Ветрогенератор википедия: Ветрогенераторы: принцип действия, типы, применение, эффективность работы

Ветровая энергия в России: почему у нас так мало ветряков

Как это работает

Ветряки преобразуют ветер в электроэнергию. Работают они по принципу мельницы, только более высокотехнологичной. Потоки воздуха крутят лопасти, и те вращаются в вертикальной плоскости. Таким образом возникает механическая энергия, энергия движения. А подключенный к устройству генератор уже вырабатывает электричество.

Чем выше ветряк, тем больше он производит электроэнергии. Высота столба — от 20 м, а самый высокий в мире ветрогенератор находится в Германии, в Гайльдорфе. Он вырос аж до 178 м.

Строительство ветрогенератора в Гайльдорфе. Фото: mbrenewables

Ветроэнергетику первым делом облюбовали страны, которые заботятся об окружающей среде: Дания, Германия, Испания, Ирландия. Оно и понятно: нет вредных выбросов и опасностей для флоры и фауны. Другое достоинство в том, что ветряки не требуют дополнительного топлива: платить нужно только за их постройку и обслуживание, так что это выходит дешевле, чем другие виды энергии. Хотя конечно, стоимость строительства и обслуживания ветроэлектростанций сильно варьирует в зависимости от многих факторов: место строительства, высота, материалы, дополнительное оборудование. 

Стоит заметить, что ветряки не так невинны: из-за них гибнут птицы и летучие мыши. Около тысячи в год погибают от одного генератора.

Главная проблема ветряков — внезапно — в том, что они работают лишь благодаря ветру. Так что местность для генератора нужно тщательно выбирать. Впрочем, и для этой проблемы уже нашли решение. Ветряки строят не только в полях, но и над гладью морской — в местах, где ветер дует практически непрерывно.

Фото: Florian Pircher с сайта Pixabay

При кажущейся простоте такого решения, ветрогенераторы — сложные и высокотехнологичные механизмы. Здесь нужно продумать все мелочи: сильный ветер может сломать лопасти, нагрузка на опорную конструкцию не должна быть критической, и нужна возможность остановить лопасти на время бури.

Дополнительного оборудования много, например, система тормозов. В России же пока просто не производят необходимого оборудования, а закупать его — слишком дорого. Только массовое производство ветряков поможет такому мероприятию окупиться, и то лишь в долгосрочной перспективе. Однако кое-какие шаги в направлении развития ветровой электроэнергетики Россия все же предпринимала раньше — и продолжает это делать.

Прошлое — далекое и не очень

В 1920-х годах в СССР уже начали разрабатывать предшественников сегодняшних ветряков для отдаленных районов. Работали они по гидравлическому принципу: ветер поднимал воду вверх по столбу, а затем она опускалась и крутила турбину. Так вырабатывался ток. Кстати, тот самый высоченный ветрогенератор в Гайльдорфе работает по тому же принципу.

В 30-х годах изобретатель Анатолий Уфимцев построил на собственные средства миниветроэлектростанцию. Она работала исправно несколько лет и снабжала электричеством его дом вплоть до смерти Уфимцева. В последующие годы в СССР продолжали выпускать ветряки, но с популяризацией топливной промышленности и строительством АЭС все меньше и меньше.

Ветростанция А. Г. Уфимцева — первая и единственная в мире, способная давать вполне выровненную электроэнергию от беспорядочных порывов ветра.

Писал в 1934 году Владимир Ветчинкин

Крупнейший советский учёный-механик в области аэродинамики

Ветростанция А. Г. Уфимцева в Курске. Фото: Википедия

Однако после 2000-х ветряками в России снова стали интересоваться. «Росатом» еще в 2017 году пообещал построить сеть ветряных электростанций по всей стране и таким образом «возродить отрасль». Помочь взялись в голландской компании Lagerwey. Однако специалисты выразили сомнение относительно проекта. Угнаться за постоянно растущим рынком и технологиями вот так сразу, с нуля, крайне тяжело.

Сегодня небольшие ветропарки раскиданы по всей стране. Один, например, есть в поселке Куликово Калининградской области. Существует он аж с 1998 года. Ветряки поселок получил в подарок от компании из Дании, и они работают до сих пор (хотя и не без инцидентов). Однако генерация энергии там небольшая, да и дачники строят дома слишком близко к турбинам, не понимая, что это опасно.

Ветряные электростанции недалеко от посёлка Куликово Калининградской области. Фото: Uritsk / Livejournal

В 2018 году самый крупный отечественный ветропарк открыли в Ульяновской области. Сделала это финская компания Fortum совместно с РОСНАНО. Промышленный парк настолько большой, что уже готов выйти на оптовые поставки энергии. Кроме того, при Ульяновском техническом университете открылась кафедра, где готовят специалистов в области электроэнергетики.

Какие могут быть проблемы?

В России существует сложная инфраструктура, которая обслуживает газовую и атомную отрасли энергетики. В этой области заняты тысячи людей. И просто так взять и сменить все это великолепие — пусть даже на более дешевую и экологически чистую — энергию мы не сможем.

Михаил Гусев, инженер подразделения «Электропривод» компании ABB, объясняет: «Россия не испытывает дефицита в электроэнергии. Большинство наших генерирующих предприятий работает ниже коэффициента использования установленной мощности. В арсенале наших энергетиков достаточную долю занимают АЭС и ГЭС, которые имеют ощутимо низкую удельную себестоимость производства электроэнергии по сравнению с генерацией на углеводородном сырье. Поэтому у нас нет острой потребности в развитии альтернативных источников энергии. Но в скором времени она появится, поэтому нужно вовремя начать развивать отрасль».

Отставание России по количеству ветропарков от США и Европы по-прежнему велико. По словам Владимира Максимова, руководителя департамента развития новых направлений бизнеса ООО «Тошиба Рус», основная причина такого положения вещей — в недостаточно эффективных мерах государственной поддержки сегмента ветровой энергетики. Впрочем, в сентябре прошлого года вышло постановление правительства, повышающее инвестиционную привлекательность строительства объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии. Это должно помочь.

«Еще одно существенное препятствие для развития ветроэнергетики в России — высокие требования по уровню местной локализации производства компонентов, который должен достигать 65%, — говорит Владимир Максимов.  — Например, уровень локализации крупнейшего отечественного объекта, ветропарка в Ульяновске, составляет всего 28%. Проект спасло только то, что он был утвержден еще в 2015 году».

Промышленный ветропарк в Ульяновской области, построенный финской компанией Fortum. Фото: Twitter @ VostockCapital_

Другая проблема — тонкости нормативной базы. Михаил Гусев говорит: «Закон вынуждает рассматривать ветроустановку как уникальное сооружение из-за ее высоты, налагая ряд нелогичных ограничений. Например, есть требование обустраивать подъездные пути к ветряным электростанциям как автомобильные дороги. Все это ведет к увеличению стоимости ветряков. Но без удовлетворения нормативных предписаний объект не может быть введен в эксплуатацию».

Есть ли перспективы?

Тем не менее со стратегической точки зрения ориентация на импортозамещение должна принести плоды, считает Максимов. Так, в Ульяновске запускается предприятие по изготовлению лопастей для ветроустановок, а в Нижегородской области стартовало производство систем управления и охлаждения.

