Содержание
Устройство и принцип работы ветрогенератора
Главная » Автономное электроснабжение дома
Опубликовано:
Содержание
- Как устроен ветрогенератор
- Принцип действия ветрогенератора
- Схемы работы ветрогенераторов
Как устроен ветрогенератор
Любой ветрогенератор состоит из таких компонентов как;
— генератор, который вырабатывает переменный ток, и в дальнейшем преобразуется в постоянное напряжение, предназначенное для зарядки аккумуляторов. От скорости ветра зависит и мощность генератора;- лопасти, предназначены для передачи вращения к валу генератора через редукторы и стабилизаторы скорости вращения ротора генератора;
— мачта ветряка должна иметь достаточную высоту. Чем выше находятся лопасти, тем больше они получат энергии ветра.
Также в устройство ветрогенератора входят;
— контроллер, необходимый для преобразования переменного напряжения идущего с генератора, в постоянное напряжение и последующей зарядкой аккумуляторов.
Контроллер управляет поворотом лопастей, и контролируют направление ветра;
— аккумуляторы накапливают электроэнергию, чтобы использовать ее при небольшом ветре или его отсутствии. Батарея также хорошо стабилизирует электроэнергию, полученную от генератора;
— датчик направления ветра помогает лопастям «поймать» ветер;
— АВР представляет собой устройство автоматического переключения между ветрогенератором и другими источниками электроэнергии, например электросетью, генератором, солнечными панелями;
— инвертор предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с аккумуляторов, в переменное напряжение для домашней электросети. Инверторы могут разделяться по типу синусоиды для разных потребителей электроэнергии.
Устройство ветрогенератора
- Инвертор модифицированной синусоиды на выходе выдает квадратную синусоиду, предназначенную для не требовательных потребителей к качеству сети – это тэны, накальные лампы освещения.
- Инверторы с чистой синусоидой по качеству выходного напряжения подходят даже для самых требовательных потребителей электроэнергии.
- Инверторы трехфазного напряжения предназначены для трехфазных сетей.
- Сетевой инвертор работает без аккумулятора и способен к выводу электроэнергии в общую сеть.
Принцип действия ветрогенератора
Принцип работы ветрогенератора построен на преобразовании кинетической энергии силы ветра в энергию вращения вала генератора. Для вертикальных ветрогенераторов, вертикальная ось соединена с вертикальным ротором. Генератор и ротор расположены внизу конструкции. Лопасти закреплены в вертикальной оси.
Вращаясь, лопасти заставляют вращаться ротор генератора, который начинает вырабатывать переменный и нестабильный ток. Это ток идет на контроллер, который преобразует его в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторы. С аккумулятора питание идет на инвертор, назначение которого превращение постоянного тока в переменное напряжением 220 В или 380 В, которое поступает к потребителям электроэнергии.
Схемы работы ветрогенераторов
Вариантов работы ветрогенератора может быть несколько:
- Автономная работа ветрогенератора.
Автономная работа ветрогенератора
- Такая совместная работа считается очень надежным и эффективным способом автономного электроснабжения. При отсутствии ветра, работают солнечные батареи. Ночью, когда не работают солнечные батареи, аккумулятор заряжается от ветровой установки.
Параллельная работа ветрогенератора с солнечными панелями
- Ветрогенератор также может работать параллельно с электросетью. При избытке электроэнергии, она поступает в общую сеть, а при недостатке ее потребители электроэнергии работают от общей электросети.
Параллельная работа ветрогенератора с электросетью
Ветряные генераторы могут прекрасно работать с любыми видом автономного электроснабжения и общей электросетью. Создавая при этом единую систему энергоснабжения.
Помогла вам статья?
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Ветряные электростанции | Устройство и принцип работы
17 Mar 2021
С каждым днем растет потребность в энергетических ресурсах, а запасы привычных нам носителей энергии сокращаются, то с каждым днем использование альтернативных источников энергии становится всё более актуальным.
Генерировать электричество из энергии ветра – возможно. Объем электрической мощности напрямую зависит от особенностей местности, в которой вы проживаете.
Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.
Где же используются ветрогенераторы?
Обычно ветрогенераторы используются на открытых территориях, так как там потенциал ветра самый большой. Но с каждым годом современные установки совершенствуются и могут производить выработку электричества даже при небольшой силе ветра. По функциональности электростанции ветряные можно разделить на 3 типа, стационарные и передвижные, или мобильные. Стационарные установки высокой мощности требуют проведения целого комплекса подготовительных работ. Даже в безветренную погоду, они способны накапливать достаточное для использования количество электроэнергии.
