Kinetisk vindgenerator: enhed, driftsprincip, anvendelse

En moderne kinetisk vindgenerator giver dig mulighed for at drage fordel af luftstrømmenes kraft og omdanne den til elektricitet.Til dette formål er der fabriksfremstillede og hjemmelavede modeller af enheder, der bruges både i industrien og i private husholdninger.

Vi vil fortælle dig, hvordan vindmøller af denne type er designet, og introducere dig til funktionerne i enheden og designmuligheder. Den artikel, vi har foreslået, viser styrkerne og svaghederne ved et vindkraftværk. Gør-det-selv-folk finder nyttige diagrammer og monteringsanbefalinger her.

Vindgeneratorens funktionsprincip

Driften af ​​en vindgenerator er baseret på omdannelsen af ​​vindens kinetiske energi til rotorens mekaniske energi, som derefter omdannes til elektricitet.

Funktionsprincippet er ret simpelt: rotationen af ​​bladene, der er fastgjort til enhedens akse, fører til cirkulære bevægelser af rotorgeneratoren, hvorved der genereres elektricitet.

Vindenergi er en af ​​de mest lovende sektorer inden for vedvarende energi. Moderne design gør det muligt omkostningseffektivt at udnytte kraften fra luftstrømme ved at bruge den til at generere elektricitet

Den resulterende ustabile vekselstrøm "drænes" ind i controlleren, hvor den omdannes til jævnspænding, der kan oplade batterierne. Derfra tilføres strømmen til inverteren, hvor den omdannes til en vekselspænding med en indikator på 220/380 V, som leveres til forbrugerne.

Effekten af ​​en vindgenerator afhænger direkte af kraften af ​​luftstrømmen (N), beregnet efter formlen N=pSV³/2, hvor V er vindhastigheden, S er arbejdsområdet, p er lufttætheden.

Vindgeneratorenhed

Forskellige versioner af vindgeneratorer adskiller sig væsentligt fra hinanden.

Diagrammet nedenfor viser den indre struktur af en klassisk vandret vindgenerator. Sådanne modeller bruges oftest både i industrien og i hverdagen.

Industrielle enheder er en kompleks multimeterstruktur, hvis installation kræver et fundament, mens en husholdningsmodel kan bestå af et minimum af komponenter (DC elektrisk motor 3-12V, elektrisk kondensator 1000 uF 6V, silicium ensretterdiode).

En typisk installation omfatter følgende komponenter:

• vekselstrømsgenerator (strøm afhænger af vindstrømmenes hastighed);
• blade, der overfører rotation til generatorakslen (ofte er de desuden udstyret med gearkasser og rotorhastighedsstabilisatorer);
• vindmøllemasten, som vingerne er fastgjort til (jo højere disse elementer er, jo mere vindenergi kan de modtage);
• batterier, der lagrer energi, så den kan bruges, når der er lidt eller ingen vindstrøm. Batteriet udfører også funktionen til at stabilisere den elektriske energi, der leveres fra generatoren;
• controller - omformer af vekselspænding modtaget fra generatoren til jævnspænding, som bruges til at oplade batteriet. Regulatoren styres ved at dreje bladene, hvilket giver dig mulighed for at tage hensyn til, hvor luftstrømmene bevæger sig;
• AVR er en automatisk koblingsenhed, der forbinder vindgeneratoren med andre energikilder (solpaneler, elnet);
• vindretningssensor - en enhed, der gør det lettere for bladene at finde vindstrømmen;
• en inverter til omdannelse af jævnstrøm fra batterier til vekselspænding, som bruges i elektrisk kommunikation.

For bedre at imødekomme brugernes behov kan enheden udstyres med forskellige typer invertere:

• enheder med en inverter-modificeret sinusbølge, der producerer en firkantet sinusbølge. Enheder af denne type er velegnede til varmeelementer, glødelamper og andre enheder, der ikke kræver netværkskvalitet;
• trefasede spændingsomformere designet til trefasede elektriske netværk;
• rene sinusbølgeenheder, der producerer energi til mere følsomt udstyr;
• netværksinvertere, der kan fungere uden batterier. Sådanne enheder er designet til kredsløb, der involverer elektrisk energi, der kommer direkte ind i det generelle netværk.

Når du vælger modeller, skal du være opmærksom på typen af ​​inverter.

Typer af vindgeneratorer

Ved klassificering af vindmøller kan følgende egenskaber tages i betragtning:

• aftale;
• designfunktioner;
• antal knive;
• de materialer, de er lavet af;
• rotationsakse;
• propelstigning.

Lad os se nærmere på de to mest brugte klassifikationer.

Klassificering af vindgeneratorer efter formål

Der er typer af vindmøller, der er forskellige i formål. De vigtigste egenskaber ved enheder, for eksempel strøm, afhænger af dette.

Industrielle vindmøller

Sådanne enheder installeres af store energiselskaber eller staten for at levere elektricitet til industrianlæg.Turbiner, med en kapacitet på titusinder af megawatt, er normalt placeret i vindområder (åbne bakker, kyster).

Vindmølleparker, hvor dusinvis af vindmøller er installeret, er ikke kun placeret på land, men også på lavt vand. Den resulterende elektricitet bruges normalt til industrielle formål

Den genererede elektricitet går som regel direkte ind i netværket, mens vindmøller er udstyret med yderligere mekanismer for stabilitet og regulering af bladenes rotationshastighed.

Kommercielle vindgeneratorer

Sådanne installationer bruges til at generere elektricitet til salg eller til at levere elektricitet til produktion i regioner med et el-netværk med lav effekt (eller slet intet elnet). Sådanne vindkraftværker består af en klynge af elektriske generatorer, som kan have forskellig kapacitet.

Energi fra kommercielle installationer kan tilføres direkte til elektriske forsyninger eller bruges til at oplade en lang række batterier, hvor den opbevares og omdannes til strømforsyning til nettet.

Husholdningsvindapparater

Laveffektenheder bruges til privat brug. Vindmøller med master under 25 meter høje kan ifølge reglerne opstilles af grundejere uden godkendelse fra myndighederne, for højere master skal der indhentes særlig tilladelse.

Vindmøller med lav og medium effekt kan tjene som en kilde til elektrisk energi til hytter, hytter, landejendomme og gårde

Husholdningsvindgeneratorer er velegnede til at oplade batterier med en spænding på 12/24/48V, hvorfra energien omdannes til en spænding på 220 Volt.Sådanne enheder gør det muligt helt eller delvist at løse problemet med strømforsyning til små genstande, der er placeret langt fra det centraliserede elnet.

Med retningslinjer for valg af vindgenerator til at levere energi til et privat hjem Læs artiklendedikeret til dette interessante emne.

Typer af vindmølledesign

Baseret på deres designfunktioner kan enheder også opdeles i en række kategorier, selvom alle varianter kommer ned til to hovedtyper: lodret og vandret.

Klassiske vandrette vindmøller

Sådanne installationer (de kaldes også propel eller vinge) har normalt 3-5 blade monteret på en vandret akse. Roterende ved høj hastighed giver sådanne elementer dig mulighed for at opnå den maksimale mængde energi (KIEV op til 0,4).

Desuden afhænger mængden af ​​genereret elektricitet i høj grad af enhedens højde (jo højere den er, jo større er resultatet).

En vandret vindmølle bruger løft, som opstår, når trykket stiger på det punkt, hvor direkte luftstrøm passerer gennem vingerne og reflekteres fra disse elementer.

Disse enheder er typisk installeret i vindmølleparker, hvor energi genereres til industriel og kommerciel brug, men de er også velegnede til husholdningsbrug.

En interessant løsning til en vandret vindmølle er en model med et blad; følgende udvalg af billeder vil gøre dig bekendt med dens funktioner:

Lodrette vindmøller

Betjeningselementet i sådanne installationer er et roterende vindhjul. På grund af deres designfunktioner adskiller sådanne strukturer sig efter type ("Tønde", "Savonius").

Følgende fotovalg vil introducere dig til princippet om Savonius vertikale generatorturbine:

På trods af det lave KIEV-indeks (0,1-0,2) er de meget udbredte: lodrette installationer opererer på turbulente luftstrømme, så de kan placeres selv i områder, hvor stærke vinde sjældent blæser.

Driften af ​​lodrette vindgeneratorer afhænger ikke af vindens retning. De er nemme at installere og betjene, og sådanne enheder kan installeres tæt på jorden

For at forbedre effektiviteten af ​​vertikale vindmøller øger producenterne ofte deres dimensionelle parametre, hvilket fører til en betydelig stigning i omkostningerne. Da sådanne installationer er ret skrøbelige, kræver de øget beskyttelse mod orkaner og andre naturfænomener.

Vindgeneratorer "Rotor Daria"

Sådanne enheder tilhører kategorien af ​​vertikale vindmøller, men har udtalte forskelle i design. Takket være sådanne funktioner opnås støjreduktion, og KIEV øges også, hvilket nærmer sig ydeevnen af ​​horisontale modeller.

En lavtryksturbine med en rotationsakse vinkelret på luften, foreslået i 1931 af den franske flydesigner Georges Darrieus, har fundet bred anvendelse i vindenergi.

Ulempen ved sådanne designs er det lave startmoment (på grund af tilstedeværelsen af ​​kun to knive er det svært for enheden at starte af sig selv). For at løse problemet bruges "Savonius + Darier" hybriden ofte.

Sejlende vindanlæg

Til sådanne installationer kan princippet om at konstruere både vertikale og horisontale vindmøller anvendes. Den vigtigste designfunktion er et vindhjul dækket med mange blade eller sejl, mens sådanne modeller ikke har en aerodynamisk profil.

Der er mange modeller af sejlende vindgeneratorer, som adskiller sig i antal vinger, vægt og effekt. Alle disse parametre skal tages i betragtning, når du vælger en enhed

På trods af at sejlerinstallationer er kendetegnet ved lav hastighed og lav effektivitet, bruges de ofte i den nationale økonomi.Sådanne designs er nemme at installere og betjene, og kombinationen af ​​højt drejningsmoment og lav hastighed giver dig mulighed for direkte at drive forskellige nyttige mekanismer, for eksempel en pumpe til udpumpning af vand.

Følgende galleri vil introducere dig til en af ​​modellerne af sejlende vindmøller implementeret i praksis:

Generator til vindmølle

Vindmøller kræver konventionelle trefasede generatorer for at fungere. Designet af sådanne enheder ligner modeller, der bruges på biler, men har større parametre.

Vindmølleinstrumenter har en trefaset statorvikling (stjerneforbindelse), hvorfra tre ledninger kommer ud og går til regulatoren, hvor vekselspændingen omdannes til jævnspænding.

Generatorrotoren til en vindmølle er lavet af neodymmagneter: i sådanne designs er det upassende at bruge elektrisk excitation, da spolen bruger meget energi

En multiplikator bruges ofte til at øge omsætningen.Denne enhed giver dig mulighed for at øge strømmen af ​​den eksisterende generator eller bruge en mindre enhed, hvilket reducerer installationsomkostningerne.

Multiplikatorer bruges oftere i vertikale vindgeneratorer, hvor processen med at rotere vindhjulet er langsommere. For vandrette enheder med høje bladrotationshastigheder er multiplikatorer ikke påkrævet, hvilket forenkler og reducerer omkostningerne ved designet.

Specifikationer for montering og installation af vindgeneratorer fra vaskemaskinen og vindmøller fra en bilgenerator er beskrevet detaljeret i de artikler, vi anbefaler.

Fordele og ulemper ved en vindgenerator

Lad os i detaljer overveje fordelene og ulemperne ved vindmøller, da beslutningen om at købe en vindmølle eller opgive den afhænger af dem.

Fordele ved vindapparater

Fordelene ved enheder, der bruger vindenergi omfatter:

• Miljøvenlighed. Installationerne anvender en vedvarende energikilde, der kan bruges kontinuerligt uden at skade miljøet. Elektricitet genereret af vindgeneratorer erstatter energien fra termiske kraftværker, hvilket reducerer drivhusgasemissionerne.
• Alsidighed. Vindkraftværker kan bygges næsten overalt: på sletter, i bjerge, på marker, på øer og endda i lavt vand. Vindenergi er især værdifuld i fjerntliggende steder, hvor det er vanskeligt at udvide konventionel elektrisk kommunikation. Vindgeneratorer i dette tilfælde gør det muligt at etablere en energiforsyning til objekter, hvilket sikrer dens uafhængighed af tilfældige faktorer (for eksempel brændstof ikke leveret til tiden).
• Brugseffektivitet. Moderne modeller behandler energien fra selv svage vinde - minimumsgrænsen er 3,5 m/s.På denne måde er det muligt at levere yderligere elektricitet til det centraliserede netværk, samt organisere strømforsyning til individuelle objekter (ø eller lokalt) uanset deres strøm.
• Et værdigt alternativ til traditionelle kilder. Stationære vindkraftværker kan fuldstændig levere elektricitet til en boligbygning eller endda et lille industrianlæg. I dette tilfælde vil turbinen akkumulere den nødvendige forsyning af elektricitet i batterier, beregnet til brug i rolige perioder.
• Økonomisk. Sammenlignet med traditionelle kilder til elektrisk energi (gas, tørv, kul, olie) kan cykelturbiner reducere energiomkostningerne betydeligt. I mange tilfælde er det billigere at bygge en vindmølle end tilslutning til eksisterende elsystemer.

Brugen af ​​vindmøller kan være et alternativ til brugen af ​​dyre dieselgeneratorer, hvilket yderligere reducerer omkostningerne til transport og opbevaring af brændstof med op til 80 %.

En vindmølles gennemsnitlige effekt afviger flere gange fra spidsbelastningen. En vindgenerator er kun ansvarlig for mængden af ​​energi produceret over en vis periode ved den gennemsnitlige månedlige vindhastighed, der er karakteristisk for et givet område.

For en mere præcis vurdering af vindressourcer kan du bruge specielt afledte data (Weibull-parametre). Disse indikatorer afspejler fordelingen af ​​vinde med forskellige styrker, der er karakteristiske for et bestemt område. Det er vigtigt at tage sådanne oplysninger i betragtning ved udvikling af vindmølleprojekter med en kapacitet på 10 MW.

Den effekt, der genereres af en vindmølle, er proportional med det tredobbelte af vindhastigheden.Følgelig er denne indikator meget lille, når vindstrømmene er svage, men når de intensiveres, stiger den kraftigt. På grund af vindretningens og hastighedens variabilitet skal der indgå stabiliserende komponenter i design af en vindmølle.

Regler og formler til beregning af vindkraft er givet her, anbefaler vi, at du gør dig bekendt med de meget nyttige oplysninger.

I små autonome systemer udføres deres funktion af batterier, hvis ladning begynder at stige, så snart vindgeneratorens kraft overstiger belastningen.

Efterhånden som belastningen øges, kan batteriet aflades. Det er vigtigt at tage højde for denne funktion, når du vælger en husstandsenhed; dens effekt skal svare til den månedlige eller årlige elforbrugssats

Det skal bemærkes, at den effektive brug af vindstrømme lettes af en række forskellige vindgeneratordesigns.

Horisontale møller fungerer godt i flade områder, hvor der er meget vind, mens lodrette møller fungerer bedre i områder med turbulente strømninger, der findes lavt til jorden (øvre bakker, bjergkæder).

De største ulemper ved vindmøller

Samtidig har vindmøller også deres negative sider:

• Størrelsen af ​​vindstyrken er svær at forudsige på forhånd, da den skifter hyppigt. På grund af dette er det tilrådeligt at overveje et sikkerhedsnet ved at levere en backup-energikilde (solpaneler, forbindelse til det elektriske netværk).
• Lodrette enheder risikerer at ødelægge propelbladene på grund af virkningerne af centrifugalkræfter, når bladene roterer rundt om hovedaksen. Som et resultat af denne effekt bliver vigtige strukturelle elementer deformeret og ødelagt over tid, og mekanismen svigter.
• Det er bedre at installere vindmøller i frit rum, da bygninger i nærheden kan "dæmpe" vinden og danne en "død" luftzone.
• For at spare overskydende energi fra vindmøller er det nødvendigt at inkludere i designet brugen af ​​batterier og andre ekstra enheder, der tjener til at omdanne den genererede elektricitet til strøm med passende forbrugerkarakteristika.
• Under drift producerer vindgeneratorer støj, der kan forårsage ubehag for mennesker og skræmme dyr væk. Anlæggenes vinger kan også forårsage død af fugle, der flyver hen imod dem.
• Ifølge nogle eksperter kan vindmøller forringe modtagelsen af ​​radio- og tv-udsendelser.

Negative aspekter kan også omfatte de ret høje omkostninger ved sådanne enheder, men de lave omkostninger ved energikilden opvejer stort set denne faktor.

Tilslutningsdiagrammer og metoder

Selvom en vindmølle kan fungere selvstændigt, kan meget bedre resultater opnås ved at bruge kombinerede ordninger, der kombinerer en vindmølle med solpaneler, et centraliseret elnet, diesel- eller gasenergikilder.

Autonom drift. I dette tilfælde installeres en enkelt installation, ved hjælp af hvilken vindenergi opsamles og akkumuleres, som derefter omdannes til den elektriske strøm, som forbrugerne har brug for.

Diagrammet viser den enkleste måde at bruge en vindgenerator på, som er tilrådelig at bruge i områder, hvor der konstant blæser kraftig vind

Kombinerer en vindgenerator med solpaneler. Den kombinerede mulighed betragtes som en pålidelig og effektiv metode til strømforsyning. Hvis der ikke er vind, kører batteriet på solpaneler, og i overskyet vejr og i løbet af natten sker opladning fra en vindmølle.

En ideel mulighed for et privat hjem eller gård beliggende langt fra et centraliseret elnet. Denne kombinerede ordning tillader brug af to typer vedvarende energi

Kombineret drift af en vindgenerator og elnet. En vindmølle kan kombineres med elektrisk kommunikation.

Dette arrangement er typisk for industrielle og kommercielle enheder. Forbindelse til elektrisk kommunikation er også tilvejebragt for nogle modeller af husholdningsvindgeneratorer

Hvis der er et overskud af produceret el, går det til det centraliserede net, og hvis der er mangel, er det muligt at bruge elektrisk strøm fra det generelle energisystem.

Nuancer ved at bruge vindgeneratorer

I øjeblikket bruges vindmøller i forskellige sektorer af den nationale økonomi. Industrielle modeller af varierende kapacitet bruges af olie og gas, teleselskaber, bore- og geologiske efterforskningsstationer, produktionsanlæg og offentlige myndigheder.

Vindmøllen kan bruges som en ekstra energikilde på hospitaler og andre institutioner for at sikre kontinuerlig strømforsyning i nødsituationer

Særligt bemærkelsesværdigt er vigtigheden af ​​at bruge vindmøller til hurtig genopretning af beskadiget elektricitet under katastrofer og naturkatastrofer. Til dette formål bruges vindgeneratorer ofte af enheder i ministeriet for nødsituationer.

Husstandsvindmøller er perfekte til at organisere belysning og varme i sommerhussamfund og private huse samt til økonomiske formål på gårde.

Der er nogle punkter at overveje:

• Enheder op til 1 kW kan kun levere en tilstrækkelig mængde elektricitet på blæsende steder.Typisk er den energi, de genererer, kun nok til at drive LED-belysning og forsyne små elektroniske enheder.
• For fuldt ud at levere elektricitet til en dacha (landhus) skal du bruge en vindgenerator med en effekt på over 1 kW. Denne indikator er nok til at forsyne belysningsarmaturer såvel som en computer og et tv, men dens strøm er ikke nok til at levere elektricitet til et moderne køleskab, der fungerer døgnet rundt.
• For at give energi til et sommerhus skal du bruge en vindmølle med en kapacitet på 3-5 kW, men selv dette tal vil ikke være nok til at opvarme huse. For at bruge denne funktion har du brug for en kraftfuld mulighed, startende fra 10 kW.

Når du vælger en model, skal du tage højde for, at strømindikatoren, der er angivet på enheden, kun opnås ved maksimal vindhastighed. En 300V installation vil således kun producere den specificerede mængde energi ved en luftstrømshastighed på 10-12 m/s.

For dem, der ønsker at bygge en vindgenerator med egne hænder, tilbyder vi næste artikel, som giver nyttige oplysninger i detaljer.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Videoen nedenfor giver detaljerede oplysninger om driftsprincippet og designet af en husstandsmodel af en vindgenerator:

En vindgenerator er en fremragende kilde til elektrisk energiproduktion, som især vil blive værdsat af beboere i fjerntliggende områder. Forskellige russiske og udenlandske virksomheder tilbyder en bred vifte af vindstrukturer; Derudover kan husholdningsmodeller laves med egne hænder.

Skriv venligst kommentarer i blokken nedenfor. Fortæl os om, hvordan du har bygget en vindgenerator på din ejendom, eller om hvordan dine naboers vindmølle fungerer.Stil spørgsmål, del nyttig information og billeder om emnet.