Ветровые электростанции принцип работы: ≋ Принцип работы ветрогенератора • Устройство, конструкция ветроэлектростанции

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.

 

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:

Тенсар в ветроэнергетическом комплексе| Tensar

Ветряные электростанции

В силу своей специфики наземные ветряные электростанции, как правило, располагаются в удаленных районах с неблагоприятными грунтовыми условиями, предполагают устройство подъездных дорог и площадок для установки ветрогенераторов. Для установки шельфовых ветрогенераторов требуются плацдармы, зачастую располагающиеся на илах прибрежной зоны. Георешетки Тенсар эффективны при строительстве подъездных дорог, внутренней инфраструктуры и рабочих платформ, так же они снижают уровень воздействия строительства на окружающую среду.

Надежные подъездные пути и рабочие платформы

Сегодня к проектам, предполагающим строительство дорог и рабочих платформ на слабых и неоднородных грунтах, предъявляются повышенные экономические и экологические требования. Такие дороги необходимы как на этапе строительства ветровых электростанций, так и на последующих этапах обслуживания и демонтажа ветрогенераторов. Экскавация органического материала, например, торфа зачастую является очень длительным и дорогостоящим мероприятием, оказывающим вредное воздействие на окружающую среду. Технология Тенсар представляет собой высокоэффективное альтернативное решение. Георешетка Тенсар TriAx^{® механически стабилизирует несвязанные слои грунта в основании дорожного покрытия и площадок, подверженных высоким нагрузкам. Благодаря эффекту заклинивания частиц инертного заполнителя в отверстиях георешетки создается качественно иной слой-композит «Георешетка+Заполитель» с улучшенными прочностными характеристиками. Механическая стабилизация с применением георешетки Тенсар TriAx® позволяет значительно сократить расходы и, одновременно, повысить несущую способность подстилающего и конструктивного слоев.}

Платформы для повышенных нагрузок

При монтаже ветровых турбин сложность представляет разгрузка и установка тяжелых компонентов турбин. Благодаря уникальным свойствам равномерно распределять нагрузку Механически Стабилизированный Слой Тенсар TriAx^® повышает несущую способность рабочей платформы, предназначенной для тяжелых турбин, кранов и установок для забивки свай. При этом за счет сохранения природных материалов наносится меньший вред окружающей среде. Строительство ведется быстрыми темпами и со значительной экономией средств (по сравнению с неармированной конструкцией).

Платформы для плавучих электростанций

Монтаж плавучих ветровых электростанций зачастую требует серьезной подготовительной работы по сооружению надежных рабочих платформ на побережье для доставки и сборки тяжелого оборудования. Платформы нередко собираются на слабых грунтах, где в целях повышения безопасности работ по монтажу необходимо увеличить несущую способность грунта. Технология Тенсар представляет собой эффективное, проверенное на практике решение для преодоления подобных проблем.

Временные платформы

Строительство армогрунтовых конструкций при монтаже ветровых турбин должно быть эффективным, экономически оправданным, с возможностью использовать местные материалы в качестве заполнителя. Для подобных проектов применяется система Тенсар TR2, так как данная технология не требует устройства опалубки после засыпки георешетки грунтом и облицовки фасада конструкции металлической сеткой. Технология позволяет возводить армогрунтовые стены высотой до 18 метров и значительно экономить средства по сравнению с традиционными методами строительства. Подпорная стенка может иметь любой угол от 70° до 90°.

Типы ветряных электростанций. Наземные,прибрежные и шельфовые ветрогенераторы

Ветряная электростанция — группа ветрогенераторов, которые объединены для того чтобы обеспечивать определенный регион электроэнергией. Ветрогенератор — устройство что получает электроэнергию из ветра. Ветряные электростанции могут иметь в своем составе до 100 ветрогенераторов. Если количество ветрогенераторов превышает сотню то такие ветряные электростанции называют ветряными фермами.

Типы ветряных электростанций

Наземная ВЭУ

Самый распространенный в настоящее время тип ветряных электростанций. Для установления ветрогенератор подыскиваются места на холмах и высотах. Для того чтобы установить промышленный ветрогенератор необходим подготовленную площадку. Также нужно получить разрешения от регулирующих органов на их будивнитство.

Для строительства необходима дорогостоящая к строительной площадке, тяжелая подъемная техника с выносом стрелы более 50 метров, поскольку гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров. Все ветрогенераторы электростанции соединяются кабелем и составляют единую систему.

