Větrný generátor: účel a použití

Pro začátek se shodneme, že když mluvíme o větrných turbínách, máme na mysli tu část větrné elektrárny (APU), která přeměňuje větrnou energii na energii rotačního pohybu. Větrná turbína je poháněna větrem, je přímo nebo prostřednictvím nějakého převodového mechanismu spojena s hřídelí, jejíž rotace pohání zařízení, které vykonává užitečnou práci (například generátor nebo vodní čerpadlo). Často se větrná turbína nazývá rotor nebo větrná turbína.

V tomto článku budeme hovořit o hlavních typech větrných turbín. Pro amatéra, který se s větrnou energií setkal poprvé, není snadné vybrat si z mnoha typů takových instalací správně.

Kompas dle výběru

Nejprve musíte jasně vědět, co potřebujete, jaký požadovaný výkon od vaší instalace očekáváte, jaké jsou povětrnostní podmínky v oblasti, a koneckonců přistoupit k podrobnému seznámení s jedním nebo druhým typem větrného mlýna. A různé typy větrných turbín produkují zcela odlišné výsledky své práce. V této publikaci se dozvíte, jaké typy větrných elektráren dnes existují a není pro vás těžké se po jejich seznámení správně rozhodnout.

Pro skromné ​​choutky je vhodnou volbou tzv. ortogonální větrný generátor, který lze použít v oblastech, kde je velmi slabý vánek. Má několik lopatek rovnoběžných s osou, umístěných v určité vzdálenosti od ní. (viz foto).

Takže větrné generátory se svým vzhledem liší v:

  • počet čepelí
  • materiály, ze kterých jsou čepele vyrobeny,
  • umístění osy rotace k povrchu Země,
  • rozteč šroubu.

Podle počtu čepelí jsou jedno-dvě-tři a vícečepelové. Posledně jmenované začínají svou rotaci při sebemenším pohybu vzduchu, ale jsou použitelné pouze pro takové účely, kde je důležitá samotná skutečnost rotace, a ne vyrobená elektřina. To znamená, že jsou nepostradatelné, řekněme, při čerpání vody z hlubokých vrtů.

Podle materiálů, ze kterých jsou lopatky vyrobeny, se rozlišují tuhé a plachtové větrné turbíny. Plachetnice jsou mnohem levnější než pevné lodě vyrobené ze sklolaminátu nebo kovu, ale během provozu můžete být mučeni, abyste je opravili.

Podle umístění osy rotace k povrchu půdy se rozlišují horizontální a vertikální větrné turbíny. Jejich rozdíly jsou tak jemné, že za různých podmínek mění místa ve své nadřazenosti. Se svislou osou větrné mlýny okamžitě zachytí sebemenší závan vánku, nevyžadují korouhvičku, ale jsou méně výkonné než horizontální.

Podle stoupání vrtule se větrné turbíny dodávají s proměnným a pevným stoupáním. Variabilní rozteč bezpochyby umožňuje zvýšit rychlost otáčení, ale jaký design! Je komplikovaný, zvyšuje hmotnost větrného mlýna, to znamená, že bude vyžadovat nevyčíslitelné dodatečné náklady. Mnohem jednodušší a spolehlivější pevný krok.
To je v kostce váš kompas, abyste se ve svých volbách neztratili.

Je také nutné uvést seznam některých termínů a zkratek, které se budou v budoucnu používat.

