Генерація електроенергії з енергії вітру

Генерація електроенергії з енергії вітру

Пошук альтернативних способів отримання енергії ведеться вже чимало років. Одним з різновидів такого обладнання є вітрогенератори. Вони здатні виробляти електроенергію завдяки вітру. Принцип роботи вітрогенератора грунтується на переході енергії з одного виду в інший. Дане обладнання функціонує наступним чином: вітер має кінетичну енергію, яка здатна перетворюватися в механічну енергію ротора. Далі пристрій перетворює механічну енергію в електричну. Таким чином можна отримувати електроенергію безкоштовно. Потужність вітряних електростанцій може варіюватися в межах 5-4500 кВт. Сьогодні розроблено обладнання, яке здатне виробляти електроенергію навіть при дуже слабкій вітровій швидкості 4 м/с. Принцип роботи вітряка досить простий, тому таке обладнання можна виготовити самостійно     . Даний спосіб отримання енергії підходить для будь-яких об'єктів, що перебувають у місцевості без централізованого енергопостачання або може бути використаний в якості додаткового джерела. Він є оптимальним вибором і дозволяє електрифікувати автономно будь-який об'єкт.(1)

1. https://vencon.ua/ua/articles/printsip-raboty-vetrogeneratora
Особливості пристрою вітрогенератора
[pic 1]

Дане обладнання має лопаті, які приводяться в рух внаслідок дії сили вітру. Дане обертання запускає турбіну, яка також починає обертатися. У турбіні починає генеруватися енергія, потужність якої визначається силою вітру. З ростом вітрової енергії збільшується і механічна, що виробляється турбіною. Пристрій вітрогенератора може відрізнятися наявністю або відсутністю мультиплікатора на роторі. Якщо він передбачений, енергія від турбіни передається йому. Призначенням мультиплікатора є прискорення обертання осі. Установки без цього обладнання є більш ефективними, оскільки в них не відбуваються генерації додаткової енергії (для прискорення обертання осі), а значить, і її витрати. Такому обладнанню цілком достатньо вітрової енергії для повноцінного функціонування. Принцип роботи вітряної електростанції дозволив отримувати електроенергію альтернативним способом і забезпечити автономність кожного об'єкта. Потужність даного обладнання повністю визначається розмірами його лопатей. Чим більше їх площа, тим вищу потужність можна отримати, використовуючи принцип роботи вітроустановки. Розрахунок потужності вітряного обладнання здійснюється на основі кубічної залежності швидкості вітрового потоку. Кубічна залежність означає, що якщо вітровий потік зі швидкістю, умовно 6 м/с, забезпечує потужність установки 100 Вт, то збільшення потоку до 12 м/сек призведе до зростання потужності у вісім разів – до 800 Вт. Якщо турбіна характеризується невеликими розмірами, для отримання високої потужності буде потрібен дуже сильний вітер. Якщо ж турбіна велика, вона здатна і за незначної вітрової швидкості видавати необхідну потужність. Конструкція вітряка повністю визначає його здатності виробляти певну кількість електроенергії за одиницю часу в залежності від швидкості вітрового потоку.

Конструкція вітряних генераторів енергії

Багатьом цікаво, як влаштований вітрогенератор саме з точки зору його конструкції, тому ми звернімо окрему увагу на це питання. Такі установки включають такі функціональні вузли: установка, що перетворює вітрову силу в енергію; акумуляторна батарея; інвертор; контролер заряду. Обладнання, що перетворює вітрову енергію в електричну, включає в себе: турбіну, тобто ротор, який здійснює перетворення енергії вітрового потоку прямолінійного руху; генератор, що здійснює перетворення механічної енергії в електричну; щоглу (даний конструктивний елемент може бути типу «ферма» або трубчастим); систему управління турбіною; мультиплікатор (в залежності від моделі); хвіст або систему азимутального привода; випрямляч, який необхідний при використанні генераторів змінного струму для правильної зарядки акумулятора. З точки зору потужності все вітрове генераторне обладнання класифікується як побутове, яке характеризується потужністю 1-10 кВт і промислове – від 500 кВт.
Модифікації вітряного генераторного обладнання
Принцип роботи вітроелектростанції дозволив створювати побутове обладнання, що відрізняється розташуванням осі турбіни. В модифікаціях з горизонтальним розташуванням є відмінності в системах, які керують роторами. При азимутальному приводі фіксація напрямку вітру здійснюється електронікою. Залежно від отриманих даних відбувається розворот від вітру в разі, якщо його швидкість вище номінальної. Якщо система управління аеромеханічна, на лопатях генераторів є спеціальні рухомі елементи. Саме це конструкційне рішення дозволяє змінювати розташування площини лопатей в залежності від напрямку вітру. Таким чином досягається найбільш ефективне функціонування обладнання. Вітрові генератори, що характеризуються вертикальним розташуванням осі, являють собою низькоефективні установки, які не рекомендується використовувати внаслідок цього. До такого неефективного обладнання належать: «Дар'є» («Darrieus») – ротор, який придатний для використання лише як анемоскоп. «Савоніуса» («Savonius») – ротор, недоліком якого є існуючий коефіцієнт випередження. Це обладнання самостійно запуститися не здатне, його необхідно розкручувати. Якщо цього не зробити, отримувати електроенергію стане можливим тільки після досягнення вітром швидкості 10 м/с. Найбільшого поширення в наші дні отримали вітряні крильчасті генератори з горизонтально розташованої віссю обертання. Це обумовлено тим, що в таких установках нескладно досягти 30% коефіцієнта використання енергії вітрового потоку. Дана величина може бути при певних умовах і вище. При вертикальній осі обертання даний коефіцієнт в кращому випадку досягає 20%. Отже, енергія вітру використовується неефективно. Якщо порівнювати електропостачання від вітрогенератора та сонячних модулів, то за схемою підключення для певного будівельного об'єкта вони є ідентичними. Тому в одній такій системі енергопостачання можуть бути і ті, і інші генератори. Це дозволить отримати максимальну кількість електроенергії від альтернативних джерел. Особливості використання вітряного генератора Слід враховувати, що кожні 10 метрів підйому дозволяють отримати швидкість вітру на 1 м/с більше. Відповідно, від висоти щогли безпосередньо залежить, наскільки ефективно зможе функціонувати генераторне обладнання. Також на ефективність роботи буде впливати і діаметр ротора, тому краще, щоб він був великим. Швидкість вітрового потоку має значення для роботи обладнання. При швидкості 1,5 м/с лопаті починають обертатися. Генерація енергії розпочинається, коли швидкість вітру досягає значення 3 м/с. Для українських вітряних генераторних установок номінальною є швидкість вітру 7-9 м/с. Таке обладнання здатне функціонувати при швидкості потоку повітря до 52 м/с, що становить близько 200 км/ч. Вітряні генератори характеризуються великою сферою застосування. Їх встановлюють у приватних домоволодіннях, підприємствах, відокремлених спорудах та інших об'єктах, які потребують автономного енергопостачання. Для встановлення краще вибирати відкриті простори. Це можуть бути височини, пагорби і навіть мілководдя. Вітряне генераторне обладнання може бути використано в одиничному екземплярі або групою. Для масштабних об'єктів такі пристрої об'єднують в парки. Використання можливе в якості основного або додаткового джерела енергії.