Всичко за вятърните турбини

За да подобри условията на живот, човечеството използва вода и различни минерали. Напоследък станаха популярни алтернативните източници на енергия, особено вятърната енергия. Благодарение на последното хората са се научили да получават енергия както за битови, така и за промишлени нужди.

Поради факта, че нуждата от енергийни ресурси се увеличава ежедневно, а запасите от обикновени енергийни носители намаляват, използването на алтернативни енергийни източници става все по-актуално всеки ден. Напоследък учени и инженери-конструктори създават нови модели вятърни турбини. Използването на най-новите технологии подобрява качествените характеристики на възлите и намалява броя на негативните аспекти в конструкциите.

Вятърният генератор е вид техническо устройство, което преобразува кинетичната енергия на вятъра в електрическа енергия.

Вятърните генератори се използват на различни места, обикновено открити площи, където вятърният потенциал е най-голям. Станции за алтернативни енергийни източници се монтират в планините, в плитки води, острови и полета. Съвременните инсталации могат да генерират електричество дори при ниска сила на вятъра. Поради тази възможност вятърните генератори се използват за захранване с електрическа енергия на обекти с различна мощност.

• Стационарен вятърен парк може да осигури електричество на частна къща или малко промишлено съоръжение. При липса на вятър енергийният резерв ще се натрупва и след това се използва от батерията.

• Вятърни турбини със средна мощност може да се използва във ферми или в къщи, които са отдалечени от отоплителните системи. В този случай този източник на електричество може да се използва за отопление на помещенията.

Вятърният генератор се захранва от вятърна енергия. Дизайнът на това устройство трябва да включва следните елементи:

• лопатки на турбината или витло;
• турбина;
• електрически генератор;
• оста на електрическия генератор;
• инвертор, чиято функция е преобразуването на променлив ток в постоянен;
• механизъм, който върти остриетата;
• механизъм, който върти турбината;
• батерия;
• мачта;
• контролер на ротационно движение;
• амортисьор;
• сензор за вятър;
• стебло за измерване на вятър;
• гондола и други елементи.

Промишлените блокове имат захранващ шкаф, мълниезащита, люлеещ механизъм, надеждна основа, устройство за гасене на пожар и телекомуникации.

Ветрогенераторът се счита за устройство, което преобразува вятърната енергия в електричество. Предшествениците на съвременните агрегати са мелници, които произвеждат брашно от зърно. Въпреки това, схемата на свързване и принципът на работа на генератора практически не са се променили.

1. Благодарение на силата на вятъра лопатките започват да се въртят, въртящият момент на който се предава на вала на генератора.
2. Въртенето на ротора създава трифазен променлив ток.
3. Чрез контролера към акумулатора се изпраща променлив ток. Батерията е необходима, за да се създаде стабилна работа на вятърния генератор. Ако има вятър, уредът зарежда батерията.
4. За да се предпази от ураган в системата за производство на вятърна енергия, има елементи за отклоняване на вятърното колело от вятъра. Това се случва чрез сгъване на опашката или спиране на колелото с помощта на електрическа спирачка.
5. За да презаредите батерията, ще трябва да инсталирате контролер. Функциите на последния включват проследяване на зареждането на батерията, за да се предотврати нейната повреда. Ако е необходимо, това устройство може да изхвърли излишната енергия върху баласта.
6. Батериите имат постоянно ниско напрежение, но то трябва да достигне до консуматора с мощност от 220 волта. Поради тази причина във вятърните генератори се монтират инвертори. Последните са в състояние да преобразуват променлив ток в постоянен, увеличавайки индикатора за мощност до 220 волта. Ако инверторът не е инсталиран, ще е необходимо да се използват само онези устройства, които са предназначени за ниско напрежение.
7. Трансформираният ток се изпраща към потребителя за захранване на отоплителни батерии, осветление на помещението и домакински уреди.

Класификацията на вятърните паркове се основава на следните критерии.

1. Брой остриета. В момента в продажба можете да намерите вятърна мелница с едно острие, ниско острие и много лопатки. Колкото по-малко перки има генераторът, толкова по-висока ще бъде скоростта на двигателя.
2. Индикатор за номинална мощност. Домакинските станции генерират до 15 kW, полуиндустриалните - до 100 и индустриалните - повече от 100 kW.
3. Посока на оста. Вятърните турбини могат да бъдат както вертикални, така и хоризонтални, всеки тип има своите плюсове и минуси.

Желаещите да придобият алтернативен източник на енергия могат да закупят вятърен генератор с ротор, кинетичен, вихров, платно, мобилен.

Съществува и класификация на вятърните генератори според местоположението им. Днес има 3 вида единици.

1. наземен. Такива вятърни мелници се считат за най-често срещаните, те се монтират на хълмове, възвишения, предварително подготвени места. Монтажът на такива инсталации се извършва с помощта на скъпо оборудване, тъй като конструктивните елементи трябва да бъдат фиксирани на голяма височина.
2. Изграждат се брегови станции в крайбрежната част на морето и океана. Работата на генератора се влияе от морския бриз, поради което ротационното устройство произвежда енергия денонощно.
3. Офшорен. Вятърни турбини от този тип се монтират в морето, обикновено на разстояние около 10 метра от брега. Такива устройства генерират енергия от обикновения офшорен вятър. Впоследствие енергията отива към брега чрез специален кабел.

Вертикалните вятърни турбини се характеризират с вертикална ос на въртене спрямо земята. Това устройство от своя страна е разделено на 3 вида.

• С ротор Savounis. Структурата включва няколко полуцилиндрични елемента. Въртенето на оста на единицата става постоянно и не зависи от силата и посоката на вятъра. Предимствата на този генератор включват високо ниво на технологичност, висококачествен стартов въртящ момент, както и способността да функционира дори при лека сила на вятъра. Недостатъци на устройството: ниска ефективност на работа на остриетата, необходимостта от голямо количество материали в производствения процес.

• С ротор Darrieus. На оста на въртене на устройството са разположени няколко остриета, които заедно имат формата на лента.Предимствата на генератора се считат за липсата на необходимост от фокусиране върху въздушния поток, липсата на трудности в производствения процес и простата и удобна поддръжка. Недостатъците на уреда са ниска ефективност, кратък цикъл на основен ремонт и лошо самостартиране.

• Със спирален ротор. Вятърният генератор от този тип е модификация на предишната версия. Предимствата му се крият в дълъг период на експлоатация и ниско натоварване на механизмите и опорните възли. Недостатъците на устройството са високата цена на конструкцията, трудният и сложен процес на производство на остриетата.

Оста на хоризонталния ротор в това устройство е успоредна на земната повърхност. Те са с едно острие, с две остриета, с три остриета, а също и с много остриета, при които броят на остриетата достига 50 броя. Предимствата на този тип вятърни генератори са висока ефективност. Недостатъците на устройството са както следва:

• необходимостта от ориентация според посоката на въздушните потоци;
• необходимостта от инсталиране на високи конструкции - колкото по-висока е инсталацията, толкова по-мощна ще бъде тя;
• необходимостта от основа за последващо инсталиране на мачтата (това допринася за увеличаване на цената на процеса);
• високо ниво на шум;
• опасност за прелитащите птици.

Генераторите на лопатка имат формата на витло. В този случай лопатките получават енергията на въздушния поток и го преработват във въртеливо движение.

Хоризонталните вятърни турбини имат работни колела с лопатки, от които може да има определен брой. Обикновено има 3 от тях. В зависимост от броя на остриетата, мощността на устройството може да се увеличи или намали. Явно предимство на този тип вятърни турбини е равномерното разпределение на натоварванията върху опорния лагер. Недостатъкът на устройството е, че инсталирането на такава конструкция изисква много допълнителни материали и разходи за труд.

Вятърните турбини в момента се считат за най-ефективни. Причината за това е оптималното съчетаване на зоните на лопатките с тяхната конфигурация. Предимствата на дизайна без остриета включват високо ниво на ефективност, нисък шум, което се дължи на малките размери на устройството. Освен това тези единици не се срутват при силен вятър и не представляват опасност за другите и птиците.

В градове и населени места се използва вятърна мелница от турбинен тип, с нейна помощ е възможно да се осигури частна къща и лятна вила с осветление. На практика няма недостатъци на такъв генератор.

Основните предимства на вятърните генератори са следните:

• екологична безопасност - експлоатацията на инсталациите не вреди на околната среда и живите организми;
• липса на сложност в дизайна;
• лекота на използване и управление;
• независимост от електрическите мрежи.

Сред недостатъците на тези устройства експертите разграничават следното:

• висока цена;
• възможност за изплащане само след 5 години;
• ниска ефективност, ниска мощност;
• необходимостта от скъпо оборудване.

Устройствата за генериране на енергия от вятър могат да бъдат с различни размери. Тяхната мощност зависи от размера на вятърното колело, височината на мачтата и скоростта на вятъра. Най-големият блок има колона с дължина 135 m, а диаметърът на ротора е 127 m. Така общата му височина достига 198 метра. Големите вятърни турбини с голяма височина и дълги лопатки са подходящи за осигуряване на енергия на малки промишлени предприятия, ферми. По-компактните модели могат да бъдат инсталирани у дома или в страната.

В момента произвеждат походен тип вятърна мелница с диаметър на лопатките от 0,75 до 60 метра. Според експертите размерите на генератора не трябва да бъдат грандиозни, тъй като малка преносима инсталация е подходяща за генериране на малко количество енергия. Най-малкият модел на уреда е висок 0,4 метра и тежи по-малко от 2 килограма.

Днес производството на вятърни турбини е установено в много страни по света. На пазара можете да намерите руски модели и агрегати от Китай. От местните производители най-популярни са следните фирми:

• "Вятърна светлина";
• Rkraft;
• СКБ Искра;
• Сапсан-Енергия;
• "Вятърна енергия".

Чуждестранните производители на генератори също са много популярни:

• Goldwind – Китай;
• Вестас – Дания;
• Gamesa – Испания;
• Сусион – Индия;
• GE Energy - САЩ;
• Siemens, Enercon - Германия.

Въпреки това си струва да се помни, че използването на такива вятърни генератори предполага използването на скъпи ремонти, както и резервни части, които е почти невъзможно да се намерят в домашните магазини. Цената на блоковете за производство на енергия обикновено зависи от конструктивните характеристики, капацитета и производителя.

За да изберете правилния вятърен генератор за лятна вила или дом, трябва да вземете предвид следното.

1. Изчисляване на мощността на инсталираните електрически уреди, които ще бъдат свързани в стаята.
2. Мощността на бъдещия блок, като се вземе предвид коефициента на безопасност. Последното няма да позволи претоварване на генератора в пикова ситуация.
3. Климатът на територията. Валежите оказват отрицателно въздействие върху работата на устройството.
4. Ефективност на оборудването, която се счита за един от най-важните показатели.
5. Индикатори за шум, които характеризират вятърната турбина по време на работа.

В допълнение към всичко по-горе, потребителят трябва да оцени всички параметри на инсталацията, както и да прочете отзивите за нея.

За да се увеличи ефективността на работата на вятърния генератор, ще е необходимо да се променят неговите работни възможности и характеристики в положителна посока. Първо, струва си да се увеличи ефективността на чувствителността на работното колело към относително слаб и нестабилен вятър.

Това е един вид едностранна мембрана за въздушен поток, който свободно пропуска вятъра в една посока. Мембраната е непроницаема бариера за движението на въздушните маси в обратна посока.

Друг метод за повишаване на ефективността на вятърната турбина е използването на дифузори или защитни капачки, които прекъсват потока от противоположната повърхност. Всяка от опциите има както предимства, така и недостатъци. Въпреки това, те във всеки случай са по-ефективни от традиционния модел.

Ветрогенераторът е скъп. Ако искате да го инсталирате на вашата територия, струва си да вземете предвид следните точки:

• наличие на подходящ терен;
• разпространението на чести и силни ветрове;
• липса на други алтернативни източници на енергия.

В противен случай вятърният парк няма да даде очаквания резултат. Тъй като търсенето на алтернативна енергия се увеличава всяка година, а закупуването на вятърна турбина е осезаем удар върху семейния бюджет, можете да опитате да направите единица със собствените си ръце с последваща инсталация. Производството на вятърна турбина може да се основава на неодимови магнити, скоростна кутия, лопатки и тяхното отсъствие.

Вятърната турбина има много предимства. Ето защо, с голямо желание и наличието на елементарни дизайнерски умения, почти всеки майстор може да изгради станция за генериране на електричество на своя обект. Най-простата версия на устройството се счита за вятърна турбина с вертикална ос. Последният не изисква опора и висока мачта, а процедурата по инсталиране се характеризира с простота и бързина.

За да създадете вятърен генератор, ще трябва да подготвите всички необходими елементи и да фиксирате модула на избраното място. Като част от домашен вертикален генератор на енергия, наличието на такива елементи се счита за задължително:

• ротор;
• остриета;
• аксиална мачта;
• статор;
• батерия;
• инвертор;
• контролер.

Остриетата могат да бъдат изработени от лека еластична пластмаса, тъй като други материали могат да бъдат повредени и деформирани под въздействието на големи натоварвания. Първо трябва да се изрежат 4 равни части от PVC тръби. След това трябва да изрежете няколко полукръгли фрагмента от калай и да ги фиксирате по ръбовете на тръбите. В този случай радиусът на частта на острието трябва да бъде 69 см. В този случай височината на острието ще достигне 70 см.

За да сглобите роторната система, трябва да вземете 6 неодимови магнита, 2 феритни диска с диаметър 23 см, лепило за залепване. На първия диск трябва да се поставят магнити, като се вземе предвид ъгъл от 60 градуса и диаметър 16,5 см. По същата схема вторият диск се сглобява и магнитите се изливат с лепило. За статора трябва да подготвите 9 намотки, на всяка от които навивате 60 намотки медни кабели с диаметър 1 мм. Запояването трябва да се извършва в следната последователност:

• началото на първата намотка с края на четвъртата;
• началото на четвъртата намотка с края на седмата.

Втората фаза се сглобява по подобен начин. След това се прави форма от лист шперплат, чието дъно е покрито с фибростъкло. Отгоре са монтирани фази от запоени бобини. Структурата се запълва с лепило и се оставя за няколко дни, за да се залепят всички части. След това можете да започнете да свързвате отделните елементи на вятърния генератор в едно цяло.

За сглобяване на конструкцията в горния ротор трябва да се направят 4 отвора за шпилките. Долният ротор е монтиран с магнити нагоре върху скобата. След това трябва да поставите статора с отворите, необходими за монтиране на скобата. Щифтовете трябва да лежат върху алуминиевата плоча, след което покрийте с втория ротор с магнитите надолу.

С помощта на гаечен ключ е необходимо да завъртите щифтовете, така че роторът да пада равномерно и без ритъци. Когато се заеме правилното място, струва си да развиете шпилките и да премахнете алуминиевите плочи. В края на работата конструкцията трябва да бъде фиксирана с гайки и да не се затяга плътно.

Като мачта е подходяща здрава метална тръба с дължина от 4 до 5 метра. Към него се завинтва предварително сглобен генератор. След това рамката с лопатките е фиксирана към генератора, а конструкцията на мачтата се монтира върху платформата, която е предварително подготвена. Позицията на системата се фиксира с скоба.

Следващият видеоклип предоставя преглед на домашна вятърна мелница.