  • KYJEV – faktor využití větrné energie. Pokud se pro výpočet použije mechanický model plochého větru (viz níže), rovná se účinnosti rotoru větrné elektrárny (APU).
  • Efficiency – end-to-end účinnost APU, od dopadajícího větru na svorky elektrického generátoru, nebo na množství vody načerpané do nádrže.
  • Minimální provozní rychlost větru (MPS) je rychlost, při které větrný mlýn začne dodávat proud do zátěže.
  • Maximální přípustná rychlost větru (MPS) je rychlost, při které se zastaví výroba energie: automatizace buď vypne generátor, nebo vloží rotor do korouhvičky, nebo jej složí a skryje, nebo se rotor sám zastaví nebo APU prostě se zhroutí.
  • Startovací rychlost větru (CWS) – při této rychlosti je rotor schopen se bez zatížení otočit, roztočit a vstoupit do provozního režimu, po kterém lze zapnout generátor.
  • Záporná startovací rychlost (OSS) – to znamená, že APU (neboli větrná turbína – větrná elektrárna, nebo WEA, větrná elektrárna) vyžaduje pro start při jakékoli rychlosti větru povinné roztočení z externího zdroje energie.
  • Startovací (počáteční) moment – schopnost rotoru, násilně zpomaleného v proudu vzduchu, vytvářet krouticí moment na hřídeli.
  • Větrná turbína (VD) – část APU od rotoru po hřídel generátoru nebo čerpadla, případně jiného spotřebiče energie.
  • Rotační větrný generátor – APU, ve kterém se větrná energie přeměňuje na točivý moment na vývodovém hřídeli otáčením rotoru v proudu vzduchu.
  • Rozsah provozních otáček rotoru je rozdíl mezi MDS a MRS při provozu při jmenovitém zatížení.
  • Pomaloběžný větrný mlýn – v něm lineární rychlost částí rotoru v proudění výrazně nepřekračuje rychlost větru ani pod ní. Dynamická výška proudu je přímo přeměněna na přítlak lopatky.
  • Vysokorychlostní větrný mlýn – lineární rychlost lopatek je výrazně (až 20 a vícekrát) vyšší než rychlost větru a rotor si vytváří vlastní cirkulaci vzduchu. Cyklus přeměny energie proudění na tah je složitý.
READ
Fouká z okna - nasadili jsme správné těsnění

Dva druhy, dva rivalové

Jak již bylo uvedeno, v prodeji jsou dva typy větrných turbín (podle umístění rotačního hřídele k povrchu země) – horizontální a vertikální. Nejprve si povíme něco o vertikálním.

Větrné elektrárny (VPU) s vertikální osou otáčení mají pro každodenní život nepopiratelnou výhodu: jejich uzly vyžadující údržbu jsou soustředěny dole a není třeba je zvedat. Zůstává, a i když ne vždy, samonaklápěcí axiální ložisko, ale je pevné a odolné. Proto při navrhování jednoduchého větrného generátoru musí výběr možností začínat vertikálami.

Savonius rotor

Na první pozici – nejjednodušší, nejčastěji nazývaný Savonius rotor.

Začátkem října 1924 získali ruští vynálezci bratři Ya. A. a A. A. Voronin sovětský patent na příčnou rotační turbínu, v následujícím roce finský průmyslník Sigurd Savonius zorganizoval hromadnou výrobu takových turbín. Pro nás zůstala sláva vynálezce této novinky.

Voronin-Savonius rotor, nebo zkráceně BC, jsou minimálně dva půlválce na vertikální ose rotace (viz foto). A bez ohledu na směr větru, bez ohledu na to, jak prudce mění své impulsy, takový větrný mlýn se bude tiše otáčet kolem své osy a generovat energii. To je jediná a hlavní výhoda vertikálního větrného mlýna oproti horizontálnímu.

A jeho hlavní nevýhodou je nízké využití větrné energie. Vysvětluje se to tím, že lopatky půlválce pracují pouze na čtvrtinu otáčky a zbytek kruhu otáčení jakoby svým pohybem zpomalují rychlost otáčení. Výpočty ukázaly, že v tomto případě je využita pouze třetina větrné energie.

