Альтернативная энергия Альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты. Устройство ветрогенератора
Конструкция ветрогенератора. Устройство ветрогенератора
Фиг. 16. Ветроэлектрический агрегат РД-1,5.
Двухлопастное ветроколесо диаметром 1,5 м закреплено непосредственно на валу генератора ГАУ-4101 автомобильного типа мощностью до 100 вт. Генератор закреплен хомутом на штыре, который поворачивается в двух подшипниках, смонтированных в стойке ветряка. Позади генератора закреплен хвост установа на ветер. Обороты ветроколеса регулируются поворотом лопасти около оси маха по системе регулирования, предложенной В. С. Шаманиным (фиг. 17).Махи лопастей свободно поворачиваются во втулке ветрогенератора на шарикоподшипниках. На махах на некотором расстоянии от оси вращения почти перпендикулярно к передней плоскости крыла закреплена штанга а, на концы которой одеты грузики б. При увеличении оборотов грузики б стремятся стать в плоскость вращения ветроколеса, как показано стрелками, и поворачивают лопасти ребром к ветру. Вместе с этим подъемная сила на крыльях убывает и ветроколесо снижает обороты. В обГоризонтальный ветрогенератор: конструкция и принцип работы
Энергия ветра — это одна из доступных форм солнечной энергии. Образование ветров происходит в результате неравномерного прогрева атмосферы солнечным светилом, неровностей земной поверхности и естественного вращения Земли. Направление потоков ветра изменчиво и полностью зависит от рельефа земной поверхности, присутствия водоемов, растительности. Для использования и преобразования благ природы уже много лет люди используют горизонтальные ветрогенераторы. Используя такие установки, человечество преобразует движение воздушных масс в механическую, а затем и в электрическую энергию.
Использование энергии ветра человечеством началось еще много веков тому назад, когда появились первые ветряные мельницы, качающие воду, измельчающие зерно и так далее.
Наиболее распространенной моделью используемых горизонтальных ветрогенераторов является трехлопастный. Закрепив такую установку на устойчивой возвышенной поверхности можно снабдить электричеством как 1 дом, так и небольшое поселение.
Что такое ветрогенератор
Горизонтальные ветрогенераторы – это современные установки, которые служат для переработки кинетической энергии ветра в механическую энергию, а потом в электрическую. Относительно своего предназначения такие устройства разделяются на 2 категории: промышленного и домашнего назначения.
Ветрогенераторы промышленного назначения зачастую объединяются в большие и средние комплексы, получая при этом ветряные электростанции. Обустройство комплексов таких масштабов может позволить себе только государство или достаточно крупные энергетические корпорации.
Некоторые модели бытовых ветрогенераторов могут осуществлять работу в автономном режиме, без непосредственного подключения к электрической сети. Также разработаны модели устройств с модулем постоянного тока — специально задуманные для работы на солнечных батареях и могут быть частью домашней системы электрического питания.
Принято полагать, что использование бытовых генераторов ветра малоэффективно по причине:
- большой стоимости преобразовательного инвертора;
- большой стоимости накопительных аккумуляторов.
Для реализации надежного электрического снабжения установки иногда к такой системе добавляют дизель-генератор, который по стоимости где-то равен установке.
На сегодня наиболее эффективным с экономической точки зрения является получение не только механической энергии, но и постоянного электрического тока переменной частоты. Такой ток в дальнейшем трансформируется при помощи ТЭНов в полезное тепло для нагревания системы отопления или центрального водоснабжения.
В разделе бытовых ветрогенераторов находятся энергетические установки мощностью до 100 кВт. Следует отметить, что установки мощностью менее 1 кВт относят к домашним приборам, которые зачастую устанавливают в загородных домах, на фермах или яхтах.
Как работает установка
В момент прохождения ветра через турбину происходит вращение лопастей установки за счет кинетической энергии ветра. Такое действие заставляет вращаться внутренний вал, напрямую соединенный с редуктором. В результате чего увеличивается скорость вращения и внутреннего вала, подсоединенного к генератору, осуществляющего вырабатывание электроэнергии.
Горизонтальные оси ветровой турбиныЗачастую ветряные турбины состоят из стальной полой мачты, высота которой может варьироваться от 10 до 100 метров; турбинного ротора; лопастей; генераторной оси; генератора; редуктора; инвертора и аккумулятора.
Современные горизонтальные ветрогенераторы оснащены специализированным оборудованием, которое способно самостоятельно оценивать воздействие окружающих факторов и автоматически поворачивать оборудование по направлению ветра, менять угол поворота или «шаг» лопастей для оптимизированного использования энергии.