Прибрежная ВЭС

Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом расстоянии от берега моря или океана. А система эта работает так — на побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагревом поверхности суши и водоема. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с побережья, остывшее, к водоему.

Такая технология позволяет получать электроэнергию круглосуточно не боясь при этом, что источник энергии может перестать поставлять эту энергию до потребителя.

Шельфовая ВЭУ

Шельфовые ветряные электростанции строят в море за 10 — 12 километров от берега, что позволяет не использовать землю на суше, и с помощью регулярных морских ветров бесперебойно обеспечивать электроэнергией электростанции.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты с сваи, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передается на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции являются на порядок дороже своих аналогов на суше, потому что для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Соленая морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора складае82, 4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещен балласт (гравий и камни).

При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закрепленными на дне. Электроэнергия передается на берег по подводному кабелю. Такие ветрогенераторы являются очень дорогими но их цена себя полностью оправдывает. Их преимущество в том, что их можно устанавливать в тех местах, где ветры дуют с достаточно большой силой, а глубина океана или моря не позволяет устанавливать все другие ветрогенераторов.

Ветряные электростанции являются экологическими так как причиняют вред окружающей среде и могут составить большую конкуренцию всем остальным типам энегрии.

Понравилось это:

Нравится Загрузка. ..

Похожее

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..

Устройство ветрогенератора, принцип работы ветровой турбины

Устроиство ветрогенератора

1. Лопасти турбины.
2. Ротор.
3. Направление вращения лопастей.
4. Демпфер.
5. Ведущая ось.
6. Механизм вращения лопастей.
7. Электрогенератор.
8. Контроллер вращения.
9. Анемоскоп и датчик ветра .
10. Хвостовик Анемоскопа.
11. Гондола.
12. Ось электрогенератора.
13. Механизм вращения турбины.
14. Двигатель вращения.
15. Мачта.

Ветровые электростанции

Одним из перспективных направлений развития возобновляемой энергетики является ветроэнергетика. Использование энергии ветра не только помогает решить многие проблемы энергоснабжения удаленных объектов и загородных домов и получить независимость от местных энергоснабжающих организаций.

Поставив на своём участке хотя бы небольшой ветрогенератор вместо дизель- или бензоэлектростанции, вы внесете свой вклад в дело сохранения природы, сокращения выбросов вредных и парниковых газов и предотвращения изменения климата.

Даже если вы подключены к сети централизованного электроснабжения, использование энергии ветра для ваших нужд тоже будет полезно природе, потому что сети получают электроэнергию сжигая уголь, мазут или газ, или даже на атомных станциях.

Для небольшого загородного дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно ветроустановки (ВЭС) мощностью:

• Около 500 Вт для покрытия базовых потребностей в электроэнергии — освещение, телевизор, связь, радио, другая маломощная нагузка;
• От 1,5 до 5 кВт для электроснабжения почти полностью потребителей в типом загородном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т. п. В периоды сильного и продолжительного ветра излишки вырабатываемой электроэнергии могут использоваться для отопления помещений.

В настоящее время мы предлагаем следующие ветроэлектрические установки:

• Маломощная ВЭС мощностью 200-600 Вт для дачных участков;
• ВЭС мощностью 1000 — 10000 Вт для котеджей, частных домов;
• ВЭС мощностью 10 кВт — 100 Вт для промышленного использования;
• Ветросолнечная гибдридная установка.

Вы можете заказать ветроэлектрические установки для включения в состав системы электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии в нашей компании.

В состав Вашей системы также будет необходимо включить аккумуляторные батареи и, если Вы планируете подключать нагрузку переменного тока, инвертор ы). Также очень рекомендуется использовать в системах электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии энергоэффективную нагрузку.

