Ветроэнергетические установки: устройство и технические характеристики

Содержание

Особенности ветроэнергетических установок: достоинства и недостатки оборудования

Энергоснабжение регионов России распределено крайне неравномерно. Имеются энергоизбыточные регионы, обладающие большими возможностями в обеспечении регионов, есть и районы с нехваткой энергоресурсов, нуждающиеся в поставках извне. Примечателен факт, что местности без электроснабжения встречаются в обоих категориях регионов, независимо от общей обеспеченности. Поэтому населению таких пунктов приходится изыскивать способы решения вопроса своими средствами.

Наиболее частым методом решения вопроса являются дизельные электростанции, которые обходятся довольно дорого и нуждаются в постоянных поставках топлива. Расходы на обслуживание и заправку таких устройств вынуждают вести поиск альтернативных источников. В последнее время внимание потребителей все чаще бывает сосредоточено на ветрогенераторах, так как этот источник абсолютно бесплатный, присутствует повсеместно, обладает большими возможностями в сфере энергетики.

Что такое ветроэнергетические установки?

Ветроэнергетические установки представляют собой комплексы оборудования, предназначенного для выработки, подготовки и снабжения потребителей электрическим током. Поскольку ветер является бесплатным источником энергии, все расходы на выработку тока сводятся к первоначальным вложениям на приобретение (или создание) ветрогенератора и смежного оборудования и последующее обслуживание.

Если сравнивать затраты на проведение линии электропередач или кабеля до отдаленных пунктов, то экономический эффект от использования ВЭУ в большинстве случаев оказывается довольно высоким. При этом, следует учитывать большую разницу в стоимости крупных ВЭУ и небольших установок, действующих в пределах одной усадьбы.

Частой ошибкой, допускаемой при расчетах экономической выгоды от использования ВЭУ, является рассматривание лишь одного варианта реализации методики — создания локальных энергетических комплексов (ЛЭК). Они рассматриваются только как энергоустановки местного значения, обеспечивающие энергией весь населенный пункт. Отсюда возникают высокие расходы на приобретение, потребность в дорогостоящем обслуживании и материалоемкость устройства.

Частные источники, способные обеспечить энергией отдельный дом, практически не рассматриваются, из виду упускается наиболее эффективный и необходимый сектор ветрогенераторов.

Достоинства и недостатки ВЭУ

Преимуществами ВЭУ являются:

  • возможность обеспечения электроэнергией любые пункты, вне зависимости от степени удаления от магистральных линий;
  • нет необходимости создавать большую энергетическую станцию, можно использовать отдельные компактные установки;
  • готовая ВЭУ не нуждается в топливе или иных ресурсных поставках.

При этом, существуют некоторые недостатки:

  • Выработка электроэнергии производится посредством ветровых потоков и полностью зависит от их силы и равномерности. В тихую безветренную погоду производство электротока невозможно.
  • Полученный ток не годится для использования без подготовки, которая требует наличия определенных устройств.
  • Ураганные ветра или шквалистые порывы могут разрушить или вывести установку из строя.

Важно! Как достоинства, так и недостатки ВЭУ являются их специфическими характерными качествами. При отсутствии других возможностей имеющиеся недостатки попросту устраняются принятием соответствующих мер.

Единственным действительно серьезным препятствием, ограничивающим использование ветрогенераторов, является высокая стоимость промышленных установок. Создание самодельных устройств требует определенных навыков и некоторой подготовки, что также замедляет распространение ветроэнергетических устройств среди населения.

Принцип работы ветроэнергетических установок

Ветроэнергетическая установка представляет собой комплекс оборудования, в состав которого входят:

  • ветрогенератор,
  • аккумулятор,
  • инвертор,
  • коммутационное оборудование, кабель, прочие устройства.

Внимание! Имеется много вариантов конструкции ветряков, но общий состав установки практически неизменен.

Принцип действия ветроустановок основан на использовании энергии ветра. Поток воздействует на лопасти рабочего колеса, приводя их во вращение. Оно передается на генератор, производящий электроток. Генератор заряжает аккумуляторы, напряжение с которых подается на инвертор, создающий переменный ток 220 В 50 Гц, необходимый для потребителей.

