорости ветра. Башни обычно находятся на высоте 50-100 м над поверхностью земли или воды. Морские башни обычно крепятся к дну водоема, хотя исследования по разработке башни, плавающей на поверхности, продолжаются. ^[2]

  Визуализация турбины

  MidAmerican Energy Company имеет отличное видео о конструкции ветряной турбины , для просмотра щелкните здесь.

  Видео ниже, созданное UVSAR, подробно показывает детали турбины.

  Для дальнейшего чтения

  Список литературы

  Физика ветряных турбин | Основы энергетики

  Более тысячи лет назад ветряные мельницы работали в Персии и Китае, см. TelosNet и Википедия.Почтовые мельницы появились в Европе в XII веке, а к концу XIII в. башенная мельница, на которой вращалась только деревянная крышка вместо всего корпуса мельницы. В США развитие ветряная мельница, перекачивающая воду, была важным фактором, позволившим заниматься земледелием и разводить скотоводство на обширных территориях. в середине девятнадцатого века. Эти ветряные помпы (иногда называемые западными мельницами) все еще распространены в Америке и Австралии.У них есть ротор с около 30 лопастей (или лопастей) и способность медленно поворачиваться. Из 200 000 ветряных мельниц, существующих в В Европе середины девятнадцатого века через столетие остался только один из десяти. С тех пор старые ветряные мельницы были заменены паровыми двигателями и двигателями внутреннего сгорания. Однако поскольку В конце прошлого века количество ветряных турбин неуклонно растет, и их начинают принимать играет важную роль в производстве электроэнергии во многих странах.

  Сначала мы покажем, что для всех ветряных турбин мощность ветра пропорциональна скорости ветра в кубе. Энергия ветра — это кинетическая энергия движущегося воздуха. Кинетическая энергия массы м с скорость v составляет

  Массу воздуха m можно определить из плотности воздуха ρ и объема воздуха V согласно

  .

  Затем,

  Мощность — это энергия, разделенная на время. Рассмотрим малое время Δ t , за которое частицы воздуха пройти расстояние с = v Δ t для протекания.Умножаем расстояние на площадь ротора ветряной турбины, A , в результате получается объем

  , который приводит в движение ветряную турбину на короткое время. Тогда мощность ветра дается как

  .

  Сила ветра увеличивается пропорционально скорости ветра. Другими словами: удвоение скорости ветра дает в восемь раз больше энергии ветра. Поэтому для ветряка очень важен выбор «ветреного» места.

  Эффективная полезная энергия ветра меньше, чем указано в приведенном выше уравнении.Скорость ветра позади ветряк не может быть нулевым, так как воздух не может следовать. Следовательно, только часть кинетической энергии можно извлечь. Рассмотрим следующую картину:

  Скорость ветра перед ветряной турбиной больше, чем после. Поскольку массовый расход должен быть непрерывным, площадь A ₂ после ветряной турбины больше площади A ₁ перед. Эффективная мощность — это разница между двумя ветровыми мощностями:

  .

  Если разница обеих скоростей равна нулю, у нас нет чистой эффективности.Если разница слишком велика, поток воздуха через ротор слишком затруднен. Коэффициент мощности c _p характеризует относительная мощность рисования:

  Для вывода приведенного выше уравнения было принято следующее: A ₁ v ₁ = A ₂ v ₂ = A ( v 1+ v 2) / 2. Обозначим соотношение v 2/ v 1 с правой стороны. уравнения с x .Чтобы найти значение x , которое дает максимальное значение C _P , мы берем производную по отношению к x и устанавливаем ее равной нулю. Это дает максимум, когда x = 1/3. Максимальная мощность рисования получается для v ₂ = v ₁ /3, а идеальный коэффициент мощности равен

  Другая ветряная турбина, расположенная слишком близко сзади, будет приводиться в движение только более медленным воздухом. Таким образом, ветряные электростанции в Преобладающее направление ветра требует минимального расстояния, в восемь раз превышающего диаметр ротора.Обычный диаметр ветряков составляет 50 м с установленной мощностью 1 МВт и 126 м с ветроэнергетической установкой мощностью 5 МВт. Последний в основном используется на шельфе.

  Установленная мощность или номинальная мощность ветряной турбины соответствует выходной электрической мощности со скоростью между 12 и 16 м / с, при оптимальных ветровых условиях. По соображениям безопасности установка не вырабатывает большую мощность при сильном ветре. условий, чем те, для которых он предназначен. Во время грозы завод отключается.В течение года загруженность из 23% можно добраться вглубь страны. Это увеличивается до 28% на побережье и 43% на море.

  Более подробную информацию можно найти на Интернет-страницах wind-works.org и в страницы Американской ассоциации ветроэнергетики.

  Установленная мощность ветроэнергетики в США в апреле 2020 года составляла около 107,4 ГВт. Эта мощность была превышена. только Китай (более 200 ГВт). Центр ветроэнергетики Альты в Калифорнии — крупнейшая ветряная электростанция в Соединенных Штатах с 2013 года мощностью 1.6 ГВт. Электроэнергия, произведенная с помощью энергии ветра в Соединенных Штатах, составила в 2019 году около 300 ТВт-ч (тераватт-часов), или 7,3% всей вырабатываемой электроэнергии. Подробную информацию о нынешнем состоянии в США можно найти в Википедия.

  Ключевым моментом в ветроэнергетике является то, что время пикового спроса на электроэнергию и время оптимальных ветровых условий совпадают редко. Таким образом, другие производители электроэнергии с короткими сроками выполнения заказа и хорошо развитой системой распределения электроэнергии системы необходимы для дополнения выработки энергии ветра.

  Почему современные ветряные турбины потеряли одну лопасть по сравнению со старыми четырехлопастными ветряными мельницами?
  Мощность ротора P _мех = 2π M n пропорциональна крутящему моменту M , действующему на вал и частота вращения n . На последнее влияет передаточное число наконечника λ , который рассчитывается согласно λ = v _u / v ₁ из отношения окружная скорость (конечная скорость) v _u ротора и скорость ветра v ₁ .Крутящий момент M увеличивается с количеством лопастей. Поэтому он является самым большим для мельниц западного производства с множеством лопастей, меньшего размера для ветряных мельниц с четырьмя лопастями и самого маленького на сегодняшний день ветряных турбин с 3 лопастями. Однако каждое лезвие, по мере вращения снижает скорость ветра для следующих лопастей. Этот эффект «ветровой тени» увеличивается с увеличением количества лопастей. Оптимальное передаточное число концевых скоростей составляет около единицы для мельницы Western, чуть больше 2 для четырехлопастной мельницы и 7-8 для мельницы. трехлопастные роторы.Трехлопастные роторы при оптимальном передаточном числе угловых скоростей достигают значения c _p 48% и приближается к идеальному значению 59%, чем ветряные турбины с 4 лопастями. Для ветряных турбин с двумя лопастями или уравновешенных по весу конфигураций ротора с одной лопастью выходная мощность меньше, несмотря на более высокое передаточное число наконечников из-за меньшего крутящего момента M . Таким образом, ветряные турбины сегодня имеют три лопасти.

  STELR | Теория энергии ветра

  Как работают ветряные турбины?

  Ветровые турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую.

  Основные шаги:

  Шаг 1: Движущийся воздух толкает лопасти турбины, заставляя их вращаться. При этом часть кинетической энергии движущегося воздуха преобразуется в механическую (кинетическую энергию вращения) вращающихся лопастей. (Ветер все еще имеет некоторую кинетическую энергию, поскольку он уходит от турбины.)

  Шаг 2: Валы и шестерни внутри коробки передач передают механическую энергию турбины генератору.(Шестерни заставляют приводной вал генератора вращаться быстрее, чем вал, соединенный со ступицей лезвия.)

  Как лучше всего разместить ветряную электростанцию?

  Ветряки следует размещать там, где есть устойчивые сильные ветры — хотя и не настолько сильные, что они могут повредить турбины.

  Однако они работают с максимально возможной энергоэффективностью, когда работают в «гладком» воздухе, то есть когда частицы воздуха движутся в одном направлении, а не кружатся и движутся в разных направлениях.

  Таким образом, идеальными площадками для установки ветряных турбин являются:

  • Вдали от препятствий, таких как леса, башни и скалистые обнажения. (Это может вызвать завихрение воздуха.)
  • На максимально возможной высоте.

  Лучшее место — на вершине холма, где ветер может концентрироваться и увеличиваться в скорости.

  Сила ветра

  Мощность ветра пропорциональна кубу скорости ветра! Это означает:

  • Если бы скорость ветра была в 2 раза больше, мощность, доступная от ветра, была бы в 8 раз больше.
  • Если бы скорость ветра была в 3 раза больше, мощность, доступная от ветра, была бы в 27 раз больше.
  • Если бы скорость ветра была в 10 раз больше, мощность, доступная от ветра, была бы в 1000 раз больше!

  Это показывает, насколько важно размещать ветряные электростанции в местах с сильными ветрами.

  От чего зависит, сколько энергии вырабатывает ветряная турбина?

  Количество электроэнергии, производимой ветряной турбиной, зависит не только от скорости ветра, но и от того, насколько плавно он течет.Это также зависит от конструкции турбины:

  • Количество лопастей
  • Длина лопастей
  • Форма лопастей
  • Масса (масса) лопастей
  • Шаг (угол) лопастей к ветру
  • Высота башни
  • Шестерни б / у
  • Тип используемого генератора
  • Компьютерная система, которая контролирует работу турбины и ее выходную мощность (где это используется)

  Какова энергоэффективность ветряных турбин?