Передвижные электростанции относительно нетребовательные, то есть они проще по конструкции, соответственно их легче устанавливать и просто эксплуатировать. Чаще всего они используются для питания электроприборов или в путешествиях.
Ветроэлектростанции различают по конструкции на крыльчатые и роторные. Ветрогенераторы традиционной схемы, или крыльчатые ветрогенераторы, представляют лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Ветроагрегат вращается с максимальной скоростью, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха. Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ветрогенераторов намного выше, чем у других ветряков, поэтому они занимают 90% рынка.
Роторные ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, могут работать при любом направлении ветра, в отличие от крыльчатых, не изменяя своего положения. Когда ветровой поток усиливается, карусельные ветряные электростанции быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения ветроколеса стабилизируется.
По месту установки ветрогенераторы бывают:
- Оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
- Плавающие. Располагаются на расстоянии 10-15 км от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе;
- Наземные. Данный вид наиболее распространенный, они устанавливаются на возвышенностях;
- Прибрежные. Строятся в прибрежной зоне океанов и морей, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры.
По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые.
Из чего состоит ВЭС?
Сам по себе ветрогенератор, независимо от мощности и других различных технических характеристик, никогда не сможет обеспечить бесперебойное питание подключенных к нему электроприборов. Скорость ветра – неравномерна. Объем мощности, вырабатываемой ветрогенератором в течение суток, может значительно меняться.
Классическая схема ветрогенераторов, которая сможет обеспечивать питание потребителей даже в тихую и безветренную погоду, должна иметь компоненты, такие как:
- ветрогенератор – установка, которая преобразовывает энергию ветра в электричество;
- аккумуляторная батарея – позволяет накапливать электроэнергию во время работы ветряка и отдавать ее потребителям, когда ВГ перестает вырабатывать электричество;
- инвертор – устройство, которое служит для преобразования постоянного тока напряжением 12В в бытовой ток – 220В, обладающий заданной частотой;
- контроллер – устройство, которое преобразует переменный ток, в ток постоянный.
На сегодняшний день в Европе растет количество вложений в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников. Строение ветроэлектростанций непрерывно развивается, аэродинамические и электрические показатели становятся намного лучше, чем были, снижаются потери.
По оценкам многих экономистов, ветряные электростанции для дома, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.
Как работает ветряная электростанция? Полное объяснение
Содержание
Введение
Энергия ветра является возобновляемым источником энергии и доступна во всем мире в изобилии. Поэтому, чтобы наилучшим образом использовать этот природный ресурс, проектируются ветряные турбины. Ветряная турбина может работать со скоростью ветра от 15 км/ч до 90 км/ч 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% поступающей на землю солнечной энергии преобразуется в энергию ветра. Это связано с неравномерным нагревом земной поверхности, что приводит к тому, что разные зоны низкого давления и молекулы воздуха перемещаются из зоны высокого давления в зону низкого давления, создавая ветер.
Вращение земли и неровности поверхности заставляют ветер следовать случайным путем 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, говорят, что это ветряная электростанция. Вся электроэнергия, вырабатываемая каждой отдельной башней, подается на электрическую подстанцию через передающую сеть.
Прежде чем вкладывать деньги в этот бизнес, нужно убедиться, что месторасположение ветряной электростанции играет очень важную роль в его успехе.
Морской завод имеет хороший поток воздуха в течение всего года. Единственным недостатком является высокая стоимость строительства, монтажа и сложности обслуживания завода. Также подводные кабели используются для передачи тока на землю, где можно легко использовать местные линии электропередачи. Кроме того, следует также помнить, что скорость ветра на морской установке достигает нескольких миль в час, поэтому проектирование машины также является первоочередной задачей.
фактор, о котором следует помнить.
Расположение наземной ветряной электростанции требует гораздо больше исследований и затрат времени, чтобы найти правильное место, в первую очередь, датчики скорости, температуры и направления ветра устанавливаются по всей рассматриваемой площади. Данные этих датчиков анализируются в течение нескольких месяцев, чтобы решить, является ли это хорошим местом для установки или нет. Как только вы выберете правильное место, легко построить и установить завод.
На пути ветра не должно быть препятствий, поэтому избегайте турбулентности воздушного потока, достигающего лопастей. Поэтому береговые установки не должны устанавливаться в долине. Лучшее место для установки на берегу – это вершина холма, где мы можем получить почти прямолинейный поток воздуха без какой-либо турбулентности или открытой местности. Если есть какое-либо препятствие в потоке воздуха даже перед открытой местностью, то оно должно быть на расстоянии, равном двойной длине башни, тогда это не повлияет на мощность, вырабатываемую башней.
Поскольку ветряная электростанция вырабатывает переменную мощность из-за колебаний скорости ветра в течение дня, им необходимо разработать план резервного электроснабжения, чтобы поддерживать стабильное электроснабжение. Прогноз погоды также играет важную роль в определении доли использования альтернативных источников в ближайшие дни.
Индия производит 1500 МВт электроэнергии на береговой ветровой электростанции Муппандал, второй по величине в мире по производству электроэнергии после китайской ветряной электростанции Ганьсу, производящей 6000 МВт электроэнергии.
Читайте также:
- Как работает геотермальная электростанция?
- Конструкция паровой электростанции, принцип работы, преимущества и недостатки со схемой
- Атомная электростанция – принцип работы, преимущества, недостатки со схемой
Принцип работы ветряной турбины 3-х лопастной ротор вращается в вертикальной плоскости. Энергия ветра используется для вращения этих лопастей, установленных на высоте почти 40 метров.
Таким образом, преобразуя кинетическую энергию ветра в механическую энергию. Эта механическая энергия затем преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора.
Основные части ветряной турбины
Это машина с горизонтальной осью с 2-3 лопастями ротора, которые вращаются в вертикальной плоскости, эти лопасти установлены на ступице, и эта ступица соединена с коробкой, называемой гондолой.
1. Гондола –
Названа в честь обшивки авиационного двигателя. Это гибкая стеклянная трубка, содержащая коробку передач, тормоза и генератор. Однако для турбин мощностью до 2 МВт/ед. трансформатор высокого напряжения также размещается в самой гондоле. Также у него есть датчики направления и скорости, установленные максимально сзади на гондоле, чтобы защитить их от грязи, исходящей от лопастей.
2. Коробка передач —
Вал, соединенный со ступицей, напрямую входит в коробку передач и увеличивает ее число оборотов до необходимого уровня.
Это самая тяжелая часть гондолы.
3. Тормоза –
Тормоза используются, когда ветер дует выше критического уровня на ту же турбину от повреждения. Тормоза установлены сразу за коробкой передач.
4. Генератор-
Он преобразует энергию быстро вращающегося вала в электрическую энергию, и, наконец, высоковольтный трансформатор преобразует ее в высокое напряжение, чтобы быть готовым к работе в линиях электропередач.
5. Башня-
Это цилиндрическая конструкция, на которой установлена гондола. Для субмегаваттной турбины мощностью до 400-600 Вт ее высота может варьироваться от 25 до 45 метров. Однако диаметр этого цилиндра уменьшается по мере подъема на башню. Кабель передачи от генератора спускается внутри этой башни к высоковольтному трансформатору. Внутри башни также есть лестница с деревянными платформами на разной высоте. Платформа, соединенная с гондолой, называется платформой рыскания.
6. Платформа рыскания —
Это стальная платформа в верхней части башни, которая помогает гондоле поворачиваться в направлении ветра.
У него также есть тормоза в некоторых высококлассных ветряных турбинах, чтобы поддерживать направление гондолы.
Читайте также:
- Типы ветряных турбин – ветряные турбины с горизонтальной и вертикальной осью
- Какие существуют типы турбин?
- Преимущества и недостатки энергии ветра
Работа ветряной электростанции
Лопасти ветряной турбины работают как аэродинамический профиль различного сечения по всей длине. Когда жидкость (воздух) движется над этим аэродинамическим профилем, она создает подъемную силу, заставляя лопасть вращаться вокруг своей оси. Генератор также подключен к ротору, вал начинает вращаться и вырабатывает электроэнергию.
Все мы знаем, что вращающиеся лезвия могут дать нам электричество. Но скорость ветра продолжает меняться со временем, поэтому мы получаем колебание мощности. Чтобы преодолеть это, определяется пороговая скорость, при которой турбина начнет вращаться, ниже которой используются тормоза, чтобы предотвратить вращение лопастей.
А при большой скорости ветра применяются тормоза, чтобы предотвратить повреждение турбины.
Моторы и датчики используются для вращения лопастей вокруг своей оси, чтобы они могли регулироваться в соответствии с изменяющимся направлением ветра. И извлекать из ветра максимальную мощность. Лопасти также вращаются, чтобы остановить вращение турбины, то есть они ориентированы таким образом, что подъемная сила не создается даже при дующем ветре.
