Устройство ветряной электростанции: Ветряные электростанции ВЭУ

Схемы организации ветряных электростанций | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

Автономная ветроустановка

Автономная ветрогенераторная установка – оптимальное решение для энергообеспечения удаленных объектов от традиционной сети. При условии полного отсутствия электросети является наиболее оправданным источником (по сравнению с бензо- и дизель-генераторами), не требует постоянного контроля и обслуживания. Находит широкое применение для  энергообеспечения частных домов, баз отдыха, пансионатов в гористой и степной местности, индивидуальных потребителей (фермеров, садоводов, дачников, охотников, рыболовов), а также навигационных, метеорологических и других постов бесперебойным питанием в полевых условиях.

Ветро-Солнечная (гибридная) установка

Энергия ветра и солнца могут отлично дополнять или взаимозаменять друг друга. Так называемые гибридные системы электроснабжения особенно эффективны для круглогодичного автономного электроснабжения. Эти системы представляют собой станции на базе ветрогенераторов и фотоэлектрических модулей присоединенных к единой энергосистеме. Производительность фотоэлектрических батареи достаточно высокая летом и относительно низкая зимой. В свою очередь, обеспечение электроэнергией, выработанной за счет энергии ветра, в летнее время является проблематичным из-за частых безветренных дней. Поэтому преимущества гибридной системы «ветер-солнце» становится очевидным.

Ветроустановка с подключением к сети

Ветрогенератор с накоплением электроэнергии в аккумуляторах может работать и параллельно с сетью. Параллельная работа осуществляется с помощью устройства АВР (автоматический ввод резерва). АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть или наоборот, переключает нагрузку на аккумуляторные батареи при потери питания электросети. Приоритет может устанавливаться в ручную в зависимости от специфики объекта.

Такое решение находит широкое применение на объектах которые подвластны частым отключениям электросети, или его качество не удовлетворяет потребителей. Система так же может быть установлена для увеличения установленной мощности и для экономии электроэнергии.

Сетевая ветроустановка

Сетевая станция — предназначена для параллельной работы с промышленной сетью 220 или 380 В/50 Гц. В качестве «безграничного» аккумулятора в этой системе является традиционная электрическая сеть. В условиях избытка вырабатываемой электроэнергии сетевой инвертор позволяет отдавать ее в сеть, а в случае отсутствия ветра использовать энергию электросети. Переключение режимов осуществляется в автоматическом режиме. Контроль выработки и потребления учитывается специальными узлами учета.

По такой схеме работают наиболее стремительно растущие станции которые позволяют продавать электроэнергию в сеть по так называемому «Зеленому тарифу».

В последнее время стало возможным объединить автономную и сетевую станцию с помощью гибридного инвертора. Преимущество таких систем в том, что помимо непосредственного питания нагрузки Мы имеем резерв в аккумуляторных батареях который может использоваться по заданным приоритетам.

Следует отметить, что выше указаны только некоторые схематические решения на базе ветрогенераторов. В виду большого количества факторов которые могут влиять на эффективность работы станции на каждом конкретном объекте, все случаи рассматриваются индивидуально.

Перед установкой ветрогенератора обязательно нужно оценить ветровой потенциал, по результатам которого принимать решение о целесообразности установки. Правильно рассчитанная и спроектированная система может быть только после обследования и изучения объекта специалистом.

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.

Чистая энергия ветра в Ваш дом!

Компания ЭнерджиВинд на рынке России и стран СНГ является единственным серийным производителем однолопастных ветрогенераторов. Наша разработка является уникальной и поэтому мы можем предоставить нашим покупателям ветряные электростанции по отношению к китайским трехлопастным моделям ветрогенераторов:

• с большей, чем в 2 раза скоростью вращения лопасти;
• с более низкими и выгодными ценами;
• с высоким качеством продукции;
• с гарантийными обязательствами;
• с долгим сроком службы;
• не требует топлива.

Если Вы используете бензогенераторы, то с установкой у себя дома нашей ветряной электростанции Вам не придется терпеть шум бензогенератора, мучаться с доставками топлива и постоянными заправками, а также при каждодневной работе Вам не придется через полгода — год ехать за новым, т. к. предыдущий сломался.

Ветряные электростанции в России с каждым годом становятся все более популярным альтернативным источником энергии для дома. В последние 5 лет мы наблюдаем повышение интереса к ветрякам.

Ведь окупаемость нашей установки с учетом ежегодного увеличения государством цен на энергию будет составлять от 7 до 12 лет. Таким образом использование энергии ветра позволит Вам сэкономить деньги на ближайшие 30-40 лет, а за 7-12 лет Вы полностью покроете стоимость ветрогенератора.

Хватит складывать деньги в чужой карман!

Будьте независимыми и принесите благо природе.  Пользуйтесь тем, чем судьба наградила Вас с рождения — Светом Солнца, Воздухом, Водой, Землёй!

Как работает наш ветряк?

На схеме показано как чистая энергия ветра поступает в Ваш дом и предоставляет возможность пользоваться электроприборами.

• При ветре около 3м/с лопасть ветрогенератора начинает вращаться и вырабатывать энергию, которая поступает на блок обработки электроэнергии и зарядки аккумуляторов (Блок ОЭЗА).
• С блока ОЭЗА энергия поступает на аккумуляторные батареи, которые нужны для того, чтобы у Вас всегда в доме было электричество и в безветренное время.
• С помощью инвертора энергия с аккумуляторов преобразуется в 220В, что дает возможность использовать электроприроборы в доме.

Правильное расположение ветрогенератора

В регионах с высокой скоростью ветра, в прибрежных зонах и на объектах, где в зимний период солнечная электростанция «не справляется», для автономного энергоснабжения используют ветрогенераторные станции – «ветрогенераторы», (сокращённо ВГ). Но на большей территории нашей страны средняя скорость ветра составляет всего 4-5м/сек., тогда как ветрогенератору для выработки «номинальной мощности» требуется 10-12м/сек.. Именно поэтому нет никаких сомнений в важности правильной и продуманной установки устройства, достичения точки, где винт его окажется в зоне с максимальной скоростью ветра.

Мощность ветрогенератора и зависимость от скорости ветра и высоты мачты

Почему же так важно «не потерять» ни одного метра в секунду? Определим зависимость мощности ветрогенератора от скорости ветра. 

1. Кинетическая энергия воздуха, движущегося ламинарно (без завихрений)  W=1/2mV2, где m — масса воздуха, V – его скорость.

2. Массу воздуха, проходящего за время t и площадь S можно выразить следующим образом: m=VtSρ, где: S – площадь, описываемая винтом ВГ, ρ – плотность воздуха.

3. Чтобы определить мощность (P), делим энергию на время, подставляем выражение для массы, получаем: P=1/2V3Sρ.

4. Если теперь умножить выражение на КПД устройства в целом, включающее в себя коэффициент преобразования лопастей винта, коэффициент полезного действия редуктора и генератора (ƞ), получим реальную мощность «ветряка»: P=1/2V3Sρ ƞ. На практике обычно значение  ƞ лежит в пределах 0,4-0,5.

Как видно из расчета, мощность ВГ пропорциональна третей степени скорости ветра, то есть увеличение скорости в 2 раза даст увеличение мощности в 8 раз!

Таким образом, скорость ветра и отсутствие турбулентностей (завихрений) должны иметь решающее значение при выборе места установки ветрогенератора. Из этих соображений идеально подходят: 

• берег крупного водоема;
• вершина горы или возвышенности;
• центр протяженного поля. 

Увы, в реальной жизни мало кто имеет на своем участке моря, поля и горы.  Поэтому принцип только один – чем выше установка, тем лучше. В идеале, Ветрогенератор должен быть выше не менее, чем на 6 (шесть) метров окружающих его предметов (дома, деревьев, строений, возвышенностей), чтобы оказаться в зоне ламинарного движения воздуха.

Приведем простой пример, который можно легко проверить в on-line калькуляторе для расчета на нашем сайте. Рассмотрим модель пятилопастного ветрогенератора HY-1000, стоящий в «бесконечном» поле вблизи Санкт-Петербурга:

• При высоте мачты 5 метров максимальная выработка достигается в сентябре и составляет 1,38кВтч/сутки;
• Если увеличить высоту мачты до 10 метров, получим 2,43 кВтч/сутки;
• Увеличим высоту до 20 метров и получим уже – 3,12 кВтч/сутки.  

Вывод напрашивается сам собой —  часто вместо увеличения мощности ветрогенератора достаточно увеличить высоту мачты.

Решающая роль места установки «ветряка» в эффективности энергосистемы

Очень велик соблазн приделать мачту ветрогенератора к дому для увеличения высоты всей конструкции. Несмотря на очевидные плюсы, данный подход имеет ряд минусов:

Во-первых, установка издает звуки, и звуки эти отлично могут быть переданы по мачте на конструкцию дома, что со временем будет раздражать его жителей. Во-вторых, если здание находится в черте города, могут потребоваться дополнительные согласования в надзорных органах.

Стоит также обратить внимание на конструкцию самой мачты. Если горизонтальные линейные размеры мачты сравнимы или превышают размеры ВГ, то, собственно, сама мачта может являться источником турбулентности.

Очень показательный пример, когда мачта по сути мешает работать системе, плюс частично затеняет солнечные батареи, представлен на фотографии.

Особое внимание нужно уделить выбору сечения кабеля. Так как ВГ находится на мачте, а контроллер заряда где-то в доме, длина линии может быть значительной, равно как и падение напряжения. Это может привести к снижению эффективности заряда аккумуляторных батарей. Из этих соображений, площадь сечения кабеля должна быть достаточно большой, чтобы данный эффект был незначителен. Для расчёта площади сечения кабеля следует обратиться к правилам, описанным в статье Расчёт сечения провода.

В отличие от монтажа солнечных батарей, установка «ветряка» часто влечет за собой капитальные строительные работы, такие как бетонирование основания, монтаж свай для растяжек, сварочные работы. Тем не менее, правильно выполненный монтаж обеспечит надежную и эффективную работу системы, и максимальную выработку энергии на протяжении всего срока эксплуатации.

Читать другие статьи..

Новое рождение ветроэнергетики — Возобновляемые источники энергии

Ветроэнергия — технология применения потов воздуха для производства электрической энергии — представляет собой самый быстрорастущий во всем мире источник электрической энергии. [1] Ветроэнергия производится массивными многолопастными ветротурбинами, монтируемых на самом верху высоких башен и работающими подобно вентиляторам, но в обратном порядке. Вместо того чтобы использовать электроэнергию для получения воздушного потока, турбины используют ветер для получения электричества.

Автономная ветроэнергетика в современных условиях российской действительности – это направление развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в развитии которых так нуждается Россия. Огромная территория Российской федерации с численностью населения более 9 млн. человек не имеет централизованного электроснабжения. Использование предлагаемых технологий позволит снизить не менее чем 50 % потребление органического топлива на дизельных электростанциях. Внедрение таких технологий могло бы значительно снизить энергонапряженность, наблюдаемую в таких районах, как Приморский край, Сахалинская область, Камчатский край, Чукотский автономный округ. [13]

В общих чертах, устройство ветроэлектростанции выглядит следующим образом. Поток воздуха вращает лопасти, а лопасти крутят вал, который соединен с набором зубчатых колес, приводящих в действие электрогенератор. Крупные турбины для электроснабжения могут вырабатывать от 750 киловатт (киловатт = 1 000 ватт) до 1,5 мегаватт (мегаватт 1 миллиону ватт) электроэнергии. Для электроснабжения жилых комплексов, телекоммуникационных станций и в водяных насосов в качестве источника энергии применяются компактные одиночные ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт. Это, прежде всего, характерно для отдаленных и труднодоступных районов, в которых отсутствует связь с энергосистемой общего пользования. [2]

В ветровых установках группы турбин связаны вместе, с целью выработки электроэнергии для энергосистем общего пользования. Электричество подается потребителям посредством ЛЭП и распределительных линий. 

Так и в нашем обсуждаемом вопросе о ветре. Если бы он дул постоянно с определённой силой и направлением, без порывов и остановок, — была бы идеальная ветроэлектростанция. Рассмотрим светлые и тёмные стороны характеристики этих сооружений.

Несомненные достоинства:

Такие электростанции по своей конструкции просты и понятны;

Получаем почти бесплатную электроэнергию;

Ветроэлектростанция экологически чистая и бесшумная;

Не требуется много проводов для доставки электроэнергии к месту потребления;

Совершенно безвредная установка для сохранения природного баланса;

Незаменимы в тех районах, где нельзя обеспечить доставку энергии обычным способом.

И досадные недостатки:

Ветер непостоянен и генератор работает неравномерно;

В любой момент, обычно самый неподходящий, может быть прекращена подача энергии;

Мощность ветряной электростанции используется не полностью;

Часто простаивает из-за отсутствия движения воздуха;

Ветроэлектростанции России не могут стать основой для энергопромышленности.

Для размещения ВЭС требуются большие, открытые всем ветрам, территории.

При всём кажущемся балансе плюсов и минусов, перевес всё же заметен в сторону ветряков. Их в России никак нельзя игнорировать.

Современные энергетические и коммунальные компании с целью стабильной работы систем энергообеспечения предпочитают в качестве основного источника выработки тока применять большие ветрогенераторные установки. По этой причине разработчики таких устройств, приложили много усилий, благодаря которым ветряки стали соответствовать не только техническим, но эстетическим и экономическим требованиям заказчиков. [5]

Отметим безопасность мегаватного ВЭУ. Ветрогенератор 1.5 МВатт на 690 Вольт с тремя лопастями и диаметром ветроколеса 70-87 метров относится к устройствам мегаваттного класса. Он был создан с учётом:

·                     применения всех существующих в настоящее время европейских норм и стандартов проектирования;

·                     использования строго контроля за качеством в процессе производства;

·                     норм, ограничивающих возможный шумовой уровень, который в процессе работы такого ВЭУ составляет в пределах 70db.

Полный вес турбины равен 61.500 килограммам. В случае приобретения этой ветряной электростанции в России, она способна будет вырабатывать электрический ток при условии полной безопасности для жизни и здоровью животных и людей. При помощи применения системы обеспечения безопасности возможна автоматическая молния и бурезащита. Такой ветряк не будет создавать помех вредных для работы бытовых устройств и электроприборов. В связи с этим нет необходимости в получении разрешения на его установку и эксплуатацию.

Работа ветряного генератора заключается в следующем. Он функционирует при средней скорости ветра, равной 13.5 м/сек. Если скорость увеличивается более 25 метров в секунду, то в этом случае срабатывают тормозящие лопасти. При скорости ветра меньшей 3,5 м/сек, такая ветровая установка электроэнергию не вырабатывает, потому что её лопасти крутиться не могут. Энергообеспечение строений электричеством в этом случае будет осуществляться при помощи накопленной во время работы мощных аккумуляторов энергии. [11]

Кроме того, такие мега ВЭУ оснащены:

·                     необходимыми датчиками, при помощи которых осуществляется регулировка скорости и направления движения ветра;

·                     системой, позволяющей изменить углы установленных лопастей;

·                     системой управления, которая способна работать при помощи микропроцессоров через сеть компьютеров;

·                     системой, при помощи которой осуществляется принудительный поворот лопастей в сторону ветра.

Применение в процессе производства таких ВЭУ высококачественных материалов позволяет таким ветряным электростанциям в России проработать по гарантии не менее 5-ти лет и минимум двадцать пять лет в любых условиях.

После установки мега ветрогенератор на 1.5 МВатт на 690 Вольт сможет ежегодно вырабатывать в пределах восьми миллионов кВт-часов электроэнергии при средней скорости ветра более девяти метров в секунду.

За последнее время объемы отрасли по производству электрической энергии из ветра возросли, благодаря проведению правительством политики поддержки этой индустрии и работе, проводимой исследователями в рамках программы МЭ по энергии ветра, в сотрудничестве с партнерами в этой отрасли с целью создания инновационных и менее дорогостоящих технологий, создания внутренней конкуренции и выявлению новых сфер применения энергии ветра. [9]

Рассмотрим различия между ветровой фермой или ветровой электростанцией и тепловыми электростанциями:

Вид используемого топлива. Тепловые электростанции работают на ископаемом топливе типа угля, также в качестве горючего применяется нефть. На атомных электростанциях применяют ядерное топливо, например, уран и торий. Все эти виды горючего очень дорогостоящие, и расходуются в огромных количествах каждый день. Ветровым электростанциям не требуется какого-либо горючего. Они используют доступный в большом количестве и бесплатный атмосферный ветер.

Способ выработки электроэнергии. На тепловых и атомных электростанциях в больших бойлерах топливо превращает воду в пар. Пар в турбинах расширяется, заставляя их вырабатывать электричество. На ветровых фермах устанавливаются ветровые турбины, содержащие вентиляторы. Ветер приводит в движение лопасти вентиляторов, что приводит к вращению вала. Вал направляет свой импульс к другому валу посредством редуктора. Выходной вал редуктора с большой скоростью вращается в генераторе, который производит электричество. На ветровых электростанциях нет нужды в дорогих бойлерах и топливе. Энергия производится за счет ветра. [3]

Ветер — это возобновляемая энергия. На тепловых электростанциях постоянно требуется свежее ископаемое топливо для производства пара. Использованное ископаемое топливо превращается в пепел и гарь, которые нельзя применить повторно. Ветер в ветровых электростанциях — возобновляемый источник энергии. Ветер, который приводит в движение лопасти вентиляторов, возвращается обратно в атмосферу и может быть использован для производства энергии повторно.

Размер электростанции. Тепловые электростанции оправдывают себя только при больших размерах. Ветроэлектростанции подходят как для производства малого, так и большого количества энергии. Чтобы увеличить мощность ветроэлектростанции, достаточно лишь добавить больше ветровых турбин. Увеличение мощности тепловой электростанции — очень недешевое предприятие. По сути, отдельные ветровые турбины можно установить в доме или офисе для выполнения ими своих задач. Но сложно себе представить тепловую электростанцию для бытовых нужд. Можно установить у себя дома ветровую турбину, но никак не тепловую или атомную электростанцию.

Стоимость произведенной энергии. В настоящее время стоимость электричества, произведенного ветряными фермами, составляет 5-10 центов на единицу электричества (один киловатт-час), что немного выше, чем стоимость энергии, вырабатываемой на обычных заводах. Постоянный рост цен на традиционное топливо для ТЭС и снижение себестоимости производства ветрогенераторов привет к тому, что процент электроэнергии полученной при помощи потоков воздуха резко увеличится. [12]

Загрязнение окружающей среды. Одной из главных причин загрязнения атмосферы в наши дни является выброс частиц и гари в результате сжигания ископаемого топлива на тепловых электростанциях. Ежедневно на них сжигаются тонны топлива, что способствует загрязнению окружающей среды в крупных масштабах. Ветер, используемый ветровыми турбинами, — природное топливо, которое не оказывает никакого влияния на окружающую среду, поэтому ветровые электростанции являются безвредным источником энергии. [8]

Хотелось бы вспомнить о конструкции ветрогенератора. Ротор (лопасти ветряной электростанции) — преобразует энергию ветра в энергию вращения. Большинство современных роторов ветровых турбин состоит из трех лопастей.

·                     Современные лопасти ветряных электростанций в диапазоне 30 метров в длину, как правило, изготовлены из армированного стекловолокном полиэстера или древесно-эпоксидной смолы. Скорость вращения лопастей от 12 до 24 оборотов в минуту на низкой скорости.

·                     Редуктор повышает скорость вращения вала с низкой скорости (приблизительно от 12 до 24 оборотов в минуту) до высокой скорости вращения (примерно 1000 — 3000 оборотов в минуту), и приводит в движение генератор. Некоторые современные ветряки имеют генератор, подключенный напрямую к лопастям.

·                     Генератор использует магнитные поля, чтобы преобразовать результирующую вращательную энергию в электрическую энергию.

·                     Анемометр и флюгер расположены на задней стороне корпуса ветровой турбины и измеряют скорость ветра. Собранная информация используется системой управления для того, чтобы вырабатывать максимальное количество энергии. Данные скорости ветра также используются для контроля работы и позволяют операционной системе начинать и останавливать турбину. Современная ветряная электростанция начинает вырабатывать энергию при скорости ветра от 4 м / с, и, выключается при скорости около 25 м / с. Механизм рыскания поворачивает ротор в преобладающее направление ветра.

·                     Башня ветрогенератора изготавливается из стальных труб, хотя решетчатые башни до сих пор используются в некоторых странах. Башни для современных ветровых электростанций бывают высотой от 60 метров до 100 метров.

·                     Трансформатор преобразует напряжение, которое требуется для электрической сети. Трансформатор может быть встроен в башню или расположен у основания башни.

Строительство ветряной электростанции производится следующим путем. Строительство ветряной электростанции может занять от 4 месяцев постройки одной башни ветрогенератора, до 2 лет — большой электростанции, состоящей из 20 и более турбин.

Расчётный срок работы ветрогенератора определен как 20-25 лет. Затем ветрогенераторы или меняются на новые или демонтируются полностью вся установка. Причем в прогрессивных странах демонтаж происходит самым тщательным образом — устраняются все следы человеческого вмешательства в природу, место установки через несколько лет полностью сливается с ландшафтом. [6]

Строительство ветряной электростанции включает следующие этапы:

·                     Временная строительная площадка — размером примерно 50 х 50 м.

·                     Из железобетона заливается фундамент ветряной башни. Бетонированная площадка (в том числе для стоянки автотранспорта), прилегающая к турбине — обеспечивает стабильную основу, на которой держится сама башня генератора.

·                     Здание контроля и управления — площадь примерно 6м х 6м, здание строится для размещения электрических распределительных устройств, приборов учета и т.д.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии пользуются огромной популярностью во всем мире. Стоит отметить, что крупнейшая интернет компания Google, также использует для своего оборудования энергию ветровых электростанций. В Австралии, США, Канаде, Европе энергия воздушных потоков используется на благо цивилизации. Страны, имеющие возможность устанавливать ветрогенераторы, наращивают потенциал ветровой энергии, возможно, что в Европе и Северной Америке в ближайшем будущем основным источником энергии станет сила ветра (сейчас этот показатель составляет от 20 до 40 %). [10]

Ветроэнергетика сохраняет лидирующие позиции в отрасли, по итогам 2009 года ее доля в секторе альтернативной энергетики составила 44%. В 2011 году были введены в эксплуатацию около 41 ГВт новых мощностей, в результате чего совокупная мощность ветряных электростанций в мире увеличилась на 21% и составила 238 ГВт. В настоящее время ветровые энергетические установки инсталлированы в 75 странах мира. Страны — лидеры по развитию ветроэнергетики: Китай (в 2011 году введено в эксплуатацию 62 ГВт мощностей), США, Индия, страны ЕС, Канада. В России за прошлый год было установлено около 6 ГВт генерирующих мощностей. На территории нашей страны в основном используются промышленные ветряные установки. С развитием отрасли появились новые интересные модели ветряных электростанций для дома, а также для группы частных домов. [4]

В каких случаях покупка ветрогенератора в России является экономически выгодным решением?

Рассматривать вопрос о приобретении ветроэнергетической установки целесообразно только тогда, когда средняя скорость ветра в вашем регионе составляет не менее 4 м/c.

Покупка ветряной электростанции для дома — оптимальное решение, если на объекте отсутствует централизованная подача электроэнергии, а стоимость проведения линий электропередач к жилому дому является неоправданно высокой.

Для коттеджных поселков, удаленных от центрального электроснабжения, возможен вариант использования ветроэнергетической установки повышенной мощности, которая сможет удовлетворять энергетические потребности сразу для группы домов.

Также приобретение ветрогенератора оправданно для дачных участков при отсутствии центральных источников энергоснабжения

На основании выше изложенного можно сделать вывод, что сегодня ветроэнергетика переживает новое рождение, т.к. наука не стоит на месте. Ограниченный запас традиционного топлива и возрастающие потребности в энергии создают почву для поиска альтернативных (возобновляемых) источников энергии. Как один из вариантов решения этой задачи является энергия ветра.

Благодаря тому, что Россия имеет огромную территорию и разные климатические зоны, развитию ветроэнергетики способствует большой технический потенциал. Из — за большого расстояния между населенными пунктами больше половины территории в России не имеют централизованного электроснабжения. Как вариант решения этой задачи можно рассматривать ветроэнергетику, перспективы развития которой большие. Возможно, в будущем Россия займет лидирующее положение по переработке энергии ветра.

Список литературы:

1.      http://1gw.blogspot.com/2008/07/blog-post_1989.html

2.      http://www.wetroenergetika.ru/index.php

3.      Global Wind Installations Boom, Up 31 % in 2009

4.      World Wind Energy Report 2010 (PDF).

5.      «Wind Energy Update» (PDF). Wind Engineering: 191–200.

6.      Impact of Wind Power Generation in Ireland on the Operation of Conventional Plant and the Economic Implications. eirgrid.com (February 2004).

7.      Design and Operation of Power Systems with Large Amounts of Wind Power», IEA Wind Summary Paper (PDF).

8.      Claverton-Energy.com (2009-08-28)

9.      Алексеев Б.А. Международная конференция по ветроэнергетике / Электрические станции. 1996. №2.

10. Безруких П.П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики / Энергия: Экон., техн., экол. 1995. №8.

11. Богуславский Э.И., Виссарионов В.И., Елистратов В.В., Кузнецов М.В. Условия эффективности и комплексного использования геотермальной солнечной и ветровой энергии // Международный симпозиум “Топливно-энергетические ресурсы России и др. стран СНГ». Санкт-Петербург, 1995.

12. Соболь Я.Г. «Ветроэнергетика» в условиях рынка (1992-1995 гг.) / Энергия: Экон., техн. экол. 1995. №11.

13. Перспективы развития ветроэнергетики в России. Салопихин Д.А., Омельченко Д. П., Чебанов К.А. Деловой журнал Neftegaz.RU. 2016. № 11-12. С. 50-54.

Удивительные ветрогенераторы — Энергетика и промышленность России — № 21 (353) ноябрь 2018 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 21 (353) ноябрь 2018 года

Объединяет их лишь одно: рабочей силой является движение воздушных масс. О некоторых оригинальных агрегатах мы и хотим рассказать в этом материале.

Ветрогенераторы становятся все более популярными. Их используют не только как дополнительный источник электричества, но зачастую и как основной, например, при обустройстве загородного дома. Тому способствует удобство эксплуатации и вполне хороший эстетичный вид ветряков. К тому же это вполне экологичные конструкции, не требующие затрат на природные ресурсы: ветер бесплатен. К тому же нынче промышленность выпускает контроллеры энергии, обеспечивающие работу даже при слабом ветре, собирающие энергию «порциями», и конструкции с автоматически изменяющимся углом атаки лопастей в зависимости от направления и силы ветра.

В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные, где вращающийся вал расположен горизонтально относительно направления ветра и с самым высоким КПД, барабанные и карусельные, в которых вал, вращающий лопасти, расположен вертикально и которые монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).

Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести установки из строя.

Достоинства ВЭС – простота конструкции, экономичность и возобновляемость источника энергии. Кроме того – доступность (ветер дует везде) и независимость источника энергии (например, от цен на топливо).

Недостатки – зависимость от ветра, шумность и необходимость использования больших площадей (в случае постройки крупных электростанций). Кроме того, стартовая стоимость и дальнейшее использование – вполне затратны (необходимы накопители энергии, которые имеют ограниченный срок эксплуатации).

Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.

В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.

Это касается, в первую очередь, так называемых «традиционных» ветряков. Но среди всего разнообразия установок есть и оригинальные, не вписывающиеся в обычные представления о них.

Дерево-ветрогенератор

Например, французская группа инженеров создала искусственное дерево, способное генерировать электричество с помощью ветра. Устройство производит энергию даже при небольшом движении воздуха.

Идея пришла автору изобретения Жерому Мишо-Ларивьеру, когда он наблюдал шелест листьев в безветренную погоду. Устройство использует небольшие пластины в форме скрученных листьев, которые преобразуют ветряную энергию в электрическую. Причем независимо от направления движения воздуха. Дополнительное преимущество «дерева» заключается в его полностью бесшумной работе.

На создание 8‑метрового прототипа инженеры потратили три года. Энергогенерирующее «дерево» установлено в коммуне Плюмер-Боду на северо-западе Франции.

Новая установка, Wind Tree, эффективнее обычного ветрогенератора, поскольку вырабатывает энергию даже при скорости ветра всего 4 м / с.

Мишо-Ларивьер надеется, что «дерево» будет использовано для питания уличных фонарей или зарядных станций для электромобилей. В будущем он планирует усовершенствовать установку и подключить ее к энергоэффективным домам. Идеальное электрогенерирующее «дерево», по словам изобретателя, должно иметь листья из натуральных волокон, «корни» в виде геотермального генератора и «кору» с фотоэлементами.

Биоразлагаемые лопасти

Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках.

Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.

Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.

Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.

Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.

Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.

Крылья стрекозы

Несколько исследователей из Франции попробовали сделать ветряную турбину еще эффективней за счет изменения ее компонентов. Насекомые, а именно стрекозы, вдохновили их на создание гибких лопастей. Ветровая турбина на сегодняшний день работает только при оптимальных скоростях ветров, но новый био-дизайн может дать способ обойти этот факт.

Исследователи построили прототипы с обычными жесткими лопастями, умеренно гибкими лопастями и очень гибкими лопастями турбины. Последний дизайн оказался слишком гибким, но умеренно гибкие лопасти превосходят жесткие, создавая на целых 35 % больше мощности. Кроме того, они продолжали работать в условиях слабого ветра и не были подвержены повреждениям при сильном ветре.

Теперь ученым предстоит найти оптимальный материал, который не был бы слишком гибким, но и не являлся жестким.

Воздушная ветроэнергетика

Воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращенно AWE) запускает в небеса летающие ветряные электростанции – дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащенные ветряными турбинами или приводящие в действие наземные генераторы с помощью своих «поводков».

Летающие ветрогенераторы не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. При этом они работают с хорошим «коммерческим» ветром – на высотах в несколько сотен метров ветер стабильнее и сильнее. Поэтому коэффициент использования установленной мощности воздушных ветряных электростанций достигает 70 %.

Например, это шотландский ветроэнергетический проект Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.

А ветроэнергетическая система Airborne Wind Energy System использует для добычи энергии следующую схему. Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 до 450 метров. Когда самолет движется, он тянет тросик, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (~750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.

Ветрогенератор закрытого типа

Компания «Оптифлейм Солюшенз», реализующая в рамках «Сколково» проект по созданию нового поколения малых и средних ветрогенераторов закрытого типа, создала предсерийный образец ветроустановки для подготовки к промышленному производству.

Традиционные ветрогенераторы открытого типа обладают высоким уровнем потенциальной опасности и поэтому располагаются преимущественно в нежилых зонах на удалении. Ветрогенераторы закрытого типа, оснащенные турбиной наподобие самолетной, можно размещать в любых местах, например на крышах жилых или коммерческих зданий.

Установочная мощность образца – 1 / 2 кВт. Он протестирован в аэродинамической трубе и в реальных условиях. В дальнейшем планируется создать и более мощные разработки.

Вместо обычного двух- или трехлопастного вентилятора здесь используется осевая турбина самолетного типа. Это повышает КПД и снижает стоимость изготовления, т. к. сами лопатки существенно меньше вентиляторных. Конструкция имеет внешний направляющий аппарат, который дополнительно повышает КПД и служит защитой от птиц, а также имеются внешний и внутренний обтекатели, служащие защитой в случае разрушения лопаток.

В итоге получен ветрогенератор с рекордно низкой стоимостью генерации кВт-часа, который принципиально возможно размещать в жилой зоне, в том числе – на крышах городских домов. Обычный ветряк там ставить невозможно, так как в пределах десяти диаметров от него должно быть свободное пространство.

По сравнению с обычными ветрогенераторами данная конструкция безопасна в рабочем состоянии для обслуживающего персонала и летающих животных. Также оно работает при более низком уровне шума и не является значительной угрозой для безопасности людей и строений в округе. При аварии обычного ветрогенератора массивные лопасти, двигающиеся с большой скоростью, как правило, разрушают всю конструкцию при повреждении одной из них.

Безредукторный ветроагрегат

В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.

Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.

«Водонапорная башня»

Самый фантастический проект представили американцы. С дальнего расстояния этот ветрогенератор похож, скорее, на водонапорную башню. Лишь поблизости можно увидеть медленное вращение лопастей.

Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчетам, она одна должна поставлять столько электроэнергии, что ее хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.

Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.

О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счет магнитной левитации. Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, становится как бы невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух.

Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счет магнитной левитации давно занимала ученые и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы.

В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывает воздушный поток. По предположению, такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене.

Это, конечно, лишь часть необычных для традиционного взгляда проектов. Некоторые из них, например, относящиеся к воздушной ветроэнергетике, уже успешно используются. Некоторым – еще предстоит найти свое место в истории. Понятно одно – на традиционных ветряках ветроэнергетика вовсе не заканчивается, она, как и любое направление техники, неуклонно продолжает развиваться.

Ветряные электростанции для дома: особенности строительства

Установка ветряной электростанции на даче или в частном доме помогает решить множество проблем, связанных с электроснабжением. Данный агрегат способен перерабатывать и накапливать энергию ветра, используя ее во благо человека. Процесс изготовления ветряной электростанции достаточно простой — он требует минимального количества материалов и прежде всего желания достичь заданной цели. О том как сделать ветряную электростанцию для дома рассмотрим далее.

Оглавление:

1. Ветряные электростанции для частного дома: особенности и характеристика
2. Преимущества и недостатки ветряных электростанций
3. Сфера использования и виды ветряных электростанций для дома
4. Солнечно ветряная электростанция — общие сведения
5. Самодельная ветряная электростанция — особенности изготовления
6. Ветряная электростанция своими руками: выбор генератора

Ветряные электростанции для частного дома: особенности и характеристика

Ветряные электростанции предназначены для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. В соотношении с внешним видом и конструктивными особенностями ветряные электростанции для дома бывают расположенными:

• горизонтально;
• вертикально.

Первый вариант менее зависим от ветра, но отличается меньшей популярностью, нежели второй. Так как он способен работать лишь при сильном ветре, а для его запуска требуется наличие внешнего источника. Вертикальные ветряные электростанции способны функционировать более качественно и отличаются высоким КПД. Для их работы достаточно силы ветра в 2-4 м/с.

Среди основных компонентов ветровых электростанций следует отметить:

• мачту, которая бывает простой, телескопической или монолитной;
• редуктор — часть электростанции, на которой располагаются лопасти;
• контейнер — подвижная часть ветроэлектростанции, которая двигается в соотношении с ветром;
• генератор — прибор, который преобразует энергию.

Выбор конструкции и мощности ветряка напрямую зависит от особенностей его эксплуатации.

Более простыми являются приборы, мощностью до 300 Вт. Такие агрегаты способны легко поместиться даже в автомобиль. Для их установки достаточно одного человека, а мощность, которую они вырабатывают, достаточно для зарядки телефона, обеспечения освещения или работы телевизора. Данный вариант отлично подходит для семейного отдыха на даче, в лесу или на море.

С помощью 2, 5, 10 кВт ветровых электростанций осуществляется обеспечение целого дома электроэнергией. Если существует излишняя энергия, то она помещается в аккумуляторах, которые ее расходуют при слабом ветре или при его отсутствии.

Более мощные варианты ветровых электростанций, мощность которых составляет более двадцати киловатт, способны снабдить электроэнергией несколько домов, коттеджей или даже частное предприятие.

Ветряные электростанции фото:

Главным преимуществом ветровой электростанции является экологичность, ведь ее работа никак не влияет на окружающую среду. При этом, энергию получить достаточно легко, главное условие — наличие стабильного ветра.

Среди недостатков ветровых электростанций отмечают их зависимость от ветра. Для работы ветряка ветер должен иметь скорость минимум два метра в секунду. Для достижения номинальной мощности потребуется сила ветра в 10 м/с.

Чтобы накапливать электричество и использовать его во время отсутствия ветра используют аккумуляторы. Срок их службы составляет около 10 лет. Кроме того, использование мощных ветровых электростанций отличается высокой шумопроизводительностью, что снижает комфорт проживания вблизи данного агрегата.

Ветровая электростанция способна препятствовать нормальной работе телевизора, радио и других подобных приборов.

Самыми главными составляющими любой ветроэлектростанции выступает генератор, устройство выпрямительного назначения, аккумулятор-батарея, инвертор, то есть преобразователь напряжения. Для осуществления общего контроля за работой устройства рекомендуется использование микропроцессорного контролера или простых логических схем.

Если планируется покупать ветровую электростанцию, то наиболее оптимальными вариантами станут устройства, имеющие низкий уровень начальной скорости ротора, скорости заряда батареи и выхода на рабочий процесс. Так как от широты восприятия рабочего диапазона ветра зависит количество энергии, которую воспроизводит установка.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

Среди преимущества использования ветровых электростанций отмечают:

1. Длительность применения ветровой энергии еще в древнеримские времена.

2. Экологичность и безвредность для окружающей среды.

3. Дешевизна получения качественной электроэнергии.

4. С помощью использования энергии ветра снижается расход электричества, вырабатываемого на ТЭС, поэтому выбросы парникового газа значительно снижаются.

5. Доступность, так как ветер присутствует в любом уголке всей планеты.

6. Размер ветряной турбины небольшой, поэтому для их установки не потребуется много места.

7. Особо востребованные ветровые установки в местах, которые отдалены от центрального электроснабжения, таких как леса, поля, моря или океаны.

8. Использование ветровой электростанции позволяет существенно снизить материальные расходы на оплату электроснабжения.

Несмотря на большое количество преимуществ, использование частных ветряных электростанций отличается такими недостатками:

1. Ветер отличается переменчивостью в разное время года в разных регионах поэтому кроме ветряной электростанции следует устанавливать накопительные устройства для электроэнергии, а их покупка — процесс весьма дорогостоящий. Кроме того, они требуют периодической замены.

2. Некоторым людям не нравится внешний вид ветряных электростанций и высокий уровень шума, который они производят.

3. Перед постройкой ветряной электростанции следует провести ряд исследований, направленных на определение силы и интенсивности ветра на определенной местности.

4. Цена на покупку ветровых электростанций довольно высокая, хотя и затраты со временем окупаются, первоначальный вклад довольно высокий.

5. Лопасти, которые находятся на ветряке приносят вред определенным насекомым и птицам, обитающих вблизи электростанции.

Сфера использования и виды ветряных электростанций для дома

Если мощность ветряной электростанции не превышает одного киловатта, то для изготовления ее корпуса требуется алюминиевый сплав. Поэтому, такие устройства характеризуются высокой тепловой отдачей и небольшим весом.

Чем ниже расчетная скорость ветра, тем выше уровень электроэнергии, которую преобразует ветряк. Тихоходный ветрогенератор позволяет не использовать редуктор, а, значит, шум, воспроизводимый ветряком уменьшается, а количество энергии — увеличивается.

Еще одним важным параметром ветряной электростанции выступает показатель энергоэффективности. Она зависит от размера, конструкции и уровня наклона лопастей. Если лопасти изготавливаются серийно, то их себестоимость снижается, а надежность находится на высоком уровне.

Минимальная мощность ветровой электростанции, применяемой в частном доме, составляет полкиловата. Если мощность ветряка будет меньше, этой энергии не хватит для полноценного функционирования здания.

Применение малых ветряков актуально в походе, на отдыхе или на яхте. Если рассматривать высокую шумопроизводительность ветряков и их вред для насекомых, то к установкам домашнего использования данные недостатки не относятся, так как данные только большие промышленные установки создают инфранизкочастотное колебание, вредное для вблизи обитающих животных.

Солнечно ветряная электростанция — общие сведения

Данный тип электростанций отличается более высокой выгодой, так как является комбинацией солнечных батарей с ветряком. Если на улице отсутствует солнце или ночью, работает ветряк. В другое время энергоснабжением занимаются солнечные батареи.

Таким образом, удается получить полную энергетическую независимость от центрального электроснабжения. Данные электростанции используют в регионах, с достаточно высокой интенсивностью солнечного и ветрового излучения.

В состав солнечно ветровой электростанции входит наличие:

• ветрового генератора;
• башни;
• солнечных панелей;
• солнечного контролера;
• инвертора;
• аккумуляторов гелиевого типа;
• температурного батарейного датчика;
• разного рода кабелей и соединителей.

Самодельная ветряная электростанция — особенности изготовления

Процесс сооружения ветряной электростанции следует начинать с крыльчатки, так как именно данный элемент отвечает за улавливание энергии ветра. Для изготовления лопастей следует приобрести фанеру или металлический лист. Кроме того, возможен вариант применения материалов, таких как дюралюминий или пластик.

Основные требования к лопастям:

• легкость;
• строгая симметричность;
• отсутствие толчков во время вращения.

Учтите, что от количества лопастей не зависит конечный результат работы. То, если некоторые ветроустановки с тремя лопастями способны переработать такое же количество энергии, как и устройства, имеющие пять лопастей.

Самым оптимальным вариантом является сооружение ветряка с четырьмя лопастями. Обеспечить жесткость конструкции поможет шестимиллиметровая проволока, которой обрабатывают торцевые участки каждой лопасти. Данная процедура актуальна для изделий, изготовленных из металла. Если де лопасти у ветряка деревянные, то ее торцы пропитываются с помощью горячей олифы.

Для сооружения четырех крестовин, на которых фиксируются лопасти, следует использовать металлические полоски, размером 5х6 см. Срок их службы будет значительно дольше, чем у деталей изготовленных из дерева.

Вертикальной опорой для электростанции послужит стальная труба, минимальный диаметр которой составляет 30 см, а длина — 200 см. На нижнюю часть трубы крепятся два разных по диаметру шкива, таким образом, с помощью ремня, вращение передается к генератору.

Кроме того, следует обязательно позаботиться об укрытии всех элементов в коробке, выполненной из дерева или металла.

С помощью варочного аппарата, металлическая крестовина ротора приваривается к оси. Не забудьте тщательно измерить интервал между лопастями и осью. Когда роторная часть ветряка собрана, ее следует покрыть с помощью масляной краски.

Станина — довольно важный элемент ветряной электростанции, так как именно на нее крепится установка. Поэтому станина должна быть мощной и обеспечивающей прочность крепления.

Для фиксации четырех точек соприкосновения с поверхностью следует провести их заливку с помощью бетонного раствора.

Если сила ветра не будет превышать 10 м/с, то мощность ветряка составит около 1 кВт. Учтите, что ветрогенератор должен быть снабжен с помощью аккумулятора, в котором будет храниться энергия, используемая в безветренную погоду.

Ветряная электростанция должна располагаться на открытой местности, вдали от деревьев, предпочтительно на возвышенности.

Ветряная электростанция своими руками: выбор генератора

От типа генератора, используемого для переработки энергии, зависит КПД ветровой установки. Довольно высокой популярностью отличаются устройства асинхронного типа. Принцип их работы состоит в несовпадении момента вращения ротора с вращением статорного магнитного поля. Ветер обеспечивает вращение ротора генераторной установки, когда вышеприведенные поля между собой не совпадают, происходит образование дополнительной электрической энергии. Поэтому, КПД ветряка увеличивается.

Затраты на покупку данного генератора вполне себя окупают его высокой производительностью. В сравнении с обычными генераторами, устройства асинхронного типа отличаются более низким весом, более высокой мощностью и доступной стоимостью.

Они не нуждаются в дополнительном источнике питания, так как у них нету электрических щеток, которые требуют периодической замены в процессе работы обычного генератора.

Принцип работы асинхронных двигателей состоит в следующем. В процессе движения ротора с помощью ветра, статор находится под воздействием магнитного поля. Каждая обмотка статора подключена к конденсатору, поэтому происходит появление небольшого количества тока. Он и заряжает конденсатор. Далее происходит образование магнитного поля, воздействующего на вторую обмотку, которая способствует еще более сильному заряду конденсатора. Ротор насыщается и самостоятельно производит энергию.

Асинхронный ветрогенератор, при скорости ветра в 4 метра за секунду способен произвести электричество, мощностью в 3 кВт.

Среди преимущества данного генератора следует отметить:

• простоту в эксплуатации;
• материальную и техническую доступность;
• наличие постоянного устойчивого тока;
• получение высокой мощности за небольшие деньги.

Среди преимущества синхронных генераторов следует отметить наличие устойчивого и стабильного напряжения. Но в то же время, данные генераторы отличаются необходимостью в периодической замене щеток и высокой стоимостью.

Асинхронные же генераторы довольно просты в работе, кроме того, они не подвержены возникновению короткого замыкания.

В процессе изготовления ветровой электростанции своими руками наилучшим вариантом станет использование автомобильного генератора, который станет отличным прибором, преобразовывающим энергию ветра в электричество.

Ветряные электростанции видео:

Это крошечное устройство может собирать энергию ветра из бриза, который вы даете, когда вы идете — ScienceDaily

Большая часть ветра на суше слишком слабая, чтобы толкать лопасти коммерческих ветряных турбин, но теперь исследователи в Китае разработали своего рода «крошечные» ветряная турбина », которая может поглощать энергию ветра от бриза так же мало, как от ветров, созданных при быстрой прогулке. Метод, представленный 23 сентября в журнале Cell Reports Physical Science , представляет собой недорогой и эффективный способ сбора легких ветров в качестве источника микроэнергии.

Новое устройство технически не является турбиной. Это наногенератор, состоящий из двух пластиковых полос в трубке, которые трепещут или хлопают вместе, когда есть воздушный поток. Как будто вы натираете воздушный шар о волосы, два пластика становятся электрически заряженными после отделения от контакта — явление, называемое трибоэлектрическим эффектом. Но вместо того, чтобы заставить ваши волосы встать дыбом, как у Эйнштейна, электричество, вырабатываемое двумя пластиковыми полосками, улавливается и сохраняется.

«Вы можете собрать все мелочи в повседневной жизни», — говорит старший автор Янг Ян из Пекинского института наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук.«Однажды мы поместили наш наногенератор на руку человека, и потока воздуха от качающейся руки было достаточно для выработки энергии».

Слабого ветра 1,6 м / с (3,6 миль в час) было достаточно для питания трибоэлектрического наногенератора, разработанного Яном и его коллегами. Наногенератор работает наилучшим образом при скорости ветра от 4 до 8 м / с (от 8,9 до 17,9 миль в час), скорости, которая позволяет двум пластиковым полоскам колебаться синхронно. Устройство также имеет высокий КПД преобразования энергии ветра в энергию, равный 3,23%, что превышает ранее заявленные характеристики по поглощению энергии ветра.В настоящее время устройство исследовательской группы может питать 100 светодиодных ламп и датчиков температуры.

«Мы не намерены заменять существующую технологию производства ветровой энергии. Наша цель — решить проблемы, которые традиционные ветряные турбины не могут решить», — говорит Ян. «В отличие от ветряных турбин, в которых используются катушки и магниты, где стоимость фиксирована, мы можем выбирать недорогие материалы для нашего устройства. Наше устройство также можно безопасно применять в заповедниках или городах, поскольку оно не имеет вращающихся конструкций. .«

Ян говорит, что у него есть два видения следующих шагов проекта: одно маленькое и одно большое. В прошлом Ян и его коллеги разработали наногенератор размером с монету, но он хочет сделать его еще мельче, компактнее и эффективнее. В будущем Ян и его коллеги хотели бы объединить это устройство с небольшими электронными устройствами, такими как телефоны, чтобы обеспечить устойчивую электроэнергию.

Но Ян также хочет сделать устройство больше и мощнее. «Я надеюсь увеличить мощность устройства до 1000 Вт, чтобы оно могло конкурировать с традиционными ветряными турбинами», — говорит он.«Мы можем разместить эти устройства в местах, недоступных для традиционных ветряных турбин. Мы можем разместить их в горах или на крышах зданий для обеспечения устойчивой энергетики».

История Источник:

Материалы предоставлены Cell Press . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Основы ветроэнергетики | NREL

Ветер возникает, когда поверхность земли неравномерно нагревается солнцем. Энергия ветра
можно использовать для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне для улавливания наибольшего количества энергии.
На высоте 100 футов (30 метров) и более они могут воспользоваться более быстрым
и менее бурный ветер. Турбины улавливают энергию ветра своим пропеллером.
лезвия. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор .

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, карман низкого давления
воздух образуется на подветренной стороне лопасти. Затем воздушный карман низкого давления вытягивает
лезвие к нему, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт . Сила подъемника на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, направленная против ветра.
передняя сторона клинка, которая называется , лобовая .Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, и
вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Исследования ветроэнергетики

NREL в основном проводятся в кампусе Флэтайронс, недалеко от Боулдера, Колорадо.

Ветряные турбины коммунального назначения на ветряной электростанции Сидар-Крик в Гровере, штат Колорадо. Фото Денниса Шредера / NREL

Плавающая морская ветряная турбина VolturnUS с полупогружной плавучей ветроустановкой
Платформа, Университет штата Мэн, часть консорциума DeepCWind. Фотография из Университета штата Мэн

Наземная ветроэнергетика

Ветряные турбины могут использоваться как автономные приложения или их можно подключать к
электросети или даже в сочетании с фотоэлектрической системой (солнечными элементами). За
коммунальные (мегаваттные) источники энергии ветра, большое количество ветряных турбин
обычно строятся близко друг к другу и образуют ветряную электростанцию ​​ , также называемую ветровой электростанцией .Некоторые поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные электростанции для снабжения электроэнергией своих потребителей.

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

Распределенная энергия ветра

Малые ветровые системы также обладают потенциалом в качестве распределенных энергоресурсов.Распространено
энергоресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства энергии.
которые могут быть объединены для улучшения работы системы подачи электроэнергии.
Для получения дополнительной информации о распределенном ветре посетите Управление ветроэнергетических технологий Министерства энергетики США.

Морская ветроэнергетика

Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль в США.Америки
первая оффшорная ветряная электростанция, расположенная в Род-Айленде, у побережья острова Блок,
был запущен в декабре 2016 года. В отчете Wind Vision Министерства энергетики США показано, что к 2050 году морской ветер будет доступен во всех прибрежных регионах страны.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о ветровой энергии посетите следующие ресурсы:

Основы ветроэнергетики
U. S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики

Карты и данные по ветроэнергетике
DOE’s WINDExchange

Как работают ветряные турбины
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.

Малые ветроэнергетические системы
Программа энергосбережения Министерства энергетики США

Американская ассоциация ветроэнергетики

Energy Kids Wind Basics
U.S. Управление энергетической информации Energy Kids

Энергия ветра | Национальное географическое общество

Все, что движется, обладает кинетической энергией, а ученые и инженеры используют кинетическую энергию ветра для выработки электричества. Энергия ветра, или энергия ветра, создается с помощью ветряной турбины, устройства, которое направляет энергию ветра для выработки электроэнергии.

Ветер обдувает лопатки турбины, прикрепленные к ротору. Затем ротор вращает генератор для выработки электричества.Есть два типа ветряных турбин: ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветровые турбины с вертикальной осью (VAWT). HAWT — наиболее распространенный тип ветряных турбин. Обычно у них есть две или три длинных тонких лопасти, похожие на воздушный винт самолета. Лопасти расположены так, что они обращены прямо против ветра. VAWT имеют более короткие и широкие изогнутые лопасти, которые напоминают лопасти, используемые в электрическом миксере.

Небольшие индивидуальные ветряные турбины могут производить 100 киловатт энергии, достаточной для питания дома.Небольшие ветряные турбины также используются в таких местах, как водонасосные станции. Ветряные турбины немного большего размера расположены на башнях высотой до 80 метров (260 футов) и имеют лопасти ротора, длина которых составляет примерно 40 метров (130 футов). Эти турбины могут генерировать 1,8 мегаватта энергии. Еще более крупные ветряные турбины можно найти на башнях высотой 240 метров (787 футов) с лопастями ротора длиной более 162 метров (531 фут). Эти большие турбины могут генерировать от 4,8 до 9,5 мегаватт энергии.

После выработки электроэнергии ее можно использовать, подключать к электросети или хранить для будущего использования. Министерство энергетики США работает с национальными лабораториями над разработкой и улучшением технологий, таких как батареи и гидроаккумулирующие установки, чтобы их можно было использовать для хранения избыточной энергии ветра. Такие компании, как General Electric, устанавливают батареи вместе со своими ветряными турбинами, чтобы электричество, вырабатываемое за счет энергии ветра, можно было сразу же хранить.

По данным Геологической службы США, в США имеется 57 000 ветряных турбин как на суше, так и на море. Ветровые турбины могут быть автономными структурами или они могут быть объединены в так называемую ветряную электростанцию. В то время как одна турбина может вырабатывать достаточно электроэнергии для удовлетворения потребностей в энергии одного дома, ветряная электростанция может производить гораздо больше электроэнергии, достаточной для снабжения энергией тысяч домов. Ветряные электростанции обычно располагаются на вершине горы или в другом месте, где ветрено, чтобы использовать преимущества естественных ветров.

Самая большая оффшорная ветряная электростанция в мире называется Walney Extension. Эта ветряная электростанция расположена в Ирландском море примерно в 19 км (11 милях) к западу от северо-западного побережья Англии. Расширение Уолни занимает огромную территорию в 149 квадратных километров (56 квадратных миль), что делает ветряную электростанцию ​​больше, чем город Сан-Франциско, Калифорния, или остров Манхэттен в Нью-Йорке. Сеть из 87 ветряных турбин имеет высоту 195 метров (640 футов), что делает эти морские ветряные турбины одними из самых больших ветряных турбин в мире.Walney Extension имеет потенциал для выработки 659 мегаватт электроэнергии, чего достаточно для снабжения электричеством 600 000 домов в Соединенном Королевстве.

Это крошечное устройство собирает энергию с помощью простого ветра | Наука

Страна:
Страна * AfghanistanAland IslandsAlbaniaAlgeriaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBolivia, многонациональное государство ofBonaire, Синт-Эстатиус и SabaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика theCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland острова (Мальвинские ) Фарерские острова, Фиджи, Финляндия, Франция, Французская Гвиана, Французская Полинезия, Французские Южные территории, Габон, Гамбия, Грузия, Германия, Гана, Гибралтар, Греция, Гренландия, Гренада, Гваделупа, Гватемала, Гернси, Гвинея, Гвинея-Бисау, Гайана, Гаити, Остров Херд и МакДональда IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran, Исламская Республика ofIraqIrelandIsle из ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Корейская Народно-Демократическая Республика ofKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Арабская JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedonia, бывшая югославская Республика ofMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorwayOmanPakistanPalestinianPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalQatarReunionRomaniaRussian FederationRWANDASaint BarthélemySaint Елены, Вознесения и Тристан-да-КуньяСент-Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Мартен (французская часть) Сен-Пьер и Микелон Сент-Винсент и ГренадиныСам oaSan MarinoSao Том и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSint Маартен (Голландская часть) SlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Джорджия и Южные Сандвичевы IslandsSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwanTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабского EmiratesUnited KingdomUnited StatesUruguayUzbekistanVanuatuVenezuela, Боливарианская Республика ofVietnamVirgin остров, BritishWallis и Футуна Западная Сахара Йемен Замбия Зимбабве

Пожертвовать сейчас

Поддержка некоммерческой научной журналистики

Если мы чему-то научились из пандемии COVID-19, так это тому, что мы не можем дождаться реакции кризиса. Science и AAAS неустанно работают над предоставлением достоверной, основанной на фактах информации о последних научных исследованиях и политике с широким бесплатным освещением пандемии. Ваш не облагаемый налогом взнос играет решающую роль в поддержании этих усилий.

Раскрытие благотворительной информации

турбина | Британника

турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию.Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему неподвижных каналов или лопаток, которые чередуются с каналами, состоящими из лопастей, похожих на ребра, прикрепленных к ротору. Путем организации потока так, чтобы на лопасти ротора действовала касательная сила или крутящий момент, ротор вращается, и работа извлекается.

Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер. Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслужить отдельное описание.

Британская викторина

Энергия и ископаемое топливо

От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Никола Тесла — мир работает на энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.

Гидравлическая турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы в высоте между верхним водным резервуаром и уровнем воды на выходе из турбины (отводом), чтобы преобразовать этот так называемый напор в работу.Водяные турбины — современные преемники простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрогенераторами. Турбины приводятся в действие паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в генераторе, работающем на атомной энергии. Энергия, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии в турбине.Энтальпия отражает формы тепловой и механической энергии в процессе потока и определяется суммой внутренней тепловой энергии и произведением давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с увеличением температуры и давления парогенератора и с уменьшением давления на выходе из турбины.

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из текучей среды, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры в турбине.В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включает, по крайней мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они монтируются как единое целое и работают как законченный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу. Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать устройство в целом, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбиной.По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье двигатель внутреннего сгорания.

Энергия ветра может быть извлечена ветровой турбиной для производства электроэнергии или для откачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важным источником энергии с позднего средневековья до 19 века.

Fred Landis

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реакционные турбины, обычно используемые для напора ниже примерно 450 метров и среднего или высокого расхода. Эти два класса включают в себя основные типы, обычно используемые, а именно, импульсные турбины Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсис, пропеллер, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть оборудованы как горизонтальными, так и, чаще, вертикальными валами. Для каждого типа возможны широкие вариации конструкции для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидротурбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Импульсные турбины

В импульсных турбинах потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы.Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые лопатки, закрепленные на периферии рабочего колеса, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.

Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная водная струя попадает в лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется, оставляя желоб с обеих сторон. Колеса Пелтона подходят для высоких напоров, обычно выше 450 метров при относительно низком расходе воды.Для максимальной эффективности скорость конца рабочего колеса должна составлять примерно половину скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.

Мощность одного колеса можно увеличить, используя более одной форсунки. Для горизонтальных валов характерны двухструйные устройства. Иногда на одном валу устанавливаются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.

Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потреблением. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждое сопло регулируется расположенным в центре наконечником или иглой аккуратной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Правильная конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из сопла, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянную эффективность в большей части рабочего диапазона.Нецелесообразно внезапно уменьшать поток воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидроудар) в подающем трубопроводе или напорном затворе. Таких скачков можно избежать, добавив временное сопло для разлива, которое открывается при закрытии основного сопла, или, что чаще, частично вставляя отражающую пластину между струей и колесом, отклоняя и рассеивая часть энергии при медленном закрытии иглы.

Другой тип импульсной турбины — турбонагнетатель.Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает двигаться по единственному пути, выходя на другую сторону бегунка. Этот тип турбины использовался в установках среднего размера с умеренно высоким напором.

Реакционные турбины

В реактивной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, в котором выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочего колеса реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и расходов, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный впускной кожух, который включает регулирующие заслонки для регулирования потока воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Впоследствии энергия воды отбирается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерные. В турбинах Каплана с фиксированными лопастями и с регулируемыми лопастями (названных в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана), по существу, существует осевой поток через машину. Турбины типа Фрэнсиса и Дериаза (в честь американского изобретателя британского происхождения Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Поля Дериаза, соответственно) используют «смешанный поток», когда вода поступает радиально внутрь и выходит в осевом направлении. Рабочие лопатки на турбинах Фрэнсиса и пропеллера состоят из неподвижных лопастей, в то время как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к ​​главному валу.

Типы ветра — Управление энергетической информации США (EIA)

• Горизонтально-осевые турбины
• Вертикально-осевые турбины

Размеры ветряных турбин сильно различаются. Длина лопастей — самый важный фактор в определении количества электроэнергии, которую может генерировать ветряная турбина. Небольшие ветряные турбины, которые могут привести в действие один дом, могут иметь электрическую мощность 10 киловатт (кВт). Самые большие действующие ветряные турбины имеют электрическую мощность до киловатт (10 мегаватт), а турбины большего размера находятся в стадии разработки.Большие турбины часто группируются вместе для создания ветряных электростанций или ветряных электростанций , которые обеспечивают энергией электрические сети.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Вертикально-осевой ветряк Дарье в Мартиньи, Швейцария

Источник: Лисипп, автор Wikimedia Commons (лицензия свободной документации GNU) (общественное достояние)

Горизонтальные турбины аналогичны винтовым двигателям самолетов

Горизонтально-осевые турбины имеют лопасти, как воздушные винты, и обычно имеют три лопасти.Самые большие турбины с горизонтальной осью имеют высоту 20-этажного здания и имеют лопасти длиной более 100 футов. Более высокие турбины с более длинными лопастями производят больше электроэнергии. Почти все используемые в настоящее время ветряные турбины — это турбины с горизонтальной осью.

Вертикальные турбины похожи на взбиватели яиц

Турбины с вертикальной осью имеют лопасти, которые прикреплены к верхней и нижней части вертикального ротора. Самый распространенный тип турбины с вертикальной осью — ветряк Дарье, названный в честь французского инженера Жоржа Дарье, запатентовавшего эту конструкцию в 1931 году, — выглядит как гигантский двухлопастный взбиватель для яиц.Некоторые версии турбины с вертикальной осью имеют высоту 100 футов и ширину 50 футов. Сегодня используется очень мало ветряных турбин с вертикальной осью, потому что они не работают так же хорошо, как турбины с горизонтальной осью.

Ветряные электростанции или ветряные электростанции производят электроэнергию

Ветряные электростанции — это группы ветряных турбин, которые производят большое количество электроэнергии. Ветряная электростанция обычно имеет много турбин, разбросанных по большой площади. Одна из крупнейших ветряных электростанций США — Центр ветроэнергетики Хорс-Холлоу в Техасе, в котором по состоянию на конец 2020 года было 422 ветряных турбины, расположенных на площади около 47000 акров.Общая электрическая мощность проекта составляет около 735 мегаватт (или 735 000 киловатт).

Горизонтально-осевые ветряки на ветроэлектростанции

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последняя проверка: 3 ноября 2021 г.

Wind Machines — обзор

15.2 Конфигурации ветряных машин

Было предложено несколько конфигураций ветряных машин, в том числе:

1.

тормозные турбины,

2.

подъемные турбины (с вертикальной или горизонтальной осью),

3.

ветряные установки на эффекте Магнуса,

4.

вихрь ветряные растения.

Практически все современные ветряные турбины относятся к лифтовому типу, и более 90% из них — с горизонтальной осью. Эффект Магнуса и вихревые растения никогда не играли серьезной практической роли.

15.2.1 Ветряные турбины тормозного типа

В турбинах тормозного типа ветер оказывает силу в том направлении, в котором он дует, то есть он просто толкает поверхность, как это происходит в парусной лодке, идущей впереди ветра. Ясно, что поверхность, на которую падает ветер, не может двигаться быстрее, чем сам ветер.

Древний персидский ветряк представлял собой тягач. Рис. 15.2 представляет собой эскиз такой мельницы, вид сверху. Он состоял из вертикальной оси, к которой крепились горизонтальные радиальные рычаги.Около концов этих рукавов была установлена ​​вертикальная завеса, и это была поверхность, на которую ветер оказывал полезную силу. Две стены направляли ветер, заставляя его дуть только с одной стороны устройства, создавая крутящий момент. Обратите внимание, что одна стена образует воронку, в которой собирается собранный ветер.

Рисунок 15.2. Вид сверху на древний персидский ветряк.

Ковшовая ветряная турбина, схематически изображенная на Рис. 15.3 (слева) , является еще одним устройством с вертикальной осью тормозного типа.Он вращается, потому что выпуклая поверхность обеспечивает меньшее сопротивление ветру, чем вогнутая. Это устройство может быть дешево изготовлено любителями из бочки с маслом, разрезанной вдоль ее вертикальной оси. Работает неэффективно.

Рисунок 15.3. Двух ковшовый ветряк (слева) . Расход воздуха в роторе Савониуса (справа) .

Улучшить производительность можно, расположив ковши в шахматном порядке, как показано на рис. 15.3 (справа) , чтобы между ними оставался зазор. Воздух ускоряется при прохождении через зазор, уменьшая лобовое сопротивление выпуклого ковша.Затем он продувается с обратной стороны ковша, помогая создать крутящий момент. Этот тип устройства называется ротором Savonius и фактически использует определенную подъемную силу (в дополнение к сопротивлению).

Турбины Савониуса не могут конкурировать по эффективности с чисто лифтовыми машинами, но их легко построить и найти применение в качестве датчиков в анемометрах и в качестве стартеров для вертикально-осевых подъемных машин.

15.2.2 Лифтовые ветряные турбины

В лифтовых машинах ветер создает силу, перпендикулярную направлению, в котором он дует.Знакомые винтовые ветряки горизонтально-осевого, подъемного типа. Все подъемные турбины аналогичны парусникам, плавающим в поперечном направлении. Парусник (или лопасть турбины) может двигаться значительно быстрее, чем сам ветер. На рис. 15.4 показаны такие турбины.

Рисунок 15.4. С слева по справа : турбина с горизонтальной осью (пропеллер) и две машины с вертикальной осью — «гиромельница» и машина Дарье.

Обратите внимание, что ведомый вал гребного винта, который передает собранную энергию, находится высоко над уровнем земли. Обычно это требует одного из двух решений: либо электрический генератор размещается на вершине башни рядом с гребным винтом, либо длинный вал с соответствующими зубчатыми колесами используется для передачи мощности генератору на уровне земли. Первое решение, хотя и требует усиленных опор, является предпочтительным из-за стоимости и трудностей передачи большой механической мощности по длинным валам. Установка генератора на вершине башни увеличивает массу той части системы, которая должна поворачиваться, когда ветер меняет направление.

У некоторых ветряных турбин гребной винт установлен перед генератором (против ветра), а у некоторых — вниз по потоку (см. Пример на рис. 15.5). Было обнаружено, что размещение выше по потоку снижает шум, производимый машиной.

Рисунок 15.5. Различные типы ветряных машин (о дополнительных типах см. Eldridge, 1975).

Пропеллерная ветряная турбина, в которой используется наземный генератор, но не используется длинный вал, называется ветряной турбиной всасывающего типа. Он похож на обычную ветряную турбину, но вращающиеся лопасти действуют как центробежный насос.Лопасти полые и имеют перфорацию на конце, так что воздух удаляется центробежным действием, создавая частичный вакуум около ступицы. Длинная труба соединяет ступицу со вспомогательной турбиной, расположенной на уровне земли. Напорный воздух приводит в движение эту турбину. Система не кажется достаточно многообещающей, чтобы оправдать дальнейшее развитие.

Одна конфигурация ветряной турбины не только позволяет размещать генератор на земле, но также избавляет от необходимости переориентировать машину каждый раз при изменении направления ветра — это ветряная турбина с вертикальной осью подъема.Конструкция, показанная в центре на рис. 15.4, была предложена Макдоннеллом Дугласом и получила название «гиромилл». Он мог бы вырабатывать 120 кВт, но так и не получил коммерческой реализации.

Одним из очевидных недостатков гиромиля является центробежная сила, которая заставляет крылья изгибаться наружу, оказывая на них значительную нагрузку. Элегантный способ избежать центробежных напряжений — сформировать крылья в форме, принимаемой вращающимся канатом, свободно прикрепленным к верхней и нижней части вращающегося вала.Это приводит к знакомой форме «взбивания яиц» и, конечно же, заставляет крыло работать только при напряжении.

Форма такой вращающейся веревки называется тропоском и очень похожа на цепную цепь . Однако есть разница. Контактная цепь — это «форма, которую принимает совершенно гибкий нерастяжимый шнур с одинаковой плотностью и поперечным сечением, свободно свисающий с двух фиксированных точек». На каждую единицу длины шнура действует одна и та же (гравитационная) сила. В случае тропоскина сила, действующая на каждый участок корда, зависит от расстояния участка от оси вращения.

Крыло тропоска (правый рисунок на рис. 15.4) было впервые предложено французским инженером Дарье, в честь которого назван этот тип ветряной турбины.

15.2.3 Ветряные машины с эффектом Магнуса

Были предложены машины с эффектом Магнуса, но они выглядят бесперспективными. Этот эффект, обсуждаемый в Разделе 15.11, отвечает, помимо прочего, за «кривую» в бейсболе.

Когда питчер бросает кривую, он заставляет мяч вращаться, создавая асимметрию: одна сторона мяча движется по отношению к воздуху быстрее, чем другая, и, следовательно, создает «подъемную силу», которая изменяет траекторию движения мяча. мяч.Аналогичный эффект возникает, когда вертикальный вращающийся цилиндр подвергается воздействию ветра. Результирующая сила, перпендикулярная направлению ветра, использовалась для перемещения парусников и ветряных машин. На рис. 15.5, среди прочего, изображена ветряная машина Magnus с вертикальной осью.

15.2.4 Вихревые ветряные машины

Наконец, можно отобрать энергию ветра, заставив ее входить по касательной через вертикальную щель в вертикальный полый цилиндр. В результате воздух внутри заставляется вращаться, и возникающая центробежная сила вызывает появление радиального градиента давления.Центр этого столба воздуха, находящийся под давлением ниже атмосферного, всасывает наружный воздух через отверстия в нижней части цилиндра. Поступающий воздух приводит в движение турбину, соединенную с генератором. Вращающийся воздух выходит через открытый верх цилиндра, образуя вихрь, постоянно уносимый ветром. Этот тип машины был предложен Груманом. Схема показана на рис. 15.5, на котором также представлены основные типы станков с горизонтальной и вертикальной осью.

На рис. 15.6 показаны основные компоненты ветряной турбины с горизонтальной осью и некоторые детали типичного поперечного сечения лопастей.Коробка передач обеспечивает соединение вала ротора с валом генератора. Почти все турбины имеют какой-то контроль рыскания, который позволяет вращаться вокруг оси башни, чтобы выровнять вал ротора по ветру. Некоторые конструкции управляют рысканием пассивно, в то время как другие имеют активный контроль рыскания. В последнем обычно используется зубчатая передача с моторным приводом. Системы активного контроля рыскания также могут использоваться для регулирования выходной мощности. Лопатки современных турбин в основном изготавливаются из композитов, таких как стекловолокно, полиэфирные смолы и углеродные волокна.