  Ветряные турбины не производят электричество постоянно.Хотя ветер может быть доступен до 70% времени, он часто недостаточен для работы ветряной турбины на полную мощность. Сочетание отсутствия ветра и недостаточной силы ветра означает, что даже в хорошем месте ветряная турбина в течение года будет генерировать только около 30% от того количества, которое она могла бы произвести при постоянном сильном ветре.

  Хороший сайт может иметь коэффициент загрузки 35% . Это означает, что турбины будут вырабатывать в среднем 35% своей мощности за год.

  Помимо проблем с самим ветром, часть кинетической энергии ветра преобразуется в тепловую энергию (шестерни и валы нагреваются) и звуковую энергию (лопасти, шестерни и валы издают некоторый шум при вращении). Это показано на Рисунке 6.

  Преимущества ветряных турбин

  Основными преимуществами ветряных турбин после их изготовления * являются:

  • Это возобновляемый источник энергии.
  • Они не выделяют парниковые газы или другие загрязнения.
  • Они более энергоэффективны, чем большинство электростанций, работающих на ископаемом топливе.
  • Они дешевле в эксплуатации, чем многие другие энергоресурсы.
  • Они могут быть установлены в отдаленных районах, где использование других источников энергии нецелесообразно, даже в таких местах, как Антарктида или на океанских яхтах.

  На рисунке 7 показана одна из ветряных турбин, построенных австралийской компанией в Антарктиде. Штаб-квартира этой компании находится в Дарвине.

  * Парниковые газы и другие загрязнители образуются при производстве, транспортировке и установке ветряных турбин, но после того, как они проработают год или около того, они будут это компенсировать.В целом ветряные турбины помогают снизить количество парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу.

  Недостатки ветряных турбин

  Некоторые недостатки ветряных турбин:

  • Доставляемая электрическая мощность зависит от скорости и направления ветра. Иногда скорость ветра слишком мала, чтобы даже начать вращение. Следовательно, они могут использоваться только для обеспечения людей необходимой электроэнергией.
  • Они могут быть повреждены очень сильным ветром, а также подвергнуты коррозии из-за соли в воздухе, когда они находятся рядом с морем.
  • Подключение их к электросети может быть дорогостоящим из-за больших расстояний.
  • Некоторые думают, что портят пейзаж.
  • У них должны быть мигалки сверху, чтобы предупреждать пилотов любого летящего над ними самолета об их присутствии. Люди, живущие поблизости, иногда жалуются, что мигающий свет мешает им спать.
  • Во многих странах большинство ветряных турбин строятся на берегу, обычно потому, что люди не хотят, чтобы они двигались по суше.Это гораздо более дорогое место, потому что турбины дороже в установке и обслуживании из-за таких проблем, как коррозия металлических частей морской водой и повреждения от постоянного движения волн и песка. Это означает, что вырабатываемая ими электроэнергия дороже, чем вырабатываемая на угольных электростанциях.
  • Может оказать воздействие на местные популяции птиц.

  Как работают ветряные мельницы? — Урок для детей — Видео и стенограмма урока

  Почему ветряные мельницы важны?

  Ветряные мельницы очень важны, поскольку они позволяют производить электричество, не вызывая загрязнения, что является более здоровым вариантом для нас и для земли.Ветроэнергетика также является возобновляемым ресурсом . Это означает, что он будет по-прежнему доступен на Земле, поскольку ветер постоянно генерируется. Ветряные мельницы очень полезны и существуют уже более 500 лет.

  Энергия ветра — отличный вариант по сравнению с невозобновляемыми ресурсами, такими как уголь и нефть. Уголь и нефть исчезают, когда они используются, существуют только в ограниченном количестве на Земле и могут вызвать загрязнение.

  Как работают ветряные мельницы?

  Когда вы используете свой компьютер или смотрите телевизор, вы подключаете их к розетке, чтобы получить электричество, чтобы дать им питание.Ветряные мельницы работают наоборот: вместо того, чтобы подключать ветряную мельницу для получения энергии, она фактически вырабатывает энергию или электричество из ветра.

  Ветряные мельницы вырабатывают электричество в несколько этапов. Эти шаги включают в себя несколько частей ветряной мельницы: ветер, лопасти, ротор, вал и генератор. Давайте подробнее рассмотрим, как эти части работают вместе:

  Шаг 1: Ветряные мельницы построены с огромными лопастями. Когда мощные порывы ветра проходят мимо этих лопастей, они заставляют их вращаться и двигаться круговыми движениями.

  Шаг 2: Лопасти построены вокруг части, известной как ротор.