Принцип работы автономных ветряков

Автономные ветрогенераторы состоят из генератора, хвостовика, мачты, контроллера, инвертора и аккумуляторной батареи. У классических ветровых установок – 3 лопасти, закреплённых на роторе. Вращаясь ротор генератора создаёт трёхфазный переменный ток, который передаётся на контроллер, далее ток преобразуется в постоянное напряжение и подаётся на аккумуляторную батарею. Ток проходя по аккумуляторам одновременно и подзаряжает их и использует АКБ как проводники электричества. Далее ток подаётся на инвертор, где приводиться в наши привычные показатели: переменный однофазный ток 220В, 50 Гц. Если потребление небольшое то сгенерированного электричества хватает для электроприборов и освещения, если тока с ветряка мало и не хватает — то недостаток покрывается за счёт аккумуляторов. Такой же принцип в автомобилях: когда мы едем, генератор в машине заряжает аккумуляторы и снабжает электричеством все приборы в машине, когда машина останавливается, то аккумулированный ток идёт из АКБ. Ничего сверхсложного в ветряках нет, в них используются все те изобретения которые мы постоянно используем каждый день, не подозревая об этом.

Ветрогенераторы современных конструкций позволяют использовать экономически эффективно энергию ветра. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть» но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности.

Компания ALTAL GRUP осуществляет весь спектр работ по осуществлению ветроэнергетических проектов.

Сила ветра в баллах по шкале Бофорта и морское волнение

Баллы	Словесное обозначение силы ветра	Скорость ветра, м/с	Скорость ветра км/ч	Действие ветра
на суше	на море (баллы, волнение, характеристика, высота и длина волны)
0	Штиль	0-0,2	Менее 1	Полное отсутствие ветра. Дым поднимается вертикально, листья деревьев неподвижны.	0. Волнение отсутствует Зеркально гладкое море
1	Тихий	0,3-1,5	2-5	Дым отклоняется от вертикального направления, листья деревьев неподвижны	1. Слабое волнение. На море лёгкая рябь, пены на гребнях нет. Высота волн 0,1 м, длина — 0,3м.
2	Легкий	1,6-3,3	6-11	Ветер чувствуется лицом, листья временами слабо шелестят, флюгер начинает двигаться,	2. Слабое волнение Гребни не опрокидываются и кажутся стекловидными. На море короткие волны высотой 0,3 м. и длиной — 1-2м.
3	Слабый	3,4-5,4	12-19	Листья и тонкие ветки деревьев с листвой непрерывно колеблются, колышутся лёгкие флаги. Дым как бы слизывается с верхушки трубы (при скорости более 4 м/сек).	3. Легкое волнение Короткие, хорошо выраженные волны. Гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену, изредка образуются маленькие белые барашки. Средняя высота волн 0,6-1 м, длина — 6м.
4	Умеренный	5,5-7,9	20-28	Ветер поднимает пыль, бумажки. Качаются тонкие ветви деревьев и без листвы. Дым перемешивается в воздухе, теряя форму. Это лучший ветер для работы ветродвигателя	4.Умеренное волнение Волны удлинённые, белые барашки видны во многих местах. Высота волн 1-1,5 м, длина — 15 м
5	Свежий	8,0-10,7	29-38	Качаются ветки и тонкие стволы деревьев, ветер чувствуется рукой. Вытягивает большие флаги. Свистит в ушах.	4.Неспокойное море Хорошо развитые в длину, но не очень крупные волны, повсюду видны белые барашки (в отдельных случаях образуются брызги). Высота волн 1,5-2 м, длина — 30 м
6	Сильный	10,8-13,8	39-49	Качаются толстые сучья деревьев, тонкие деревья гнутся, гудят телеграфные провода, зонтики используются с трудом	5.Крупное волнение Начинают образовываться крупные волны. Белые пенистые гребни занимают значительные площади. Образуется водяная пыль. Высота волн — 2-3 м, длина — 50 м
7	Крепкий	13,9-17,1	50-61	Качаются стволы деревьев, гнутся большие ветки, трудно идти против ветра.	6.Сильное волнение Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру. Высота волн до 3-5 м, длина — 70 м
8	Очень крепкий	17,2-20,7	62-74	Ломаются тонкие и сухие сучья деревьев, говорить на ветру нельзя, идти против ветра очень трудно.	7. Очень сильное волнение Умеренно высокие, длинные волны. По краям гребней начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра. Высота волн 5-7 м, длина — 100 м
9	Шторм	20,8-24,4	75-88	Гнутся большие деревья, ломает большие ветки. Ветер срывает черепицу с крыш	8.Очень сильное волнение Высокие волны. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Гребни волн начинают опрокидываться и рассыпаться в брызги, которые ухудшают видимость. Высота волн — 7-8 м, длина — 150 м
10	Сильный шторм	24,5-28,4	89-102	На суше бывает редко. Значительные разрушения строений, ветер валит деревья и вырывает их с корнем	8.Очень сильное волнение Очень высокие волны с длинными загибающимися вниз гребнями. Образующаяся пена выдувается ветром большими хлопьями в виде густых белых полос. Поверхность моря белая от пены. Сильный грохот волн подобен ударам. Видимость плохая. Высота — 8-11 м, длина — 200 м
11	Жестокий шторм	28,5-32,6	103-117	Наблюдается очень редко. Сопровождается большими разрушениями на значительных пространствах.	9. Исключительно высокие волны. Суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Море всё покрыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися по ветру. Края волн повсюду сдуваются в пену. Видимость плохая. Высота — 11м, длина 250м
12	Ураган	>32,6	Более 117	Опустошительные разрушения. Отдельные порывы ветра достигают скорости 50—60 м/сек. Ураган может случиться перед сильной грозой	9. Исключительное волнение Воздух наполнен пеной и брызгами. Море всё покрыто полосами пены. Очень плохая видимость. Высота волн >11м, длина — 300м.

