Что находится внутри ветрогенератора

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

Обновлено: 26 ноября 2021

Подключение к магистральной сети электроснабжения до сих пор доступно не всем. Есть немалое число населенных пунктов, до которых линии электропередач не дошли. Да и подключенные поселки и деревни, вследствие общей изношенности линий, испытывают частые перебои с электроснабжением. Кроме того, дачные поселки, выстроенные недавно, зачастую не имеют возможности подключиться к линии, расположенной в солидном отдалении.

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

Что из себя представляет ветрогенератор?

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

Ветрогенератор представляет собой набор устройств, принимающих, обрабатывающих и подготавливающих для использования энергию. Потоки ветра взаимодействуют с ротором ветряка, заставляя его вращаться. Ротор посредством повышающей передачи (или напрямую) соединяется с генератором, который заряжает аккумуляторные батареи. Заряд через инвертор перерабатывается в стандартный вид (220 В, 50 Гц) и подается на приборы потребления.

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

Зачем он нужен?

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

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

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

Конструкция и принцип работы

Конструктивно ветрогенераторы сочетают механическую, электромеханическую и электрическую части. К механической относится ветряк, непосредственно принимающий энергию ветра и преобразующий ее во вращательное движение. Оно передается на электромеханическое устройство — генератор, преобразующий кинетическую энергию вращения в электрический ток. После этого действуют чисто электронные устройства:

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

Виды ветрогенераторов

Используются два основных вида ветряков, имеющих принципиальные различия:

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

Горизонтальные ветряки

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

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

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

Вертикальные конструкции

Ветрогенераторы вертикального типа имеют меньшую эффективность, вследствие чего используются для обеспечения энергией лишь отдельных потребителей — частный дом, коттедж, группу приборов и т.д. Для самостоятельного изготовления такие устройства подходят больше всего, так как обладают широким выбором вариантов конструкции, не нуждаются в подъеме на очень высокую мачту (хотя это им и не противопоказано).

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

Описывать все типы подробно незачем, так как их количество постоянно увеличивается. Практически все новые разработки базируются на вертикальной оси вращения и предназначены для использования в частных домах или усадьбах. Большинство разработок предлагает собственный вариант решения основной проблемы вертикальных устройств — низкого КПД. Некоторые варианты имеют довольно высокие показатели, но обладают сложным устройством корпуса (например, конструкция Третьякова).

Расчет и выбор

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

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

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

Изготовление ветряка своими руками

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

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

Источник

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Как устроен ветрогенератор

Любой ветрогенератор состоит из таких компонентов как;

— генератор, который вырабатывает переменный ток, и в дальнейшем преобразуется в постоянное напряжение, предназначенное для зарядки аккумуляторов. От скорости ветра зависит и мощность генератора;- лопасти, предназначены для передачи вращения к валу генератора через редукторы и стабилизаторы скорости вращения ротора генератора;
— мачта ветряка должна иметь достаточную высоту. Чем выше находятся лопасти, тем больше они получат энергии ветра.

Также в устройство ветрогенератора входят;

— контроллер, необходимый для преобразования переменного напряжения идущего с генератора, в постоянное напряжение и последующей зарядкой аккумуляторов. Контроллер управляет поворотом лопастей, и контролируют направление ветра;
— аккумуляторы накапливают электроэнергию, чтобы использовать ее при небольшом ветре или его отсутствии. Батарея также хорошо стабилизирует электроэнергию, полученную от генератора;
— датчик направления ветра помогает лопастям «поймать» ветер;
— АВР представляет собой устройство автоматического переключения между ветрогенератором и другими источниками электроэнергии, например электросетью, генератором, солнечными панелями;
— инвертор предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с аккумуляторов, в переменное напряжение для домашней электросети. Инверторы могут разделяться по типу синусоиды для разных потребителей электроэнергии.

Принцип действия ветрогенератора

Принцип работы ветрогенератора построен на преобразовании кинетической энергии силы ветра в энергию вращения вала генератора. Для вертикальных ветрогенераторов, вертикальная ось соединена с вертикальным ротором. Генератор и ротор расположены внизу конструкции. Лопасти закреплены в вертикальной оси.

Вращаясь, лопасти заставляют вращаться ротор генератора, который начинает вырабатывать переменный и нестабильный ток. Это ток идет на контроллер, который преобразует его в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторы. С аккумулятора питание идет на инвертор, назначение которого превращение постоянного тока в переменное напряжением 220 В или 380 В, которое поступает к потребителям электроэнергии.

Схемы работы ветрогенераторов

Вариантов работы ветрогенератора может быть несколько:

Ветряные генераторы могут прекрасно работать с любыми видом автономного электроснабжения и общей электросетью. Создавая при этом единую систему энергоснабжения.

Источник

Устройство ветрогенератора: как работает и сколько энергии может генерировать

Ветровой генератор является вторым наиболее распространенным источником альтернативной энергии и уступает только солнечным электростанциям (и то, далеко не во всех странах). Тем не менее, если с СЭС украинские домовладельцы хоть в какой-то мере знакомы, то как работает ветрогенератор для многих остается загадкой. Так, как же работают ветряные генераторы и могут ли они обеспечить дом электричеством?

Для чего нужны бытовые ветрогенераторы

Долгое время ветровые установки использовались исключительно для промышленной генерации энергии из-за своих крупных габаритов и дороговизны. С развитием технологии КПД ветрогенератора удалось повысить, а размеры уменьшить, что сделало ветряки доступными для частных домохозяйств.

Бытовые ветрогенераторы широко используются в местностях со стабильными ветровыми потоками и на объектах, испытывающих трудности с подключением к централизованной электросети. Эффективность современных бытовых моделей позволяет полностью обеспечить дом энергией при установке небольшой ВЭС из 3-5 генераторов или существенно снизить коммунальные расходы с помощью всего одного ветряка.

Основной принцип работы ветрогенератора

Выше описан базовый механизм генерации переменного тока, но чтобы его накапливать и стабилизировать энергопоток также требуется:

Кроме того, любой ветряной генератор имеет встроенную систему торможения, которая снижает скорость вращения лопастей (или вовсе останавливает их) при повышении скорости ветра. Это необходимо, чтобы предотвратить возможные повреждения от чрезмерной нагрузки на механизм.

Виды ветрогенераторов с высоким КПД

На производительность ветрогенератора влияет тип используемой конструкции. По этому критерию, установки можно поделить на:

Однако дизайнеры и инженеры работают над нестандартными ветрогенераторами, адаптированными специально к бытовому применению. Среди них стоит отметить:

Конструкция ветрогенератора для дома: ключевые узлы

Обсуждая принцип работы ветрогенератора, мы уже упомянули некоторые элементы ветряка. Полная же установка, пригодная для бытового или промышленного использования состоит из:

Графическая схема ветрогенератора бытового

Подробнее понять устройство ветрогенератора проще по наглядным изображениям его конструкции:

Данная схема демонстрирует ключевые элементы горизонтального ветрогенератора классического типа. На приведенном ниже изображении подробно показано устройство самой ветровой турбины:

Ее конструкция позволит лучше понять, как устроен ветрогенератор и как именно реализуется упомянутый выше основной принцип его работы.

Как самостоятельно провести расчет ветрогенератора

Чтобы установить эффективный ветрогенератор, нужно купить модель, мощности которой хватает на удовлетворение энергетических запросов домохозяйства. Мы уже писали, как рассчитать мощность СЭС, так вот общий порядок действий примерно такой же:

Однако сложность с ветрогенераторами в том, что их фактическая мощность может существенно отличаться от номинальной и сильно зависит от скорости и направления ветров в конкретном регионе. Для вычисления мощности ветрогенератора можно использовать следующую формулу:

p – плотность воздуха;

S – общая обдуваемая площадь лопастей;

При этом N отображает не мощность ветряка, а мощность потока воздуха, от которого в первую очередь и зависит эффективность ВЭС. Фактически показатель N и мощность ветряка примерно одинаковы, но могут незначительно отличаться из-за технических особенностей ветрогенераторов.

Важно: Мощность стандартного бытового ветряка, как правило, не превышает 500 Вт (при наличии места под установку турбин большого диаметра), поэтому для полного энергообеспечения дома потребуется несколько ветрогенераторов.

Чтобы получить более точный результат с учетом данных ветрового коридора в конкретном регионе, лучше доверить расчеты специалистам, которые располагают необходимой метеорологической информацией и подробной розой ветров данной местности.

Источник

Как устроены мощные промышленные ветрогенераторы

Выбор: что следует знать

Далее конструкцию следует объединить с генератором — источником переменного тока. Вы можете пойти по простому пути и выбрать генератор, к примеру, китайского производства. С доставкой такое удовольствие обойдется около 300-400 у.е.

Как вариант, можно применять автомобильный генератор переменного тока. Из него получится установка, способная вырабатывать от 0,3 до 1-2 кВт. Вариант хорош тем, что выпрямитель уже встроен. Такая установка способна держать выходное напряжение 11,6-14,7 В при достаточно широком диапазоне скоростей. И для этого не нужен внешний электронный стабилизатор.

Можно собрать генератор и своими руками. Самый простой способ — с неодимовыми магнитами. Для этого вам предстоит изучить внимательно массу блогов и форумов. Ведь нельзя просто так взять и изготовить генератор. Вы должны быть уверены, что создаете безопасное устройство, которое перед допуском к работе предстоит испытать.

Помните, что более мощный генератор требует и большего напряжения. Самая большая сложность в том, что для высокой мощности вам понадобится увеличить диаметр всей установки. Так, например, при расчете мощности в 2,6 кВт (для электрического чайника, пылесоса, обогревателя) потребуется диаметр не менее 6 м. Только представьте, сколько проблем и задач появится при установке такой махины.

Ее нужно надежно закрепить, чтобы она не каталась по соседским огородам в случае сильного ветра и не представляла угрозу жизни и имуществу окружающих.

Какое место выбрать для установки ветрогенератора?

максимально открытыхневысокие деревья.

Немаловажный фактор в выборе места для установки такого устройства — наличие соседей рядом. Дело в том, что ветрогенераторы — устройства отнюдь не бесшумные. Кроме того, об их лопасти, как уже говорилось выше, иногда разбиваются птицы. Не каждый сосед готов терпеть такие неудобства. В связи с этим ветряки лучше устанавливать на расстоянии не менее 250 метров от ближайших жилых домов.

В целом, ветряк — наиболее экологически чистый источник энергии, в отличие, например, от дизельной станции. По сравнению с солнечными батареями, также не выделяющими отходов в окружающую среду, он более доступен по цене. Кроме того, ветер дует и днем, и ночью.

Однако, цена ветрогенератора все же велика, поэтому установка его должна быть целесообразной. Если приобрести такую установку из соображений только охраны окружающей среды или в надежде сэкономить сумасшедшие деньги, ничего, кроме разочарования вам это устройство не принесет. Однако, ветрогенератор станет для вас лучшим выходом из положения, если:

Пользоваться ли электроэнергией от обычной сети, приобретать автономный источник или попытаться его изготовить самостоятельно — выбор остается за вами. Если вы делаете выбор в пользу ветрогенератора, помните, что это решение должно быть продиктовано необходимостью, а не быть просто модной тенденцией. Только тщательно продумав все до мелочей, взвесив все «за» и «против», можно приобрести наиболее выгодный источник альтернативной энергии.

Ветряки с горизонтальной осью

Ветряная мельница, а также получившие большое распространение ветрогенераторы с тремя лопастями, относятся к классу ветряков с горизонтальной осью. В этих ветряках ветровое колесо (устройство, предназначенное для преобразования кинетической энергии поступательного движения ветра в механическую энергию вращения) имеет ось, располагающуюся в горизонтальной плоскости. Преимуществом таких ветряков является возможность их запуска без какого-либо дополнительного воздействия, только от дуновения ветра. Недостатком является необходимость ориентировать ветряк по направлению воздушного потока. Эта проблема в индивидуальных генераторах решается за счет свободного вращения основания ветряка в горизонтальной плоскостью и добавления «хвоста» к устройству. В результате ветряк сам ориентируется в нужном направлении.

Пример ветряка с горизонтальной осью

Ветряки с горизонтальной осью весьма громоздки, к тому же, вращающиеся лопасти способны создать помехи средствам связи и приему аналогового телевидения. Внешний вид подобных ветряков, что называется, «на любителя». Мало того, известны случаи фобий у людей по отношению к таким ветрякам. Тем не менее, именно ветряки с горизонтальной осью получили наибольшее распространение в силу высокой эффективности и простоты конструкции. К тому же, малые ветрогенераторы с горизонтальной стоят недорого. Стоимость ветрогенератора такого типа приблизительно равна численному значению мощности, выраженной в кВт, умноженной на 1200 долл. США. Это в 3-5 раз дешевле, чем стоимость солнечных батарей в пересчете на единицу мощности.

Мощность идеального ветрогенератора с горизонтальной осью в установившемся режиме вычисляется по формуле:

Важным моментом является то, что в установившемся режиме мощность ветряка не зависит ни от ширины лопастей, ни от их количества. Тем не менее, от ширины лопастей и их количества зависит пуск ветряка. Чем эти показатели больше, тем меньшее дуновение ветра необходимо, чтобы ветряк начал вертеться. В реальности, количество и ширина лопастей определяются компромиссом между необходимостью уменьшить нагрузку на ось ветряка и необходимостью обеспечить запуск ветрогенератора от небольших порывов ветра.

Площадь ометания пропорциональна квадрату от размаха лопастей, иначе именуемого диаметром ветрового колеса. Поэтому зависимость мощности от диаметра ветрового колеса также носит квадратичный характер. В индивидуальных ветрогенераторах с горизонтальной осью размах лопастей обычно лежит в пределах от 1,2 до 7 м, что ограничивает генерируемую мощность. Максимальное значение мощности современных малых ветрогенераторов составляет 15 кВт. Следует отметить, что формула дает мощность, вырабатываемую ветрогенератором в заданный момент времени. Для вычисления средней мощности, вырабатываемой ветрогенератором, требуется знать статистику распределения скоростей ветра по времени суток для тех или иных времен года.

Принцип действия ветрогенератора:

Мощность ВЭУ находится в прямой зависимости от диаметра ветроколеса, высоты мачты и силы ветра. В настоящее время производятся ветрогенераторы, диаметр лопастей которых от 0,75 до 60 м и более. Самая маленькая из всех современных ВЭУ – G-60. Диаметр ротора, имеющего пять лопастей, всего 0,75 м, при скорости ветра 3-10 м/с она может вырабатывать мощность 60 Вт, вес ее составляет 9 кг. Такая установка с успехом применяется для освещения, зарядки батарей и работы средств связи.

Как работает ветряная электростанция?

Принцип работы ветряной электростанции основан преобразовании энергии ветра во вращательное движение турбины. Это происходит при помощи лопастей (ротора). Ветер следует контуру лопасти, приводя их во вращение.

Современные ветровые электрические станции имеют три лопасти. Их длина может достигать 56 метров. Скорость вращения в пределах 12-24 оборотов в минуту. Для увеличения скорости вращения используют редукторы. Мощность современных ветрогенераторов может достигать 750кВт.

Конструкция ветроэлектростанции может работать при скорости ветра 4 метра в секунду. При достижении скорости ветра 25 метров в секунду ветровые электростанции принцип работы, которых основан на использовании энергии ветра автоматически выключаются. Бесконтрольное вращение лопастей при сильном ветре является одной из причин аварий и разрушения ветряка.

Трансформатор преобразовывает напряжение до величин необходимых для транспортировки электроэнергии к потребителю по проводам линии электропередачи. Обычно трансформаторы устанавливают у основания мачты

Мачта является важным элементом конструкции ветряной электростанции. От ее высоты зависит выработка генератора. Высота мачты современных ветряков колеблется в пределах 70-120 метров. Некоторые конструкции предусматривают наличие вертолетных площадок.

Устройство

полученная электроэнергия поступает в:

аккумуляторам (обычно необслуживаемые на 24 В)

220 В 50Гц), подключенный к электросети

Промышленная ветровая установка

Нужно худеть

Пока размах ветрового колеса невелик, а мощность генератора измеряется в десятках или сотнях кВт, никаких особенных технологий не требуется, однако современная ветроэнергетика ориентируется на поистине гигантские сооружения: на 100−120-метровых башнях устанавливаются имеющие вес в десятки тонн гондолы, а размах лопастей ветрового колеса достигает 130 м. Чем выше башня и чем больше диаметр ротора, тем значительней используемый ветропотенциал. Однако при увеличении линейного размера ветроэнергетической установки (ВЭУ) ее мощность растет в квадратной пропорции, а вес — в кубической. Именно поэтому, как и в авиации, борьба с избыточным весом всей конструкции — один из важнейших приоритетов. Другая серьезная задача — обеспечение устойчивости всей конструкции. ВЭУ представляет собой могучую «голову» на тонкой ножке и подвергается сильнейшему ветровому давлению, раскачивается, вибрирует, и, чтобы ветряк не разрушился и не опрокинулся, требуются сложные расчеты и нестандартные технические решения.

Ветроэнергетический хайтек начинается прямо с роторов — внутри окружности самых больших из них спокойно умещается футбольное поле.

Технологии
Патент недели: электричество из термоядерного синтеза

Башня, гигантские лопасти, генератор и даже ступица ветроколеса — все в современных мегаваттных ветрогенераторах производит впечатление нечеловеческих масштабов. Размеры — дань эффективности.

Чем совершенней аэродинамический профиль лопастей ветрового колеса, тем выше его КПД. При этом лопасти должны быть прочными и упругими, иначе высотные ветры сломают их как спички. Лопасти также должны иметь минимальный вес, так как повышение массы увеличивает нагрузки на конструкцию в целом и, соответственно, ее цену. В производстве лопастей для ротора, как и в авиапроме, ставка делается на неметаллические композитные материалы при ключевой роли стеклопластика, который как раз и совмещает в себе все требуемые свойства. Внутри лопасти помещается более жесткий каркас с прямоугольным сечением, а внешняя оболочка обеспечивает необходимый профиль крыла, разработанный специально для работы в воздушных потоках с невысокими скоростями. Но оптимальный вес вкупе с аэродинамическими качествами — это еще не все. Ветровое колесо должно обладать длительным рабочим ресурсом. Служить ВЭУ предстоит два десятилетия, и чем меньше на это время придется регламентных и ремонтных работ, тем дешевле обойдется эксплуатация.

Типы ветрогенераторов

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

Существуют два основных типа ветротурбин:

Также существуют барабанные и роторные ветротурбины.

Ветрогенераторы, как правило, используют три лопасти для достижения компромисса между величиной крутящего момента (возрастает с ростом числа лопастей) и скоростью вращения (понижается с ростом числа лопастей).

Преимущества и недостатки разных типов ВЭУ

Теоретически доказано, что коэффициент использования энергии ветра идеального ветроколеса (КИЭВ) горизонтальных, пропеллерных и вертикально-осевых установок равен, 0.593. Это объясняется тем, что роторы ВЭУ обоих типов используют один и тот же эффект подъемной силы, возникающий при обтекании ветровым потоком профилированной лопасти, К настоящему времени достигнутый на горизонтальных пропеллерных ВЭУ коэффициент использования энергии ветра составляет 0.4. На данный момент этот коэффициент у ветрогенераторов (ветроустановок) ГРЦ-Вертикаль составляет 0.38. Проведенные экспериментальные исследования российских вертикально-осевых установок показали, что достижение значения 0.4-0.45 — вполне реальная задача. Таким образом, можно отметить, что коэффициенты использования энергии ветра горизонтально-осевых пропеллерных и вертикально-осевых ВЭУ близки.

Процесс изготовления

Для лопастей можно выбрать тонкий металлический лист дюраля. Достаточно толщины в 0,5 мм. Чем легче конструкция вашего устройства, тем проще ему будет вращаться. На многочисленных форумах по созданию таких устройств, где своими навыками и знаниями делятся опытные мастера, можно почитать подробнее, чем плох, например, оцинкованный лист. Коротко: он слишком тяжелый.

Такой роторный генератор предусматривает использование сплошных кругов по торцам. Для этого возьмите фанеру толщиной не менее 10 мм. Средний вес такого круга — около 3,5 кг. Нужно три штуки. На вырезанных заготовках обозначьте профиль крыла. Его нужно углубить на 3 мм. Для создания паза или канавки, в который будет вставляться крыло, используйте фрезу.

Чтобы эксплуатация была надежной, предварительно обработайте эти аэродинамические шайбы олифой или другим влагозащитным средством. Лопасти размещаются на 90 градусов по отношению друг к другу. Используемые листы дюраля можно закрепить посредством алюминиевых или стальных уголков на небольшие болты.

Каждую часть (половину), из которых вы собираете ветрогенератор, следует прикрепить к фанерным блокам. Используйте по две шпильки с гайками d6 мм. По оси собранная конструкция будет пронизана осевая шпилька d16 мм. Ее нужно присоединить к каждому кругу из фанеры с обеих сторон при помощи пары гаек. Это и есть центральная ось, которая отвечает за вращение конструкции.

Для скрепления элементов применяются гайки с гровер-шайбами. Диаметр нашего ветряка — 0,75 м, высота — 1,6 м. Вес конструкции около 16 кг. Стоимость — в районе 4 тыс. рублей.

Применение малой ветроэнергетики

В настоящее время индивидуальные ветрогенераторы широко используются в нашей стране для выработки электричества в сельской местности. Мотивы к переходу на альтернативные источники энергоснабжения могут быть разными — от снижения текущих расходов на электроэнергию до стремления избежать огромных затрат на подключение нового здания. Причем ветрогенераторы заводят не только жители небогатых сел, вынужденные экономить на электроэнергии, но и обитатели шикарных коттеджных поселков, которым монопольные поставщики электроэнергии выставляют огромные счета. Наконец, есть места, где электричества нет, а прокладывать линии электропередач экономически невыгодно.

На некоторых фермах ветрогенераторы используются для снижения затрат, а, значит, снижения себестоимости продукции. Необходимость бесперебойного электроснабжения диктует использование в таких местах гибридных систем, объединяющих ветряк, бензогенератор и, если позволяют средства, солнечные батареи.

Осветительная установка с гибридным питанием

Гибридные системы, состоящие из ветрогенератора с диаметром ветряного колеса около 1,5 м и солнечных батарей площадью 1-2 кв. м, можно использовать для питания светодиодных светильников. Это позволяет освещать сложные участки дороги и пешеходные переходы там, куда невыгодно или просто невозможно подвести электропитание. В условиях средней полосы России такая установка способна обеспечить бесперебойную круглогодичную работу светильника с потребляемой мощностью 20-30 Вт в темное время суток.

Мультипликатор

Самое быстрое ветроколесо способно дать скорость вращения не более 400 об/мин. В то же время, наибольший КПД электрического генератора, как правило, достигается при частоте вращения около 1000 об/мин. Поэтому на ветроэлектростанциях, обслуживающих нескольких потребителей, используют так называемые мультипликаторы — механизмы, передающие вращение от ветроколеса к электрическому генератору с повышающим коэффициентом.В индивидуальных ветрогенераторах мультипликаторы зачастую не используются. При этом мирятся со снижением КПД электрического генератора во имя удешевления конструкции.

Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов

11 × E-126 бельгийской ВЭС Estinnes в июле 2010, за месяц до завершения строительства станции

11 × E-126 (11 × 7,5 МВт) бельгийской ВЭС Estinnes 10 октября 2010 года.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7-10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой фермы может занимать год и более.[где?] Кроме того, для обоснования строительства ветроустановки или ветропарка необходимо проведение длительных (не менее года) исследований ветра в районе строительства. Эти мероприятия значительно увеличивают срок реализации ветроэнергетических проектов.

Для строительства необходимы дорога до строительной площадки, место для размещения узлов при монтаже, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

В ходе эксплуатации промышленных ветрогенераторов возникают различные проблемы:

Перспективные разработки

Норвежская компания StatoilHydro и немецкий концерн Siemens AG разработали плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в июне 2009 года. Турбина под названием Hywind, разработанная Siemens Renewable Energy, весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалеку от юго-западного берега Норвегии. Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров. Аналогичные разработки ведутся в США.

Компания Magenn разработала специальный аппарат с установленным на нём ветрогенератором, который сам поднимается на высоту 120—300 метров. Нет необходимости строить башню и занимать землю. Аппарат работает в диапазоне скоростей ветра от 1 м/с до 28 м/с. Аппарат может перемещаться в ветряные регионы или быстро устанавливаться в местах катастроф.

Компания Windrotor предлагает конструкцию ротора мощной турбины, позволяющую значительно увеличить его размеры и коэффициент использования энергии ветра. Предполагается, что эта конструкция станет новым поколением роторов ветровых турбин.[источник не указан 2052 дня]

В мае 2009 года в Германии компанией Advanced Tower Systems (ATS) был запущен в эксплуатацию первый ветрогенератор, установленный на гибридной башне. Нижняя часть башни высотой 76,5 метров построена из железобетона. Верхняя часть высотой 55 метров построена из стали. Общая высота ветрогенератора (вместе с лопастями) составляет 180 метров. Увеличение высоты башни позволит увеличить выработку электроэнерии до 20 %.

В конце 2010 года испанские компании Gamesa, Iberdrola, Acciona Alstom Wind, Técnicas Reunidas, Ingeteam, Ingeciber, Imatia, Tecnitest Ingenieros и DIgSILENT Ibérica создали группу для совместной разработки ветрогенератора мощностью 15,0 МВт.

Евросоюз создал исследовательский проект UpWind для разработки офшорного ветрогенератора мощностью 20 МВт.

В 2013 году японская компания Mitsui Ocean Development & Engineering Company разработала гибридную установку: на единой плавающей в воде оси установлена ветровая турбина и турбина, работающая от приливной энергии.

Защита от разрушения ветроколеса

При большой скорости ветра может произойти превышение скорости вращения ветроколеса сверх допустимой нормы, что приводит к его разрушению. Чтобы этого не происходило, генератор всегда должен находиться под нагрузкой. Если аккумулятор полностью заряжен и нет нагрузки, то к генератору подключается балластный резистор.

При штормовом ветре у генераторов с диаметром ветроколеса до 2 м просто останавливают лопасти во избежание их поломки. При большем размере лопастей ветроколесо поворачивается в горизонтальную плоскость. На крупных ветроэлектростанциях лопасти складываются.

И мозги пригодятся

Создатели ВЭУ непрерывно борются за повышение энергетической и экономической эффективности установок, повышая КПД компонентов (ветроколеса, мультипликатора, генератора и преобразователя), улучшая надежность конструкций и снижая их массу и цену. Борьба идет за несколько процентов (1−3) и даже за их доли. Сильнейший фактор в борьбе за энергетическую эффективность ВЭУ — система управления (СУ) и программное обеспечение (ПО). Современная СУ, снабженная ПО, максимально учитывающим особенности ветров и характеристики потребителей энергии, может дать повышение энергоотдачи на 10 и более процентов.

Свои высокотехнологические особенности имеют, разумеется, и генератор, и система электрических тормозов, и конструкция обтекателя гондолы. Так может ли подобная наукоемкая продукция производиться в России?

Значительную роль в современных ветроустановках играет система управления углом атаки (pitch control), позволяющая варьировать подъемную силу на лопасти и избегать нерасчетных нагрузок при сильных порывах ветра.

Роторы

Все роторы отличаются друг от друга размерами рабочей области, прочностью и границами силы ветра, в пределах которой они могут работать.

Деревянный ротор ветрогенератора

Деревянный ротор в работе.

Рабочая область деревянного ротора 5×5. Минимальный поток воздуха 10MCW, максимальный 60MCW. Деревянный ротор выдерживает 3 часа реального времени (Примерно 10 игровых суток).

Железный ротор ветрогенератора

Железный ротор в работе.

Рабочая область железного ротора 7×7. Минимальный поток воздуха 14MCW, максимальный 75MCW. Железный ротор выдерживает 24 часа реального времени (75 игровых суток).

Стальной ротор ветрогенератора

Стальной ротор в работе.

Рабочая область стального ротора 9×9. Минимальный поток воздуха 17MCW, максимальный 90MCW. Стальной ротор выдерживает 72 часа реального времени (225 игровых суток).

Углеволоконный ротор ветрогенератора

Углеволоконный ротор в работе.

Рабочая область углеволоконного ротора 11×11. Минимальный поток воздуха 20MCW, максимальный 110MCW. Углеволоконный ротор выдерживает 168 часов реального времени (525 игровых суток).

Гибридная генерация

Крупные ветроэлектростанции размещаются там, где ветер дует постоянно, например, в прибрежных зонах. В отличие от них, индивидуальные ветрогенераторы размещают вблизи потребителя. И здесь может возникнуть ситуация, когда на протяжении нескольких дней нет ветра с достаточной для нормальной работы генератора скоростью. Поэтому для обеспечения надежной бесперебойной поставки электроэнергии используются так называемые гибридные системы, объединяющие несколько источников энергии. Как правило, это комбинация из ветряка и солнечных батарей. Когда ветра нет, обычно нет и облаков на небе, и можно использовать энергию солнца.

Контроллер для гибридного электропитания от ветрякаи солнечной батареи китайской компании Sunteams

Энергия от солнечных батарей и обоих источников накапливается в одном аккумуляторе (или батарее аккумуляторов) и отдается потребителю по мере необходимости. Для управления процессами зарядки применяется специальный двухканальный контроллер. Большинство современных моделей контроллеров для солнечных батарей являются двухканальными и предусматривают возможность использования в гибридных системах.

Мировые производители ветрогенераторов

Накопление энергии

Мощность, которую дает ветрогенератор, крайне нестабильна, так как скорость ветра постоянно меняется. Поэтому обязательно использование аккумулятора, в котором накапливается и постепенно отдается в нагрузку.

Для накопления энергии обычно используются гелевые аккумуляторы (от слова «гель» — по принципу действия они аналогичны кислотным, но электролит находится в виде желе) напряжением 12 В. Иногда аккумуляторы соединяют последовательно в батареи напряжением до 120 В. Ветряк подключается к аккумулятору через специальный контроллер, управляющий процессом зарядки. Напряжение 220 В с частотой 50 Гц, подаваемое потребителю, вырабатывается при помощи инвертора.

Генераторы с геликоидным ротором

Еще такие ветрогенераторы называются генераторами Горлова. В принципе, это еще один вариант на тему ортогонального роторного ветряка, причем, вариант довольно удачный. Внешнее и техническое отличие генератора с геликоидным ротором от классического ортогонального ветрогенератора, в том, что его лопасти закручены дугообразно, отсюда и его название — геликоидный.
Изобретатель это сделал для того, чтобы аппарат легко улавливал даже слабый поток воздуха. За счет лопастной дуги ротор вращается без рывков. В целом такой режим работы уменьшает динамику нагрузки на опору ветряка и подвижные узлы. Поэтому срок службы ветрогенератора Горлова выше, чем у других вертикально-роторных аналогов.

Заключение

Повышение цен на электроэнергию, освоение новых неэлектрифицированных территорий, строительство на них домов, баз отдыха, ферм сельско-хозяйственного назначения, приводит к постоянному увеличению спроса на оборудование, предназначенного для нетрадиционных способов генерации электроэнергии при помощи ветра и солнца.

К подорожанию электроэнергии, производимой ветрогенератором, может привести приобретение аккумуляторов для обеспечения бесперебойной работы установки недлительное время. При длительной работе, стоимость электроэнергии увеличивается на цену дизель – генератора.

Источник