Существуют отдельные ветряки, питающие насосы или иные несложные устройства, которые подают напряжение напрямую на потребляющий прибор. Но, при возникновении нештатных ситуаций, например, внезапном усилении ветра, потребитель может выйти из строя вследствие резкого скачка напряжения.

В последнее время значительно увеличился интерес к ветроэнергетике со стороны изобретателей и конструкторов. Постоянно появляются новые конструкции, которые обладают все большими возможностями. В частности, ведутся активные поиски способов увеличения КПД ветряка, и некоторые варианты имеют весьма высокие показатели по сравнению с применяющимися в настоящее время промышленными образцами ВЭУ.

Учитывая, что максимальное использование энергии ветрового потока согласно расчетам не может превышать 59,3%, а реальное использование намного ниже и составляет от 10%, то возможности для увеличения эффективности установок весьма высоки.

Особенности ветроэнергетических установок: достоинства и недостатки оборудования

Виды оборудования

Существует две группы ВЭУ, отличающиеся друг от друга положением оси вращения рабочего колеса:

  • Горизонтальные. Внешне напоминают пропеллер.
  • Вертикальные. Лопасти таких устройств вращаются вокруг вертикальной оси. Имеется большое число конструкций вертикальных ветряков.

Принципиальным отличием этих двух типов конструкции является необходимость ориентирования горизонтальных устройств по направлению ветра и нетребовательность к этому вертикальных ветряков. Кроме того, для горизонтальных устройств обязательно наличие высокой мачты, так как расположение на высоте обеспечивает более интенсивное воздействие потоков ветра на ротор. Вертикальные конструкции в подъеме над уровнем земли нуждаются в меньшей степени.

При этом, эффективность горизонтальных ветряков в целом выше, чем у вертикальных устройств. Это происходит потому, что лопасти вертикальных роторов испытывают как полезное воздействие на рабочие части, так и противодействующие нагрузки на обратные стороны. Снижение уравновешивающего воздействия потока на обратные стороны лопастей является основной задачей конструкторов, пытающихся разработать наиболее удачную форму рабочего колеса.

Существуют опытные образцы, обеспечивающие высокую эффективность использования потока, но широкого производства таких устройств пока не наблюдается.

Общий состав комплекса практически одинаков и различается только типом конструкции ветряка.

Горизонтальные ветрогенераторы

Установки с горизонтальной осью вращения имеют практически одну конструкцию. Они представляют собой горизонтальную ось с хвостом и ротором на противоположных концах. Ось имеет возможность свободного вращения вокруг вертикальной оси, необходимое для установки ротора по направлению ветра. Это происходит автоматически, при помощи хвоста. Ротор представляет собой род пропеллера, вращающегося при воздействии ветрового потока на лопасти.

Принципиального различия между разными моделями горизонтальных ветряков нет. Они отличаются типом лопастей:

  • жестколопастные,
  • парусные.

Первые сделаны из прочного материала, вторые представляют собой жесткую рамку, обтянутую плотной тканью или подобным материалом. Кроме того, имеются образцы с различной формой лопасти:

  • в виде прямой лопатки;
  • в виде архимедова винта.

Имеются парусные модели, созданные для получения максимального эффекта от воздействия ветрового потока. Они не имеют вращающихся частей, поверхность паруса создает давление на поршневую систему, взаимодействующую с генератором.

Важно! Большая площадь лопастей позволяет получать больше энергии от взаимодействия с воздушным потоком, но создает значительное сопротивление ветру, опасное при возникновении шквальных порывов.

Ротор горизонтальной конструкции нуждается в установке на высокую мачту. Это увеличивает эффективность получения ветровой энергии, но осложняет процесс монтажа и обслуживания устройства. Мачта должна быть надежно закреплена и усилена растяжками, чтобы имелась возможность выдерживать ураганные порывы ветра. Высота мачты выбирается таким образом, чтобы ветряк возвышался над всеми ближайшими зданиями и сооружениями. При этом, место установки также выбирается на возвышении, что позволяет снизить высоту мачты и облегчает монтаж.

Особенности ветроэнергетических установок: достоинства и недостатки оборудования

Вертикальные ветряки

Ветрогенераторы вертикальных конструкций имеют меньшую эффективность использования потока ветра, но с точки зрения эксплуатации они намного предпочтительнее. Их преимущества:

  • нет нужды ориентировать ротор по направлению ветра;
  • устанавливать устройство на высокую мачту необязательно, так как большой разницы в эффективности нет;
  • устройства имеют более простую конструкцию, что удобнее при самостоятельном изготовлении.

Изначально вертикальные конструкции имели две лопасти, имеющие форму желоба, расположенные диаметрально вдоль оси вращения. Впоследствии появились другие варианты, имеющие большее количество лопастей или иную форму. На сегодня различных конструкций известно довольно много. Вот некоторые из них:

  • ротор Савониуса,
  • ротор Дарье,
  • ротор Третьякова,
  • ортогональный,
  • геликоидный.

Работы по созданию новых типов конструкции ведутся непрерывно, поэтому привести полный перечень имеющихся конструкций невозможно.

Внимание! Вертикальные конструкции ветрогенераторов намного доступнее для самостоятельного изготовления, что явилось причиной появления большого количества вариантов конструкции.

Особенности ветроэнергетических установок: достоинства и недостатки оборудования

Особенности конструкции

Основная особенность конструкции ВЭУ — наличие подвижного ротора, передающего вращающий момент на генератор. Этот узел является наиболее ответственным во всей конструкции, требующим качественного изготовления, прочности и устойчивости к нагрузкам.

Читать статью  Интенсивное энергосбережение

Кроме того, помимо надежности, ротор должен достаточно чутко реагировать на контакт с ветровыми потоками и начинать вращение при относительно слабых значениях. Это особенно важно, если учитывать особенности климата России, где преобладают слабые и средние ветра. Способность стартовать при малых ветрах высоко ценится у ветрогенераторов, большинство разработок создано именно для увеличения чувствительности к малым потокам.

Нестабильность и слабые скорости ветра являются основными причинами недостаточного развития ветроэнергетики в России. Расходы на альтернативные источники электроснабжения чаще всего выше, чем на традиционные методы, что объясняет малое присутствие ВЭУ. При этом, решение вопроса с помощью дизельных электростанций способствует отрицательному воздействию на окружающую среду в виде выбросов продуктов горения топлива.

Использование дармовой энергии ветра при правильно распределенных вложениях и применении наиболее эффективных конструкций способно дать немалый экономический эффект и способно решить проблему для регионов с недостаточным энергоснабжением.

Технические характеристики

К основным техническим характеристиками ВЭУ относятся:

  • номинальная мощность устройства,
  • минимальная скорость ветра, при которой происходит запуск ротора,
  • максимальная скорость ветра, при которой требуется торможение вращающейся части.

Помимо этих параметров важно определить срок окупаемости устройства, его долговечность и расходы на содержание. Эти факторы являются определяющими при выборе источника электроснабжения между дизельными станциями и ВЭУ. Для регионов со слабыми ветрами такой выбор весьма актуален, поскольку вкладываться в заведомо неэффективный комплекс нерационально и не способствует решению проблемы.

Ветроэнергетические установки являются перспективным вариантом решения проблемы энергообеспечения для отсталых регионов. При грамотном подходе и использовании оптимального комплекта оборудования, можно создавать как мелкие станции, обеспечивающие отдельные жилые дома, так и более крупные установки, способные снабжать энергией населенные пункты.

Возможность производства энергии без нанесения ущерба экологии региона должна ставиться в первоочередные задачи, и ветроэнергетика в этом отношении является наиболее удачным вариантом решения проблем.

Что такое ветрогенератор

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

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

Ветряная станция в поле

Принцип действия

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

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

Принцип действия

Виды устройств

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

С горизонтальной осью вращения

Ось ротора и ведущая ось расположены параллельно поверхности земли.

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

Достоинства данного вида:

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

С вертикальной осью вращения

Ось вращения расположена вертикально по отношению к поверхности земли.

Данный вид устройств можно разбить на несколько групп, это:

  • С ротором Савоуниса.

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

  • Высокая технологичность конструкции;
  • Значительный пусковой крутящий момент;
  • Способность работать при малых воздушных потоках.
  • Низкая эффективность работы лопастей;
  • Значительная потребность в материалах при изготовлении.