На ветряной электростанции турбины должны быть соединены между собой, чтобы получить максимальную отдачу от них. Они связаны друг с другом системой сбора электроэнергии среднего напряжения, обычно около 35,5 кВ, а также сетью связи, которая помогает им общаться.
Для лучшего понимания посмотрите видео ниже:
Преимущества
- Воздух как топливо бесплатен и неисчерпаем.
- Является чистым источником энергии и не загрязняет окружающую среду.
- Стоимость электроэнергии слишком низкая, а ветряная турбина может использоваться более 20 лет.
- Это дешево, так как требуются только затраты на установку и техническое обслуживание.
- Ветроэнергетика является одним из самых быстрорастущих секторов во всем мире, поэтому она создает много рабочих мест в сфере производства, установки и обслуживания.
Недостатки
- Требуется много исследований и усилий, чтобы выбрать место для установки ветряной электростанции из-за изменчивого характера ветра.
- Его первоначальная стоимость установки слишком высока, так как для установки турбины необходимо пройти обследование, чтобы определить скорость ветра в данном месте. Все это увеличивает стоимость.
- Они являются самым большим недостатком для местной популяции птиц, так как погибают из-за столкновения с лезвиями.
- Шумовое загрязнение является одним из основных недостатков.
- Ветряная электростанция полезна только для стран с прибрежными или холмистыми районами.
Применение
- В основном используется для производства электроэнергии.
- Также используется для прокачки воды через многолопастную турбину.
Принцип работы ветряной турбины – StudiousGuy
Ветряная турбина в основном работает по принципу преобразования энергии из одной формы в другую. Как следует из самого названия, ветряная турбина использует ветер для выработки электроэнергии. Работа ветряной турбины является полной противоположностью электрического вентилятора. Точно так же, как электрический вентилятор преобразует электрическую энергию в кинетическую для циркуляции воздуха в окружающей среде, ветряная турбина преобразует кинетическую энергию, которой обладает воздух, текущий в окружающей среде, для производства электрической энергии. Ветер есть не что иное, как воздух в движении. Ветер обычно возникает из-за неровностей, присутствующих на поверхности земли, вращения земли и неравномерного нагревания солнцем различных частей земли.
Производство энергии ветра значительно интенсифицируется в приморских районах, поэтому вблизи таких районов расположено максимальное количество ветропарков и ветроустановок. Ветряная турбина облегчает пользователю создание нетрадиционного и экологически чистого источника энергии. Преимущество ветряной турбины состоит в том, что она не выделяет токсичных газов или отходов в окружающую среду и является одним из наиболее эффективных и экономичных источников энергии. Ограничения использования ветряной турбины для производства энергии включают высокую стоимость установки, сложное обслуживание турбин и необходимость относительно большой площади для установки. Кроме того, скорость ветра, необходимая для правильного вращения ветряной турбины без каких-либо проблем с износом, должна быть более 12 км/ч и менее 9 км/ч.0 км/ч. Форма гребных винтов ветряной турбины может быть выполнена в двух возможных формах, то есть вдоль вертикальной оси или вдоль горизонтальной оси. Энергия, производимая ветряной турбиной, является чистой и возобновляемой, и ее можно использовать для таких целей, как питание мельницы, перекачка воды, рубка древесины, зарядка аккумуляторов для лодок или караванов и т.
д. Более крупные ветряные турбины также можно использовать в качестве источник питания для бытовых нужд. Массив ветряных турбин, расположенных по порядку, известен как ветряная электростанция. Ветряная электростанция способна генерировать значительное количество электроэнергии, которую можно хранить и использовать позже.
Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)
Конструкция ветряной турбины
Ветряная турбина обычно состоит из трех или пяти лопастей пропеллера, прикрепленных к вершине стержня. Все лопасти пропеллера выровнены под определенным углом и соединены с ротором. Ротор, лопасти пропеллера и ступица вместе известны как башня ротора. Материал, используемый для строительства роторной башни, включает бетон, трубчатую сталь или стальную решетку. Для производства значительно большего количества электроэнергии высота ветряных турбин предпочтительно должна быть как можно большей, потому что скорость ветра в более высоких областях сравнительно больше, чем скорость ветра в более низких областях.
Секция башни ротора ветряной турбины по своей природе более жесткая по сравнению с основанием, потому что верхняя часть ветряной турбины больше подвержена ветру с высокой скоростью и с большей вероятностью подвергается износу. Внутренняя структура лопастей содержит шаговую систему. Основная цель системы шага — наклон лопастей винта. Поворачивая лопасти гребного винта от ветра, можно легко контролировать скорость вращения ротора и избежать поворота ветра, который имеет слишком высокую или слишком низкую скорость потока. Внутренняя схема турбины состоит из тихоходного вала, редуктора и быстроходного вала. Обычно скорость тихоходного вала примерно равна 30-60 оборотам в минуту. Скорость вращения тихоходного вала можно увеличить до определенного уровня, подключив его к редуктору. Кроме того, редуктор действует как среда, соединяющая вращательное движение низкоскоростного вала с высокоскоростным валом. Скорость вращения быстроходного вала обычно равна 1000-1800 оборотов в минуту. Высокоскоростной вал дополнительно соединен с генератором.
Внутренняя схема ветряной турбины также содержит тормозную систему, которая используется для остановки движения ротора в случае возникновения аварийных ситуаций или несчастных случаев. Тормозной механизм может управляться вручную, гидравлически, пневматически или электрически. Анемометр прикреплен к задней части турбины и используется для измерения скорости ветра. Измеренные данные или значение скорости передаются на контроллер. Основное назначение контроллера — включение ветроустановки при достижении скорости ветра 10-16 км/ч и отключение машины при достижении скорости ветра значения, примерно равного 55 км/ч. Это помогает защитить оборудование от повреждений и обеспечивает эффективное производство электроэнергии. К турбине подсоединен флюгер, который используется для определения направления потока ветра. Кроме того, он подключен к приводу рыскания и помогает правильно настроить турбину в соответствии с направлением ветра. Лицо ветряной турбины можно отрегулировать в соответствии с направлением потока ветра с помощью двигателя рыскания и привода рыскания.
Ветряные турбины огромны и громоздки, поэтому во избежание несчастных случаев и несчастных случаев ветряные электростанции обычно строят на окраинах городов.
Работа ветряной турбины
Простая работа ветряной турбины начинается с вращения лопастей пропеллера относительно их оси, когда на них дует ветер. Лопасти гребного винта ветряной турбины слегка сужены по направлению воздушного потока и имеют крылатый профиль. Ветер, вызывающий вращение лопасти, представляет собой совокупность потоков воздуха, стремящихся течь в окружающей среде под разными углами и подходить к лопасти с разных сторон. Это одна из причин, по которой радиальная скорость турбины мала вблизи основания лопаток и значительно выше на концах лопаток. Диапазон радиальной скорости обычного ветряного двигателя простирается до максимального значения, которое обычно составляет 80 метров в секунду. Изогнутая форма лопастей винта обеспечивает правильный угол атаки, чтобы собрать максимальное количество кинетической энергии, которой обладает ветер.
Обычно для производства электроэнергии с помощью ветродвигателя требуется движение вентилятора ветродвигателя значительно большим, поэтому воздух, движущийся со скоростью, примерно равной 40-45 км/ч, обычно предпочтительно. Поток ветра варьируется в зависимости от района и во многом зависит от местности, поэтому место для установки ветряных турбин необходимо выбирать с большой точностью и продуманностью. Непрерывное движение лопастей вентилятора связано с ротором и заставляет его вращаться. Ротор дополнительно подключен к генератору через внутреннюю схему. Основное назначение генератора — преобразование механической или кинетической энергии вращающегося ротора в электрическую энергию. Скорость, с которой вращается ротор, по-прежнему недостаточна для работы генератора, поэтому между низкоскоростным валом и высокоскоростным валом, содержащимися в турбине, используется планетарный редуктор. Низкоскоростной вал получает сигнал непосредственно от опоры ротора и соединяет его с высокоскоростным валом через редуктор. Высокоскоростной вал передает вращательное движение генератору. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, передается по кабелю и накапливается за счет электрического расположения компонентов, таких как установочный трансформатор и т. д., присутствующих в основании башни. Эффективность ветряной турбины можно легко рассчитать, наблюдая и отмечая скорость ветра вверх и вниз по потоку над ветряной турбиной. В идеале скорость нисходящего потока должна быть равна нулю, но практически она должна быть значительно меньше скорости восходящего потока. Низкое значение нисходящей скорости ветра говорит о том, что большая часть кинетической энергии, которой обладает ветер, захвачена турбиной и может быть преобразована в электрическую энергию. Точно так же идеальное или нулевое значение скорости вниз по потоку предполагает, что 100% кинетической энергии, содержащейся в воздухе, было израсходовано и может быть преобразовано в электрическую энергию; однако в науке идеальности не существует. Преобразование кинетической энергии можно легко оценить с помощью закона Беца.