Какие бывают разновидности
В зависимости от количества лопастей ветрогенераторы разделяются на одно-, двух-, трех- и многолопастные.
- Однолопастные ветрогенераторы состоят из одной лопасти и противовеса, который выполняет роль балансирующего механизма в системе. Главным достоинством таких установок является высокая скорость вращения благодаря более низкому моменту инерции. Помимо этого, ротор такой конструкции имеет более низкую стоимость за счет небольшого числа лопастей. Сегодня происходит выпуск однолопастных генераторов мощностью до 10 кВт.
- Двухлопастные ветрогенераторы состоят из 2 лопастей. Главным достоинством таких установок является уравновешенность ротора в любом угловом положении его лопастей. Такое их достоинство нашло применение в самоподъемных устройствах малого и среднего диапазона мощностей.
- Трехлопастные установки на сегодня являются наиболее распространенными и востребованными моделями, номинальная мощность которых составляет от нескольких ватт до 7 МВт.
Многолопастные установки имеют большое количество лопастей, которое может достигать 50 штук. Такие установки получили наибольшее распространение в области ветронасосных систем.
Преимущества и недостатки
- Абсолютное отсутствие сырья и производственных отходов.
- Энергия ветра — это общедоступный и возобновляемый ресурс, который не исчезнет вне зависимости от используемого количества за день, неделю или год. Энергия ветра относится к источнику чистой добычи электричества, так как ветряные электростанции не осуществляют пагубных выбросов веществ или парниковых газов в атмосферу.
- Даже с учетом высокой первоначальной стоимости закупки всего комплекса оборудования, его окупаемость превышает иные приобретения генераторов, работающих на ископаемом топливе. При сравнении ветрогенераторов и установок, работающих на ископаемом топливе, во время всего срока эксплуатации, то ветроустановки являются более конкурентными. Они не требуют дополнительных затрат на осуществление работы и эксплуатационные затраты сводятся к минимальным.
К недостаткам таких систем можно смело отнести:
- Лопасти такого оборудования создают шумы, портят ландшафт, являются преградой для некоторых птиц, летучих мышей, совершающих полет. Естественно, что для большинства из этих проблем уже найдено решение с использованием различных современных технологий и продуманного размещения оборудования.
- Непостоянное воздействие требуемой силы ветра для обеспечения работы прибора. В местах, где сила ветра слабая — не рентабельно осуществлять установку горизонтальных ветрогенераторов.
- Устройства ветрогенераторов могут создавать большие проблемы для иных способов эксплуатации земельных наделов.
- Ветряные лопасти могут мешать осуществлять выпас скота.
- Занимают достаточно много места, которое прежде было определено под посевы.
За последние годы рынок ветрогенераторов набирает активные обороты. За небольшую сумму уже сегодня можно приобрести современный ветрогенератор полностью обеспечивающий автономное питание вашего загородного или частного дома на долгие годы.
Зачастую для обеспечения дома вполне хватает ветрогенератора мощностью 1 кВт, при средней скорости ветра 7 м/с. В случае, если ветрогенератор установлен в не ветряной зоне, то дополнительно осуществляется монтаж фотоэлектрической солнечной батареи.
energomir.biz
Ветрогенераторы. Классификация и типы, конструкция и принцип работы
Неуклонное истощение природных ресурсов приводит к тому, что в последнее время человечество занято поиском альтернативных источников энергии. На сегодняшний день известно достаточно большое количество видов альтернативной энергетики, одним из которых является использование силы ветра. Энергия ветра применялась людьми с древности, например, в работе ветряных мельниц. Самый первый ветрогенератор (ветряная турбина), который служил для производства электричества, был построен в Дании в 1890 г. Такие устройства стали применяться в тех случаях, когда требовалось обеспечить электроэнергией какой-либо труднодоступный район.
Принцип действия ветрогенератора:
- Ветер вращает колесо с лопастями, которое передает крутящий момент на вал генератора через редуктор.
- Инвертор выполняет задачу преобразования полученного постоянного электрического тока в переменный.
- Аккумулятор предусмотрен для подачи в сеть напряжения при отсутствии ветра.
Мощность ВЭУ находится в прямой зависимости от диаметра ветроколеса, высоты мачты и силы ветра. В настоящее время производятся ветрогенераторы, диаметр лопастей которых от 0,75 до 60 м и более. Самая маленькая из всех современных ВЭУ – G-60. Диаметр ротора, имеющего пять лопастей, всего 0,75 м, при скорости ветра 3-10 м/с она может вырабатывать мощность 60 Вт, вес ее составляет 9 кг. Такая установка с успехом применяется для освещения, зарядки батарей и работы средств связи.