Российский потенциал ветроэнергетики оценивается экспертами примерно в пять раз выше, чем, например, германский.

Есть и потребность. «В России ветрогенераторные установки могут быть востребованы в регионах с децентрализованным энергоснабжением: в Бурятии, на Чукотке, на Сахалине, на Курильских островах, — говорит Иван Назаров, руководитель Инженерного центра НИЦ ‘ТехноПрогресс’. — На этих территориях электроснабжение потребителей не имеет связи с централизованной энергосистемой, а потому есть потребность в автономных источниках энергии. Пока в этих регионах в основном используются дизельные электростанции, конкуренцию которым могут составить альтернативные источники энергии».

Фото: PeterDargatz с сайта Pixabay

«До 2024 года эта отрасль сугубо дотационная, — говорит Михаил Гусев. — Однако и задачи стоят амбициозные: выйти на уровень локализации 65%. Это означает, что начнут работать предприятия по производству компонентов, будет адаптирована нормативная база, и главное — будут построены огромные мощности электроэнергетики. Помножив полученные компетенции на территорию нашей страны, где есть стабильный ветер, мы получаем безграничные перспективы. Главная цель для отрасли — стать конкурентной традиционным видам выработки электроэнергии».

Иван Назаров полагает: существует несколько векторов возможного развития России в области ветроэнергетики. Например, закупка и монтаж «под ключ» готовых зарубежных ветрогенераторных установок. Другой вариант — освоение западных технологий и организация с их помощью более масштабного производства на базе уже имеющегося в стране.

Это тоже интересно:

Российские ученые придумали, как сделать тепловые электростанции экологичнее

Более 45% всего ископаемого топлива в России тратится на теплоснабжение жилых районов и промышленных объектов. Наиболее эффективный способ производства тепла в российском климате – теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Тепло от сжигаемого топлива на них используется для превращения воды в пар, приводящий в действие турбину, которая обеспечивает производство электроэнергии. В отопительный сезон часть пара из турбины используется для теплоснабжения.

Ученые из Института систем энергетики имени Л. А. Мелентьева Сибирского отделения РАН в Иркутске предложили способ сокращения необходимого для работы ТЭЦ количества топлива за счет энергии ветра. Соединение ветрогенератора с паротурбинной ТЭЦ может стать эффективным вариантом включения возобновляемого источника энергии в традиционную энергосистему. Обычно в подобных ситуациях предполагается, что произведенная энергия сразу направляется в общую энергосеть. При таком подходе зависимость потока энергии от силы ветра нередко приводит к нестабильности всей системы, и требуется установка на ветрогенератор дополнительных компенсирующих или стабилизирующих устройств.

Авторы предложили альтернативный вариант: ветрогенератор не работает параллельно с ТЭЦ и не подменяет ее, а напрямую включается в цикл ее работы. Электроэнергия с ветрогенератора направляется на перегрев пара, полученного за счет сжигания топлива в котле. Это позволяет не тратить на перегрев пара дополнительное топливо, как это происходит в традиционной схеме ТЭЦ. Кроме того, избыток электроэнергии с ветрогенератора можно направить на предварительный разогрев воды и за счет этого еще больше сократить расход топлива. Если же ветер ослабевает и производимой энергии не хватает для перегрева пара, включается резервный источник энергии – аккумулятор любого типа или энергоустановка на органическом топливе. Таким образом, производство электричества и тепла при этом останется независимым от изменений в силе ветра. Ветрогенератор может работать совместно не только с паротурбинной, но и с более эффективной парогазовой ТЭЦ: в этом случае электроэнергия ветроустановки может использоваться при подогреве сжатого воздуха для газовой турбины. Описанная разработка защищена патентом.

Картинка: эффекты от применения энергоисточника мощностью 500 кВт на базе ветрогенератора и ТЭЦ. Источник: Иван Постников

Расчеты авторов показывают, что включение в схему ТЭЦ ветрогенератора мощностью 500 кВт позволить экономить в год до 187 тонн дизельного топлива или 380 тонн угля даже при небольшой среднегодовой скорости ветра 6 м/с. Если средняя скорость ветра составит 10 м/с, то будет сэкономлено до 468 тонн дизельного топлива или 950 тонн угля. Количество выбросов углекислого газа в атмосферу при этом сократится на 1500 тонн в год.

«Предлагаемая технология позволяет как выдавать высококачественную электроэнергию независимо от изменения силы ветра, так и существенно снизить потребление органического топлива на ТЭЦ или котельных. Это поможет сэкономить затраты и снизить выбросы СО2, – говорит ведущий автор статьи старший научный сотрудник Института систем энергетики имени Л. А. Мелентьева СО РАН Иван Постников. — Вместе с тем схема не исключает передачу электроэнергии от ветроустановок в энергосистему, что делает ее универсальной и маневренной. По нашим оценкам, срок окупаемости такого гибридного энергоисточника мощностью 500 кВт не превышает пять лет при среднегодовой скорости ветра 10 м/с. Мы планируем продолжать исследования по гибридным энергосистемам с внедрением возобновляемых источников энергии и традиционных технологий.

В частности, с применением воздухоаккумулирующих газотурбинных установок, различных типов и конструкций ветрогенераторов, их использованием для получения водорода и так далее».

Бесшумный вертикальный ветрогенератор без лопастей от Vortex Bladeless, стартап испанских инженеров

К небольшим ветрогенераторам, особенно вертикальным, в альтернативной энергетике принято относится несколько скептически. Эта концепция часто подвергается критике «зеленых» энтузиастов, иногда не безосновательно. Но такое отношение совсем не останавливает желающих разрабатывать новые, отличные от «традиционных» модели ветровых турбин. Так, команда дизайн-студии Vortex Bladeless надеется, что их разработка станет «прорывной» технологией в ветроэнергетике, поскольку их ветряк «более эффективный, дешевый и экологически дружественный способ производства энергии».

Ветрогенератор Vortex радикально отличается от привычного всем дизайна, напоминающего ветряную мельницу — у него нет вращающихся лопастей (вообще не просматриваются какие-либо движущиеся части), а внешний вид напоминает покачивающуюся гигантскую бейсбольную биту. Принцип работы нового устройства основан на феномене «вихревая дорожка Кармана» — явлении, при котором наблюдаются образования цепочек вихрей при обтекании газом или жидкостью цилиндрических объектов.

Компания заявляет, что конструкция ветротурбины Vortex Bladeless позволяет снизить производственные затраты на 53%, сократить затраты на техническое обслуживание на 80% и уменьшить углеродный след (количество парниковых газов выделенных при производстве продуктов, транспортировке и т.  д.) на 40% в сравнении с лопастными ветровыми установками. Кроме того, создатели утверждают, что новый ветряк работает тише обычных турбин и представляет гораздо меньшую угрозу для птиц и всей окружающей среды.

В Vortex уверяют, что их вертикальный безлопастной ветрогенератор может генерировать больше энергии в меньшем пространстве, так как его габариты меньше традиционных ветроустановок. Кроме того, конструкция позволяет располагать ветряки намного ближе друг другу — важный фактор для проектировки и строительства крупных ВЭС.

«Мы протестировали работу устройств в аэродинамическом туннеле, расположив два ветряка Vortex напротив друг друга и выяснилось, что вторая установка получает даже больше энергии, поскольку использует вихри, образованные первой», — говорит Давид Суриол (David Suriol), один из разработчиков Vortex.

Первая модель, представленная Vortex, называется Mini и представляет собой ветрогенератор мощностью 4 кВт и высотой в 12,5 метров, предназначенный для небольших ВЭС и частных домохозяйств. Также ведутся работы над созданием Gran – моделью с мощностью в 1 МВт и более, которая станет основой для создания крупных ветропарков.

Vortex уже привлекла более 1000 000 евро частных и инвестиций крупных компаний в Европе и планирует выпустить действующий коммерческий прототип своей ветротурбины в течение года. На сайте компании говорится, для реализации стартапа в июле 2015 будет запущена краудфайндинговая компания, однако более подробной информации, такой как технические характеристики ветрогенератора Vortex Bladeless, его стоимость и т.   д. пока не сообщается.

Небольшой видеобзор устройства (англ. язык)

Источник treehugger.com

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Кинетический ветрогенератор — | Grand-Mine

Кинетический ветрогенератор вырабатывает кинетическую энергию зависимое от скорости ветра, а кинетический генератор «переделывает» кинетическую энергию в простую в пропорции 8:1 (я, иногда, устанавливаю вместо кинетического генератора токарный стол)

Скорость ветра зависит от высоты, погоды и случайного фактора, меняющегося во времени. Дождь увеличивает скорость на 20%, гроза на 50%.*

1. Чтобы установить Кинетический ветрогенератор вам нужен: сам ветрогенератор и кинетический генератор
а крафтятся они так:
1) Кинетический генератор

(Генератор, 6 железных оболочек, электромотор и железный стержень)

2)Кинетический ветрогенератор:

(Основной корпус механизма, 4 железных стержня, 4 железные пластины=48 железа)

2.

Нужно энергохранилеще

3. Проводим провода от (МФЭХ) до 160 блока (так-как это самая оптимальная высота. На ВСЕХ остальных блоках хоть выше, хоть ниже скорость ветра будет ниже чем на 160 блоках)

4. Ставим Кинетический генератор

ВАЖНО
Нужно чтобы был в кинетическом генераторе на текстурках (типо диска)
Главное чтобы не вот так

Это получается при зажатом шифте когда вы нажимаете правой кнопкой мыши по кинетическому генератору
Убрать это можно при не зажатом шифте правой кнопкой мыши

5.Ставим кинетический ветрогенератор
Зажимаем шифт и тыкаем правой кнопкой мыши

и тоже важно как и с кинетическим генератором с зажатым шифтом с ключом

Убрать также без зажатого шифта нажать правой кнопкой мыши ключиком
5. ставим ротор так-как это 160 блок, я выбрал углеволоконный ротор

Углеволоконные роторы можно ставить в 11 блоков в сторону низ\верх\лева\справа.

и вот что у меня получилось

если вы хотите поставить также в 2 слоя то от них должно быть расстояние 35 блоков.
У меня всё.
Удачи и приятной игры =)

* — Информация взятая с WIKI

Ветрогенератор FD-300W

Особенности:
Использована технология магнитного насыщения, генерирует огромную мощность с высокой производительностью.
Легкая установка, маленький размер, может быть установлено 3 или 5 лопастей.
Защита от сильного ветра, в лопасти укреплены углеродным волокном.
При сильном ветре срабатывает автоматическая защита.
Устройство антизавихрения на выходе, общий трехфазный коммутатор.
Поверхность: алюминий и пластик.
Защита от ветра: рукоятка сброса скорости двигателя и отключения подачи энергии.

Начальная скорость ветра	3 м/сек
Скорость ветра для включения	3.5 м/сек
Номинальная скорость ветра	12 м/с
Номинальное напряжение постоянного тока	12V / 24V
Переменный ток на выходе	220V / 50Hz (110v / 60Hz)
Защита от превышения скорости	Электромагнитный контроль за вращающим моментом
Двигатель	Генератор синхронизации постоянного магнетизма
Номинальная скорость	810 об/мин
Коэффициент использования энергии ветра	0. 41
Материал лопасти	Усиленный и стойкий технический пластик
Диаметр ротора	1,25 м
Номинальная мощность	300 W
Материал упаковки	Картонная коробка и пенопласт
Размер упаковки	1110x580x240 мм
Вес с упаковкой	10,5 кг

Эту страницу так же находят по запросам:

самодельные ветрогенераторы +своими руками вертикальные, китайский ветрогенератор купить, немецкие ветрогенераторы, однолопастные ветрогенераторы мачта +для ветрогенератора, лопасти +для ветрогенератора +из трубы, ветрогенераторы +для дома цена украина, магниты +для ветрогенераторов купить,  маленькие ветрогенераторы, карусельные ветрогенераторы, ветрогенератор карусельного типа, купить самодельный ветрогенератор, электро ветрогенераторы, мощный ветрогенератор,производители ветрогенераторов, малые ветрогенераторы, бытовой ветрогенератор, расчет ветрогенератора, ветрогенератор фото, ветрогенератор схема, ветрогенератор продажа, ветрогенераторы фото, ветрогенератор википедия, устройство ветрогенераторов,  кпд ветрогенератора

Аксиальне дисковые ветрогенераторы своими руками

В этом разделе размещены самодельные ветрогенераторы, сделанные на основе дисковых,аксиальных генераторов. Главная особенность и преимущество таких генераторов это полное отсутствие магнитного залипания. Статор не содержит железа, катушки просто залиты эпоксидной или полиэфирной смолой. Но в отличие от классических генераторов с железными статорами, магнитов в такой генератор требуется как минимум в два раза больше — чтобы получить такую-же мощность. Зато ветрогенераторы с такими генераторами стартуют на малой скорости ветра. >

Генератор 24 вольта 500 ватт

В этой статье фото и описание изготовления аксиального генератора для работы на АКБ 24 вольта. Есть данные по оборотам и мощности, также к нему рассчитан винт диаметом 2.1м из ПВХ трубы 315мм >

Изготовление ветрогенератора 1.5 кВт

Описание изготовления ветрогенератора мощностью 1500 ватт 48 вольт. Автор этого ветрогенератора Геннадий Заборовский г. Самара. Конструкция этого генератора отличается от классической, сам генератор закрыт оригинальным корпусом, диски больше статора, и сам статор закреплён внутри, а не снаружи, в общем подробности в статье. >

Ветрогенератор 2кВт для дома

Небольшая история о том как и почему строился ветрогенератор, что нужно учитывать новичкам и как все получилось. В статье нет расчетов и подробных фотографий изготовления, статья немног не об этом, зато есть рассказ автора ветрогенератора о том как сделать ветрогенератор и нужен ли он, насколько это сложно. Так-же есть фото его ветрогенератора >

Аксиальный ветряк из подручных материалов

Еще один ветрогенератор, собранный из подручных материалов поднят на ветер. Раньше у меня уже были попытки делать такие ветрогенераторы. Но в этот раз я хотел сделать более качественный и долговечный ветрогенератор, чтобы он долго служил и выдавал постоянно около 30-50ватт/ч электроэнергии для зарядки аккумулятора. >

Красивый ветрячек получился

Еще немного фотографий изготовления дискового ветрогенератора своими руками. Хоть сам ветрогенератор и не получился из-за банальных ошибок, но зато подход к делу и основательность радует, хорош внешний вид ветрогенератора. Деревянные лопасти, складывающийся хвост, крепкая мачта на растяжках, все это прокрашено. >

Как сделать аксиальный ветрогенератор

В статье на конкретном примере описывается процесс создания аксиального ветрогенератора на автомобильной ступице. Для генератора было сделано несколько статоров, особенностью последнего статора является применение сердечников в катушках статора для увеличения мощности. >

Аксиальный генератор на ферритовых магнитах

В генераторе использовались обычные ферритовые магниты, из-за невысокой мощности магнитов катушки генератора содержат по 325 витков проводом 0,5мм. Генератор трехфазный 20 полюсов и 15 катушек. Мощность небольшая, всего около 30 ватт на больших оборотах. >

Ветрогенератор 20-ти полюсной на магнитах 20*5мм

Фото отчет с кратким описанием процесса создания самодельного ветрогенератора. В основе лежит ступица от прицепа «Зубренок» , поворотная ось так-же сделана из автомобильной ступицы. Генератор трехфазный, 20 полюсов и 15 катушек намотанных проводом 0,7мм по 70 витков. Винт двухлопастной, сделан из ПВХ трубы. >

Маленький ветряк на 30ватт

Небольшой двух-лопастной ветрогенератор был построен как тестовая уменьшенная модель, чтобы выдавала на аккумулятор до 1А. В итоге генератор получился удачным, и в будущем планируется построить большой аксиальный ветрогенератор. >

Мини ветрогенератор 20ватт/ч

Этот небольшой ветрогенератор делался ради опыта, чтобы возможно в дальнейшем сделать большой и мощный ветрогенератор. Мощность генератора сейчас порядка 50ватт/ч, но это после некоторых улучшений, в частности изготовления нового статора, потом были еще эксперименты и модернизация. >

Дешевый мини ветрогенератор для зарядки АКБ

Простейшие мини ветрогенераторы аксиального типа, делать много маленьких проще чем один большой. Каждый такой ветрячек заражает свой аккумулятор напрямую, а слабый ток позволяет не следить за процессом зарядки без контроллера, так-как не вредит АКБ. >

Небольшой много-полюсной генератор 50 ватт

В генераторе использовались магниты от первого ветряка, так-как магниты небольших размеров, было решено поднять мощность за счет увеличения числа полюсов генератора. Для проверки своих расчетов и проверки информации из интернета было изготовлено несколько статоров с разным числом катушек и фаз. >

Аксиальный ветрогенератор на ступице от ВАЗ2108

Классическая конструкция аксиального генератора на автомобильной ступице. Генератор трехфазный, статор имеет 12 катушек, а на дисках ротора по 16 магнитов 25*8мм. Номинальная мощность этого генератора 100ватт/ч, на слабых ветрах на аккумулятор 2-4А. при усилении ветра ток доходит до 12А, максимальная мощность была зафиксирована в районе 240ватт/ч. >

Ветрогенераторы с необычным внешним видом

Аксиальные ветрогенераторы из автомобильных ступиц мы делаем уже давно. В этот раз мы решили придать индивидуальность и красоту нашим ветрякам, чтобы они не только заряжали наши аккумуляторы, но и радовали глаз внешним видом. В конструкции ветрогенераторов ничего особенного кроме внешнего вида нет, классический трехфазный аксиальный генератор. >

Мощный ветрогенератор на основе самодельного аксиального генератора

Конструкция этого ветрогенератора специально проектировалась для работы в местности с преобладанием малых ветров. В основе ветрогенератора мы собрали мощный низко-оборотный генератор аксиального типа с бес-железным статором. Генератор собран на основе ступицы от автоприцепа, пяти-метровый винт был рассчитан и изготовлен из дерева. Подробности с множеством фотографий создания в этой статье. >

Однофазный ветрогенератор аксиальный

Самодельный ветрогенератор с дисковым генератором на неодимовых магнитах. Классическая схема аксиального генератора на постоянных магнитах.

Однофазная схема, 12 катушек и по 12 магнитов на каждом диске, в итоге малыш развивает до 100ватт, а иногда и больше.

>

Фото отчет о строительстве сразу 3-х ветрогенераторов

В этот раз мы вместе с соседями строим сразу три аксиальных ветрогенератора на основе автомобильных ступиц. Генераторы абсолютно идентичны, мощность каждого 500ватт/ч. Эти генераторы мы делаем уже давно, такая компоновка ветрогенератора доступна для повторения каждому, так-как не требует специальных условий и инструментов для изготовления ветряка. Летом мы уже построили подобный ветряк, а сейчас усиливаем батарею ветряков. >

Профессионально сделанный ветряк 2кВт

Самедельная домашняя ветровая турбина мощностью 2кВт от Итальянского мастера. Точнее сказать проффесионально сделанный дисковый аксиальный ветрогенератор приличной мошности. В статье много фото процесса изготовления ветряка с небольшим описанием.

Фёдорова М.А., Сасаров В.А. Вихревой ветрогенератор с вертикальной осью для обеспечения энергией вышек сотовой связи

Фёдорова М.А.¹, Сасаров В.А.^1
1Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьёва, Студенты 4 курса группы «Энергообеспечение предприятий».

Fedorova M.A.¹, Sasarov V.A.^1
1Rybinsk State Aviation Technical University named after P.A. Solovyov

Библиографическая ссылка на статью:
Фёдорова М.А., Сасаров В.А. Вихревой ветрогенератор с вертикальной осью для обеспечения энергией вышек сотовой связи // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2014/05/3565 (дата обращения: 15.04.2021).

Научный руководитель: И.Н. Новиков, старший преподаватель канд. техн. наук. (РГАТУ, г. Рыбинск)

 

Актуальность решения этой проблемы связана с установкой вышек сотовой связи с автономным питанием в труднодоступных районах.

Целью данной работы является проектирование и исследование опытного образца и последующее создание промышленного варианта ветрового электрогенератора (ВЭГ) с вертикальной осью вращения для обеспечения энергией вышек сотовой связи.

Задачи работы:

— провести сравнительный анализ с существующими ВЭГ и рассмотреть возможность обеспечения вышки сотовой связи другими альтернативными источниками получения энергии;

— разработать структурную схему ВЭГ;

— выполнить расчёт энергетического баланса;

— выполнить расчет геометрических параметров основных функциональных устройств, входящих в ВЭГ;

— выполнить анализ проведённых расчётов и осуществить выбор рекомендуемых исходных данных для проектирования опытного и промышленного образца ВЭГ;

— определить технические характеристики ВЭГ;

— определить технические параметры оборудования, входящего в состав установки;

— провести проектирование, изготовление и исследование сначала опытного, а затем промышленного образцов ВЭГ.

Проведённый анализ развития ветроэнергетики в мире показал, что ветроэнергетика использует для выработки энергии кинетическую энергию ветра, которая в 80 раз превышает совокупное энергопотребление населением Земли. Это говорит о том, что энергия ветра может стать потенциальной альтернативой в частичном замещении традиционных источников выработки электроэнергии. Согласно оценкам Всемирной ветроэнергетической ассоциации (WWEA), в 2010 году установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭГ) в мире составит порядка 160 ГВт.

Ветроэнергетика является одним из наиболее быстро растущих секторов энергетики, в том числе в секторе возобновляемых источников. За последние 10 лет средние темпы роста мировой установленной мощности ВЭГ равнялись примерно 29% в год, а на конец 2006 года установленная мощность составила порядка 74 ГВт или около 1,85% от совокупной установленной мощности объектов генерации электроэнергии (порядка 4 тыс. ГВт).

Совокупный потенциал генерации электроэнергии с использованием энергии ветра на территории России оценивается в 80000 млрд. кВт/ч в год. Технический потенциал сопоставим по величине с совокупным и составляет 6218 млрд. кВт/ч в год.

Проведённый сравнительный анализ с существующими ВЭГ, а также с другими альтернативными источниками получения энергии для обеспечения вышек сотовой связи показал перспективность использования вихревых ВЭГ с вертикальной осью. Это связано с низкой стартовой скоростью, отсутствием вибраций, бесшумной работой, высокотехнологичным изготовлением, сборкой и современным дизайном.

Выполненные энергетические и аэродинамические расчёты позволили спроектировать опытный образец ВЭГ, разработать технологию его изготовления, оценить параметры и определить конструкцию последующего промышленного образца.

Полученные результаты расчета представлены в виде графических зависимостей мощности на валу турбины от диаметра на входе в профилированный канал направляющего воздуховода и от скорости ветра на входе в направляющий воздуховод. А также зависимостей оборотов турбины от скорости ветра и расхода воздуха от скорости для получения электрической мощности 5 кВт.

Выполнено профилирование проточной части подводящего канала, рабочего колеса турбины и профилирование лопаток рабочего колеса в трех сечениях. Проведён подбор инвертора и аккумуляторов.

Найден срок окупаемости установки для вышек сотой связи с потребляемой электрической мощностью равной 5 кВт., составляющий 2,7 – 3,0 года.

Библиографический список

1. Д.де Рензо “Ветроэнергетика”, М.: “Энергоатомиздат”, 1982г.
2. Безруких  П. П. “Ветроэнергетика”, Москва, 2009г.
3. Безруких  П. П. “Использование энергии ветра”,  М.: Колос, 2008г.
4. Ветроэнергетика / Википедия , http://ru.wikipedia.org.
5. Сидоров  В. В. “Ветроэнергетические установки и системы”  М.: Внешторгиздат, 1990г.
6. Ляхтер  В. М. “Развитие ветроэнергетики”, журнал «Малая Энергетика». –2006г.
7. Безруких П. П. “Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России”, СП6, 2002.

---

Все статьи автора «Сасаров Виталий Александрович»

Энергия ветра — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Энергия ветра: установленная мощность во всем мире (1996-2013) ^[1]

Энергия ветра — это преобразование энергии ветра в более полезную форму энергии, такую ​​как электричество. ^[2] Это возобновляемый источник энергии, который помогает сократить загрязнение земного воздуха.

Мощность ветровой энергии быстро увеличилась до 336 ГВт в июне 2014 года, а производство энергии ветра составило около 4% от общего мирового потребления электроэнергии и быстро растет. ^[3] Энергия ветра широко используется в европейских странах, а в последнее время в США и Азии. ^{[4] [5]} В 2012 году на ветроэнергетику приходилось примерно 30% выработки электроэнергии в Дании, 20% в Португалии и 18% в Испании. ^[6]

Ветряные электростанции используют ветер для вращения турбины, которая вращает магнит внутри катушки (тип генератора). Ветер обладает кинетической энергией (энергией движения), которая преобразуется в механическую энергию лопастями турбины.Затем турбина включает генератор, который вырабатывает электрическую энергию (напряжение). Турбина обычно связана с коробкой передач, чтобы помочь контролировать скорость, на которой она вращает генератор.

Ветровые электростанции имеют преимущество перед электростанциями, работающими на ископаемом топливе, поскольку они не производят парниковых газов, таких как углекислый газ или водяной пар. Они также не выделяют газы, способствующие возникновению кислотных дождей, такие как диоксид серы. Они также делают окружающую среду более безопасной и вызывают меньшее загрязнение.

Ветряные турбины необходимо размещать осторожно.Они должны находиться в местах, где есть постоянная и стабильная подача ветра. Фактически, ветер не должен быть слишком сильным, иначе он может повредить турбину. Поскольку ветер неконтролируем, то и количество энергии, которое будут производить ветряные турбины, не поддаются контролю, что делает их, возможно, ненадежным источником энергии. Некоторые люди также считают ветряные турбины некрасивыми и некрасивыми. Кроме того, на суше построено огромное количество опор электропередач («опор электропередачи») для подачи электричества в электрическую компанию. Эти пилоны в местах с красивой природой — главная причина для местных жителей возражать против ветряных электростанций и их последствий.

Ветряная турбина

с горизонтальной осью — обзор

2.05.4.1 Ветряная турбина с горизонтальной осью

У HAWT ось вращения горизонтальна к земле и почти параллельна ветровому потоку. Большинство современных коммерческих ветряных турбин подпадают под категорию HAWT (, рис. 18, ).

Рис. 18. Морская ветряная электростанция с трехлопастными ветряными турбинами с горизонтальной осью.

Получено 1 ноября 2011 г. с http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine, © Hans Hillewaert, http: // creativecommons.org / licenses / by-sa / 3.0 /

Конструктивные особенности типичного HAWT показаны на рис. 19 . HAWT работают преимущественно по лифтовому принципу. Когда поток ветра взаимодействует с лопастями ротора, создается подъемная сила, как объяснено в предыдущем разделе, заставляя ротор вращаться. Скорость вращения зависит от конструктивных особенностей и размера ротора. Для типичной турбины MW это может быть всего 16 об / мин [5]. Низкоскоростной главный вал передает это вращение на высокоскоростной вал через коробку передач (есть также турбины с прямым приводом, у которых нет коробки передач в линии передачи).Скорость увеличивается за счет зубчатых передач, чтобы соответствовать требованиям к более высокой скорости генератора. Затем генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Между ними имеется ряд систем управления для выравнивания по рысканью, регулирования мощности и безопасности. Подробное описание этих систем и их принципов работы включено в последующие главы.

Рисунок 19. Разрез HAWT.

Количество лопастей ротора в HAWT варьируется в зависимости от области применения, в которой они используются, и ветровых режимов, в которых они должны работать.По количеству лопастей роторы HAWT можно разделить на одинарные, двухлопастные, трехлопастные и многолопастные. Некоторые из этих классификаций показаны на Рисунок 20 .

Рис. 20. Однолопастные (а), двухлопастные (б) и многолопастные (в) турбины.

Получено 1 ноября 2011 г. с сайта http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbines_design. Источник: (а) Витерна, (б) НАСА и (в) Томас Конлон, Iron Man Windmill Co. Ltd., http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.

Основным преимуществом однолопастного ротора является экономия материалов, из которых изготовлены лопасти, что делает их сравнительно более дешевыми.Следует отметить, что ротор составляет 20–30% стоимости современной ветряной турбины. Более того, поскольку площадь лопасти, подверженная потоку, будет минимальной для однолопастных конструкций, потери сопротивления на поверхности лопасти также будут ниже. Однолопастные конструкции не очень популярны из-за проблем с балансировкой и визуальной приемлемостью. Двухлопастные роторы тоже имеют эти недостатки, но в меньшей степени. Большинство современных ветряных турбин, используемых для производства электроэнергии, имеют трехлопастные роторы.Схема нагрузки для этих роторов относительно однородна, и они визуально более приемлемы.

Также доступны ветряные турбины с большим количеством лопастей ротора (скажем, 6, 8, 12, 18 или даже больше), которые обычно используются для определенных применений, таких как перекачка воды. Например, ветровая водонасосная система с поршневыми насосами требует высокого пускового момента для преодоления начальной нагрузки, создаваемой водяным столбом на поршень. Для таких систем требуемый пусковой крутящий момент в 3–4 раза выше требуемого рабочего крутящего момента [13].Поскольку пусковой крутящий момент увеличивается с увеличением прочности (соотношение между фактической площадью лопастей и рабочей площадью ротора), для таких применений предпочтительны роторы с большим количеством лопастей (высокая прочность). Однако роторы с высокой прочностью работают с низким передаточным числом концевых скоростей и, следовательно, не рекомендуются для использования в ветряных электрогенераторах. Точно так же их эффективность также будет ниже, поскольку аэродинамические потери увеличиваются с увеличением прочности.

Кроме того, HAWT может иметь роторы с противотоком или с подветренной стороны. Ротор турбины, находящейся против ветра, закреплен перед агрегатом, прямо напротив набегающего потока ветра (, рис. 21, ).В противоположность этому, роторы турбин с подветренной стороны расположены на задней стороне, так что гондола сначала встречает ветер. Основным преимуществом роторов, установленных против ветра, является то, что они не страдают от эффекта тени башни. Однако роторы с наветренной стороны следует размещать на некотором расстоянии от мачты, и необходим механизм рыскания, чтобы ротор всегда был обращен к ветру. С другой стороны, машины с подветренной стороны более гибкие и могут не требовать механизма рыскания. Это делает эти конструкции относительно дешевле.Но поскольку роторы размещены с подветренной стороны башни (см. Рисунок 21, ), на лопасти может возникать неравномерная нагрузка, когда они проходят через тень башни.

Рисунок 21. Турбины против ветра и ветра.

Существует несколько аэродинамических теорий для определения характеристик HAWT. Некоторые из основных теорий — это теория осевого импульса, теория лопаточного элемента и теория импульса лопаточного элемента (BEM). Наиболее широко применяемый аэродинамический анализ для HAWT основан на теории BEM.Подробное обсуждение этих теорий представлено в соответствующей главе этого тома.

HAWT имеют следующие явные преимущества:

•

Это наиболее стабильная и коммерчески приемлемая конструкция. Сегодня большинство крупных коммерческих ветряных турбин, интегрированных в сеть, работают на трехлопастной конструкции с горизонтальной осью.

•

Они имеют относительно более низкую скорость ветра при включении и более высокий коэффициент мощности, что приводит к более высокой эффективности системы и выходу энергии.

•

Существуют возможности использования более высоких башен для использования лучшего ветрового потенциала, доступного на больших высотах. Это будет явным преимуществом на участках с сильным сдвигом ветра, где скорость на более высоких уровнях может быть значительно выше.

•

Имеется больший контроль над углом атаки, который можно оптимизировать за счет переменного наклона лопастей. Это приводит к лучшей производительности системы при колебаниях ветровых режимов.

•

Закрутка легко осуществляется поворотом ротора в сторону от ветра.

Однако HAWT также имеют некоторые присущие им недостатки:

•

HAWT требуют приводов рыскания (или хвостового механизма в случае небольших турбин) для ориентации турбины по ветру.

•

Тяжелые агрегаты генератора и редуктора должны быть размещены над высокой башней, что требует более прочной опоры.Это делает HAWT более сложными и дорогими.

•

Более высокие башни делают установку и обслуживание более сложными и дорогостоящими.

•

Опять же, более высокая высота мачты может сделать HAWT видимым даже с больших расстояний, что может усугубить проблемы, связанные с визуальным воздействием ветряных электростанций.

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 энергия 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 за ним не может идти воздух. 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 производит большую мощность при сильном ветре. условий, чем те, для которых он предназначен. Во время грозы установка 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 около 1 для мельницы Western, чуть более 2 для четырехлопастной мельницы и 7-8 для мельницы с четырьмя лопастями. трехлопастные роторы.Трехлопастные роторы при оптимальном передаточном числе конечных 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, у ветряных турбин сегодня три лопасти.

Ветрогенератор | Учебники по альтернативной энергии

Генератор ветровой турбины Статья Учебники по альтернативной энергии 19.06.2010 05.03.2021 Учебники по альтернативной энергии

Типы ветряных генераторов

Ветряная турбина состоит из двух основных компонентов, и, посмотрев на один из них, конструкцию лопастей ротора в предыдущем уроке, мы теперь можем взглянуть на другой, ветрогенератор или WTG , который является электрическим. машина, используемая для выработки электроэнергии.Электрический генератор с низкой частотой вращения используется для преобразования механической вращательной мощности, производимой энергией ветра, в полезную электроэнергию для снабжения наших домов и составляет основу любой ветроэнергетической системы.

Преобразование вращательной механической энергии, генерируемой лопастями ротора (известной как первичный двигатель), в полезную электрическую мощность для использования в бытовых системах электроснабжения и освещения или для зарядки аккумуляторов может быть выполнено с помощью любого из следующих основных типов вращательных электрических машины, обычно используемые в ветроэнергетических установках:

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

Все эти электрические машины представляют собой электромеханические устройства, работающие по закону электромагнитной индукции Фарадея. То есть они действуют за счет взаимодействия магнитного потока и электрического тока или потока заряда.Поскольку этот процесс обратим, та же машина может использоваться как обычный электродвигатель для преобразования электроэнергии в механическую энергию или как генератор, преобразующий механическую энергию обратно в электрическую.

Индукционный генератор ветряной турбины

Электрические машины, наиболее часто используемые для ветряных турбин, работают как генераторы, при этом синхронные генераторы и индукционные генераторы (как показано) обычно используются в более крупных системах ветрогенераторов.Обычно небольшие или самодельные ветряные турбины, как правило, используют низкоскоростной генератор постоянного тока или динамо, поскольку они маленькие, дешевые и их намного проще подключить.

Так имеет ли значение, какой тип электрического генератора мы можем использовать для производства энергии ветра. Простой ответ — и да, и нет, поскольку все зависит от типа системы и приложения, которое вы хотите. Низковольтный выход постоянного тока от генератора или динамо-машины старого типа можно использовать для зарядки батарей, в то время как более высокий синусоидальный выход переменного тока от генератора переменного тока может быть подключен непосредственно к местной сети.

Кроме того, выходное напряжение и потребляемая мощность полностью зависят от имеющихся у вас приборов и от того, как вы хотите их использовать. Кроме того, расположение ветряного генератора, будет ли ветровой ресурс поддерживать его постоянное вращение в течение длительных периодов времени, или скорость генератора и, следовательно, его мощность будут изменяться вверх и вниз в зависимости от имеющегося ветра.

Производство электроэнергии

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

В случае «ветряного генератора», ветер толкает непосредственно лопасти турбины, что преобразует линейное движение ветра во вращательное движение, необходимое для вращения ротора генератора, и чем сильнее ветер толкает, тем больше электрическая энергия может быть произведена.Тогда важно иметь хорошую конструкцию лопастей ветряной турбины, чтобы извлекать как можно больше энергии из ветра.

Все электрические турбогенераторы работают из-за эффектов перемещения магнитного поля мимо электрической катушки. Когда электроны проходят через электрическую катушку, вокруг нее создается магнитное поле. Точно так же, когда магнитное поле движется мимо катушки с проволокой, в катушке индуцируется напряжение, как определено законом магнитной индукции Фарадея, заставляя электроны течь.

Простой генератор с использованием магнитной индукции

Затем мы можем видеть, что при перемещении магнита мимо одиночной проволочной петли, напряжение, известное как и ЭДС (электродвижущая сила), индуцируется внутри проволочной петли из-за магнитного поля магнита. Когда напряжение индуцируется через проволочную петлю, электрический ток в форме электронного потока начинает течь по петле, генерируя электричество.

Но что, если бы вместо одной отдельной проволочной петли, как показано, у нас было бы много петель, намотанных вместе на одном и том же каркасе, чтобы сформировать катушку из проволоки, гораздо большее напряжение и, следовательно, можно было бы генерировать для того же количества магнитного потока.

Это связано с тем, что магнитный поток проходит через большее количество проводов, производя большую ЭДС, и это основной принцип закона электромагнитной индукции Фарадея, и генератор переменного тока использует этот принцип для преобразования механической энергии, такой как вращение ветряной турбины или гидротурбины. , в электрическую энергию, производящую синусоидальную форму волны.

Итак, мы видим, что есть три основных требования к производству электроэнергии, а именно:

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

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

Существует два основных типа электрического генератора и генератора переменного тока: генератор с постоянным магнитом и генератор с возбужденным полем , причем оба типа состоят из двух основных частей: статора и ротора .

Статор — это «неподвижная» (отсюда и название) часть машины, и в его конструкции может быть либо набор электрических обмоток, образующих электромагнит, либо набор постоянных магнитов. Ротор — это часть машины, которая «вращается». Опять же, ротор может иметь вращающиеся выходные катушки или постоянные магниты. Как правило, генераторы и генераторы переменного тока, используемые для генераторов ветряных турбин, определяются тем, как они создают свой магнетизм, будь то электромагниты или постоянные магниты.

У обоих типов нет реальных преимуществ и недостатков. Большинство бытовых ветряных генераторов на рынке используют постоянные магниты в своей конструкции турбогенератора, которые создают необходимое магнитное поле при вращении машины, хотя некоторые действительно используют электромагнитные катушки.

Эти высокопрочные магниты обычно изготавливаются из редкоземельных материалов , таких как неодимовое железо (NdFe) или самарий-кобальт (SmCo), что устраняет необходимость в обмотках возбуждения для обеспечения постоянного магнитного поля, что приводит к более простой и прочной конструкции .Обмотки намотанного поля имеют то преимущество, что их магнетизм (и, следовательно, мощность) согласовывается с изменяющейся скоростью ветра, но для создания необходимого магнитного поля требуется внешний источник энергии.

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

Использование редуктора позволяет лучше согласовать скорость генератора со скоростью турбины, но недостатком использования редуктора является то, что как механический компонент он подвержен износу, что снижает эффективность системы. Однако прямой привод может быть более простым и эффективным, но вал ротора и подшипники генератора подвергаются полному весу и вращательной силе лопастей ротора.

Кривая выходной мощности ветряного генератора

Таким образом, тип ветряного генератора, необходимый для конкретного места, зависит от энергии, содержащейся в ветре, и характеристик самой электрической машины.Все ветряные турбины имеют определенные характеристики, связанные со скоростью ветра.

Генератор (или генератор переменного тока) не будет производить выходную мощность до тех пор, пока его скорость вращения не превысит заданную скорость ветра, когда сила ветра на лопасти ротора достаточна для преодоления трения, а лопасти ротора разгоняются достаточно для запуска генератора. производя полезную мощность.

Выше этой скорости включения генератор должен вырабатывать мощность, пропорциональную кубу скорости ветра (K.V ³ ), пока не достигнет максимальной номинальной выходной мощности, как показано.

Выше этой номинальной скорости ветровые нагрузки на лопасти ротора будут приближаться к максимальной прочности электрической машины, и генератор будет производить свою максимальную или номинальную выходную мощность по мере достижения окна номинальной скорости ветра. Если скорость ветра продолжит увеличиваться, генератор ветряной турбины остановится в точке отключения, чтобы предотвратить механическое и электрическое повреждение, что приведет к нулевой выработке электроэнергии. Тормозом для остановки генератора из-за его повреждения может быть либо механический регулятор, либо электрический датчик скорости.

Купить ветрогенератор, такой как ECO-WORTHY 400 Watt Wind Turbine Generator, для зарядки аккумулятора непросто, и необходимо учитывать множество факторов. Цена только одна из них. Обязательно выбирайте электрическую машину, соответствующую вашим потребностям. Если вы устанавливаете систему, подключенную к сети, выберите генератор сетевого напряжения переменного тока. Если вы устанавливаете систему на батарейках, ищите генератор постоянного тока для зарядки батарей. Также учитывайте механическую конструкцию генератора, такую ​​как размер и вес, скорость работы и защиту от окружающей среды, поскольку он будет проводить весь свой срок, установленный на вершине столба или башни.

В следующем уроке о ветряных генераторах мы рассмотрим машины постоянного тока и то, как мы можем использовать генератор постоянного тока для производства электроэнергии из энергии ветра. Чтобы узнать больше о «Генераторах ветряных турбин» или получить дополнительную информацию о ветровой энергии о различных доступных ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки ветровой энергии, щелкните здесь, чтобы получить копию одного из лучших «Ветряных турбин» Гиды »прямо сейчас с Amazon.

Типы ветряных турбин — Energy Education

Есть два разных типа ветряных турбин .Эти турбины часто используются для микрогенерации, что означает, что их можно установить в доме для выработки электроэнергии. У обоих этих типов ветряных турбин есть свои преимущества и недостатки.

Горизонтально-осевые ветряки

Рисунок 1. Горизонтальная ветряная турбина мощностью 1 кВт для выработки электроэнергии. ^[1] Рисунок 2. Турбина с вертикальной осью мощностью 6,5 кВт, используемая для выработки электроэнергии. ^[2]

Ветровые турбины с горизонтальной осью являются наиболее часто используемыми турбинами из-за их прочности и эффективности.Основание башен должно быть чрезвычайно прочным, чтобы вал ротора мог быть установлен наверху башни, что позволяет турбине подвергаться воздействию более сильных ветров. Поскольку лопасти турбины перпендикулярны ветру, вращение лопастей может генерировать большую мощность по сравнению с ветряной турбиной с вертикальной осью. Однако конструкция турбины этого типа требует тяжелой опоры для башни, чтобы выдержать вес лопастей, коробки передач и генератора, а также использования большого крана для подъема компонентов на вершину башни.

В ситуации, когда ветер дует вниз, конструкция турбины может страдать от усталости металла, что может привести к разрушению конструкции. Это решается путем разработки турбин с противветренной конструкцией. Дополнительное управление рысканием необходимо для ветряных турбин с горизонтальной осью, чтобы отслеживать направление ветра и предотвращать повреждение турбины. ^[3]

Ветрогенераторы с вертикальной осью

Ветровые турбины с вертикальной осью менее подвержены частым изменениям направления ветра по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью из-за того, что лопасти вращаются на валу ротора перпендикулярно земле.С установленными таким образом лопастями и валом турбине не нужно вращаться, чтобы отслеживать направление ветра. Вал устанавливается на уровне земли из-за трудностей установки вала и его компонентов на башне. Преимущество установки на уровне земли состоит в том, что турбину легче обслуживать и ее можно устанавливать в таких местах, как крыши домов. Недостатки этой турбинной установки заключаются в том, что эффективность ниже из-за сопротивления воздуха и более низких скоростей ветра по сравнению с более высокими скоростями ветра, встречающимися на больших высотах. ^[3]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Где используется энергия ветра

Ветровые электростанции требуют тщательного планирования

Эксплуатация ветряной электростанции сложнее, чем просто установка ветряных турбин в ветреной местности. Владельцы ветряных электростанций должны тщательно спланировать, где разместить ветряные турбины, и должны учитывать, насколько быстро и как часто дует ветер на площадке.

Хорошие места для ветряных турбин — это места, где среднегодовая скорость ветра составляет не менее 9 миль в час (миль в час) — или 4 метра в секунду (м / с) — для небольших ветряных турбин и 13 миль в час (5.8 м / с) для промышленных турбин. Благоприятные места включают вершины гладких округлых холмов; открытые равнины и вода; и горные ущелья, которые усиливают ветер. Ресурсы ветра обычно более благоприятны для производства электроэнергии на более высоких отметках над поверхностью земли. Большие ветряные турбины размещаются на башнях высотой от 500 до 900 футов.

Карта ветровых ресурсов США

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, U.S. Министерство энергетики (общественное достояние)

Нажмите для увеличения

Скорость ветра меняется по часам и сезонам

Ресурсы энергии ветра меняются по часам и сезонам на всей территории Соединенных Штатов. Скорость ветра обычно меняется в течение дня и от сезона к сезону. Например, в Техачапи, Калифорния, где расположено множество ветряных турбин, с апреля по октябрь ветер дует чаще, чем зимой, а днем ​​обычно дует самый сильный ветер.Эти колебания являются результатом сильной жары в пустыне Мохаве в летние месяцы. По мере того, как горячий воздух над пустыней поднимается, более прохладный и плотный воздух над Тихим океаном устремляется через горный перевал Техачапи, чтобы занять свое место. В Монтане сильные зимние ветры, проходящие через долины Скалистых гор, создают более сильные ветры зимой.

К счастью, сезонные колебания скорости ветра в Калифорнии и Монтане соответствуют потребностям потребителей в этих штатах в электроэнергии.В Калифорнии люди потребляют больше электроэнергии днем ​​и летом. В Монтане люди обычно потребляют больше электроэнергии зимой.

Расположение проектов ветроэнергетики США

В 2020 году в 42 штатах были реализованы проекты ветроэнергетики коммунального масштаба, которые в совокупности вырабатывали в общей сложности около 338 миллиардов киловатт-часов (кВтч). ¹ Пятью штатами с наибольшим объемом производства электроэнергии за счет ветра в 2020 году были Техас, Айова, Оклахома, Канзас и Иллинойс.В совокупности эти штаты произвели около 58% от общего объема выработки ветровой электроэнергии в США в 2020 году.

Ежемесячные и годовые данные о производстве электроэнергии на национальном и государственном уровне США доступны в браузере данных по электроэнергии Управления энергетической информации США (EIA), а почасовые данные о выработке электроэнергии по источникам топлива / энергии для нижних 48 штатов по регионам доступны в Почасовой электроэнергии. сетка монитора.

Международная ветроэнергетика

Мировое производство ветровой электроэнергии также значительно увеличилось за последние годы.В 1990 году в 16 странах было выработано в общей сложности около 3,6 млрд кВтч ветровой электроэнергии. В 2010 году 105 стран произвели около 340 миллиардов киловатт-часов, а в 2019 году 127 стран произвели около 1419 миллиардов киловатт-часов ветровой электроэнергии.

В пятерку ведущих стран по производству ветровой электроэнергии и их процентные доли в общемировом производстве ветровой электроэнергии в 2019 году входили

• Китай – 29%
• США – 21%
• Германия – 9%
• Индия – 5%
• Великобритания – 5%

Международный портал статистики энергетики EIA предоставляет данные о производстве ветровой электроэнергии по регионам и странам мира.

Ветряки в океане

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Морская ветроэнергетика

Воды у побережья США обладают значительным потенциалом для выработки электроэнергии за счет энергии ветра. В настоящее время в США есть один действующий морской ветроэнергетический проект: ветряная электростанция на Блок-Айленде у побережья Род-Айленда с мощностью выработки электроэнергии 30 мегаватт (МВт).Несколько других ветроэнергетических проектов у восточного побережья США находятся на стадии планирования. По состоянию на конец 2020 года в двенадцати европейских странах действовали проекты морской ветроэнергетики.

Последнее обновление: 17 марта 2021 г.

Технология ветроэнергетики | Мир возобновляемых источников энергии

---

Современные ветряные турбины возвышаются над одной из своих предков — старой ветряной мельницей, используемой для перекачивания воды.Предоставлено: Уоррен Гретц

.

Мы используем энергию ветра сотни лет. От старой Голландии до ферм в Соединенных Штатах ветряные мельницы использовались для перекачивания воды или измельчения зерна. Сегодня современный аналог ветряной мельницы — ветряная турбина — может использовать энергию ветра для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне, чтобы улавливать максимум энергии. На высоте 100 футов (30 метров) или более над землей они могут воспользоваться более быстрым и менее турбулентным ветром.Турбины улавливают энергию ветра своими лопастями, похожими на пропеллер. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор.

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, на подветренной стороне лопасти образуется карман с воздухом низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, вызывая вращение ротора. Это называется лифтом. Сила подъемной силы на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, воздействующая на переднюю часть лопасти, что называется сопротивлением.Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, а вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Ветряные турбины могут использоваться как автономные приложения, или они могут быть подключены к электросети или даже объединены с фотоэлектрической системой (солнечными элементами). Для источников энергии ветра в масштабе коммунальных предприятий большое количество ветряных турбин обычно строится близко друг к другу, чтобы сформировать ветряную установку. Многие поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные электростанции для снабжения электроэнергией своих потребителей.

Подробнее: Как страны поощряют рост ветроэнергетики? Нажмите здесь, чтобы посмотреть увлекательную анимацию ветрогенерации 1986-2018 годов.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи. Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины как способ сократить свои счета за электричество.