Wszystko o turbinach wiatrowych

Aby poprawić warunki życia, ludzkość wykorzystuje wodę i różne minerały. Ostatnio popularne stały się alternatywne źródła energii, zwłaszcza energia wiatrowa. Dzięki tym ostatnim ludzie nauczyli się otrzymywać energię zarówno na potrzeby domowe, jak i przemysłowe.

W związku z tym, że zapotrzebowanie na surowce energetyczne rośnie z dnia na dzień, a zapasy zwykłych nośników energii maleją, korzystanie z alternatywnych źródeł energii z każdym dniem staje się coraz bardziej istotne. W ostatnim czasie naukowcy i konstruktorzy tworzą nowe modele turbin wiatrowych. Zastosowanie najnowszych technologii poprawia właściwości jakościowe jednostek i zmniejsza liczbę negatywnych aspektów w konstrukcjach.

Generator wiatrowy to rodzaj urządzenia technicznego, które zamienia energię kinetyczną wiatru na energię elektryczną.

Generatory wiatrowe są wykorzystywane w różnych miejscach, zwykle na terenach otwartych, gdzie potencjał wiatru jest największy. Stacje alternatywnych źródeł energii są instalowane w górach, na płytkich wodach, wyspach i polach. Nowoczesne instalacje mogą generować energię elektryczną nawet przy niskiej sile wiatru. Dzięki tej możliwości generatory wiatrowe są wykorzystywane do dostarczania energii elektrycznej do obiektów o różnej mocy.

• Stacjonarny farma wiatrowa może dostarczyć energię elektryczną do prywatnego domu lub małego zakładu przemysłowego. W przypadku braku wiatru zapas energii będzie gromadzony, a następnie wykorzystywany z akumulatora.

• Turbiny wiatrowe średniej mocy może być stosowany w gospodarstwach rolnych lub w domach oddalonych od systemów grzewczych. W takim przypadku to źródło energii elektrycznej można wykorzystać do ogrzewania pomieszczeń.

Generator wiatrowy jest zasilany energią wiatru. Projekt tego urządzenia powinien zawierać następujące elementy:

• łopatki turbiny lub śmigło;
• turbina;
• generator elektryczny;
• oś generatora elektrycznego;
• falownik, którego funkcją jest konwersja prądu przemiennego na prąd stały;
• mechanizm obracający ostrza;
• mechanizm obracający turbinę;
• bateria;
• maszt;
• kontroler ruchu obrotowego;
• amortyzator;
• czujnik wiatru;
• trzpień wiatromierza;
• gondola i inne elementy.

Jednostki przemysłowe posiadają szafę zasilającą, ochronę odgromową, mechanizm wychylny, solidną podstawę, urządzenie do gaszenia pożaru oraz telekomunikację.

Za urządzenie, które zamienia energię wiatru w energię elektryczną, uważa się generator wiatrowy. Poprzednikami nowoczesnych jednostek są młyny produkujące mąkę ze zboża. Jednak schemat połączeń i zasada działania generatora praktycznie się nie zmieniły.

1. Dzięki sile wiatru łopaty zaczynają się obracać, których moment obrotowy jest przenoszony na wał generatora.
2. Obrót wirnika wytwarza trójfazowy prąd przemienny.
3. Za pośrednictwem kontrolera do akumulatora przesyłany jest prąd przemienny. Bateria jest niezbędna do stworzenia stabilnej pracy generatora wiatrowego. W przypadku wiatru urządzenie ładuje akumulator.
4. Aby chronić przed huraganem w systemie energetyki wiatrowej, istnieją elementy odwracające koło wiatrowe od wiatru. Dzieje się to poprzez złożenie ogona lub hamowanie koła za pomocą hamulca elektrycznego.
5. Aby naładować baterię, musisz zainstalować kontroler. Funkcje tych ostatnich obejmują śledzenie ładowania akumulatora, aby zapobiec jego awarii. W razie potrzeby urządzenie to może zrzucić nadmiar energii na balast.
6. Baterie mają stałe niskie napięcie, ale powinny docierać do konsumenta z mocą 220 woltów. Z tego powodu falowniki są instalowane w generatorach wiatrowych. Te ostatnie są w stanie przekształcić prąd przemienny w prąd stały, zwiększając wskaźnik mocy do 220 woltów. Jeśli falownik nie jest zainstalowany, konieczne będzie użycie tylko tych urządzeń, które są przystosowane do niskiego napięcia.
7. Przekształcony prąd jest wysyłany do konsumenta w celu zasilania akumulatorów grzewczych, oświetlenia pomieszczeń i urządzeń gospodarstwa domowego.

Klasyfikacja farm wiatrowych opiera się na następujących kryteriach.

1. Liczba ostrzy. Obecnie w sprzedaży można znaleźć wiatrak jednołopatkowy, niskołopatkowy, wielołopatkowy. Im mniej ostrzy ma generator, tym wyższa będzie jego prędkość obrotowa silnika.
2. Wskaźnik mocy znamionowej. Stacje przydomowe generują do 15 kW, półprzemysłowe – do 100, a przemysłowe – ponad 100 kW.
3. Kierunek osi. Turbiny wiatrowe mogą być zarówno pionowe, jak i poziome, każdy typ ma swoje wady i zalety.

Osoby chcące pozyskać alternatywne źródło energii mogą zakupić generator wiatrowy z wirnikiem, kinetycznym, wirowym, żaglowym, ruchomym.

Istnieje również klasyfikacja generatorów wiatrowych według ich lokalizacji. Obecnie istnieją 3 rodzaje jednostek.

1. Ziemski. Takie wiatraki są uważane za najczęstsze, są montowane na wzgórzach, wzniesieniach, wcześniej przygotowanych miejscach. Montaż takich instalacji odbywa się przy użyciu drogiego sprzętu, ponieważ elementy konstrukcyjne muszą być mocowane na dużej wysokości.
2. W nadmorskiej części morza i oceanu budowane są stacje przybrzeżne. Na pracę generatora ma wpływ bryza morska, dzięki której urządzenie obrotowe wytwarza energię przez całą dobę.
3. Na morzu. Turbiny wiatrowe tego typu są instalowane na morzu, zwykle w odległości około 10 metrów od brzegu. Takie urządzenia generują energię ze zwykłego morskiego wiatru. Następnie energia trafia na brzeg specjalnym kablem.

Pionowe turbiny wiatrowe charakteryzują się pionową osią obrotu względem ziemi. To urządzenie z kolei dzieli się na 3 typy.

• Z rotorem Savounis. Struktura zawiera kilka elementów półcylindrycznych. Obrót osi jednostki odbywa się w sposób ciągły i nie zależy od siły i kierunku wiatru. Zaletami tego generatora są wysoki poziom możliwości produkcyjnych, wysokiej jakości moment rozruchowy, a także zdolność do działania nawet przy niewielkiej sile wiatru. Wady urządzenia: niska wydajność pracy ostrzy, konieczność dużej ilości materiałów w procesie produkcyjnym.

• Z rotorem Darrieusa. Na osi obrotu urządzenia znajduje się kilka ostrzy, które razem mają kształt paska.Za zalety generatora uważa się brak konieczności skupienia się na przepływie powietrza, brak utrudnień w procesie produkcyjnym oraz prostą i wygodną konserwację. Wadami jednostki są niska sprawność, krótki cykl remontu i słaby samorozruch.

• Z wirnikiem śrubowym. Generator wiatrowy tego typu jest modyfikacją poprzedniej wersji. Jego zalety tkwią w długim okresie eksploatacji i niskim obciążeniu mechanizmów i jednostek wsporczych. Wadami jednostki są wysoki koszt konstrukcji, trudny i złożony proces wytwarzania ostrzy.

Oś wirnika poziomego w tym urządzeniu jest równoległa do powierzchni ziemi. Są one jednoostrzowe, dwuostrzowe, trzyostrzowe, a także wieloostrzowe, w których liczba ostrzy dochodzi do 50 sztuk. Zaletami tego typu turbin wiatrowych są wysoka sprawność. Wady urządzenia są następujące:

• potrzeba orientacji zgodnie z kierunkiem przepływów powietrza;
• potrzeba instalacji wysokich konstrukcji - im wyższa instalacja, tym mocniejsza będzie;
• potrzeba fundamentu pod późniejszą instalację masztu (przyczynia się to do wzrostu kosztów procesu);
• wysoki poziom hałasu;
• zagrożenie dla przelatujących ptaków.

Generatory łopatkowe mają postać śmigła. W tym przypadku łopatki odbierają energię przepływu powietrza i przetwarzają ją w ruch obrotowy.

Poziome turbiny wiatrowe mają wirniki z łopatami, których może być pewna liczba. Zwykle są ich 3. W zależności od liczby ostrzy moc urządzenia może się zwiększać lub zmniejszać. Wyraźną zaletą tego typu turbiny wiatrowej jest równomierny rozkład obciążeń na łożysku oporowym. Wadą urządzenia jest to, że instalacja takiej konstrukcji wymaga wielu dodatkowych materiałów i kosztów robocizny.

Generatory turbin wiatrowych są obecnie uważane za najbardziej wydajne. Powodem tego jest optymalne połączenie obszarów łopatek z ich konfiguracją. Zaletami konstrukcji bezłopatkowej jest wysoka wydajność, niski poziom hałasu, który jest spowodowany małymi wymiarami urządzenia. Ponadto jednostki te nie zapadają się przy silnym wietrze i nie stanowią zagrożenia dla innych i ptaków.

Wiatrak turbinowy znajduje zastosowanie w miastach i miasteczkach, może służyć do oświetlenia domu prywatnego i letniego domku letniskowego. Taki generator praktycznie nie ma wad.

Główne zalety turbin wiatrowych to:

• bezpieczeństwo środowiska – eksploatacja instalacji nie szkodzi środowisku i żywym organizmom;
• brak złożoności w projekcie;
• łatwość użytkowania i zarządzania;
• niezależność od sieci elektrycznych.

Wśród wad tych urządzeń eksperci wyróżniają:

• wysoki koszt;
• możliwość spłaty dopiero po 5 latach;
• niska wydajność, niska moc;
• potrzeba drogiego sprzętu.

Urządzenia do wytwarzania energii z wiatru mogą mieć różne rozmiary. Ich moc zależy od wielkości koła wiatrowego, wysokości masztu i prędkości wiatru. Największa jednostka ma kolumnę o długości 135 m, a jej średnica wirnika wynosi 127 m. Tym samym jego całkowita wysokość sięga 198 metrów. Duże turbiny wiatrowe o dużych wysokościach i długich łopatach nadają się do dostarczania energii małym przedsiębiorstwom przemysłowym, gospodarstwom rolnym. Bardziej kompaktowe modele można instalować w domu lub w kraju.

Obecnie produkują wiatrak marszowy o średnicy łopat od 0,75 do 60 metrów. Według ekspertów wymiary generatora nie powinny być imponujące, ponieważ mała przenośna instalacja nadaje się do generowania niewielkiej ilości energii. Najmniejszy model jednostki ma 0,4 metra wysokości i waży niecałe 2 kilogramy.

Dziś produkcja turbin wiatrowych ma siedzibę w wielu krajach świata. Na rynku można znaleźć modele i jednostki rosyjskiej produkcji z Chin. Spośród producentów krajowych najpopularniejsze są następujące firmy:

• „Wiatr-Światło”;
• Rkraft;
• SKB Iskra;
• Sapsan-Energia;
• "Energia wiatrowa".

Dużą popularnością cieszą się również zagraniczni producenci agregatów prądotwórczych:

• Goldwind - Chiny;
• Vestas - Dania;
• Gamesa – Hiszpania;
• Suzion - Indie;
• GE Energy - USA;
• Siemens, Enercon - Niemcy.

Warto jednak pamiętać, że korzystanie z takich generatorów wiatrowych oznacza stosowanie kosztownych napraw, a także części zamiennych, których prawie nie można znaleźć w sklepach krajowych. Koszt jednostek wytwórczych energii zwykle zależy od cech konstrukcyjnych, mocy i producenta.

Aby wybrać odpowiedni generator wiatrowy do letniej rezydencji lub domu, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie.

1. Obliczanie mocy zainstalowanych urządzeń elektrycznych, które zostaną podłączone w pomieszczeniu.
2. Moc przyszłej jednostki z uwzględnieniem współczynnika bezpieczeństwa. Ten ostatni nie pozwoli na przeciążenie generatora w sytuacji szczytowej.
3. Klimat terytorium. Opady mają negatywny wpływ na działanie urządzenia.
4. Wydajność sprzętu, która jest uważana za jeden z najważniejszych wskaźników.
5. Wskaźniki hałasu charakteryzujące turbinę wiatrową podczas pracy.

Oprócz wszystkich powyższych, konsument powinien ocenić wszystkie parametry instalacji, a także przeczytać recenzje na jej temat.

Aby zwiększyć efektywność pracy generatora wiatrowego, konieczna będzie zmiana jego możliwości operacyjnych i charakterystyk w pozytywnym kierunku. Po pierwsze warto zwiększyć sprawność czułości wirnika na stosunkowo słaby i niestabilny wiatr.

Jest to rodzaj jednostronnej membrany do przepływu powietrza, która swobodnie przepuszcza wiatr w jednym kierunku. Membrana stanowi nieprzepuszczalną barierę dla ruchu mas powietrza w przeciwnym kierunku.

Innym sposobem na zwiększenie sprawności turbiny wiatrowej jest zastosowanie dyfuzorów lub kołpaków ochronnych, które odcinają przepływ z przeciwległej powierzchni. Każda z opcji ma zarówno zalety, jak i wady. W każdym razie są one jednak bardziej skuteczne niż model tradycyjny.

Generator wiatrowy jest drogi. Jeśli chcesz zainstalować go na swoim terytorium, warto wziąć pod uwagę następujące punkty:

• dostępność odpowiedniego terenu;
• przewaga częstych i silnych wiatrów;
• brak innych alternatywnych źródeł energii.

W przeciwnym razie farma wiatrowa nie przyniesie oczekiwanego rezultatu. Ponieważ zapotrzebowanie na energię alternatywną rośnie z każdym rokiem, a zakup wiatraka jest namacalnym ciosem dla budżetu rodzinnego, możesz spróbować wykonać urządzenie własnymi rękami z późniejszą instalacją. Produkcja turbiny wiatrowej może opierać się na magnesach neodymowych, przekładni, łopatkach i ich braku.

Turbina wiatrowa ma wiele zalet. Dlatego z wielkim pragnieniem i obecnością elementarnych umiejętności projektanta prawie każdy rzemieślnik może zbudować stację do generowania energii elektrycznej na swojej stronie. Za najprostszą wersję urządzenia uważa się turbinę wiatrową o pionowej osi. Ten ostatni nie wymaga podparcia i wysokiego masztu, a procedura montażu charakteryzuje się prostotą i szybkością.

Aby stworzyć generator wiatrowy, będziesz musiał przygotować wszystkie niezbędne elementy i zamocować moduł w wybranym miejscu. W ramach domowego pionowego generatora energii obecność takich elementów jest uważana za obowiązkową:

• wirnik;
• ostrza;
• maszt osiowy;
• stojan;
• bateria;
• falownik;
• kontroler.

Łopaty mogą być wykonane z lekkiego, sprężystego tworzywa sztucznego, ponieważ inne materiały mogą ulec uszkodzeniu i odkształceniu pod wpływem dużych obciążeń. Przede wszystkim należy wyciąć 4 równe części z rur PVC. Następnie musisz wyciąć z puszki kilka półokrągłych fragmentów i przymocować je wzdłuż krawędzi rur. W takim przypadku promień części ostrza powinien wynosić 69 cm, w tym przypadku wysokość ostrza osiągnie 70 cm.

Do montażu układu wirnika należy zabrać 6 magnesów neodymowych, 2 krążki ferrytowe o średnicy 23 cm, klej do klejenia. Magnesy należy umieścić na pierwszym krążku, biorąc pod uwagę kąt 60 stopni i średnicę 16,5 cm Zgodnie z tym samym schematem montuje się drugi krążek, a magnesy wylewa się klejem. W przypadku stojana należy przygotować 9 cewek, z których każda nawija 60 zwojów drutu miedzianego o średnicy 1 mm. Lutowanie należy przeprowadzić w następującej kolejności:

• początek pierwszej cewki z końcem czwartej;
• początek czwartej cewki z końcem siódmej.

Druga faza jest montowana w podobny sposób. Następnie forma wykonana jest z arkusza sklejki, której spód pokryty jest włóknem szklanym. Fazy ​​z lutowanych cewek są montowane na górze. Konstrukcja jest wypełniona klejem i pozostawiona na kilka dni do sklejenia wszystkich części. Następnie możesz zacząć łączyć poszczególne elementy generatora wiatrowego w jedną całość.

Aby zamontować konstrukcję w górnym wirniku należy wykonać 4 otwory na kołki. Dolny wirnik jest zamontowany za pomocą magnesów do góry na wsporniku. Następnie musisz umieścić stojan z otworami wymaganymi do montażu wspornika. Kołki powinny spoczywać na aluminiowej płycie, a następnie przykryć drugim wirnikiem magnesami w dół.

Za pomocą klucza należy obrócić kołki tak, aby wirnik opadał równomiernie i bez szarpnięć. Gdy właściwe miejsce jest zajęte, warto odkręcić kołki i zdjąć aluminiowe blaszki. Pod koniec pracy konstrukcję należy przymocować nakrętkami, a nie mocno dokręcić.

Jako maszt nadaje się mocna metalowa rura o długości od 4 do 5 metrów. Do niego przykręcony jest wstępnie zmontowany generator. Następnie rama z łopatami jest mocowana do generatora, a konstrukcja masztu jest instalowana na przygotowanej wcześniej platformie. Pozycja systemu jest ustalana za pomocą klamry.

Poniższy film zawiera przegląd domowego wiatraka.