Все ветряные генераторы могут быть классифицированы по нескольким принципам:
- Оси вращения.
- Количеству лопастей.
- Материалу, из которого выполнены лопасти.
- Шагу винта.
Классификация по оси вращения:
- Горизонтальные.
- Вертикальные.
Схема работы
Наибольшую популярность получили горизонтальные ветрогенераторы, ось вращения турбины которых расположена параллельно земле. Этот тип получил название «ветряной мельницы», лопасти которой вращаются против ветра. Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы.
Вертикальные ветрогенераторы гораздо менее эффективны. Лопасти такой турбины вращаются параллельно поверхности земли при любом направлении и силе ветра. Так как при любом направлении ветра половина лопастей ветроколеса всегда вращается против него, ветряк теряет половину своей мощности, что значительно снижает энергоэффективность установки. Однако ВЭУ такого типа проще в установке и обслуживании, поскольку ее редуктор и генератор размещаются на земле. Недостатками вертикального генератора являются: дорогостоящий монтаж, значительные эксплуатационные затраты, а также то, что для установки такой ВЭУ требуется немало места.
Ветрогенераторы горизонтального типа больше подходят для производства электроэнергии в промышленных масштабах, их используют в случае создания системы ветряных электростанций. Вертикальные часто применяют для потребностей небольших частных хозяйств.
Классификация по количеству лопастей:
- Двухлопастные.
- Трехлопастные.
- Многолопастные (50 и более лопастей).
По количеству лопастей все установки делятся на двух- и трех- и многолопастные (50 и более лопастей). Для выработки необходимого количества электроэнергии требуется не факт вращения, а выход на необходимое количество оборотов.
Каждая лопасть (дополнительная) увеличивает общее сопротивление ветрового колеса, что делает выход на рабочие обороты генератора более сложным. Таким образом, многолопастные установки действительно начинают вращаться при меньших скоростях ветра, однако они применяются в том случае, когда имеет значение сам факт вращения, как, например, при перекачке воды. Для выработки электроэнергии ветрогенераторы с большим количеством лопастей практически не применяются. К тому же на них не рекомендуется установка редуктора, потому что это усложняет конструкцию, а также делает ее менее надежной.
Классификация по материалам лопастей:
- Ветрогенераторы с жесткими лопастями.
- Парусные ветрогенераторы.
Следует отметить, что парусные лопасти значительно проще в изготовлении, а потому менее затратны, нежели жесткие металлические или стеклопластиковые. Однако подобная экономия может обернуться непредвиденными расходами. Если диаметр ветроколеса составляет 3 м, то при оборотах генератора 400-600 об/мин кончик лопасти достигает скорости 500 км/ч. С учетом того обстоятельства, что в воздухе содержится песок и пыль, этот факт является серьезным испытанием даже для жестких лопастей, которые в условиях стабильной эксплуатации требуют ежегодной замены антикоррозийной пленки, нанесенной на концы лопастей. Если не обновлять антикоррозионную пленку, то жесткая лопасть постепенно начнет терять свои рабочие характеристики.
Лопасти парусного типа требуют замены не раз в год, а непосредственно после возникновения первого серьезного ветра. Поэтому автономное электроснабжение, требующее значительной надежности компонентов системы, не рассматривает применение лопастей парусного типа.
Классификация по шагу винта:
- Фиксированный шаг винта.
- Изменяемый шаг винта.
Безусловно, изменяемый шаг винта увеличивает диапазон эффективных рабочих скоростей ветрогенератора. Однако внедрение данного механизма ведет к усложнению лопастной конструкции, к увеличению веса ветрового колеса, а также снижает общую надежность ВЭУ. Следствием этого является необходимость усиления конструкции, что приводит к значительному удорожанию системы не только при приобретении, но и при эксплуатации.
Современные ветрогенераторы представляют собой высокотехнологичные изделия, мощность которых составляет от 100 до 6 МВт. ВЭУ инновационных конструкций позволяют экономически эффективно использовать энергию самого слабого ветра – от 2 м/с. При помощи ветрогенераторов сегодня можно с успехом решать задачи по электроснабжению островных или локальных объектов любой мощности.
batsol.ru
Устройство ветрогенератора. Как делают ветряки.
alternativenergy.ru
