Принцип работы ветрогенератора

Поиск альтернативных способов получения энергии ведется уже немало лет. Одной из разновидностей такого оборудования являются ветрогенераторы, которые способны вырабатывать электроэнергию благодаря ветру. Принцип работы ветрогенератора основывается на возможности энергии переходить из одного вида в другой.

Данное оборудование функционирует следующим образом: ветер обладает кинетической энергией, которая способна превращаться в механическую энергию ротора. Далее устройство превращает механическую энергию в электрическую. Таким образом можно получать электроэнергию бесплатно. Мощность ветряных электростанций может варьироваться в пределах 5-4500 кВт. Сегодня разработано оборудование, которое способно вырабатывать электроэнергию даже при очень слабой ветровой скорости 4 м/с.

Принцип работы ветряка достаточно прост, поэтому такое оборудование можно изготовить самостоятельно. Использование данного оборудования предоставит возможность не только экономить на оплате электроэнергии, но и продавать ее на условиях «зеленого тарифа» государству. Данный способ получения энергии подходит для любых объектов, находящихся в местности без централизованного энергоснабжения либо может быть использован в качестве дополнительного источника. Он является оптимальным выбором и позволяет электрифицировать автономно любой объект.

Особенности устройства ветрогенератора

Данное оборудование имеет лопасти, которые приводятся в движение вследствие воздействия силы ветра. Данное вращение запускает турбину, которая также начинает вращаться. В турбине начинает генерироваться энергия, мощность которой определяется силой ветра. С ростом ветровой энергии увеличивается и механическая, вырабатываемая турбиной.

Устройство ветрогенератора может отличаться наличием или отсутствием мультипликатора на роторе. Если он предусмотрен, энергия от турбины передается ему. Назначением мультипликатора является ускорение вращения оси. Установки без этого оборудования являются более эффективными, поскольку в них не происходит генерации дополнительной энергии (для ускорения вращения оси), а значит, и ее растраты. Такому оборудованию вполне достаточно ветровой энергии для полноценного функционирования.

Принцип работы ветряной электростанции позволил получать электроэнергию альтернативным способом и обеспечить автономность каждого объекта. Мощность данного оборудования полностью определяется размерами его лопастей. Чем больше их площадь, тем выше мощность можно получить, используя принцип работы ветроустановки.

Расчет мощности ветряного оборудования производится на основе кубической зависимости скорости ветряного потока. Кубическая зависимость означает, что если ветровой поток скорости, условно 6 м/сек, обеспечивает мощность установки 100 Вт, то увеличение потока до 12 м/сек приведет к возрастанию мощности в восемь раз – до 800 Вт.

Если турбина характеризуется небольшими размерами, для получения высокой мощности будет необходим очень сильный ветер. Если же турбина большая, она способна и при незначительной ветровой скорости выдавать необходимую мощность.

Конструкция ветряка полностью определяет его способности вырабатывать определенное количество электроэнергии за единицу времени в зависимости от скорости ветрового потока.

Конструкция ветряных генераторов энергии

Многим интересно, как устроен ветрогенератор именно с точки зрения его конструкции, поэтому мы уделим отдельное внимание этому вопросу. Такие установки включают следующие функциональные узлы:

• установка, превращающая ветровую силу в энергию;
• аккумуляторная батарея;
• инвертор;
• контроллер заряда.

Оборудование, преобразующее ветровую энергию в электрическую, включает в себя:

• турбину, т.е. ротор, осуществляющий превращение энергии ветрового потока прямолинейного движения;
• генератор, осуществляющий преобразование механической энергии в электрическую;
• мачту (данный конструктивный элемент может быть типа «ферма» либо трубчатым);
• систему управления турбиной;
• мультипликатор (в зависимости от модели);
• хвост или систему азимутального привода;
• выпрямитель, который необходим при использовании генераторов переменного тока для правильной зарядки аккумулятора.

С точки зрения мощности все ветровое генераторное оборудование классифицируется на бытовое, характеризующееся мощностью 1-10 кВт и промышленное – от 500 кВт.

Модификации ветряного генераторного оборудования

Принцип работы ветроэлектростанции позволил создавать бытовое оборудование, отличающееся расположением оси турбины. В модификациях с горизонтальным расположением есть различия в системах, управляющих роторами. При азимутальном приводе фиксация направления ветра осуществляется электроникой. В зависимости от полученных данных происходит разворот от ветра в случае, если его скорость выше номинальной.

Если система управления аэромеханическая, на лопастях генераторов есть специальные подвижные элементы. Именно это конструкционное решение позволяет менять расположение плоскости лопастей в зависимости от направления ветра. Таким образом достигается наиболее эффективное функционирование оборудования.

Ветровые генераторы, характеризующиеся вертикальным расположением оси, представляют собой низкоэффективные установки, которые не рекомендуется использовать вследствие этого. К такому неэффективному оборудованию относятся:

• «Дарье» («Darrieus») – ротор, который пригоден для использования лишь в качестве анемоскопа.
• «Савониуса» («Savonius») – ротор, недостатком которого является существующий коэффициент опережения. Это оборудование самостоятельно запуститься не способно, его необходимо раскручивать. Если этого не сделать, получать электроэнергию станет возможным только после достижения ветром скорости 10 м/с.

Наибольшее распространение в наши дни получили ветряные крыльчатые генераторы с горизонтально расположенной осью вращения. Это обусловлено тем, что в таких установках несложно достичь 30% коэффициента использования энергии ветрового потока. Данная величина может быть при определенных условиях и выше. При вертикальной оси вращения данный коэффициент в лучшем случае достигает 20%. Следовательно, энергия ветра используется неэффективно.

Если сравнивать электроснабжение от ветрогенератора и солнечных модулей, то по схеме подключения для определенного строительного объекта они являются идентичными. Поэтому в одной такой системе энергоснабжения могут быть и те, и другие генераторы. Это позволит получить максимальное количество электроэнергии от альтернативных источников.

Особенности использования ветряного генератора

Следует учитывать, что каждые 10 метров подъема позволяют получить скорость ветра на 1 м/с больше. Соответственно, от высоты мачты непосредственно зависит, насколько эффективно сможет функционировать генераторное оборудование. Также на эффективность работы будет оказывать влияние и диаметр ротора, поэтому предпочтительнее, чтобы он был большим.

Скорость ветрового потока имеет значение для работы оборудования. При скорости 1,5 м/с лопасти начинают вращаться. Генерация энергии начинается, когда скорость ветра достигает значения 3 м/с. Для украинских ветряных генераторных установок номинальной является скорость ветра 7-9 м/с. Такое оборудование способно функционировать при скорости потока воздуха до 52 м/с, что составляет около 200 км/ч.

Ветряные генераторы характеризуются обширной сферой применения. Их устанавливают в частных домовладениях, предприятиях, обособленных сооружениях и других объектах, нуждающихся в автономном энергоснабжении. Для установки предпочтительнее выбирать открытые пространства. Это могут быть возвышенности, холмы и даже мелководье.

Ветряное генераторное оборудование может быть использовано в единичном экземпляре либо группой. Для масштабных объектов такие устройства объединяют в парки. Использование возможно в качестве основного или дополнительного источника энергии.