С ротором Дарье

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

С ротором Дарье

1 – классический вариант ротора Дарье.

2 – ротор Дарье тина Н (ортогональным ротором).

3 – винтообразный ротор Дарье (с гелиокоидным ротором).

  • Нет необходимости в ориентации на воздушные потоки;
  • Простота изготовления лопастей;
  • Простота и удобный способ обслуживания.
  • Низкий КПД установок;
  • Непродолжительные межремонтные циклы опорных узлов и элементов конструкции;
  • Имеют слабую способность к самозапуску, при наличии двух лопастей, при равномерных потоках ветра.

С геликоидный ротором

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

  • Более продолжительные сроки эксплуатации, в сравнении с классическим вариантом ротора Дарье;
  • Менее значительная нагрузка на опорные узлы и механизмы.
  • Более высокая стоимость в сравнении с классическим вариантом;
  • Более трудоемкий и сложный процесс изготовления лопастей.

С многолопастным ротором

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

С многолопастным ротором

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

С ортогональным ротором

С ортогональным ротором

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

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

  • Отсутствие механизмов ориентации по ветровым потокам;
  • Простота в эксплуатации и обслуживании.
  • Непродолжительные межремонтные циклы опорных узлов и элементов конструкции.

Работающие на водяных каплях

Ветрогенератор на каплях

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

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

Ветрогенератор – парус

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

Ветрогенератор – парус

«Парус» закреплен и растянут на круглой раме и под воздействием ветра совершает колебательные движения. Эти движения, посредством системы тяг, передаются на поршни гидравлической системы, в которой механическая энергия колебаний преобразуется в давление жидкости. Гидравлическое давление жидкости преобразуется во вращательное движение привода, к которому подсоединен электрический генератор, вырабатывающий электрически ток.

Достоинствами конструкции являются:

  • Способность работать при малой скорости ветра;
  • Малый вес конструкции;
  • Ремонтопригодность и простота обслуживания;
  • Экологическая безопасность устройств;
  • Простота монтажа
  • При использовании на территориях, где сильные ветра, основные преимущества пред прочими конструкциями, теряют свою актуальность.

Как выбрать ветровой генератор

Как выбрать ветровой генератор

Для того чтобы выбрать ветрогенератор необходимо:

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

Популярные модели и марки

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

EnergyWind

Среди отечественных моделей наибольшим спросом пользуются:

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

Среди зарубежных моделей, широко распространены ветровые генераторы:

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

Средние цены

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

Стоимость рассмотренных выше моделей составляет:

  • EnergyWind, в зависимости от мощности (от 1,0 до 10,0 кВт), составляет от 68000,00 до 650000,00 рублей, соответственно.
  • Exmork от копании Zonhan Windpower Co, Ltd (Китай), в зависимости от мощности (от 0,3 до 5,0 кВт), составляет от 30000,00 до 260000,00 рублей, соответственно.
  • Bekar, в зависимости от мощности (от 0,5 до 60,0 кВт), составляет от 43000,00 рублей.
Читать статью  ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ, И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ – тема научной статьи по экономике и бизнесу читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Плюсы и минусы

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

Плюсы и минусы ветрогенераторов

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

К недостаткам можно отнести следующие:

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

Развитие ветроэнергетики

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

Развитие ветроэнергетики

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

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

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

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

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:Рубрика «Энергия ветра»

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Все о ветрогенераторах

V

Для улучшения бытовых условий человечество использует воду, различные полезные ископаемые. В последнее время популярными становятся альтернативные источники энергии, в особенности сила ветра. Благодаря последней люди научились получать энергетическое обеспечение как для бытовых, так и для промышленных нужд.

Что это такое?

В связи с тем, что потребность в энергетических ресурсах возрастает ежедневно, а запасы привычных носителей энергии сокращаются, использование альтернативных источников энергии становится с каждым днем всё более актуальным. В последнее время ученые и инженеры-конструкторы создают новые модели ветряных установок. Использование новейших технологий позволяет улучшить качественные характеристики агрегатов и уменьшить количество отрицательных моментов в конструкциях.

Ветрогенератор – это вид технического устройства, при помощи которого кинетическая ветряная энергия преобразуется в электрическую.

Значение и применение продукта, что вырабатывают данные агрегаты, постоянно возрастает за счет неисчерпаемости ресурсов, которые они используют для работы.

Где применяются?

Ветрогенераторы используются в разных местах, обычно это отрытые территории, там потенциал ветра самый большой. Станции альтернативных источников энергии устанавливают в горах, на мелководье, островах и полях. Современные установки могут производить выработку электричества даже при небольшой силе ветра. Благодаря такой возможности ветрогенераторы используют для снабжения электрической энергией объектов разной мощности.

  • Стационарная ветряная станция может обеспечить электрической энергией частный дом или небольшой объект на производстве. Во время отсутствия ветра запас энергии будет аккумулироваться, а после использоваться из батареи.

  • Ветровые установки со средней мощностью могут применяться на фермерских хозяйствах либо в домах, которых удалены от теплосетей. В данном случае этот источник электроэнергии может использоваться для отопления помещений.

Устройство и принцип работы

Ветрогенератор работает при помощи силы ветра. Конструкция данного устройства должна включать следующие элементы:

  • турбинные лопасти или пропеллер;
  • турбина;
  • электрический генератор;
  • ось электрического генератора;
  • инвертор, в функции которого входит преобразование переменного тока в постоянный;
  • механизм, вращающий лопасти;
  • механизм, вращающий турбину;
  • аккумулятор;
  • мачта;
  • контроллер вращательных движений;
  • демпфер;
  • датчик ветра;
  • хвостовик ветряного датчика;
  • гондола и иные элементы.

Виды генераторов бывают разными, поэтому и элементы конструкции в них могут отличаться.

У промышленных агрегатов предусмотрен силовой шкаф, защита от молнии, поворотный механизм, надежный фундамент, приспособление для тушения пожара, телекоммуникации.

Ветрогенератором принято считать устройство, которое преобразует ветряную энергию в электричество. Предшественниками современных агрегатов являются мельницы, что производят муку из зерна. Однако схема подключения и принцип работы генератора практически не поменялись.

  1. Благодаря силе ветра начинают вращаться лопасти, крутящий момент которых передается к валу генератора.
  2. Вращение ротора создает трехфазный переменный ток.
  3. Через контроллер переменный ток отправляется к аккумуляторной батарее. Аккумулятор необходим для того, чтобы создать стабильную работу ветрогенератора. Если ветер присутствует, то агрегат заряжает батарею.
  4. Для защиты от урагана в ветряной системе генерации тока имеются элементы для увода ветроколеса от ветра. Происходит это складыванием хвоста или торможением колеса при помощи электрического тормоза.
  5. Чтобы подзарядить аккумулятор, потребуется установить контролер. В функции последнего входит отслеживание зарядки АКБ для предотвращения ее поломки. При надобности данное приспособление может сбросить лишнюю энергию на балласт.
  6. Аккумуляторы имеют постоянное невысокое напряжение, однако к потребителю оно должно доходить силой 220 Вольт. По этой причине в ветрогенераторы устанавливают инверторы. Последние способны преобразовывать переменный ток в постоянный, увеличивая показатель его силы до 220 Вольт. Если инвертор не будет установлен, то потребуется использовать только те приборы, которые рассчитаны на низкое напряжение.
  7. Ток в преобразованном виде отправляется к потребителю для питания отопительных батарей, освещения помещений, работы бытовой техники.

В конструкции промышленных ветрогенераторов имеются дополнительные элементы, благодаря которым устройства функционируют в автономном режиме.

Виды, их преимущества и недостатки

Классификация ветряных электростанций основана наследующих критериях.

  1. Количество лопастей. В настоящее время в продаже можно встретить однолопастной, малолопастной, многолопастной ветряки. Чем меньше лопастей у генератора, тем выше будут обороты его двигателя.
  2. Показатель номинальной мощности. Бытовые станции вырабатывают до 15 кВт, полупромышленные – до 100, а промышленные – более 100 кВт.
  3. Направление оси. Ветрогенераторы могут быть как вертикальными, так и горизонтальными, у каждого из видов есть свои плюсы и минусы.

Желающие обзавестись альтернативным источником энергии могут купить ветрогенератор с ротором, кинетический, вихревой, парусный, мобильный.

Также существует классификация генераторов электроэнергии из ветра согласно месту их расположения. На сегодня выделяют 3 типа агрегатов.

  1. Наземные. Такие ветряки считаются самыми распространенными, их монтируют на холмах, возвышенностях, подготовленных заблаговременно площадках. Монтаж таких установок происходит с использованием дорогой техники, так как элементы конструкций требуется фиксировать на большой высоте.
  2. Прибрежные станции строят в прибережной части моря, океана. На работу генератора оказывает влияние морской бриз, за счет него роторное устройство производит энергию круглосуточно.
  3. Шельфовые. Ветрогенераторы данного типа устанавливают в море, обычно на дистанции около 10 метров от берега. Такие устройства создают энергию из регулярного морского ветра. В последующем энергия к берегу попадает по специальному кабелю.

Вертикальные

Вертикальные ветрогенераторы характеризуются вертикальным расположением оси вращения относительно земли. Это устройство, в свою очередь, делится на 3 вида.

  • С ротором Савоуниса. В составе конструкции имеется несколько полуцилиндрических элементов. Вращение оси агрегата происходит постоянно и не зависит от силы и направления ветра. Преимуществами данного генератора можно назвать высокий уровень технологичности, качественный пусковой крутящий момент, а также способность функционировать даже при незначительной силе ветра. Недостатки устройства: низкоэффективная работа лопастей, потребность в большом количестве материалов в процессе изготовления.

  • С ротором Дарье. На вращательной оси устройства располагается несколько лопастей, которые в совокупности имеют вид полосы. Плюсами генератора принято считать отсутствие необходимости ориентироваться на поток воздуха, отсутствие сложностей в процессе изготовления, простое и удобное обслуживание. Минусы агрегата заключаются в низком КПД, непродолжительном межремонтном цикле, слабом самозапуске.

  • С геликоидным ротором. Ветрогенератор данного вида является модификацией предыдущего варианта. Его преимущества заключаются в длительном периоде эксплуатации и небольшой нагрузке на механизмы и опорные узлы. Недостатки агрегата состоят в высокой стоимости конструкции, трудном и сложном процессе производства лопастей.

Горизонтальные

Ось горизонтального ротора в данном устройстве располагается параллельно земной поверхности. Они бывают однолопастными, двулопастными, трехлопастными, а также многолопастными, в которых количество лопастей достигает 50 штук. Преимуществами данного вида ветрогенератора является высокий КПД. Недостатки агрегата заключаются в следующем:

  • необходимость в ориентации согласно направлению потоков воздуха;
  • надобности монтажа высоких конструкций – чем выше установка, тем она будет мощнее;
  • необходимости в устройстве фундамента для последующего монтажа мачты (это способствует увеличению стоимости процесса);
  • высокой шумности;
  • опасности для пролетающих мимо птиц.
Читать статью  Ветрогенератор 2 Вт на основе шагового двигателя

Лопастные

Лопастные генераторы энергии имеют вид пропеллера. В данном случае лопасти принимают энергию потока воздуха и перерабатывают ее во вращательное движение.

Конфигурация данных элементов оказывает непосредственное влияние на эффективность работы ветряка.

У горизонтальных ветрогенераторов имеются крыльчатки с лопастями, которых может быть определенное количество. Обычно их 3 штуки. В зависимости от количества лопастей, мощность устройства может как увеличиваться, так и снижаться. Явным преимуществом данного вида ветряка является равномерность распределения нагрузок на опорный подшипник. Недостаток агрегата состоит в том, что для установки такой конструкции требуется много дополнительных материалов и трудовых затрат.

Турбинные

Турбинные ветрогенераторы в настоящее время считаются наиболее эффективными. Причиной этого является оптимальное сочетание лопастных площадей с их конфигурацией. Преимуществами безлопастной конструкции можно назвать высокий уровень КПД, низкую шумность, что вызвано небольшими габаритами устройства. Ко всему прочему данные агрегаты не разрушаются при сильном ветре и не создают опасности для окружающих и птиц.

Ветряк турбинного типа используют в городах и поселках, с его помощью можно обеспечить освещением частный дом и дачу. Недостатков у такого генератора практически не имеется.

Минусом ветряка можно назвать необходимость в наличии стабилизирующих компонентов конструкции.

Основные характеристики

Главными преимущественными характеристиками ветрогенераторов можно назвать следующие:

  • экологическую безопасность – деятельность установок не вредит окружающей среде и живым организмам;
  • отсутствие сложностей в конструкции;
  • простоту использования и управления;
  • независимость от электрических сетей.

Среди недостатков данных устройств специалисты выделяют такие:

  • высокую стоимость;
  • возможность окупиться только через 5 лет;
  • невысокий КПД, небольшую мощность;
  • необходимость в наличии дорогостоящего оснащения.

Размеры

Устройства для генерации энергии из ветра могут быть разных размеров. Их мощность зависит от габаритов ветряного колеса, высоты мачты и скорости ветра. Самый большой агрегат имеет колонну длиной 135 м, при этом диаметр его ротора составляет 127 м. Таким образом, его общая высота достигает 198 метров. Крупные ветрогенераторы с большой высотой и длинными лопастями подходят для обеспечения энергией мелких промышленных предприятий, ферм. Более компактные модели можно установить дома или на даче.

В настоящее время выпускают походный вид ветряка с лопастями в диаметре от 0,75 и 60 метров. По мнению специалистов, габариты генератора не должны быть грандиозными, так как для выработки небольшого количества энергии подойдет мелкая портативная установка. Самая маленькая модель агрегата в высоту составляет 0,4 метра и весит меньше 2 килограмм.

Производители

Сегодня производство ветрогенераторов налажено во многих странах мира. На рынке можно встретить модели российского производства и агрегаты из Китая. Из отечественных производителей самыми востребованными считаются такие фирмы:

  • «Ветро-Свет»;
  • Rkraft;
  • «СКБ Искра»;
  • «Сапсан-Энергия»;
  • «Ветроэнергетика».

Производители могут изготовить ветрогенераторы согласно личным предпочтениям заказчика. Также часто у изготовителей есть услуга расчета и проектирования ветровых станций.

Большой популярностью также пользуются зарубежные фирмы-производители генераторов электроэнергии:

  • Goldwind – Китай;
  • Vestas – Дания;
  • Gamesa – Испания;
  • Suzion – Индия;
  • GE Energy – США;
  • Siemens, Enercon – Германия.

Согласно отзывам потребителей, устройства зарубежного производства имеют высокое качество, так как их изготавливают при помощи новейшего оборудования.

Однако стоит помнить, что применение таких ветрогенераторов подразумевает использование дорогого ремонта, а также запасных частей, найти которые в отечественных магазинах практически невозможно. Стоимость агрегатов для производства электроэнергии обычно зависит от особенностей конструкции, мощности и фирмы-производителя.

Как выбрать?

Чтобы правильно выбрать ветреный генератор для дачи или дома, необходимо брать во внимание следующее.

  1. Расчет мощности установленных электроприборов, что будут подключены в помещении.
  2. Мощность будущего агрегата, учитывая запасной коэффициент. Последний не позволит перегрузить генератор в пиковой ситуации.
  3. Климат территории. Наличие осадков оказывает негативное воздействие на производительность устройства.
  4. КПД оснащения, который считается одним из самых важных показателей.
  5. Показатели шума, которыми характеризуется ветрогенератор в процессе работы.

Помимо всего вышеперечисленного, потребителю стоит оценить все параметры установки, а также ознакомиться с отзывами о ней.

Способы повышения эффективности работы

Чтобы увеличить эффективность функционирования ветрогенератора, потребуется сменить его рабочие возможности и характеристики в положительную сторону. Во – первых, стоит заняться повышением эффективности чувствительности крыльчатки относительно слабого и неустойчивого ветра.

Для воплощения идеи в реальность рекомендуется использовать «лепестковый парус».

Это своеобразная односторонняя мембрана для потока воздуха, которая свободно пропускает ветер в одностороннем направлении. Мембрана представляет собой непроницаемую преграду для движения воздушных масс в обратном направлении.

Другим методом увеличения КПД ветрогенератора является применение диффузоров либо защитных колпаков, которые отсекают поток с противодействующей поверхности. У каждого из вариантов есть как достоинства, так и недостатки. Однако они в любом случае эффективнее, нежели традиционный образец.

Строительство своими руками

Ветровой генератор является дорогим удовольствием. При желании установить его на своей территории стоит учитывать следующие моменты:

  • наличие подходящей местности;
  • преобладание частых и сильных ветров;
  • отсутствие иных альтернативных источников энергии.

В противном случае ветряная станция не даст ожидаемого результата. Так как спрос на альтернативную энергию возрастает с каждым годом, а покупка ветряка – это ощутимый удар по семейному бюджету, можно попробовать сделать агрегат своими руками с последующей установкой. Изготовление ветряка может быть основано на неодимовых магнитах, редукторе, лопастях и их отсутствии.

Преимуществ у созданного собственноручно ветряка довольно много. Поэтому при большом желании и наличии элементарных способностей конструктора, практически любой мастер может построить станцию для генерации электроэнергии на своем участке. Самым простым вариантом устройства считается ветряк с вертикальной осью. Последней не требуется опора и высокая мачта, а процедура монтажа характеризуется простотой и быстротой.

Для создания ветрогенератора потребуется подготовить все нужные элементы и зафиксировать на выбранное место модуль. В составе самодельного вертикального генератора энергии обязательным считается присутствие таких элементов:

  • ротора;
  • лопастей;
  • осевой мачты;
  • статора;
  • аккумулятора;
  • инвертора;
  • контроллера.

Лопасти можно сделать из легкого упругого пластика, так как иные материалы могут повреждаться и деформироваться под влиянием высоких нагрузок. Первым делом из труб ПВХ необходимо вырезать 4 равные детали. После этого из жести нужно выкроить пару полукруглых фрагментов и зафиксировать их по краям труб. В данном случае радиус лопастной части должен составлять 69 см. При этом высота лопасти будет достигать 70 см.

Чтобы собрать роторную систему, необходимо взять 6 неодимовых магнитов, 2 ферритовых диска с диаметром 23 см, клей для скрепления. На первом диске следует разместить магниты, учитывая угол 60 градусов и диаметр расположения 16,5 см. Согласно этой же схеме собирают второй диск, а магниты заливают клеем. Для статора нужно подготовить 9 катушек, на каждую из которых намотать 60 витков медной проводки с диаметром в 1 мм. Пайку необходимо проводить в следующей последовательности:

  • начало первой катушки с окончанием четвертой;
  • начало четвертой катушки с окончанием седьмой.

Вторая фаза собирается аналогичным образом. Далее из фанерного листа производят форму, дно которой застилают стекловолокном. Поверх монтируются фазы из спаянных катушек. Заливку конструкции проводят клеем и оставляют на несколько дней для склеивания всех деталей. После этого можно приступать к соединению отдельных элементов ветрогенератора в единое целое.

Чтобы собрать конструкцию в верхнем роторе, следует проделать 4 отверстия под шпильки. Магнитами вверх на кронштейн устанавливается нижний ротор. После этого нужно разместить статор с отверстиями, необходимыми для монтажа кронштейна. В пластину из алюминия следует упереть шпильки, после этого накрыть вторым ротором магнитами вниз.

При помощи гаечного ключа необходимо вращать шпильки так, чтобы ротор равномерно и без рывков опускался вниз. Когда нужное место будет занято, шпильки стоит выкрутить и убрать пластины из алюминия. По окончании работы конструкцию нужно зафиксировать при помощи гаек и не жестко их затянуть.

В качестве мачты подойдет прочная труба из металла, имеющая длину от 4 до 5 метров. К ней прикручивают заранее собранный генератор. После этого фиксируют каркас с лопастями к генератору, а мачтовую конструкцию устанавливают на площадку, что подготовлена заранее. Положение системы фиксируется с помощью растяжки.

Подсоединение электросети к ветряку происходит последовательно. Контроллер должен принимать ресурс от генератора и преобразовывать переменный ток в постоянный.

В следующем видео представлен обзор самодельного ветряка.

Источник https://energo.house/veter/vetroenergeticheskie-ustanovki.html

Источник https://alter220.ru/veter/chto-takoe-vetrogenerator.html

Источник https://stroy-podskazka.ru/generatory/vetrogenerator/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.