Poznámka: dvoučepelový BC se netočí, ale trhá; 4-čepel je jen o málo hladší, ale hodně ztrácí v KYJEVU. Pro vylepšení 4-“žlaby” se nejčastěji rozprostírají přes dvě patra – pár lopatek dole a další pár, otočený vodorovně o 90 stupňů, nad nimi. KIEV je zachován a boční zatížení mechaniky slábne, ale ohybové se poněkud zvětšují a při větru nad 25 m/s má takové APU hřídel, tzn. bez ložiska nataženého chlapy nad rotorem „rozbije věž“.

Vertikální větrné turbíny s rotorem Darrieus

V roce 1931 navrhl francouzský konstruktér Georges Darrieus vlastní verzi rotoru, který má dvě nebo více plochých lopatek. Je to ještě jednodušší než BC: čepele jsou vyrobeny z jednoduchého elastického pásku bez jakéhokoli profilu. Snadná výroba a instalace, ale s nízkou účinností – KYJEV – až 20%.

READ
Vrtání vlastní studny

Teorie Darrieova rotoru ještě není dobře propracovaná. Je pouze jasné, že se začne odvíjet kvůli rozdílu v aerodynamickém odporu hrbolu a kapsy na opasku, a pak se stává jako vysokorychlostní a tvoří si vlastní oběh. Kroutící moment je malý a ve výchozích polohách rotoru rovnoběžných a kolmých na vítr o nic takového vůbec nejde, takže sebeprosazení je možné jen s lichým počtem lopatek (křídel?).

Rotor Darrieus má ještě dvě špatné vlastnosti. Za prvé, během rotace vektor tahu lopatky popisuje úplnou otáčku vzhledem k jejímu aerodynamickému ohnisku, a to ne plynule, ale trhaně. Proto rotor Darrieus rychle rozbije svou mechaniku i při plochém větru. Za druhé, Daria nejen dělá hluk, ale křičí a ječí, až se páska roztrhne. To je způsobeno jeho vibracemi. A čím více čepelí, tím silnější je řev. Pokud se tedy vyrábí Darya, pak je dvoulistá, vyrobená z drahých vysoce pevných zvuk pohlcujících materiálů (karbon, mylar) a na točení uprostřed stožáru se používá malé letadlo.

Helikoidní rotor

Další typ větrné turbíny se svislou osou otáčení – s šroubovitý rotor. Díky zkroucení lopatek se dokáže rovnoměrně otáčet. Výhoda: Snižuje zatížení ložiska a zvyšuje životnost. Ale kvůli sofistikované technologii je to příliš drahé. (Viz obrázek).

A konečně jsou tu větrné turbíny s vícelistý rotor. Jedná se o jeden z nejúčinnějších typů vertikálních větrných turbín. (Viz obrázek).

Větrné turbíny s horizontální osou

Vrátíme se k popisu horizontálních větrných turbín. Podle počtu čepelí se dělí na jedno-dvou-tří a vícečepelové. Výhodou horizontálních je vyšší účinnost ve srovnání s jejich vertikálními rivaly. Nevýhoda: potřeba zařízení s korouhvičkou na neustálé hledání směru větru. Navíc při otáčení proti větru se rychlost otáčení snižuje, což snižuje jeho účinnost.

Hlavní výhodou jednonožových kotoučů jsou vysoké otáčky. Místo druhé lopatky mají protizávaží, které má malý vliv na odpor proti pohybu vzduchu, což umožňuje jejich použití pro generátory s vysokými otáčkami. A to umožňuje snížit hmotnost a rozměry celé instalace. (Viz nákres jednolopatkové větrné turbíny).

Dvoulopatkové větrné turbíny se výkonově od jednolopatkových liší jen málo a nemá smysl se jimi podrobněji zabývat.

Na trzích jsou nejběžnější třílisté horizontální větrné mlýny. Jejich výstupní výkon může dosáhnout sedmi megawattů.

READ
Jak opravit dřevěné židle vlastníma rukama?

Vícelopatkové instalace s až pěti desítkami lopatek mají velkou setrvačnost, díky které při nízkých otáčkách vyvinou velký krouticí moment. Tato výhoda umožňuje použití instalací pro provoz vodních čerpadel, kde zaujímají přední místo.

Jak se kuře proměnilo v pštrosa

Kdo by nevěděl, co využívají větrné turbíny jako doplňkový zdroj? Všichni jsou si vědomi. Ale jako vždy to lidstvu nestačilo, snaží se z kuřete udělat pštrosa a představte si, že se to obrazně řečeno daří. V důsledku neúnavného výzkumu se objevily zcela nové typy větrných turbín, které jsou schopny vyrábět elektřinu . bez lopatek. A jsou tací, kteří si poradí i bez vzduchu a větru! Nyní podrobněji.

Již byl uvolněn poměrně účinný větrný generátor, který zachycuje vítr bez lopatek. Takový větrný generátor funguje na principu plachetnice (viz foto). „Plachta“, která spíše vypadá jako deska, zachytí tlak vzduchu, díky čemuž se začnou pohybovat písty, které jsou umístěny hned za deskou v horní části instalace.

Písty pohánějí hydraulický systém, který vyrábí elektřinu. Taková konstrukce nemá převody ani vysílače a nevydává téměř žádný hluk. Účinnost je mnohem vyšší než u klasické větrné turbíny. Provozní náklady jsou navíc poloviční oproti běžným instalacím. Zemí zrodu takového projektu je Tunisko.

Ale ani tohle nestačilo! V Portugalsku se rozhodli neuchýlit se k větrným službám, ale využít mořskou vodu. Moře se totiž neustále pohybuje, trápí se, občas bouří, ale nikdy se nezastaví. Dochází k plýtvání kinetickou energií.

A před pěti lety bylo pár kilometrů od pobřeží spuštěno do vod Atlantského oceánu zařízení, které vyrábí více než 2 megawatty elektřiny, což je docela dost na osvětlení více než jednoho a půl tisíce domů.

Schéma zařízení je následující. Konstrukce se skládá ze tří částí, mezi kterými jsou písty. Uvnitř sekcí jsou namontovány hydraulické motory a generátory. Princip fungování je jednoduchý na ostudu. Sekce kmitají na vlnách, které je ohýbají, což uvádí hydraulické písty do pohybu. Ty vyvíjejí tlak na olej, ten se dostává do hydromotorů a následně se pohyb přenáší na generátory. Všechno, elektřina šla na břeh.

V současné době jsou v provozu tři sekce a plánuje se k nim připojit dalších 25 takových měničů a poté se projektová kapacita offshore instalace zvýší na 20 megawattů, což umožní zásobovat proudem asi 15000 XNUMX domů.

Nyní věříte, že z kuřete lze vytvořit skutečného pštrosa!

Plovákové elektrárny se staví po celém světě, včetně Ruska:

Jak to funguje a k čemu je větrný generátor: odrůdy, design a výběr zařízení

1446713916 1381423365 smwpg39 step7 - Jak větrná turbína funguje a k čemu slouží: odrůdy, design a výběr zařízení

Připojení k hlavní napájecí síti stále není dostupné všem. Existuje značný počet sídel, do kterých elektrické vedení nevede. A připojená města a obce kvůli celkovému zhoršování tratí pociťují časté výpadky proudu. Nedávno postavené rekreační vesnice navíc často nemají možnost napojit se na trať umístěnou ve značné vzdálenosti.

Řešení otázky dodávky elektřiny je tradičně přiřazeno benzínovým nebo naftovým elektrárnám, které potřebují dodávku paliva, rozmarné a vyžadují neustálé sledování zařízení. Přitom existují alternativní zdroje, které palivo nepotřebují. Jedním z nich je větrný generátor.

READ
Udělej si sám bazén ve vaně

Co je větrný generátor?

větrný generátor je zařízení, které využívá větrnou energii k výrobě elektřiny. Vzduchové proudy, volně se pohybující v atmosféře, mají gigantickou energii a navíc zcela zdarma. Větrná energie je pokus ji získat a využít k dobrému využití.

Větrný generátor je soubor zařízení, která přijímají, zpracovávají a připravují energii k použití. Proudy větru interagují s rotorem větrného mlýna a způsobují jeho otáčení. Rotor je přebuzen (nebo přímo) připojen ke generátoru, který nabíjí baterie. Nabíjení přes střídač je zpracováno do standardní formy (220 V, 50 Hz) a dodáváno do odběrných zařízení.

Na první pohled je komplex poměrně komplikovaný. Existují i ​​jednodušší konstrukce, jako jsou větrné mlýny, které napájejí čerpadla. Složité spotřebiče však vyžadují kompletní sadu zařízení, která dokáže zajistit stabilní a kvalitní napájení.

lagonaki2 enl - Jak funguje větrná turbína a k čemu slouží: odrůdy, design a výběr vybavení

Proč je potřeba?

Charakteristickým rysem elektřiny je, že ji lze vyrobit v jakémkoli množství, pokud to zařízení umožňuje. Větrný generátor jen odkazuje na taková zařízení – vyrábí elektřinu. Větrný mlýn je tedy elektrárna schopná poskytovat jak velké plochy s velkým počtem spotřebitelů, tak jednotlivé domy nebo spotřebiče.

Možnosti zařízení závisí na velikosti oběžného kola a výkonu generátoru. Tyto dva parametry jsou definující a vzájemně na sobě závislé. Čím je rotor výkonnější, tím větší výkon může generátor otáčet a generovat tak velké množství energie.

Současně může být větrný mlýn vytvořen samostatně a splňovat potřeby samostatné skupiny zařízení – například osvětlení, zásobování vodou, větrání atd. Taková selektivita je vhodná pro snížení nákladů na energii a zajišťuje nepřerušované napájení na starých, opotřebovaných vedeních.

Koncepce projektu SUMR - Jak větrná turbína funguje a k čemu slouží: typy, design a výběr zařízení

Konstrukce a princip činnosti

Strukturálně větrné turbíny kombinují mechanické, elektromechanické a elektrické části. Mechanický větrný mlýn je větrný mlýn, který přímo přijímá větrnou energii a přeměňuje ji na rotační pohyb. Přenáší se na elektromechanické zařízení – generátor, který přeměňuje kinetickou energii rotace na elektrický proud. Poté fungují čistě elektronická zařízení:

  • usměrňovač. Alternátor produkuje střídavý proud, který není vhodný pro nabíjení baterií. Pro další použití se musí narovnat, k čemuž slouží rektifikační zařízení.
  • regulátor nabíjení. Poskytuje včasné přepnutí baterií z režimu nabíjení do režimu spotřebitelského napájení, aby se zabránilo selhání baterie
  • baterie (baterie). Akumuluje náboj nezbytný k udržení napětí v síti, když vítr slábne
  • střídač. Převádí stejnosměrný proud baterie na konvenční střídavý proud 220 V 50 Hz potřebný k napájení standardních spotřebičů.

Všechna uvedená elektronická zařízení jsou typická zařízení používaná u jakéhokoli typu větrného mlýna. Změna konstrukce oběžného kola nemá vliv na složení stavebnice, pokud nedojde k výraznému zvýšení rychlosti otáčení, vyžadující změnu parametrů generátoru.

Typy větrných turbín

Používají se dva hlavní typy větrných mlýnů, které mají zásadní rozdíly:

  • horizontální
  • vertikálně

V obou případech mluvíme o ose otáčení rotoru. Konstrukce různých modelů horizontálních zařízení se od sebe liší jen málo a představuje druh domácího ventilátoru nebo vrtule. Vertikální zařízení mají mnohem větší rozmanitost konstrukčních typů, navenek se od sebe výrazně liší. Zvažme je podrobněji:

READ
Koupelnový tmel: který je nejlepší použít?

Horizontální větrné mlýny

Horizontální konstrukce mají větší účinnost, protože vnímají proudění větru pouze pracovní stranou lopatek. Nejpoužívanější jsou třílistá oběžná kola, ale u malých konstrukcí lze počet lopatek zvýšit.

Právě vodorovné konstrukce se používají k výrobě velkých průmyslových vzorů s obrovským rozpětím lopatek (více než 100 m), které ve spojení tvoří docela produktivní elektrárny. Státy západní Evropy, jako je Dánsko, Německo, skandinávské země, aktivně využívají větrné mlýny k zásobování obyvatel energií.

Zařízení mají jednu nevýhodu – je třeba je nasměrovat do větru. U malých větrných generátorů je problém vyřešen instalací ocasu jako u letadla, který automaticky umístí konstrukci ve větru. Velké modely mají speciální vodicí zařízení, které řídí polohu oběžného kola vzhledem k průtoku.

IMG 0188 1 - Jak funguje větrný generátor a k čemu slouží: odrůdy, design a výběr zařízení

Vertikální struktury

Větrné turbíny vertikálního typu mají nižší účinnost, v důsledku čehož se používají k poskytování energie pouze jednotlivým spotřebitelům – soukromý dům, chata, skupina zařízení atd. Pro vlastní výrobu jsou taková zařízení nejvhodnější, protože mají široký výběr konstrukčních možností, nemusí stoupat na velmi vysoký stožár (ačkoli to pro ně není kontraindikováno).

Vertikální rotory lze sestavit z libovolných materiálů, jako vzorek lze použít jakýkoli typ z řady známých rotorů:

  • rotory Savonius nebo Darier
  • modernější Treťjakovský rotor
  • ortogonální vzory
  • helikoidní zařízení atd.

Není třeba podrobně popisovat všechny typy, protože jejich počet neustále roste. Téměř všechny novinky jsou založeny na vertikální ose otáčení a jsou určeny pro použití v soukromých domech nebo na sídlištích. Většina vývojů nabízí vlastní řešení hlavního problému vertikálních zařízení – nízké účinnosti. Některé varianty mají poměrně vysoké rychlosti, ale mají složitou konstrukci trupu (například Treťjakovův návrh).

Výpočet a výběr

Výpočet výkonu větrného mlýna se redukuje na výpočet celkové spotřeby energie osvětlení, pomocných a domácích spotřebičů. Výsledná hodnota se navýší o 15-20% (je nutná výkonová rezerva pro případ nepředvídaných situací) a na základě těchto údajů se vypočítá nebo vybere hotová elektrocentrála.

Z jeho parametrů se buduje zbytek sestavy – mechanické požadavky tvoří základ pro návrh větrného mlýna a provozní parametry – výkon, napětí, proudová síla – slouží k vytvoření systému pro akumulaci a zpracování přijímaného proudu.

Při výběru zařízení je také třeba zajistit malou (15-20%) rezervu výkonu, která zajistí stabilitu komplexu v případě situací vyšší moci.

Vyrobte si větrný mlýn vlastníma rukama

Hlavní práce, kterou je třeba udělat, je – výroba a montáž rotačního rotoru. Nejprve byste si měli vybrat typ konstrukce a její rozměry. Znalost potřebného výkonu zařízení a výrobních možností to pomůže určit.

Většinu uzlů (pokud ne všechny) bude nutné provést samostatně, výběr tedy bude ovlivněn tím, jaké znalosti má tvůrce struktury, s jakými zařízeními a zařízeními se nejlépe zná. Obvykle se nejprve vyrobí zkušební větrný mlýn, s jehož pomocí se zkontroluje výkon a specifikují se parametry konstrukce, poté se začne vyrábět funkční větrný generátor.

Rating
( No ratings yet )
Like this post? Please share to your friends:
postandbeam.cz
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: