Ветровые электростанции принцип работы. Ветровые электростанции: принцип работы, устройство и особенности

alexxlabРазное
Как работают ветровые электростанции. Из каких основных элементов состоят ветрогенераторы. Какие преимущества и недостатки имеют ветряные электростанции. Как выбрать подходящий ветрогенератор для дома.

Содержание

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Ветрогенератор представляет собой устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию. Основными элементами конструкции ветрогенератора являются:

  • Лопасти (обычно 3 штуки)
  • Ротор
  • Генератор
  • Мачта
  • Система ориентации на ветер
  • Система управления

Принцип работы ветрогенератора заключается в следующем:

  1. Под воздействием ветра лопасти начинают вращаться
  2. Вращение лопастей передается на ротор генератора
  3. В генераторе происходит преобразование механической энергии вращения в электрическую
  4. Выработанный переменный ток преобразуется в постоянный
  5. Электроэнергия накапливается в аккумуляторах или подается в сеть

Скорость вращения лопастей и мощность генерации зависят от силы ветра. Чем сильнее ветер, тем больше вырабатывается электроэнергии.


Особенности конструкции современных ветрогенераторов

В конструкции современных промышленных ветрогенераторов используются следующие технические решения:

  • Система поворота лопастей для регулирования скорости вращения
  • Система ориентации на ветер для максимально эффективного использования его энергии
  • Тормозная система для остановки ротора при ураганном ветре
  • Системы молниезащиты и пожаротушения
  • Компьютерная система управления и мониторинга работы

Благодаря этим техническим решениям обеспечивается высокая эффективность и безопасность работы ветроэлектростанций.

Виды ветрогенераторов

По конструкции ветрогенераторы делятся на два основных типа:

1. С горизонтальной осью вращения

Это классический тип ветрогенераторов, напоминающий по виду ветряные мельницы. Их преимущества:

  • Высокий КПД (до 50%)
  • Большая мощность
  • Хорошая устойчивость к сильным ветрам

2. С вертикальной осью вращения

Имеют более компактную конструкцию. Их достоинства:

  • Работают при любом направлении ветра
  • Низкий уровень шума
  • Простота монтажа и обслуживания

Вертикально-осевые ветрогенераторы менее мощные, но хорошо подходят для частного использования.


Преимущества ветровых электростанций

Использование энергии ветра для генерации электричества имеет ряд существенных преимуществ:

  • Экологическая чистота — отсутствие вредных выбросов
  • Возобновляемость и неисчерпаемость источника энергии
  • Экономичность — низкая себестоимость производства электроэнергии
  • Автономность — возможность обеспечить электричеством удаленные районы
  • Простота обслуживания и длительный срок службы (20-25 лет)

Благодаря этим преимуществам ветроэнергетика активно развивается во многих странах мира.

Недостатки ветрогенераторов

Несмотря на очевидные плюсы, у ветровых электростанций есть и определенные недостатки:

  • Непостоянство генерации из-за изменчивости силы ветра
  • Высокие начальные затраты на установку
  • Шумовое загрязнение от работы лопастей
  • Влияние на ландшафт и визуальное загрязнение местности
  • Опасность для птиц и летучих мышей

Однако современные технологии позволяют минимизировать большинство этих недостатков.

Как выбрать ветрогенератор для дома

При выборе ветрогенератора для частного дома следует учитывать несколько ключевых факторов:


  1. Среднегодовая скорость ветра в месте установки (оптимально 4-5 м/с и выше)
  2. Необходимая мощность исходя из энергопотребления дома
  3. Размер участка и высота мачты
  4. Уровень шума от работы генератора
  5. Стоимость оборудования и срок его окупаемости

Для большинства частных домов оптимальны ветрогенераторы мощностью 1-5 кВт. Важно правильно рассчитать необходимую мощность и подобрать подходящую модель.

Перспективы развития ветроэнергетики

Ветроэнергетика является одним из наиболее быстро развивающихся направлений возобновляемой энергетики. Перспективы ее развития связаны с:

  • Совершенствованием конструкции ветрогенераторов
  • Повышением КПД и снижением стоимости оборудования
  • Развитием систем хранения энергии
  • Созданием крупных офшорных ветропарков
  • Интеграцией ветрогенерации в интеллектуальные энергосети

По прогнозам экспертов, доля ветроэнергетики в мировом производстве электроэнергии может достичь 20% к 2030 году.


Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.

Принцип работы

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов

Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.

Принципиальная схема ветрогенератора

Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию. Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:

  • для автономной работы;
  • параллельно с резервным аккумулятором;
  • вместе с солнечными батареями;
  • параллельно с дизельным или бензиновым генератором.

Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.

Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

  • установка экологически чистая;
  • отсутствует потребность её заправки топливом;
  • не накапливаются какие-либо отходы;
  • устройство работает очень тихо;
  • имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.

Ветряные электростанции: принцип работы, плюсы, минусы

Практически вся электроэнергия производится установками, использующими энергию природных ресурсов. Темпы производства постоянно увеличиваются, и полезные ископаемые рано или поздно закончатся. В связи с этим, уже сейчас ведутся перспективные разработки, внедряются новые технологии, выступающие в качестве альтернативных источников электроэнергии. Одним из таких вариантов являются ветряные электростанции, применяемые в производственной сфере и в частном секторе. Превращая энергию ветра в электричество, они способны обеспечить основные потребности в питании приборов и электрооборудования.

Устройство ветряной установки

Ветрогенераторы отличаются абсолютной экологической чистотой и способны обеспечивать бесплатной энергией потребителей в течение неограниченного времени. Ветряные генераторы – ВЭС обладают различной мощностью, что дает возможность использовать их в разных областях.

Максимальной эффективности ветряной электростанции можно добиться, установив ее в местах с постоянными активными воздушными потоками. Обычно для этого используются горы и холмы, берега морей и океанов и другие аналогичные условия. Основной деталью установки служит крыльчатка, выполняющая функцию турбины. В большинстве случаев используются трехлопастные конструкции ВЭС в виде пропеллера, устанавливаемые на большой высоте от земной поверхности.

Для того чтобы получить наибольший эффект, лопасти вместе с ротором устанавливаются в оптимальное положение при помощи специальных механизмов, в зависимости от направления и силы ветра. Существуют и другие конструкции – барабанные, не зависящие от вышеперечисленных факторов и не требующие каких-либо регулировок. Однако, если КПД пропеллерных установок находится на уровне 50%, то у барабанных устройств он значительно ниже.

Каждая воздушная электростанция, независимо от конструкции, полностью связана с действием воздушных потоков, часто изменяющих свои показатели. Это в свою очередь приводит к изменениям количества оборотов крыльчатки и производимой электрической мощности. Такое положение требует сопряжения генератора и электрической сети при помощи дополнительного оборудования.

Как правило, для этого используются аккумуляторные батареи вместе с инверторами. Вначале от генератора осуществляется зарядка АКБ, для которой равномерность тока не имеет значения. Далее заряд аккумулятора, преобразованный в инверторе, передается в сеть.

Пропеллерные конструкции ВЭС в случае необходимости могут управляться. При слишком высокой скорости ветра, производится изменение угла атаки лопастей, вплоть до самого минимального. Это приводит к снижению ветровой нагрузки на турбину. Тем не менее, под действием ураганов, крыльчатки ветровых электростанций нередко подвергаются деформациям, и вся домашняя установка выходит из строя. Полностью избежать негативных воздействий не получается, поскольку электрические генераторы размещаются на высоте, составляющей в среднем 50 м. За счет этого удается использовать более сильные и стабильные ветра, господствующие на больших высотах.

Принцип работы

Практически все ветровые установки имеют общий принцип работы. Под действием воздушного потока лопасти приходят в движение и, связанные специальным приводом с ротором, вызывают его вращение. Сам ротор помещен внутрь статорной обмотки, и в результате вращения происходит образование электрического тока. Лопасти ВЭС обладают особенными аэродинамическими свойствами, поэтому турбина вращается с высокой скоростью.

Каждая лопасть с одной стороны ровная, а с другой – закругленная. Когда воздух проходит закругленную сторону, на этом участке создается вакуум, засасывающий лопасть и уводящий ее в сторону. За счет этой энергии возникает общий крутящий момент. В этом состоит основной принцип работы станций.

Полученное электричество накапливается в аккумуляторной батарее. Количество произведенной энергии зависит от скорости вращения лопастей и от скорости воздушного потока. Частота произведенного электрического тока такая же как в домашней сети, поэтому энергия, полученная от ветровой электростанции, вполне пригодна для питания приборов и оборудования. Однако, полученный переменный ток не может сразу аккумулироваться, для этого он должен быть преобразован в постоянный ток. Подобное преобразование выполняется специальными электронными устройствами, расположенными в турбине.