Схемы работы ветрогенератора

Приводим всего лишь некоторые примеры схем работы ветрогенераторных систем с потребителем. В каждом случае составляется индивидуальный проект, который способен решить поставленную перед нами задачу.

Автономное обеспечение объекта(с аккумуляторами).Объект питается только от ветроэнергетической установки

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.

АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потери питания от электросети.

Крадущие ветер: история ветряных электростанций | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

Еще совсем недавно эти сооружения, похожие на увеличенные в сотни раз детские игрушки-вертушки, пользовались популярностью разве что у фанатичных «зеленых», которые готовы были буквально собирать их из старых стиральных машин. Большинство же жителей Германии относились к «мельницам» прохладно. Путь ветряной энергетики вовсе не был усеян розами.

Ветер, ветер, ты могуч…

Мельницы были непременной частью немецкого пейзажа

Если верить данным газеты Die Zeit о том, что в 1882 году в Германии работало почти 20 тысяч ветряных мельниц, понимаешь, что вертящиеся лопасти были непременной частью немецкого пейзажа. Мельниц в Германии XIX века было куда больше, нежели сегодня заправок. А уже в 1925 году около семи тысяч фермерских хозяйств в Германии использовали энергию ветра для подачи воды, работы сельскохозяйственных машин и — уже тогда — выработки электроэнергии.

Впрочем, скоро маленькие ветрогенераторы покинули «пароход истории»: сначала их вытеснили угольные электростанции, потом по ним, словно танк, проехались атомные электростанции, увлеченность которыми с середины прошлого века была всеобщей. Мельницы лет на 60 — 70 из Германии исчезли. Вроде бы не такой уж и срок, но когда в стране начали строить ветрогенераторы, немцы смотрели на них как на пришельцев из космоса. Конечно, серые обтекаемые гиганты не слишком похожи на уютные деревянные мельницы из прошлого, но и им трудно отказать в определенном изяществе.

Колосс на глиняных ногах

Для истории немецких ветрогенераторов показательна история проекта Growian. В семидесятые годы немцы решили построить самую большую в мире ветряную электростанцию с лопастями по 50 метров длиной. Дело не заладилось сразу. Энергетические концерны, участвовавшие в финансировании, не скрывали своего скепсиса, мол, мы даем деньги, дабы доказать, что идея провальная и у атомной энергетики нет альтернатив.

О том, что затея была обречена, говорит и тот факт, что инженеры, проектировавшие гиганта, не были знакомы даже с базовыми принципами работы мельниц. Специально для них была за немалые деньги куплена старинная ветряная мельница — в качестве наглядного пособия.

Многострадальный Growian

Результат был закономерен: построенная в 1983 году гигантская ветряная электростанция проработала в общей сложности менее 15 суток, постоянно нуждалась в ремонте и была в итоге снесена через пять лет. Одна из ее лопастей ныне бесславно служит вывеской музея техники в провинциальном Зинсхайме. А вот соседи немцев, датчане, сделавшие ставку на небольшие «мельницы», рассчитать и построить которые легче, добились успеха и стали пионерами в области ветряной энергетики.

«Они крадут ветер»

Как уже говорилось, в перспективах ветрогенераторов сомневались не одни только эксперты-энергетики. И жители Германии, успевшие отвыкнуть от мельниц, считали, что те уродуют типично немецкий пейзаж с долинами и пологими холмами.

Никто не желал, чтобы возле его дома, словно зубочистки, торчали ветряные электростанции. Они уродливы, шумят, ослепляют, отбрасывают «моргающую тень» и сбивают лопастями птиц, утверждали скептики. Провинциальные бюрократы раз за разом отказывали в выдаче разрешений на строительство новых «мельниц» под самыми абсурдными предлогами. В частности, сохранилось заключение властей одной из общин о том, что ветряные электростанции, возможно, будут «красть ветер у соседей».

Человек всегда стремился покорить ветер

Не случайно берлинский политолог Ханс-Йоахим Менгель (Hans-Joachim Mengel) заявил, что со времен Тридцатилетней войны ничто так сильно не разрушало Германию, как ветряные электростанции.

А из нашего окна…

За последние два десятилетия, как показывают опросы, эстетический идеал немцев изменился. Они привыкли к своим «мельницам». Какой будет Германия через 20 лет? Одно можно сказать однозначно: она будет вновь, как и в девятнадцатом веке, покрыта «мельницами». Институт Фраунгофера представил исследование: чтобы удовлетворить 65 процентов потребности страны в энергии, ветряными электростанциями следует покрыть два процента территории Германии. Семь тысяч квадратных километров — громадная цифра. И это значит, что в некоторых регионах ветрогенераторы будут видны едва ли не из каждого окна.

Об истории каких проектов вам хотелось бы узнать подробнее? Наш адрес: [email protected]

Как работает ветряная турбина

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

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

Что такое ветряная турбина?

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

Как работает ветряная турбина?

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

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

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

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

Еще одним ключевым компонентом является контроллер турбины, который удерживает скорость ротора от более 55 миль в час, чтобы избежать повреждения сильным ветром. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивный рисунок выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

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

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

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

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

Применение ветряных турбин

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

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

Будущее ветряных турбин

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

Ветряные турбины предоставляют уникальную возможность использовать энергию в тех регионах, где население нашей страны нуждается в ней больше всего. Это включает в себя потенциал оффшорного ветра для обеспечения энергией населенных пунктов вблизи береговой линии и способность наземного ветра доставлять электроэнергию в сельские общины с небольшим количеством других местных источников энергии с низким содержанием углерода.

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

Как работают ветряные турбины?

Вы здесь

Ветровые турбины работают по простому принципу: вместо того, чтобы использовать электричество для выработки ветра, как вентилятор, ветровые турбины используют ветер для производства электроэнергии. Ветер вращает похожие на пропеллер лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор, который вырабатывает электричество.

Ветер — это форма солнечной энергии, вызванная сочетанием трех одновременных событий:

1. Солнце неравномерно нагревает атмосферу
2. Неровности земной поверхности
3. Вращение Земли.

Характер и скорость ветровых потоков сильно различаются по территории Соединенных Штатов и зависят от водоемов, растительности и различий в рельефе местности. Люди используют этот поток ветра или энергию движения для многих целей: для плавания, запуска воздушного змея и даже для выработки электроэнергии.

Термины «энергия ветра» и «энергия ветра» описывают процесс, посредством которого ветер используется для выработки механической энергии или электричества. Эту механическую мощность можно использовать для определенных задач (например, измельчения зерна или перекачивания воды), или генератор может преобразовать эту механическую мощность в электричество.

Ветряная турбина преобразует энергию ветра в электричество, используя аэродинамическую силу от лопастей ротора, которые работают как крыло самолета или лопасти винта вертолета. Когда ветер проходит через лезвие, давление воздуха с одной стороны лезвия уменьшается. Разница в давлении воздуха на двух сторонах лопасти создает подъемную силу и сопротивление. Сила подъемной силы сильнее сопротивления, и это заставляет ротор вращаться. Ротор подключается к генератору либо напрямую (если это турбина с прямым приводом), либо через вал и ряд шестерен (редуктор), которые ускоряют вращение и позволяют использовать генератор меньшего размера. Этот перевод аэродинамической силы во вращение генератора создает электричество.

Типы ветряных турбин

Большинство ветряных турбин делятся на два основных типа:

Деннис Шредер | NREL 25897

Ветровые турбины с горизонтальной осью — это то, что многие люди представляют, когда думают о ветряных турбинах.

Чаще всего они имеют три лопасти и работают «против ветра», при этом турбина поворачивается в верхней части башни так, чтобы лопасти были обращены против ветра.

Вертикально-осевые ветряные турбины выпускаются в нескольких вариантах, включая модель Дарье в стиле взбивания яиц, названную в честь ее французского изобретателя.

Эти турбины являются всенаправленными, что означает, что для работы их не нужно настраивать так, чтобы они были направлены против ветра.

Ветровые турбины могут быть построены на суше или на море в больших водоемах, таких как океаны и озера. В настоящее время Министерство энергетики США финансирует проекты по развитию морских ветроэнергетических установок в США.С. вод.

Применение ветряных турбин

Современные ветряные турбины можно разделить на категории по месту их установки и способу подключения к сети:

Наземные ветряные турбины имеют размеры от 100 киловатт до нескольких мегаватт.

Более крупные ветряные турбины более рентабельны и объединены в ветряные электростанции, которые обеспечивают большую мощность в электросети.

Деннис Шредер | NREL 40484

Морские ветряные турбины обычно массивнее и выше Статуи Свободы.

У них нет таких же проблем с транспортировкой, как у наземных ветряных установок, так как крупные компоненты можно транспортировать на кораблях, а не по дорогам.

Эти турбины способны улавливать мощные океанские ветры и генерировать огромное количество энергии.

Когда ветряные турбины любого размера устанавливаются со стороны «потребителя» электросчетчика или устанавливаются в месте или рядом с местом, где будет использоваться производимая ими энергия, их называют «распределенным ветром».

Многие турбины, используемые в распределенных приложениях, являются небольшими ветряными турбинами. Одиночные небольшие ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт обычно используются в жилых, сельскохозяйственных и небольших коммерческих и промышленных целях.

Небольшие турбины могут использоваться в гибридных энергетических системах с другими распределенными энергоресурсами, такими как микросети с питанием от дизельных генераторов, батарей и фотоэлектрических элементов.

Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных автономных местах (где подключение к коммунальной сети недоступно) и становятся все более распространенными в приложениях, подключенных к сети, для обеспечения отказоустойчивости.

Узнайте больше о распределенном ветре из Distributed Wind Animation или прочтите о том, что Office Wind Energy Technologies делает для поддержки развертывания распределенных ветровых систем для домов, предприятий, ферм и местных ветровых проектов.

В этом видеоролике освещаются основные принципы работы ветряных турбин и показано, как работают различные компоненты для улавливания и преобразования энергии ветра в электричество.См. Текстовую версию. История ветроэнергетики США

На протяжении истории использование энергии ветра увеличивалось и уменьшалось, от использования ветряных мельниц в прошлые века до высокотехнологичных ветряных турбин на ветряных фермах и т. Д.

Узнать больше

Узнайте больше о ветровой энергии, посетив веб-страницу офиса Wind Energy Technologies Office или просмотрев информацию о финансируемых офисом мероприятиях.

Подпишитесь на информационный бюллетень WETO

Будьте в курсе последних новостей, событий и обновлений ветроэнергетики.

Принцип работы ветряной турбины

Как работает ветряная турбина?

Существует воздушная турбина больших лопастей, прикрепленных на верхней части опорной башни достаточной высоты.Когда ветер дует на лопасти турбины, турбина вращается за счет конструкции и центровки лопаток ротора. Вал турбины соединен с электрогенератором. Выходной сигнал генератора собирается через электрические кабели.

Работа ветряной турбины

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

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

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

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

Принцип работы ветряной турбины — Usimeca

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

Сила ветра пропорциональна:

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

Формула, используемая для расчета мощности ветра, показана ниже:

P = ½.ρ.A.V ³

где, P — мощность в ваттах (Вт)

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

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

Ветер в ваттах

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

P _M = ½.Cp.ρ.A.V ³

где,

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

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

P _A = 0.2 А В ³

где,

P _A — средняя выходная мощность в ваттах за год
V — средняя годовая скорость ветра в м / с

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

Принцип работы ветряной электростанции

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

Энергия ветра — это косвенная форма солнечной энергии, так как ветер создается в основном за счет неравномерного нагрева земной коры солнцем. Кинетическую энергию ветра можно использовать для производства с помощью ветряной турбины.

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

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

Общая ветровая энергия, P _t = (ρAC _i ³ ) / 2

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

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

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

Ветрогенератор с горизонтальной осью

Ветрогенераторы с горизонтальной осью успешно используются во всем мире. Основные компоненты винтового ветрогенератора показаны на рисунке.

• Обычно он имеет два из трех лезвий, изготовленных из пластика, армированного стекловолокном высокой плотности. Диаметр ротора от 2 до 25 м. Современные роторы могут иметь диаметр до 100 м. Лопасти ротора собраны на ступице.
• Ступица, тормоза, коробка передач, генератор с электрическим управлением размещены в коробке под названием гондола .
• Электромагнитные тормоза предназначены для автоматического торможения, если скорость ветра превышает расчетную.
• Вся система установлена ​​на верхней части башни. Он предназначен для выдерживания ветровых нагрузок во время штормов.
• Механизм управления рысканием также предусмотрен для регулировки гондолы вокруг вертикальной оси, чтобы она была обращена ветром. Сервомеханизм, управляемый датчиком направления ветра, управляет гондолой таким образом, чтобы лопасти турбины всегда были ориентированы в направлении, перпендикулярном ветру, чтобы иметь максимальную площадь ветрового потока.
• Шаг лезвия (от 0 ^o до 30 ^o ) регулируется автоматически для обеспечения флюгирования. Таким образом, мощность и скорость вала ветряной турбины регулируются в соответствии со скоростью генератора и его электрической мощностью. Механизм управления высотой звука регулирует высоту звука для достижения оптимальной производительности.
• Энергия ветра преобразуется в механическую с помощью аэротурбины. Эта механическая мощность передается через шестерни на генератор, чтобы увеличить его скорость.Поскольку частота вращения ротора низкая, необходима зубчатая передача, чтобы соответствовать синхронной скорости генератора.
• Из-за колебаний скорости ветра невозможно получить питание фиксированной частоты от ветряных мельниц. Чтобы решить эту проблему, выход 3-фазного генератора выпрямляется и преобразуется в переменный ток с помощью инвертора с ШИМ, работающего на частоте 50 или 60 Гц.

Выбор места для ветряной электростанции

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

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

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

Ветряная электростанция Преимущества и недостатки

Преимущества

• Это бесплатный и неисчерпаемый источник энергии.
• Это чистый и не загрязняющий окружающую среду источник энергии.
• Имеет низкие эксплуатационные расходы.
• Он имеет низкую стоимость выработки электроэнергии (около 2,25 рупий / кВтч).

Недостатки

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

Спасибо, что прочитали о принципе работы ветряной электростанции .

Электростанции | Все сообщения

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

Как работает ветряная электростанция? — Полное объяснение

Введение

Энергия ветра — это возобновляемый источник энергии, доступный в изобилии по всему миру.Таким образом, ветряные турбины спроектированы для наилучшего использования этого природного ресурса. Ветряная турбина может работать при скорости ветра от 15 до 90 км / час и широко используется во всем мире. Ветряные электростанции используются для выработки электроэнергии в районах с сильным ветром с помощью ветряных турбин.

Что создает ветер?

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

Что такое ветряная электростанция?

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

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

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

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

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

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

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

Также читают:

Принцип ветряной турбины

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

Основные части ветряной турбины

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

1. Гондола —

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

2. Коробка передач-

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

3. Тормоза —

Тормоза используются, когда ветер дует выше критического уровня на ту же турбину от повреждения.Тормоза устанавливаются сразу за коробкой передач.

4. Генератор-

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

5. Башня —

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

6. Платформа рыскания —

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

Также читают:

Работа ветряной электростанции

Лопасти ветряка работают как крыловой профиль разного сечения по всей длине.Когда жидкость (воздух) движется по этому профилю, она создает подъемную силу, заставляя лопасть вращаться вокруг своей оси. Генератор также соединен с ротором, вал начинает вращаться и вырабатывает электричество.

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

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

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

Для лучшего объяснения посмотрите видео, приведенное ниже:

Преимущества

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

Недостатки

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

Приложения

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

Принцип работы ветряной турбины — MA.FRA. Gestioni

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

Сила ветра пропорциональна:

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

Формула, используемая для расчета мощности ветра, показана ниже:

P = ½.ρ.A.V ³

где, P — мощность в ваттах (Вт)

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

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

Ветер в ваттах

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

P _M = ½.Cp.ρ.A.V ³

где,

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

Также стоит иметь в виду, что ветряная машина будет работать с максимальной эффективностью только часть времени, в течение которого она работает, из-за колебаний скорости ветра.