Ветрогенераторы, виды, принцип работы

Что такое ветрогенератор?       

"Ветрогенератор – это устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в электрическую..."

---

Полезные статьи:

Солнечные батареи, виды, принцип работы

Что такое аккумуляторные батареи?

Все статьи

---

   Содержание:

---

1. Все о ветрогенераторе. От А до Я

• Преимущества и недостатки

2. История изобретения

3. Виды ветрогенераторов

• Горизотальная ось
• Верикальная ось
• Роторные
• Карусельные
• С крыльчаткой

4. Принцип работы

5. Ветрогенератор для дома

6. Как сделать своими руками

7. Новейшие технологии

8. Производители

Все о ветрогенераторе. От А до Я

Энергия ветра – это один из видов возобновляемой, экологически чистой энергии, которую мы получаем от природы. Она образуется благодаря движению воздушных масс из за разницы температуры в разных слоях атмосферы.

Как работает ветрогенератор?

• Ветер приводит в движение лопасти ветротурбины.
• Вращаясь она через редуктор передает свою кинетическую энергию на генератор, который преобразует ее в электрическую энергию.
• Выработанная электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем подается в сеть или используется для питания различных устройств.

Виды ветрогенераторов:

• По типу ветротурбин: с горизонтальной осью вращения (пропеллерные, роторные) и с вертикальной осью вращения (карусельные, ортогональные, Савониуса).
• По числу лопастей: однолопастные, двухлопастные, трехлопастные и многолопастные.
• По конструкции: с открытым и закрытым ротором.
• В зависимости от расположения относительно земли: наземные и морские.
• По мощности: малые (до 10 кВт), средние (10-100 кВт) и крупные (свыше 100 кВт).

Преимущетсва и недостатки

Преимущества:

• Экологическая чистота: ветрогенераторы не производят вредных выбросов в атмосферу и не используют ископаемое топливо.
• Возобновляемость: ветер является неисчерпаемым источником энергии.
• Бесшумность: современные ветрогенераторы работают практически бесшумно.

Недостатки:

• Зависимость от погодных условий: выработка электроэнергии зависит от силы ветра, что может привести к перебоям в электроснабжении.
• Высокие первоначальные затраты: стоимость ветрогенераторной установки может быть высокой, особенно для крупных проектов.
• Сложность интеграции в энергосистему: ветрогенераторы могут создавать проблемы для традиционных источников электроэнергии, таких как тепловые и атомные электростанции, из-за непостоянства выработки электроэнергии.

История изобретения ветрогенератора

История развития ветроэнергетики (ВЭУ) начинается с древних времен. Первые известные ветряные мельницы использовались в Персии и Египте еще в 1-м тысячелетии до н. э.

Для выработки энергии использовались горизонтальные ветряки с вертикальным валом и неподвижным крылом. В Европе ветряки стали активно использоваться начиная с 12 века, благодаря их применению для размола зерна.

В 1890 году была создана первая в мире коммерческая ветроэлектростанция, которая генерировала электричество для 200 домов в штате Массачусетс, США.

В 1930-х годах ветроэнергетика получила новый импульс благодаря разработкам датского инженера Поля Ла Курба. Он создал первую современную ветроустановку с использованием многолопастного ротора.

С начала 1980-х годов ветроэнергетика стала активно развиваться благодаря появлению новых технологий, увеличению интереса к экологически чистым источникам энергии и росту цен на ископаемые виды топлива.

В это время были разработаны новые типы ВЭУ, такие как горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветряки, а также появились автоматизированные системы управления.

Сегодня ветроэнергетика является одним из самых быстрорастущих секторов мировой энергетики. Ветроустановки используются как для автономного электроснабжения, так и для интеграции в электрические сети.

В ряде стран, таких как Германия, Испания, США, Китай, Дания и других, ветроэнергетика занимает значительную долю в общем объеме вырабатываемой электроэнергии.

Современные ветроэнергетические установки имеют высокую эффективность и производительность. Например, в 2017 году была запущена крупнейшая в мире ветроэлектростанция Ганьсу, Китай, с установленной мощностью 7,8 ГВт. Эта станция состоит из более чем 800 ветряков и может обеспечить электроэнергией более 10 млн домов.

Основные перспективы развития ветроэнергетики связаны с увеличением масштабов использования ВЭУ, повышением их эффективности, разработкой новых типов ветряков, а также с интеграцией ветроустановок в электрические сети и созданием систем хранения энергии.

Важным направлением является развитие технологий и методов управления ветроэнергетическими системами, что позволит более эффективно использовать ветропотенциал и снизить затраты на эксплуатацию ВЭУ.

Виды ветрогенераторов

Ветрогенераторы можно разделить на несколько видов в зависимости от их конструкции и принципа работы. Вот основные виды ветрогенераторов:

Горизонтальная ось

Этот тип ветрогенераторов имеет горизонтальную ось вращения и состоит из лопастей, генератора и башни. Они наиболее эффективны и производят больше всего энергии, но также являются самыми дорогими и сложными в установке.

Существует несколько видов ветрогенераторов с горизонтальной осью:

• С фиксированным шагом: это наиболее распространенный тип ветрогенератора. Лопасти имеют фиксированный угол наклона относительно ветра, что обеспечивает оптимальную эффективность на разных скоростях ветра.
• С регулируемым шагом: в этих ветрогенераторах угол наклона лопастей можно изменять в зависимости от скорости ветра, что позволяет увеличить общую эффективность устройства.
• Саблевидные: лопасти этих ветрогенераторов имеют специальную форму, которая позволяет им работать более эффективно на высоких скоростях ветра. Они также обладают высокой производительностью при небольших скоростях ветра.

Вертикальная ось

В этом типе ветрогенераторов ось вращения расположена вертикально, что позволяет им работать при любом направлении ветра. Они менее эффективны, чем горизонтальные ветрогенераторы, но более просты в установке и дешевле.

Такие "ветряки" имеют несколько различных конфигураций, ниже три наиболее распространенные типа:

• С ротором Савониуса: имеет два или более изогнутых лопастей, которые имеют форму синусоидальной кривой. Они работают по принципу создания подъемной силы на лопастях, которая приводит к вращению оси ветрогенератора.
• Ветрогенератор Дарье: имеет одну или несколько лопастей, расположенных вдоль вертикальной оси. Лопасти имеют специальную форму, которая позволяет им создавать подъемную силу при движении через воздух. Это создает крутящий момент на оси ветрогенератора, что приводит к его вращению
• Ветрогенератор Фена: использует цилиндрическую турбину с несколькими лопастями для генерации электричества. Лопасти вращаются вокруг вертикальной оси, и когда ветер проходит через них, они создают крутящий момент, который приводит к вращению турбины.

Роторные

Эти ветрогенераторы используют специальные роторы, которые улавливают ветер и превращают его в энергию. Они более эффективны, но и более сложны в установке и требуют специальных условий.

Роторные ветрогенераторы состоят из ротора, генератора, башни, контроллера и мачты. Процесс работы роторного ветрогенератора включает воздействие ветра на лопасти ротора, привод ротора и выработку электричества генератором, регулирование параметров электричества контроллером и передачу его на распределительное устройство.

Преимущества роторных ветрогенераторов включают высокую эффективность преобразования энергии, возможность работы при различных условиях и более низкую стоимость производства и установки.

Недостатки включают шум, риск повреждения лопастей и ограниченную высоту башни. В целом, роторные ветрогенераторы являются эффективным и надежным способом получения экологически чистой энергии.

Карусельные

Это особый вид ветрогенераторов, которые имеют несколько лопастей, вращающихся вокруг центральной оси. Они обладают высокой эффективностью и надежностью, но требуют специального оборудования для установки.

Принцип работы карусельных ветрогенераторов заключается в следующем:

• Воздух, содержащий пыль и другие частицы, попадает в корпус ветогенератора через входной патрубок.
• Внутри корпуса находится вращающийся барабан, на котором закреплены щетки или кассеты из упругого материала.
• При вращении барабана щетки или кассеты за счет силы инерции захватывают пыль и частицы, находящиеся в воздухе.
• Захваченные частицы переносятся к краю барабана и сбрасываются в пылесборник.
• Очищенный воздух выходит из ветогенератора через выходной патрубок и подается в систему вентиляции или кондиционирования.

Ветрогенераторы с крыльчаткой

Этот вид ветрогенераторов использует крыльчатку вместо лопастей для улавливания ветра и преобразования его в энергию. Они являются более эффективными и тише, чем другие типы ветрогенераторов, но дороже и сложнее в установке. Это один из основных типов ветрогенераторов, используемых в современной ветроэнергетике.

В основе работы ветрогенератора с крыльчаткой лежит принцип работы ветряной мельницы.

Ветер, попадая на крыльчатку, вращает ее, что приводит к вращению генератора. Генератор преобразует кинетическую энергию вращения в электрическую энергию. Полученная электроэнергия может быть использована для питания бытовых приборов или промышленных установок.

Принцип работы ветрогенератора

Принцип работы основан на вращении лопастей генератора под воздействием ветра. Этот процесс можно описать следующим образом:

1. Ветер попадает на лопасти ветрогенераторной установки, расположенные на высоте.

2. Лопасти, вращаясь под действием ветра, приводят в движение ротор генератора.

3. Вращение ротора генератора приводит к возникновению электромагнитного поля между магнитами статора.

4. В результате электромагнитной индукции, возникающей в обмотках статора, создается переменный электрический ток.

5. Этот ток проходит через выпрямитель, где он преобразуется из переменного в постоянный.

6. Далее ток подается на инвертор, который преобразует его в переменный с частотой 50 или 60 Гц.

7. После этого электроэнергия поступает в сеть, можно пользоваться.

Ветрогенератор для дома, как правильно выбрать?

Выбор ветрогенератора для дома зависит от нескольких факторов, включая потребности в энергии, бюджет, место установки и климатические условия. Вот подробный гайд по выбору ветрогенератора:

1. Мощность. Определите, сколько энергии вам нужно для удовлетворения всех ваших домашних потребностей. Учтите все электрические приборы, которые вы используете, и их мощность. Добавьте небольшой запас на случай увеличения энергопотребления в будущем.

2. Тип ветрогенератора. Существует два основных типа ветрогенераторов - горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные ветрогенераторы обычно имеют более высокую производительность, но требуют определенного направления ветра. Вертикальные ветрогенераторы менее производительны, но могут работать при любом направлении ветра и требуют меньше места для установки.

3. Размер ротора. Размер ротора ветрогенератора определяет его производительность. Чем больше ротор, тем больше энергии он может производить. Однако, большие ветрогенераторы стоят дороже и требуют больше места для установки. Выберите размер ротора, соответствующий вашим потребностям в энергии и бюджету.

4. Материал лопастей. Лопасти ветрогенератора могут быть сделаны из разных материалов, таких как пластик, алюминий или углерод. Углеродные лопасти обычно более легкие и прочные, но и более дорогие. Алюминиевые лопасти дешевле, но тяжелее. Пластик является самым дешевым материалом, но менее прочным и долговечным. Выберите материал лопастей исходя из вашего бюджета и требований к прочности и долговечности.

5. Инвертор. Преобразует переменный ток (AC) от ветрогенератора в постоянный ток (DC) для зарядки аккумуляторов и питания электрических приборов в доме. Устройство может быть интегрировано или быть отдельным устройством.

6. Место установки. Важно выбрать место для установки ветрогенератора, которое обеспечивает достаточную скорость ветра для его эффективной работы. Ветрогенераторы лучше всего устанавливать на высоких местах, где нет препятствий для ветра и где есть стабильный поток ветра.

7. Климатические условия. Учтите климатические условия в вашем регионе. Если вы живете в регионе с сильными ветрами, вам может подойти ветрогенератор с более высоким КПД. Если же в вашем регионе слабые ветра, возможно, придется рассмотреть установку дополнительных ветротурбин или использовать другие источники энергии.

8. Бренд и гарантия. Выберите ветрогенератор от известного и надежного производителя. Обратите внимание на гарантию производителя и наличие сервисных центров в вашем регионе.

9. Стоимость. Учтите свой бюджет и определите, сколько вы готовы инвестировать в установку ветрогенератора.

После того как вы учли все эти факторы, вы сможете выбрать ветрогенератор, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям и возможностям.

Как сделать ветрогенератор своими руками?

Если вы хотите сделать ветрогенератор самостоятельно, вам понадобится несколько основных компонентов и инструментов, а также некоторые базовые навыки работы с электроникой.

Вот пошаговое руководство по созданию ветрогенератора своими руками:

1. Постановка задачи. Прежде всего, определитесь, для каких целей вы хотите использовать ветрогенератор. Это может быть освещение вашего дома, зарядка аккумуляторов или обеспечение питания для ваших устройств. Затем выберите подходящий ветрогенератор, исходя из ваших требований и доступного пространства.

2. Вам потребуются: лопасти, генератор, контроллер заряда, аккумуляторы, инвертор (если нужно), провода, крепежные элементы и другие материалы.

Лопасти можно сделать из пластика, дерева или металла, генератор можно купить или создать самостоятельно, а аккумуляторы и контроллер заряда доступны в продаже.

3. Создайте основание и установите лопасти: Соберите основание ветрогенератора из металлических или деревянных опор. Установите на него лопасти и закрепите их на валу генератора.

4. Установите генератор: Закрепите генератор на основании и подключите его к контроллеру заряда.

5. Установите контроллер заряда и аккумуляторы: Подключите контроллер заряда к аккумулятору и генератору. Убедитесь, что вы следуете инструкциям производителя контроллера заряда. Установите аккумуляторы на безопасном расстоянии от генератора и контроллера заряда и подключите их к контроллеру.

6. Установите инвертор (если требуется): Если вам нужно преобразовать постоянное напряжение от аккумулятора в переменное напряжение для питания бытовых приборов, установите инвертор и подключите его к аккумулятору через контроллер заряда.

7. Подключите все компоненты: Убедитесь, что все компоненты подключены правильно и надежно. Используйте соответствующие инструменты для выполнения соединений и убедитесь, что провода не повреждены и изолированы.

8. Протестируйте ветрогенератор

Новейшие технологии ветроэнергетики

Вот несколько новых технологий, которые используются в ветроэнергетике:

1. Модернизация - ветрогенераторы становятся все более эффективными и мощными благодаря новым разработкам и технологиям. Это позволяет производить больше энергии при меньших затратах и выбросах.

2. Вертикальные ветрогенераторы (ВВТ) - могут работать при низких скоростях ветра и имеют более высокую эффективность по сравнению с традиционными горизонтальными ветрогенераторами.

3. Биоразлагаемые лопасти - вместо использования традиционных металлических лопастей, некоторые компании начинают использовать биоразлагаемые материалы, такие как композит из растительного волокна или пластик, полученный из кукурузы. Эти лопасти легче и дешевле, и их можно утилизировать после окончания срока службы.

4. Хранение энергии - для обеспечения стабильности и надежности электроснабжения от ветроэлектростанций необходимо разработать эффективные методы хранения энергии. Некоторые компании разрабатывают системы хранения энергии на основе батарей и суперконденсаторов.

5. Интеллектуальные сети - интеграция ветрогенерации в электрические сети требует усовершенствования систем управления и контроля, чтобы обеспечить оптимальное распределение электроэнергии и снизить затраты на инфраструктуру.

6. Гибридные ветроэлектростанции - использование ветрогенераторов в сочетании с другими источниками энергии, такими как солнечные панели или гидроэлектростанции, позволяет обеспечить более стабильное и эффективное производство электроэнергии.

7. Использование морских ветрогенераторов – морские ветрогенераторы имеют больший потенциал для выработки энергии, поскольку ветровые условия в море обычно сильнее, чем на суше. Однако их установка и обслуживание требуют больших затрат и технических решений.

8. Криотурбины - это ветрогенераторы, работающие при низких температурах и использующие жидкий азот для охлаждения лопастей турбины. Это повышает эффективность работы ветрогенератора и снижает его шум.

9. Водородное топливо - использование водорода в качестве топлива для ветрогенераторов позволяет производить электричество без выбросов углекислого газа. Ветрогенератор может производить водород из воды с помощью солнечной энергии или ветрогенератора, а затем использовать его для выработки электричества.

Эти новые технологии и разработки в ветроэнергетической отрасли позволяют увеличить эффективность, снизить затраты и минимизировать воздействие на окружающую среду.

Производители ветрогенераторов

1. Vestas (Дания) - один из крупнейших в мире производителей ветрогенераторов с широким ассортиментом продукции.

2. Siemens (Германия) - предлагает комплексные решения для ветроэнергетики, включая системы управления энергией.

3. General Electric (США) - производит ветрогенераторы под брендом GE Wind. Компания также занимается разработкой и производством солнечных панелей и других видов возобновляемой энергии.

4. Enercon (Германия) - специализируется на производстве высокоэффективных ветрогенераторов различных мощностей.

5. Gamesa (Испания) - еще один крупный производитель со штаб-квартирой в Испании.

6. Envision (Великобритания) - разрабатывает и производит устройства с высокой эффективностью и низким уровнем шума.

7. Dongfang Electric (Китай) - китайский разработчик, предлагающий широкий ассортимент продукции.

8. Nordex (Германия) - известный производитель ветрогенераторов, базирующийся в Германии.

9. Suzlon (Индия) - индийский гигиант, активно расширяющий свое присутствие на мировом рынке.

10. Repower (Швеция) - шведский производитель ветрогенераторов и солнечных панелей, предлагающий комплексные решения для возобновляемой энергетики.