Зарядка аккумуляторной батареи управляется контроллером. По мере накопления заряда, лопасти замедляют вращение, а при разрядке они вновь начинают крутиться. Такой режим работы дает возможность поддерживать заряд АКБ на заданном уровне.

Работа системы торможения

При высокой скорости воздушного потока ветровые электростанции могут выйти из строя. Чтобы этого не случилось, в конструкции применяется тормозная система. В ней используется сила действия вращающихся магнитов ротора. Они не только индуцируют ток в обмотках статора, но и в определенной ситуации замедляют движение вала. С этой целью требуется создать короткое замыкание, вызывающее противодействие и замедляющее вращение.

Автоматическое торможение наступает при скорости ветра свыше 50 км/ч. Если скорость возрастает до 80 км/ч, в этом случае происходит полная остановка лопастей. Конструкция турбины позволяет максимально эффективно использовать энергию ветра и путем двойного преобразования энергии получать электрический ток. Наличие аккумуляторной батареи дает возможность использовать электроприборы при полном отсутствии ветра.

Некоторые конструкции установок оборудованы ветровым датчиком, собирающим информацию о параметрах воздушного потока. В конечном итоге мощность ветровой установки на выходе будет зависеть от мощности подключенного инвертора. Исходя из этого показателя определяется и максимально возможное количество подключаемых приборов. С целью увеличения выходной мощности установки, рекомендуется параллельное подключение сразу нескольких инверторов. В трехфазных системах на каждую фазу устанавливается собственный инвертор.

Классификация

Основными критериями, определяющими типы ветряных установок, являются следующие:

  • Различие по количеству лопастей. Быстроходные и малолопастные имеют до 4 лопастей, а 4 и выше относятся к тихоходным многолопастным устройствам. Чем меньше количество лопастей, тем выше обороты двигателя.
  • Величина номинальной мощности. Бытовые – до 15 кВт, полупромышленные – от 15 до 100 кВт, промышленные – от 100 кВт до 1 Мвт. Границы между показателями довольно условные, поэтому установки применяются там, где это действительно необходимо.
  • Направление оси. В конструкциях используются два типа. В первом случае это горизонтальная ось, расположенная перпендикулярно относительно движения воздуха, напоминающая обычный флюгер. Такие генераторы отличаются более высоким КПД и приемлемой стоимостью. Второй вариант – это вертикальная ось, благодаря которой конструкция генератора становится более компактной. Она не зависит от направления ветра, а ее лопасти изготовлены в виде турбин. Нагрузка на ось значительно снижена, поэтому и мощность таких установок гораздо меньше. В некоторых электростанциях одновременно используется несколько генераторов с различными осями, объединенными в сеть, что позволяет получить высокую мощность на сравнительно небольшой площади.

Существует отдельная классификация ветровых электростанций по месту их расположения. Среди них можно выделить три основных типа:

  • Наземные установки, получившие наиболее широкое распространение. Они монтируются на холмах и высотах, а также на специально подготовленных площадках. Строительство ведется с использованием дорогостоящей подъемной техники, поскольку все основные конструкции устанавливаются на большую высоту. Несколько устройств объединяются в общую систему с помощью электрических кабелей.
  • Прибрежные ветровые электростанции. Строятся неподалеку от берегов морей и океанов. Работа системы зависит от морского бриза, который создает воздушные потоки с определенной периодичностью. Сам бриз возникает в результате неравномерного нагрева поверхностей водоемов и суши. Днем движение воздуха осуществляется в направлении с воды на сушу, а ночью, наоборот, с побережья к водоему. Таким образом, получение электроэнергии происходит круглосуточно, без каких-либо перерывов.
  • Шельфовые ветряные электростанции. Устанавливаются в море далеко от берега, на расстоянии 10-12 км. В этом случае генераторы используют энергию, создаваемую регулярными морскими ветрами. Для установки используются участки морского дна, расположенные на незначительной глубине. Фундамент конструкции представляет собой сваи, забиваемые в грунт на глубину до 30 м. Передача электроэнергии на берег, осуществляется при помощи подводного кабеля.

Особенности выбора

Основным критерием, которым руководствуются покупатели, являются размеры ветряной установки. Чем больше ее размер, тем выше вырабатываемая мощность. Поэтому, выбирая ветряные электростанции для дома, нужно заранее рассчитать месячное энергопотребление. Полученный результат умножается на 12 месяцев.

Далее расчеты для частного дома ведутся при помощи формулы: AEO = 1.64 х D х D х V х V х V, в которой АЕО является электроэнергией, потребляемой за год, D – диаметр ротора в метрах, V – среднегодовая скорость ветра в м/с. Подставив нужные значения, можно легко рассчитать размеры требуемой установки.

Приобретая электростанцию, следует заранее продумать о месте ее расположения. В этом случае учитываются следующие факторы:

  • Территория возле генератора должна быть свободной от построек, сооружений, деревьев и других факторов, снижающих продуктивность установки. Имеющиеся помехи располагаются на расстоянии не ближе 200 метров от места установки.
  • Высота конструкции для монтажа генератора должна быть как минимум на 2-3 метра выше помех, имеющихся на прилегающей территории.
  • Расстояние от жилых домов – не менее 30-40 м, поскольку при вращении лопастей создается некоторый шум, вызывающий у окружающих определенный дискомфорт.
  • Следует учитывать среднегодовые изменения погодных условий, когда в одном и том же месте в течение года будет вырабатываться разное количество электроэнергии.

Преимущества ветровых генераторов

Ветровые электростанции уже долгое время используются в быту, на производстве и других областях.

За это время удалось выявить их основные положительные качества и преимущества:

  • Энергия ветра, используемая для ветроэлектростанций, является бесплатной и самое главное – возобновляемой. Устройства не загрязняют окружающую среду и не выделяют каких-либо вредных веществ. В перспективе планируется еще шире использовать экологически чистые ветровые электростанции в России, что позволит сократить количество обычных установок с вредными выбросами.
  • Снижается зависимость электроснабжения через центральные электрические сети.
  • Широкие перспективы для дальнейшего развития и внедрения новых прогрессивных технологий, и это не последние достоинства этих установок.
  • Постепенное снижение затрат на получение энергии, без которых не обойтись на первоначальном этапе. В течение последних 20 лет стоимость оборудования и комплектующих снизилась примерно на 80%. Энергия ветра становится наиболее прибыльной среди всех альтернативных источников электроэнергии.
  • Ветряки имеют достаточно высокий срок эксплуатации, составляющий 20-30 лет. В течение этого срока окружающий ландшафт остается неповрежденным.
  • Простота сборки и дальнейшего использования. Ветряная электростанция монтируется очень быстро, затраты на ремонт и обслуживание сравнительно низкие. Произведенная электроэнергия количественно превышает затраченную энергию ветра примерно в 85 раз. Потери при передаче электроэнергии сравнительно невысокие.

Минусы ветровых электростанций

Идеальных устройств не существует в принципе. Это касается и ветровых установок, обладающих специфическими недостатками:

  • Существенные инвестиционные вложения в ветряные электростанции на первоначальном этапе. Хотя они и снижаются, их нельзя полностью сбрасывать со счетов при планировании.
  • Непостоянство и непредсказуемость силы и направления ветровых потоков, вызывающих колебания в количестве выработанной энергии. Иногда ветер может отсутствовать в течение нескольких дней, и потребители полностью остаются без электричества.
  • Движущиеся элементы ветряных установок нередко убивают пролетающих рядом птиц и летучих мышей. Особую опасность они представляют в периоды массовых миграций. Таким образом, определенный вред экологии все-таки наносится, хотя он и не носит системного характера.
  • Работа ветрогенераторов сопровождается постоянными шумами низкой частоты и практически неслышным инфразвуков. Эти минусы ветряных электростанций, превращаясь в отрицательные факторы, негативно воздействуют на человека, вызывая усталость и дискомфорт. В некоторых случаях лопасти, вращаясь с высокой скоростью, могут привести к радиолокационным помехам, искажению телевизионных сигналов.
  • Затраты на размещение достаточно высокие из-за дорогой аренды земли. При использовании большого количества ветровых электростанций, этот фактор приобретает важное значение в расчетах себестоимости электроэнергии.

Ветрогенераторы. Устройство и виды. Работа и применение

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

Устройство

Конструктивно ветрогенераторы в большинстве случаев предполагают наличие следующих элементов:

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

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

Принцип действия

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

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

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

Типы и виды ветрогенераторов

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

Выделяют два основных типа ветрогенераторов по оси вращения:
  1. С горизонтальной осью круглого вращения, то есть крыльчатые.
  2. С вертикальной осью вращения, то есть «лопастные» ортогональные, «карусельные».

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

По количеству лопастей ветряки могут быть:
  • Трехлопастные и двухлопастные.
  • Многолопастные.

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

По материалам лопастей ветряки могут быть:
  • Парусные генераторы.
  • Жесткие лопасти ветрогенератора.

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

По шагу винта:
  • Изменяемый шаг винта.
  • Фиксированный шаг винта.
Изменяемый шаг винта дает возможность повысить диапазон эффективных скоростей работы. В то же время данный механизм неизбежно:
  • Усложняет конструкции лопасти.
  • Снижает общую надежность ветрогенератора.
  • Утяжеляет ветроколесо и требует дополнительного усиления конструкции.
Применение
Устройства могут использоваться в различных местах. В большинстве случаев в открытые пространства, где большой потенциал ветров:
  • Горы.
  • Мелководье.
  • Острова.
  • Поля.

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

  • Стационарные ветряные электростанции в виде альтернативных источников энергии способны полностью обеспечить электрической энергией небольшой производственный объект или жилой дом. В периоды отсутствия ветра необходимый запас электроэнергии будет выбираться из аккумуляторных батарей. Они отлично могут сочетаться с фотоэлектрическими батареями, газовым или дизельным генератором.
  • Ветрогенераторы могут использоваться и для экономии при наличии центральной электросети.
  • Ветроустановки средней и малой мощности часто используются владельцами фермерских хозяйств и домов, удаленных от централизованных электросетей, в качестве автономного источника.
Достоинства и недостатки
К преимуществам можно отнести:
  • Энергия ветра является возобновляемой энергией. Ветер создается бесплатно и постоянно, без ущерба окружающей среде. Энергия ветра доступна в любом месте на планете.
  • Энергия ветра является достаточно дешевой.
  • Ветряные турбины находятся на мачтах, им требуется минимум места. Благодаря этому их можно устанавливать совместно с иными объектами и строениями.
  • Ветрогенераторы в процессе эксплуатации не производят вредных выбросов.
  • Энергия ветра в особенности требуется в удаленных местах, куда затруднена доставка электричества иными привычными способами.
К недостаткам можно отнести:
  • Сила ветра очень переменчива и непредсказуема, вследствие чего требуется дополнительный буфер для накапливания электроэнергии, либо дублирования источника.
  • Высокая начальная стоимость создания и установки ветрогенераторов.
  • Ветряные турбины создают шум, который сравним с шумом автомобиля, перемещающегося со скоростью 70 км/ч. Это отпугивает животных и создает определенный дискомфорт для людей.
  • Вращающиеся лопасти представляют потенциальную опасность для птиц.
Похожие темы:

Ветровая электростанция: назначение и обслуживание

Ветряные генераторы предназначены для преобразования кинетической энергии движения воздушных масс в механическую работу генератора по выработке тока. Установки, объединенные в одну систему, образуют ветровую электростанцию.

Ветровая электростанция: назначение и устройство

Ветровая электростанция – это комплекс ветряных турбин, предназначенных для преобразования энергии движения ветряных масс в механическую работу генератора по выработке электрического тока.

Одна станция может включать в себя любое количество ветроэнергетических установок (ВЭУ). Самые крупные системы насчитывают сотни элементов.


Принцип работы каждой установки заключается в использовании кинетической энергии ветра для вращения подвижной части ветряка, соединенной с ротором генератора энергии. Находящийся внутри редуктор увеличивает скорость движения вала. Вследствие этой работы создается трехфазный переменный ток.

Для преобразования переменного тока в постоянный в конструкции предусмотрен контроллер. Постоянный ток заряжает аккумуляторные батареи, передающие ток на инвертор.

В инверторе постоянный ток снова преобразуется в переменный, но уже пригодный для использования в электроприборах. Его напряжение становится 220 В, а частота – 50 Гц.


Обслуживание ветровых установок

Ветряные электроустановки имеют в своей конструкции множество подвижных элементов, которые преждевременно изнашиваются в условиях высокого коэффициента трения и сильных нагрузок. Например, это вращающиеся валы, подшипники, планетарные шестерни.

Их диаметр может достигать нескольких метров, а по мере совершенствования узлов и повышения производительности станций он становится еще больше.

Для увеличения надежности и срока службы таких высоконагруженных механизмов, постоянное обслуживание которых осуществлять достаточно затруднительно, применяют антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1003, которое не нуждается в обновлении на протяжении всего срока функционирования ВЭУ.


Оно образует на поверхности деталей устойчивый сухой слой, который обеспечивает кардинальное снижение трения сопряженных элементов и увеличение их ресурса. Благодаря этому установки работают дольше, а риск их отказов практически сводится к нулю.

На корпусе ветряного генератора устанавливаются площадки, на которых работает персонал в случае возникновения поломок оборудования. Зачастую устанавливается и поле для посадки вертолетов, так как мачта турбин может составлять сотни метров в высоту, а удаленность от поселений – сотни километров.

Ремонт может понадобиться в случае повреждения тормоза, ударов молнии, обледенения лопастей и других непредвиденных ситуаций. К тому же необходимо проводить периодический профилактический осмотр оборудования.


Ветряной генератор: основные виды

Есть большое количество классификаций, по которым разделяются ветроэнергетические станции. Наиболее распространенными являются географическое положение и конструкция подвижной части установки.

По расположению выделяют наземные, горные, прибрежные и шельфовые электростанции. В этих местах скорость ветра достигает максимальных значений, что позволяет повышать мощность генераторов.

По виду подвижной части выделяют крыльчатые и роторные аппараты. Первые состоят из лопастей, от их количества зависит мощность установки: чем меньше элементов, тем производительнее работает станция. Они вращаются по горизонтальной оси.


Вторые установки вращаются по вертикальной оси, что позволяет им эффективно работать при низких скоростях ветра без высокого уровня шума.

Принцип работы ветрогенератора — видео и обзор.

Выходная мощность ветровых электростанций может достигать 3000 Вт и более.
Данные установки идеальны для применения в отдаленных районах. Их используют для электроснабжения дачных домиков, туристических лагерей, домов отдыха, парусных лодок и других сооружений.

Ветрогенераторы можно использовать для питания небольших бытовых приборов и электроинструментов, а также для зарядки аккумуляторов. Почти на каждой ферме в отдаленных районах вы можете встретить ветровую установку. Их обычно строят в районах, где преобладает ветреная погода.

Ветровые электростанции не оказывают вредного влияния на экологию, являются экономически выгодным вложением и надежными для электроснабжения различных объектов. Главное достоинство ветряных установок – использование неисчерпаемого источника энергии. Не секрет, что принцип работы ветрогенератора заключается в преобразовании кинетической энергии ветра в электрическую.

Этот способ выработки электричества не приводит к образованию побочных продуктов, и, следовательно, к загрязнению окружающей среды. Также, вам не придется тратиться на топливо, так как вращения их подвижной части обеспечивается ветром.

Как работает турбина ветрогенератора?

Принцип работы ветрогенератора подобен функционированию турбин самолета. Отличие лишь в том, что лопасти ветряка вращаются на месте под воздействием порывов ветра. Ввиду своего гигантского размера, они эффективно поглощают энергию ветра, которая затем преобразуется в электричество.

Лопасти винта имеют специальную форму, позволяющую им с легкостью реагировать на движение воздушных масс. Потоки проходящего воздуха заставляют винт вращаться, причем вам может показаться, что скорость вращения довольно мала. Но затем, с помощью передаточных механизмов, вращение винта приводит в движение шестерни меньшего размера, скорость которых уже заметно выше.

Данные приспособления разгоняют вал привода до частоты оборотов, достаточной для успешного завершения преобразования энергии ветра в электричество.

Для получения наибольшей электрической мощности на выходе генератора, винты ветряков устанавливаются на максимально возможной высоте. Лопасти винтов обычно достигают 70 м. или 230 футов в диаметре, что в 30 раз превышает размах крыльев орла.

Большой размер и охват лопастей делает возможным многократное преумножение силы ветра. Поэтому, даже легкий порыв, захваченный внешний краем винта, может привести последний в движение.

Видео: принцип работы ветрогенератора (ветряка)

Плюсы и минусы ветрогенераторов

Преимущества ветряков

Прежде чем приобрести подобный генератор, требуется взвесить все плюсы и минусы покупки. Достоинств у данных устройств больше, чем недостатков.

  • Основным преимуществом является их безопасность с точки зрения экологии. Это возможно благодаря тому, что использование энергии ветра не ведет к образованию побочных продуктов и выхлопных газов. Данные вещества обычно образуются при сжигании топлива и выбрасываются в атмосферу, нанося непоправимый вред здоровью людей и животных, проживающих в близлежащих районах.
  • Еще одним аргументом в пользу данных установок является то, что вам не придётся платить за топливо. То есть, все затраты связаны только с приобретением генератора. Это немалые затраты, но они в скором времени окупаются, ведь вам больше не нужно платить за потребляемую из сети электроэнергию.

Недостатки ветрогенераторов

  • Основным недостатком ветрогенераторов является то, что этим возобновляемым источником невозможно управлять как многими современными ресурсами. Поэтому, количество вырабатываемой электроэнергии каждый день может быть различным. Если же энергии от ветряка вам недостаточно, то вы вынуждены использовать резервный источник питания, работающий на ископаемом топливе.
  • Кроме того, ветровые установки занимают довольно большую площадь, причем для достижения необходимого эффекта они должны быть размещены на возвышенности.
  • Прежде чем приобрести ветрогенераторы, обязательно согласуйте это с вашими соседями. Это необходимо, так как работа этих устройств может сопровождаться телевизионными помехами и высоким уровнем шума.
  • Также, известны случаи обращения за медицинской помощью людей, проживающих вблизи рассматриваемых установок. Это заболевание получило название «синдром ветровых турбин». Человек, страдающий этим синдромом, испытывает частые головные боли и другие недомогания, связанные с длительным воздействием низкочастотных вибраций и шумов.
  • Довольно неприятным фактором также является и то, что множество птиц и летучих мышей часто погибает при столкновении с лопастями винтов генераторов.

Ветряные электростанции — 105 фото лучших моделей, достоинства и недостатки их применения

С давних пор люди догадались о возможности преобразования энергии ветра в механическую энергию. Самим ярким примером может служить ветровая мельница. Ветер вращал лопасти и, посредством несложного механизма, энергия передавалась на ось с вращающимися жерновами. Этот нехитрый механизм позволял перемалывать зерно без особых усилий.

Но затем, появились паровые машины, дизельные и бензиновые двигатели, и о возможности использования энергии ветра, стали забывать.

Но после Второй Мировой войны, в период энергетического кризиса, цены на горючее и энергию подскочили, ученные стали бить тревогу об экологической безопасности планеты, и тогда, идея использования энергии ветра, обрела «второе дыхание». В этой подборке собраны фотографии разных типов ветряных электростанций.

Краткое содержимое статьи:

Выгодно ли использование альтернативных источников энергии?

На данный момент стоимость «чистой энергии», в разы превышает стоимость энергии, полученной традиционными методами. (Конечно, сама энергия получается нами бесплатно, но начальные вложения в покупку и установку электростанции очень большие!).

То есть если у вас есть выбор между подключением к поставщику электроэнергии и установкой ветряной электростанции, то рентабельнее будет первый вариант. С другой стороны, если ваш объект размещается вдалеке от линий электропередач и присоединение к ним потребует больших затрат, тогда разумнее будет построить свою ветряную электростанцию для дома.

Но обязательно добавьте еще один, независимый источник энергии (дизельный генератор, солнечные панели)! На случай безветренной погоды или поломки «ветряка», у вас всегда должен быть запасной вариант.


Виды ветряных электростанций, принцип работы

Ветровые электростанции – это группа механизмов, необходимых для улавливания потоков сильного ветра и преобразования механической энергии в электрическую. Различают сотни видов электростанций, использующих силу ветра. Их разделяют по мощности, местоположению, назначению…

Чаще всего используют маленькие установки мощностью в несколько киловатт, но бывают и огромные конструкции вырабатывающие мегаватты энергии. В некоторых европейских странах устраивают целые «фермы» ветровиков. Они производят около 8% всей потребляемой страной энергии.

Для успешного функционирования ветряной электростанции необходимо наличие постоянных и сильных воздушных потоков. Поэтому ветровики размещают на возвышенностях или у больших водоемов.

Возможна ли установка ветровой электростанции возле дома?

Да, теоретически это возможно, но прежде необходимо решить ряд вопросов:

Масса конструкции. Даже самые маленькие ветряные электростанции имеют вес несколько тонн. Для такой установки требуется большой и добротный фундамент. Иначе конструкция перекосится или начнет «проседать».

Цена вопроса. Стоимость самой маленькой установки на 2 kWt – не менее тысячи евро! Начальные вложения будут очень большие.

Трудности при монтаже. «Ветряки» имеют большую массу и размеры. Для их монтажа понадобится спец. техника (манипуляторы, грузовые краны).


Шумовое загрязнение. Вращающиеся лопасти издают характерный свист. Поэтому законодательно запрещена эксплуатация «ветряков» в ночное время вблизи населенных пунктов.

Отсутствие постоянного ветра. Надо понимать, что ветряная электростанция будет производить электроэнергию только при благоприятных погодных условиях. Поэтому нужно иметь резервный источник энергии (солнечные батареи, дизельный или бензиновый генератор).

Бюрократические преграды. Для получения разрешения на строительство ветряной электростанции и выработку собственной электроэнергии, может понадобится долгое время. В европейском законодательстве предусмотрены льготы для граждан, использующих альтернативную энергию.

В нашей стране не предусмотрены такие льготы. И из-за путаницы в законах, зачастую очень тяжело получить разрешение на установку и пользование ветряной электростанцией.

Конечно, такие сложности могут заставить отказаться от приобретения и использования ветряной установки, но не стоит забывать и о преимуществах «ветряков».

Экономичность. Потратив однажды деньги на покупку и установку электростанции, вы получите большое количество бесплатной энергии, которая оправдает вашу покупку уже через несколько лет. В связи с этим вспоминается выражение: «бросать деньги на ветер». Только в нашем случае все происходит наоборот. Ветер приносит нам денежную выгоду.

Независимость от поставщика электроэнергии. Вам не нужно будет проводить к дому ЛЭП, не нужно будет оплачивать возрастающие тарифы.

Экологичность данного вида энергии. В процессе производства энергии, ветровые установки не выделяют ничего в атмосферу.

Автономность установки. Ветряные электростанции почти не требуют технического обслуживания. Большинство процессов автоматизировано. Необходим лишь небольшой контроль, время от времени.


Мы надеемся, что наша статья была интересной и полезной для вас. Что она помогла вам разобраться с основными видами ветряных электростанций, понять принцип их функционирования, оценить все преимущества и недостатки данного вида энергии и возможно даже побудила вас перейти на использование экологически чистой и возобновляемой энергии!

Фото ветряных электростанций


Уважаемые коллеги

%PDF-1.6 % 1 0 obj >/Metadata 2 0 R/Pages 3 0 R/StructTreeRoot 6 0 R/Type/Catalog>> endobj 5 0 obj >/Font>>>/Fields[]>> endobj 2 0 obj >stream 2021-03-15T17:52:13+03:002021-03-15T17:52:13+03:002021-03-15T17:52:13+03:00Acrobat PDFMaker 10.1 для Wordapplication/pdf

  • Уважаемые коллеги
  • YuNat
    • uuid:ecc3a252-0751-4d6c-87d1-362ddcf77adduuid:9fd82064-f0eb-4afc-8183-00d67af105edAdobe PDF Library 10.0 endstream endobj 3 0 obj > endobj 6 0 obj > endobj 16 0 obj > endobj 17 0 obj > endobj 18 0 obj > endobj 877 0 obj >]/P 557 0 R/Pg 11 0 R/S/Link>> endobj 869 0 obj >]/P 528 0 R/Pg 11 0 R/S/Reference>> endobj 868 0 obj >]/P 526 0 R/Pg 11 0 R/S/Reference>> endobj 886 0 obj >]/P 590 0 R/Pg 12 0 R/S/Link>> endobj 879 0 obj >]/P 563 0 R/Pg 12 0 R/S/Reference>> endobj 878 0 obj >]/P 561 0 R/Pg 12 0 R/S/Reference>> endobj 896 0 obj >]/P 633 0 R/Pg 13 0 R/S/Link>> endobj 888 0 obj >]/P 598 0 R/Pg 13 0 R/S/Reference>> endobj 887 0 obj >]/P 596 0 R/Pg 13 0 R/S/Reference>> endobj 905 0 obj >]/P 676 0 R/Pg 14 0 R/S/Link>> endobj 898 0 obj >]/P 638 0 R/Pg 14 0 R/S/Reference>> endobj 897 0 obj >]/P 636 0 R/Pg 14 0 R/S/Reference>> endobj 915 0 obj >]/P 720 0 R/Pg 15 0 R/S/Link>> endobj 907 0 obj >]/P 684 0 R/Pg 15 0 R/S/Reference>> endobj 906 0 obj >]/P 682 0 R/Pg 15 0 R/S/Reference>> endobj 867 0 obj >]/P 523 0 R/Pg 10 0 R/S/Link>> endobj 859 0 obj >]/P 496 0 R/Pg 10 0 R/S/Reference>> endobj 858 0 obj >]/P 494 0 R/Pg 10 0 R/S/Reference>> endobj 494 0 obj > endobj 10 0 obj >/ExtGState>/Font>/XObject>>>/Rotate 0/StructParents 0/Type/Page>> endobj 934 0 obj [933 0 R 932 0 R 931 0 R] endobj 935 0 obj >stream HWYo~_1g ؃X-0hH»QNS]s(rrgꫪWzsyuf}TnS1F*J[Xdk{~o.,މ_7jpUŇWomm/kk~ lrKcl+/B,u83rye’Gt!T|XPB7onn\9+8#ʪ ZТ

    Как работает ветряная турбина

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

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

    Что такое ветряная турбина?

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

    Как работает ветряная турбина?

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

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

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

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

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

    Типы ветряных турбин

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

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

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

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

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

    • Большие ветряные турбины, чаще всего используемые коммунальными предприятиями для подачи энергии в сеть, варьируются от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти турбины для коммунальных предприятий часто объединяются в ветряные электростанции для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивающих достаточную мощность для десятков тысяч домов.
    • Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно устанавливаются рядом с местами, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, возле домов, телекоммуникационных тарелок или водонасосных станций. Небольшие турбины иногда подключаются к дизельным генераторам, батареям и фотоэлектрическим системам.Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где нет подключения к коммунальной сети.
    • Морские ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, постоянных ветров, возникающих у береговых линий. Потенциал технических ресурсов ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующую мощность нынешних США.электроэнергетическая система. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это дает большую возможность обеспечить энергией густонаселенные прибрежные города. Чтобы воспользоваться преимуществами огромных морских ветровых ресурсов Америки, министерство инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, разработанных для развертывания морских ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году.
    Будущее ветряных турбин

    Для обеспечения будущего роста США ветроэнергетика, ветровая программа Министерства энергетики работает с отраслевыми партнерами, чтобы повысить надежность и эффективность ветряных турбин, а также снизить затраты.Исследования, проводимые в рамках программы, помогли увеличить средний коэффициент использования мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 годы. от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов за киловатт-час сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

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

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

    Принцип работы ветряной электростанции

    Привет друзья, в этой статье я обсуждаю принцип работы ветряной электростанции .

    Энергия ветра — это косвенная форма солнечной энергии, поскольку ветер создается в основном за счет неравномерного нагрева земной коры солнцем. Кинетическая энергия ветра может быть использована для производства с помощью ветряной турбины.


    Когда поток свободного ветра взаимодействует с ротором турбины, он передает часть кинетической энергии ротору, из-за чего его скорость уменьшается. Эта разница в кинетической энергии преобразуется в механическую энергию. Это основной принцип работы ветряной электростанции .

    Полная энергия ветра равна поступающей кинетической энергии ветрового потока. Его можно выразить как:

    Общая ветровая энергия, P t = (ρAC i 3 ) / 2

    Где ρ = плотность воздуха (в кг / м 3 )
    A = рабочая площадь ротора = πr 2 (r = радиус лопастей в метрах)
    C i = скорость набегающего ветра (в м / с).

    Плотность воздуха (ρ) несколько сложна, поскольку она зависит от определения «идеального» воздуха, температуры, высоты и содержания водяного пара.Это приблизительно 1,2 кг / м 2 3 на уровне моря и комнатной температуре, значение, которое является достаточно точным для наших целей.

    Из приведенного выше уравнения ясно, что общая мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости набегающего ветра, плотности воздуха и рабочей площади ротора. Следовательно, любое небольшое увеличение скорости ветра может привести к значительному увеличению развитой ветровой энергии.

    Ветрогенератор с горизонтальной осью


    Горизонтальные ветряные генераторы успешно используются во всем мире.Основные компоненты винтового ветрогенератора показаны на рисунке.

    • Обычно он имеет два из трех лезвий, изготовленных из пластика, армированного стекловолокном высокой плотности. Диаметр ротора от 2 до 25 м. Современные роторы могут быть до 100 м в диаметре. Лопасти ротора собраны на ступице.

    • Ступица, тормоза, коробка передач, генератор с электрическим управлением размещены в коробке под названием гондола .

    • Электромагнитные тормоза предназначены для автоматического торможения, если скорость ветра превышает расчетную.

    • Вся система установлена ​​на верхней части башни. Он предназначен для выдерживания ветровых нагрузок во время штормов.

    • Механизм управления рысканием также предусмотрен для регулировки гондолы вокруг вертикальной оси, чтобы она была обращена ветром. Сервомеханизм, управляемый датчиком направления ветра, управляет гондолой таким образом, чтобы лопасти турбины всегда были ориентированы в направлении, перпендикулярном ветру, чтобы иметь максимальную площадь ветрового потока.

    • Шаг лезвия (от 0 o до 30 o ) регулируется автоматически, чтобы обеспечить флюгирование.Таким образом, мощность и скорость вала ветряной турбины регулируются в соответствии со скоростью генератора и его электрической мощностью. Механизм управления высотой звука регулирует высоту звука для достижения оптимальной производительности.

    • Энергия ветра преобразуется в механическую энергию с помощью аэротурбины. Эта механическая мощность передается через шестерни на генератор для увеличения его скорости. Поскольку частота вращения ротора низкая, необходима зубчатая передача, чтобы соответствовать синхронной скорости генератора.

    • Из-за колебаний скорости ветра невозможно получить питание фиксированной частоты от ветряных мельниц.Чтобы решить эту проблему, выходной сигнал 3-фазного генератора выпрямляется и преобразуется в переменный ток с помощью инвертора PWM, работающего на частоте 50 или 60 Гц.

    Выбор площадки для ветряной электростанции


    Поскольку мы знаем, что общая ветровая энергия от свободного потока ветра увеличивается как куб скорости ветра, поэтому место ветряной электростанции следует выбирать очень тщательно. Энергия ветра может использоваться там, где скорость ветра достаточно высока в диапазоне от 8 до 40 км / ч.

    Такие скорости ветра доступны вдоль морского побережья на больших высотах и ​​в холмистой местности. Некоторые из важных критериев выбора места для установки системы преобразования энергии ветра (WECS) следующие:

    • WECS следует располагать там, где доступны высокие средние скорости ветра в диапазоне от 6 до 30 м / с в течение года.
    • WECS должен располагаться вдали от городов и лесов, поскольку здания и леса обладают устойчивостью к ветру.
    • Скорость ветра необходимо измерять на нескольких высотах, поскольку скорость ветра увеличивается с высотой.
    • Конструкция башни должна быть адекватной, чтобы выдерживать максимальные скорости ветра, наблюдаемые в последние несколько лет в районе установки.

    Преимущества и недостатки ветряной электростанции


    Преимущества

    • Это бесплатный и неисчерпаемый источник энергии.
    • Это чистый и экологически чистый источник энергии.
    • Имеет низкие эксплуатационные расходы.
    • Он имеет низкую стоимость производства электроэнергии (около 2,25 рупий / кВтч).

    Недостатки

    • В настоящее время капитальные затраты на ветроэлектростанции высоки. Это около рупий. 3,5 крор / МВт.
    • Энергия ветра очень изменчива по своей природе. Из-за этих колебаний очень сложно спроектировать ветроэнергетическую систему. Эта проблема также требует предоставления подходящего запоминающего устройства для обеспечения непрерывного энергоснабжения.
    • Сильные колебания скорости ветра во время шторма могут привести к повреждению ветряных мельниц.
    • КПД системы находится в диапазоне от 35 до 44%.
    • Ветряная мельница вызывает звуковое загрязнение. Большой звук слышен в нескольких километрах.


    Спасибо, что прочитали о принципе работы ветряной электростанции .

    Электростанции | Все сообщения

    © https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы ветряной электростанции.

    Как работают ветряные турбины — вот что вам нужно знать

    Они похожи на пропеллеры самолета, которые крутятся на месте по кругу, крутятся по кругу весь день.Ветровые турбины берут кинетическую энергию ветра и используют свои гигантские роторы, чтобы улавливать часть ее, превращая ее в электричество, и они могут сыграть ключевую роль в спасении нас от катастрофического изменения климата. Давайте подробнее рассмотрим, как на самом деле работают ветряные турбины.

    Изображение предоставлено: Flickr / Richard Edmond

    Ветряные турбины, по сути, основаны на простом принципе: ветер вращает лопасти, в результате чего вращается ось, прикрепленная к генератору, вырабатывающему электричество. Чем сильнее ветер, тем больше вырабатывается электроэнергии.Вот почему мы обычно видим промышленные ветряные электростанции с высокими башнями и большими лопастями по всему миру: большие лопасти могут собирать больше энергии и более эффективны. Но хотя основной принцип прост, технология сложна.

    Ветряные мельницы вращают мир

    Турбина — это машина, которая вращается и улавливает часть проходящей энергии. Турбины используются в самых разных машинах, от реактивных двигателей до гидроэлектростанций. В ветряной турбине лопасти ротора представляют собой «турбинную» часть, подобную крыльям аэродинамического профиля на самолете.Они имеют изогнутую форму и получают кинетическую энергию (энергию движения), когда дует ветер.

    Хотя мы говорим о «ветряных турбинах», на самом деле турбина является лишь частью этих машин. Для большинства турбин другой ключевой частью является генератор, шестерни которого преобразуют относительно медленное вращение вращающихся лопастей в движение с более высокой скоростью. Таким образом, ветер обеспечивает движение и крутящий момент, а генератор делает все остальное, являясь неотъемлемой частью всех турбин.

    Чем длиннее лопасти ротора, тем больше энергии они могут улавливать от ветра.Лопасти умножают силу ветра, как колесо и ось, поэтому ветра часто бывает достаточно, чтобы лопасти повернулись. Даже в этом случае ветряные турбины не вырабатывают максимальную мощность большую часть времени — это намеренная особенность их конструкции для эффективной работы при постоянно меняющихся ветрах.

    Типичная гондола ветряной турбины находится на высоте 85 метров (280 футов) от земли, и для этого есть веская причина. Ветер распространяется намного быстрее, когда нет препятствий на уровне земли. Таким образом, если лопасти ротора турбины находятся высоко в воздухе, они могут улавливать гораздо больше энергии ветра, чем при опускании, а улавливание энергии — вот что такое ветровые турбины.

    Большинство ветряных турбин имеют мощность 2–3 мегаватт (МВт), которые могут производить более 6 миллионов киловатт-часов (кВтч) электроэнергии ежегодно. Этого достаточно, чтобы удовлетворить потребность в электроэнергии около 1500 домохозяйств. Чем быстрее дует ветер, тем больше вырабатывается электроэнергии — до определенного уровня. Если ветер будет слишком сильным, турбины отключатся, чтобы предотвратить повреждение.

    Планируется, что ветряные электростанции

    будут находиться в местах с надежным ветром круглый год.Обычно это происходит на вершине холма с большим количеством открытого пространства вокруг и в прибрежных местах. Ветряная турбина обычно имеет КПД 30-45%, а во время пиковых ветров эффективность повышается до 50%. Если бы они были эффективны на 100%, ветер бы утих после прохождения турбины.

    Типы ветряных турбин

    Есть два основных типа ветряных турбин, горизонтально-осевые и вертикально-осевые, и размер турбины сильно различается. Длина лопастей — самый важный фактор в определении количества электроэнергии, которую может генерировать ветряная турбина.В то время как небольшие турбины могут генерировать около 10 кВт, самая большая из действующих может генерировать до 10 МВт. Еще более крупные в настоящее время разрабатываются, особенно для оффшоров.

    Горизонтально-осевые турбины на сегодняшний день являются наиболее распространенными — это ветряные турбины, с которыми большинство из нас знакомо. Большинство этих турбин имеют три лопасти и работают против ветра, при этом турбина поворачивается в верхней части башни, так что лопасти обращены против ветра.

    Между тем турбины с вертикальной осью больше похожи на взбиватель яиц, чем на пропеллер самолета.Они всенаправленные, а это значит, что для работы их не нужно настраивать так, чтобы они указывали на ветер. Лопасти прикреплены сверху и снизу вертикального ротора. Поскольку они не так эффективны, как горизонтальные, они встречаются гораздо реже, но в некоторых ситуациях они предлагают большие перспективы.

    Использование ветряных турбин

    Наземные ветряные турбины могут быть подключены к электросети, объединены с фотоэлектрической системой или даже использоваться домовладельцами и фермерами в качестве автономных приложений.Для источников энергии ветра (размером в мегаватт) большое количество ветряных турбин обычно строится близко друг к другу, чтобы сформировать ветряную электростанцию, также называемую ветровой электростанцией.

    Когда турбины любого размера устанавливаются на стороне потребителя электросчетчика, они называются «распределенными» ветряными турбинами. Большинство турбин, которые в настоящее время используются в распределенных приложениях, имеют небольшие размеры и используются в жилых, сельскохозяйственных и небольших промышленных приложениях.

    Наличие турбины может даже принести вам прибыль, поскольку вы можете продавать лишнюю энергию, которую не используете (если это позволяет национальная сеть).Однако установка ветряной турбины обычно сложнее, чем что-то вроде солнечной панели.

    Изображение предоставлено: Flickr / Paul

    Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль во всем мире. Турбины, как правило, массивные, в некоторых случаях даже выше Статуи Свободы. Их компоненты транспортируются на судах и баржах, что снижает логистические проблемы, связанные с наземными турбинами. Они могут улавливать мощные океанские ветры и генерировать огромное количество энергии.

    Электроэнергия, производимая морскими ветряными турбинами, возвращается на сушу через серию кабельных систем, проложенных на морском дне.Это электричество направляется через прибрежные центры нагрузки, которые определяют приоритетность подачи электроэнергии и распределяют ее по электросети, чтобы обеспечивать электроэнергией дома, школы и предприятия. Это делает морские ветряные турбины более дорогими в установке и управлении, но они также производят больше энергии — общий компромисс.

    Преимущества и недостатки ветряных турбин

    Трудно представить, почему кто-то будет возражать против чистых и экологически чистых ветряных турбин, особенно по сравнению с грязными угольными установками.Но у них есть некоторые недостатки, которые необходимо учитывать.

    Во-первых, они не вырабатывают столько электроэнергии, как обычные газовые, атомные или угольные станции. Типичная турбина имеет максимальную мощность 2 МВт, что достаточно для питания 1000 домов, если она вырабатывает энергию в 30% случаев. Крупнейшие оффшорные ветряные турбины могут производить около 13 МВт, так как ветры на море сильнее и устойчивее, и питают около 6500 домов. Это означает, что нам потребуется 1000 турбин мощностью 2 МВт, чтобы вырабатывать столько же мощности, сколько и значительная (2000 МВт) атомная электростанция или станция на ископаемом топливе. .На практике, поскольку ископаемое топливо и атомные электростанции вырабатывают энергию постоянно, в то время как ветер переменчив, вам потребуется гораздо больше. Энергия ветра переменчива, и для эффективной энергосистемы требуется предсказуемый запас энергии для удовлетворения меняющегося спроса.

    Вот почему смесь разных видов энергии была бы идеальной. Некоторые из них будут вырабатывать электроэнергию всякий раз, когда могут, например ветер, некоторые будут работать непрерывно, например ядерные, некоторые будут вырабатывать энергию в часы пик, например, гидроэлектростанции, а некоторые будут повышать или понижать мощность в короткие сроки, например, природный газ.Большие и эффективные батареи могут решить эту проблему, но ветер не может быть единственным источником энергии.

    Ветровые турбины тоже нельзя заклинить. Они должны располагаться на некотором расстоянии друг от друга и занимать много места. Чтобы привести всю страну в действие одним ветром, потребуется покрыть турбинами огромную территорию. Подключение большого количества ветряных турбин к электросети также может быть намного сложнее, чем просто подключение одной электростанции.

    Турбины

    также могут беспокоить диких животных, так как они довольно шумные, приносят людей в этот район и представляют значительный риск столкновения для птиц.Конструкция большинства турбин делает их труднодоступными для птиц, что способствует ударам. Вот почему исследования предложили покрасить одну из лопастей ротора в черный цвет, чтобы птицы могли видеть турбины и избегать столкновений.

    С другой стороны, ветряные турбины являются ведущим источником чистой энергии. После постройки они не производят выбросов углекислого газа, вызывающего глобальное потепление, или выбросов двуокиси серы, вызывающих кислотные дожди. Вырабатываемая ими энергия безгранична и бесплатна в течение стандартного срока службы 25 лет, за исключением запасных частей и технического обслуживания.

    Их строительство оказывает определенное воздействие на окружающую среду, поскольку башни и гондолы имеют металлический и бетонный фундамент, чтобы предотвратить их падение. Утилизация ветряных турбин, как известно, сложна и действует как своего рода «ахиллесова пята» ветровой энергии.

    Несмотря на это, они имеют один из самых низких уровней выбросов углекислого газа среди всех форм выработки электроэнергии, если смотреть на весь срок их эксплуатации. Кроме того, они намного дешевле производимых киловатт-часов электроэнергии.

    Насколько велика ветровая энергия сейчас?

    Прошлый год был лучшим годом в истории для мировой ветроэнергетики: было установлено 93 ГВт новых мощностей, что на 53% больше, чем в прошлом году, по данным Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC).Сегодня во всем мире имеется 743 ГВт ветроэнергетической мощности, что помогает избежать 1,1 миллиарда тонн CO2 во всем мире, что эквивалентно ежегодным выбросам в Южной Америке.

    Тем не менее, этого роста недостаточно для обеспечения того, чтобы мир стал углеродно-нейтральным к 2050 году, как это согласовано в Парижском соглашении об изменении климата 2015 года. Согласно оценкам GWEC, миру необходимо установить ветроэнергетику в три раза быстрее в течение следующего десятилетия, чтобы оставаться на пути к нулю и избежать наихудших последствий изменения климата.

    Энергия ветра, безусловно, будет играть большую роль в ближайшие годы, поскольку мир прощается с источниками энергии на ископаемом топливе для сокращения выбросов парниковых газов. Но насколько большая роль будет зависеть от того, где вы находитесь и есть ли лучшие альтернативы. В странах с ветреной погодой (а значит, в подавляющем большинстве стран мира) он определенно будет сильным соперником.

    Как работает ветряная электростанция? — Полное объяснение

    Введение

    Энергия ветра — это возобновляемый источник энергии, доступный во всем мире в изобилии.Чтобы использовать этот природный ресурс наилучшим образом, разработаны ветряные турбины. Ветряная турбина может работать при скорости ветра от 15 до 90 км / ч и широко используется во всем мире. Ветряные электростанции используются для выработки электроэнергии в районах с сильным ветром с помощью ветряных турбин.

    Что создает ветер?

    Почти 2% солнечной энергии, поступающей на Землю, преобразуется в энергию ветра. Это происходит из-за неравномерного нагрева поверхности земли, что вызывает различные зоны низкого давления, и молекулы воздуха перемещаются из зоны высокого давления в зону низкого давления, что создает ветер.Вращение земли и неровности поверхности заставляют ветер двигаться по случайной траектории вокруг Земли. Этот поток ветра извлекается на ветряной электростанции, чтобы вращать генераторы, производящие электричество.

    Что такое ветряная электростанция?

    Когда на земле установлено несколько ветряных турбин, это называется ветряной электростанцией. Вся электроэнергия, вырабатываемая каждой отдельной башней, подается на электрическую подстанцию ​​через сеть передачи.

    Прежде чем вкладывать деньги в этот бизнес, необходимо убедиться, что расположение ветряной электростанции играет решающую роль в ее успехе.

    Морская установка имеет хороший воздушный поток круглый год. Единственным недостатком является стоимость строительства, монтажа и сложности при обслуживании установки. Также подводные кабели используются для передачи тока на сушу, где можно легко использовать местные линии электропередачи. Кроме того, следует также иметь в виду, что скорость ветра на морских объектах достигает нескольких миль / час, поэтому проектирование машины также является первоочередной задачей. фактор, который следует иметь в виду.

    Расположение береговой ветряной электростанции требует гораздо больше исследований и затрат времени, чтобы найти правильное место, прежде всего, датчики скорости, температуры и направления ветрового потока установлены повсюду на рассматриваемой территории.Данные этих датчиков анализируются в течение нескольких месяцев, чтобы решить, подходит ли это место для установки или нет. Как только вы выберете правильное место, будет легко построить и установить завод.

    На пути ветра не должно быть никаких препятствий, поэтому избегайте турбулентности воздушного потока, достигающего лопастей. Поэтому береговую установку не следует устанавливать в долине. Лучшее место для установки на суше — вершина холма, где мы можем получить почти обтекаемый поток воздуха без какой-либо турбулентности или открытой местности.Если есть какое-либо препятствие в потоке воздуха даже перед открытой площадкой, то оно должно быть вдвое длиннее башни, тогда это не повлияет на мощность, генерируемую башней.

    Поскольку ветряные электростанции имеют переменную выработку электроэнергии из-за колебаний скорости ветра в течение дня, они должны разработать план резервного электроснабжения, чтобы поддерживать постоянное электроснабжение. Прогноз погоды также играет важную роль в определении доли использования альтернативных источников в ближайшие несколько дней.

    Индия производит 1500 МВт электроэнергии с помощью своей наземной ветряной электростанции, второй по величине в мире по производству электроэнергии после китайской ветряной электростанции Ганьсу, производящей 6000 МВт электроэнергии.

    Также читайте:

    Принцип ветряной турбины

    Все ветряные турбины, используемые сегодня, представляют собой горизонтально-осевые машины с 3-лопастным ротором, вращающимся в вертикальной плоскости. Для вращения этих лопастей используется энергия ветра, которые установлены на высоте почти 40 метров.Таким образом, кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую. Эта механическая энергия затем преобразуется в электрическую с помощью генератора.

    Основные части ветряной турбины

    Это машина с горизонтальной осью с 2-3 лопастями ротора, которые вращаются в вертикальной плоскости, эти лопасти установлены на ступице, и эта ступица соединена с коробкой, называемой гондолой.

    1. Гондола —

    Названа в честь обшивки авиационного двигателя. Это стеклянная трубка, в которой находятся коробка передач, тормоза и генератор.Однако для турбин мощностью до 2 МВт / ед. Высоковольтный трансформатор также размещается в самой гондоле. Также у него есть датчики направления и скорости, установленные как можно ближе к гондоле, чтобы предотвратить попадание на них грязи, исходящей от лопастей.

    2. Коробка передач-

    Вал, соединенный со ступицей, напрямую входит в коробку передач и увеличивает ее частоту вращения до необходимого уровня. Это самая тяжелая часть гондолы.

    3. Тормоза —

    Тормоза используются, когда ветер дует выше критического уровня на ту же турбину из-за повреждения.Тормоза установлены сразу за коробкой передач.

    4. Генератор —

    Он преобразует энергию быстро вращающегося вала в электрическую, и, наконец, трансформатор высокого напряжения преобразует ее в высокое напряжение, чтобы быть готовым к работе в линиях передачи.

    5. Башня —

    Это цилиндрическая конструкция, на которой установлена ​​гондола. Для субмегаваттной турбины, вырабатывающей до 400-600 Вт мощности, ее высота может варьироваться от 25 до 45 метров. Однако диаметр этого цилиндра уменьшается по мере того, как мы поднимаемся на башню.Кабель передачи от генератора спускается внутри этой башни к высоковольтному трансформатору. Внутри башни есть лестница с деревянными площадками на разной высоте. Платформа, соединенная с гондолой, называется платформой рыскания.

    6. Платформа рыскания —

    Это стальная платформа наверху башни, которая помогает гондоле отклоняться от курса в направлении ветра. У него также есть тормоза в некоторых ветряных турбинах высокого класса, чтобы поддерживать направление гондолы.

    Читайте также:

    Работа ветряной электростанции

    Лопасти ветряной турбины работают как аэродинамический профиль разного сечения по всей длине.Когда жидкость (воздух) движется по этому профилю, она создает подъемную силу, заставляя лопасть вращаться вокруг своей оси. Генератор также подключен к ротору, вал начинает вращаться и вырабатывает электричество.

    Теперь мы все знаем, что вращающиеся лопасти могут дать нам электричество. Но скорость ветра продолжает меняться со временем, поэтому мы получаем колебания мощности. Чтобы преодолеть это, определяется пороговая скорость, при которой турбина начинает вращаться, ниже которой используются тормоза для предотвращения вращения лопастей.А при высокой скорости ветра применяются тормоза, чтобы предотвратить повреждение турбины.

    Двигатели и датчики используются для вращения лопастей вокруг своей оси, чтобы они могли регулироваться в соответствии с изменяющимся направлением ветра. И извлекать максимальную мощность из ветра. Лопасти также вращаются, чтобы остановить вращение турбины, это означает, что они ориентированы таким образом, что подъемная сила не будет создаваться даже при дующем ветре.

    На ветряной электростанции турбины должны быть соединены между собой, чтобы получить от них максимальную отдачу.Они связаны друг с другом системой сбора энергии среднего напряжения, обычно около 35,5 кВ, а также сетью связи, которая помогает им общаться.

    Для лучшего объяснения посмотрите видео, приведенное ниже:

    Преимущества
    • Воздух как топливо является бесплатным и неисчерпаемым.
    • Это чистый источник энергии, не загрязняющий окружающую среду.
    • Стоимость электроэнергии слишком низкая, и ветряная турбина может использоваться более 20 лет.
    • Это дешево, поскольку требуются только затраты на установку и обслуживание.
    • Энергия ветра — один из самых быстрорастущих секторов во всем мире, поэтому он создает много рабочих мест в производстве, установке и техническом обслуживании.

    Недостатки
    • Требуется много исследований и усилий, чтобы выбрать место, где должна быть установлена ​​ветровая электростанция, из-за изменчивого характера ветра.
    • Его первоначальная стоимость установки слишком высока, поэтому для установки турбины вам придется пройти обследование, чтобы определить скорость ветра в этом месте.Все это увеличивает стоимость.
    • Это самый большой недостаток для местной популяции птиц, поскольку они умирают из-за столкновения с лезвиями.
    • Шумовое загрязнение — один из основных недостатков.
    • Ветряная электростанция пригодна только для стран с прибрежными или холмистыми районами.

    Приложения
    • В основном используется для производства электроэнергии.
    • Также используется для перекачки воды через многолопастную турбину.

    Как работает оффшорная ветроэнергетика?

    Узнайте, как увеличилась мощность турбин

    West of Duddon Sands была первой ветряной электростанцией такого типа, запущенной компанией в 2014 году. Расположенный в Ирландском море, у британского побережья, он имеет 108 ветряных турбин, которые вырабатывают в общей сложности 388,8 МВт мощности по 3,6 МВт каждая. Длина окружности лопаток каждой турбины (также называемой ротором) достигает 120 метров.

    С тех пор в энергетике ветряных турбин произошел прорыв. В морской ветряной электростанции Wikinger, , расположенной в Балтийском море у побережья Германии и работающей с конца 2017 года, каждая из 70 турбин обеспечивает мощность 5 МВт и имеет диаметр 135 метров.В результате общая установленная мощность составляет 350 МВт, что всего на 30 меньше, чем к западу от Даддон-Сэндс, но с меньшим количеством ветряных турбин на 38.

    Еще более значительными являются усовершенствования, внесенные в East Anglia ONE, — крупномасштабный морской ветроэнергетический проект, действующий с 2020 года. Имея 102 турбины, каждая с единичной мощностью 7 МВт и диаметром ротора 154 метра, Восток Anglia ONE — крупнейших оффшорных ветряных электростанций в мире, мощность которых составляет 714 МВт. Это означает, что с шестью турбинами меньше, чем к западу от Даддон-Сэндс, East Anglia ONE обеспечивает почти вдвое большую мощность.

    На ветряной электростанции Saint-Brieuc, первом крупном морском ветроэнергетическом проекте группы в Бретани, будут установлены турбин мощностью 8 МВт, каждая с диаметром ротора 167 метров. В результате общая установленная мощность составит 496 МВт с 62 турбинами.

    Однако наибольшую мощность юнитов мы найдем в Vineyard Wind 1 и Baltic Eagle. Vineyard Wind 1, , первая морская ветряная электростанция, разработанная компанией в США, будет иметь установленную мощность 800 МВт, обеспечиваемую ветряными турбинами мощностью 13 МВт и 220-метровыми роторами. Baltic Eagle, , тем временем, будет построен рядом с Wikinger, в Германии, и будет иметь мощность 476 МВт, вырабатываемую 52 турбинами с роторами 174 метра и мощностью 9,5 МВт.

    Скрыть информацию

    Разработка новых типов фундаментов, позволяющих размещать эти установки дальше от побережья, и постоянное развитие мощности и конструкции ветряных турбин — лишь некоторые из достижений, которые мы увидим в ближайшие годы. . Эти достижения, несомненно, предвещают долгое и процветающее будущее для оффшорных ветряных электростанций.

    Эволюция ветроэнергетики в Европе

    Утилита будущего

    Принцип работы ветряной турбины — Usimeca

    Данные о скорости ветра можно получить из карт ветров или в метеорологической службе. К сожалению, общая доступность и надежность данных о скорости ветра во многих регионах мира крайне низки. Однако в значительных регионах мира среднегодовая скорость ветра превышает 4-5 м / с (метров в секунду), что делает маломасштабную ветроэнергетику привлекательным вариантом.Важно получить точные данные о скорости ветра для данного участка, прежде чем можно будет принять какое-либо решение относительно его пригодности. Методы оценки средней скорости ветра можно найти в соответствующих текстах (см. Раздел «Ссылки и ресурсы» в конце этого информационного бюллетеня).

    Сила ветра пропорциональна:

    • площадь ветряной мельницы, уносимая ветром
    • куб скорости ветра
    • плотность воздуха — которая меняется с высотой

    Формула, используемая для расчета мощности ветра, показана ниже:

    P = ½.ρ.A.V 3

    где, P — мощность в ваттах (Вт)

    ρ — плотность воздуха в килограммах на кубический метр (кг / м 3 )
    A — рабочая площадь ротора в квадратных метрах (м 2 )
    V — скорость ветра в метрах в секунду (м / с)

    Тот факт, что мощность пропорциональна кубу скорости ветра, очень важен. Это можно продемонстрировать, указав, что если скорость ветра удваивается, сила ветра увеличивается в восемь раз.Поэтому стоит найти участок с относительно высокой средней скоростью ветра.

    Ветер в ваттах

    Хотя приведенное выше уравнение мощности дает нам мощность ветра, фактическая мощность, которую мы можем извлечь из ветра, значительно меньше, чем предполагает эта цифра. Фактическая мощность будет зависеть от нескольких факторов, таких как тип используемой машины и ротора, сложность конструкции лопастей, потери на трение и потери в насосе или другом оборудовании, подключенном к ветряной машине.Существуют также физические ограничения на количество энергии, которое реально может быть извлечено из ветра. Теоретически можно показать, что любая ветряная мельница может извлекать максимум 59,3% энергии от ветра (это известно как предел Беца). На самом деле, этот показатель обычно составляет около 45% (максимум) для большой турбины, производящей электричество, и от 30% до 40% для ветряного насоса (см. Раздел о коэффициенте производительности ниже). Итак, изменив формулу «Сила ветра», мы можем сказать, что мощность, вырабатываемая ветряной машиной, может быть выражена следующим образом:

    P M = ½.Cp.ρ.A.V 3

    где,

    P M — мощность (в ваттах), доступная от машины
    C p — коэффициент полезного действия ветряной машины

    Также стоит иметь в виду, что ветряная машина будет работать с максимальной эффективностью только часть времени, в течение которого она работает, из-за колебаний скорости ветра. Грубую оценку мощности ветряной машины можно получить с помощью следующего уравнения;

    P A = 0.2 А В 3

    где,

    P A — средняя выходная мощность в ваттах за год
    V — среднегодовая скорость ветра в м / с

    Есть два основных физических принципа, с помощью которых можно извлекать энергию из ветра; они происходят за счет создания подъемной силы или силы сопротивления (или комбинации этих двух). Разница между сопротивлением и подъемной силой иллюстрируется разницей между использованием паруса спинакера, который наполняется как парашют и тянет парусную лодку по ветру, и бермудского парусного вооружения, знакомого треугольного паруса, который отклоняется от ветра и позволяет парусной лодке двигаться. путешествовать по ветру или слегка навстречу ветру.

    Принцип работы ветряной турбины

    Как работает ветряная турбина?

    Воздушная турбина с большими лопастями прикреплена к верхней части опорной башни достаточной высоты. Когда ветер дует на лопасти турбины, турбина вращается за счет конструкции и центровки лопастей ротора. Вал турбины соединен с электрогенератором. Выходной сигнал генератора собирается через электрические кабели.

    Работа ветряной турбины

    Когда ветер дует на лопасти ротора, лопасти начинают вращаться.Ротор турбины соединен с быстроходной коробкой передач. Коробка передач преобразует вращение ротора с низкой скорости на высокую. Высокоскоростной вал коробки передач соединен с ротором генератора, и, следовательно, электрический генератор работает на более высокой скорости. Возбудитель необходим, чтобы дать необходимое возбуждение магнитной катушке системы поля генератора, чтобы она могла генерировать необходимое электричество. Генерируемое напряжение на выходных клеммах генератора переменного тока пропорционально скорости и магнитному потоку генератора.Скорость зависит от неконтролируемой силы ветра. Следовательно, чтобы поддерживать однородность выходной мощности генератора переменного тока, возбуждение должно контролироваться в соответствии с наличием естественной энергии ветра. Ток возбудителя контролируется контроллером турбины, который определяет скорость ветра. Затем выходное напряжение электрического генератора (генератора переменного тока) подается на выпрямитель, где выход генератора переменного тока выпрямляется до постоянного тока. Затем этот выпрямленный выход постоянного тока подается в блок линейного преобразователя, чтобы преобразовать его в стабилизированный выход переменного тока, который в конечном итоге подается либо в электрическую сеть передачи, либо в сеть передачи с помощью повышающего трансформатора.Дополнительные блоки используются для подачи питания на внутренние вспомогательные устройства ветряной турбины (например, двигатель, аккумулятор и т. Д.), Это называется внутренним блоком питания.
    Есть еще два механизма управления, прикрепленные к современной большой ветряной турбине.

    • Контроль ориентации лопатки турбины.
    • Контроль ориентации торца турбины.

    Ориентация лопаток турбины регулируется от базовой ступицы лопаток. Лопасти прикреплены к центральной ступице с помощью вращающегося механизма через шестерни и небольшой электродвигатель или гидравлическую вращающуюся систему.Система может управляться электрически или механически в зависимости от ее конструкции. Лопасти поворачиваются в зависимости от скорости ветра. Техника называется регулировкой высоты тона. Он обеспечивает наилучшую ориентацию лопастей турбины по направлению ветра для получения оптимальной энергии ветра.

    Ориентация гондолы или всего корпуса турбины может соответствовать направлению изменения направления ветра, чтобы максимизировать сбор механической энергии от ветра. Направление ветра вместе с его скоростью определяется анемометром (автоматические устройства измерения скорости) с флюгерами, прикрепленными к задней верхней части гондолы.Сигнал возвращается в электронную систему управления на основе микропроцессора, которая управляет двигателем рыскания, который вращает всю гондолу с зубчатой ​​передачей, обращаясь к воздушной турбине по направлению ветра.

    Похожие записи

    21.11.2024 0

    Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

    19.11.2024 0

    Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

    19.11.2024 0

    Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *