Jak obliczyć turbinę wiatrową: wzory + praktyczny przykład obliczeń

Wybór modelu

Koszt zestawu generatora wiatrowego, falownika, masztu, SHAVRA - automatycznej szafy rozdzielczej, zależy bezpośrednio od mocy i sprawności.

Moc maksymalna kW	Średnica wirnika m	wysokość masztu m	Prędkość znamionowa m/s	Napięcie Wt
0,55	2,5	6	8	24
2,6	3,2	9	9	120
6,5	6,4	12	10	240
11,2	8	12	10	240
22	10	18	12	360

Jak widać, do pełnego lub częściowego zasilenia osiedla prądem potrzebne są agregaty prądotwórcze dużej mocy, których samodzielny montaż jest dość problematyczny. W każdym razie duże nakłady inwestycyjne i konieczność montażu masztów za pomocą specjalnego sprzętu znacznie zmniejszają popularność systemów energetyki wiatrowej do użytku prywatnego.

Istnieją przenośne turbiny wiatrowe małej mocy, które można zabrać ze sobą w podróż. Modele te są kompaktowe, szybko montowane na ziemi, nie wymagają specjalnej pielęgnacji i zapewniają wystarczającą ilość energii do wygodnego spędzania czasu na łonie natury.

I choć maksymalna moc takiego modelu to tylko 450 W, to wystarcza do oświetlenia całego kempingu i umożliwia korzystanie z domowych urządzeń elektrycznych z dala od cywilizacji.

Dla średnich i małych przedsiębiorstw instalacja kilku elektrowni wiatrowych generujących energię może zapewnić znaczne oszczędności w kosztach energii. Wiele europejskich firm zajmuje się produkcją tego typu produktów.

Są to złożone systemy inżynieryjne, które wymagają konserwacji zapobiegawczej i konserwacji, ale ich moc znamionowa jest taka, że ​​może pokryć potrzeby całej produkcji. Na przykład w Teksasie, na największej farmie wiatrowej w Stanach Zjednoczonych, tylko 420 takich generatorów generuje 735 megawatów rocznie.

Plusy i minusy instalacji turbiny wiatrowej

Sprzęt ten, podobnie jak panele słoneczne, należy do kategorii alternatywnych źródeł energii. Jednak w przeciwieństwie do ogniw fotowoltaicznych, które potrzebują światła słonecznego, turbina wiatrowa może działać wydajnie 24 godziny na dobę, 365 dni w roku.

Zalety	Wady
Darmowa energia w dowolnym miejscu	Cena sprzętu
Energia ekologiczna	Koszt instalacji
Niezależność energetyczna od państwa i jego taryf	Koszt usługi.
Niezależność od światła słonecznego	Zależność od prędkości wiatru

Aby zrównoważyć wszystkie te zalety i wady, często tworzą grupę: generator wiatrowy z panelem słonecznym. Instalacje te wzajemnie się uzupełniają, zmniejszając tym samym zależność wytwarzania energii elektrycznej od słońca i wiatru.

Obliczanie mocy generatora wiatrowego

W większości przypadków proces wykonalności montażu farm wiatrowych będzie zależał od średnich prędkości wiatru na danym obszarze. Instalacja turbin wiatrowych jest uzasadniona minimalną siłą wiatru wynoszącą cztery metry na sekundę. Przy prędkości wiatru od dziewięciu do dwunastu metrów na sekundę turbina wiatrowa będzie działać z maksymalną prędkością.

Poziomy generator wiatrowy

Ponadto moc takich urządzeń zależy również od powierzchni zastosowanych łopatek i średnicy wirnika urządzenia. Znając średnie prędkości wiatru dla danego regionu, możliwe jest dobranie wymaganego generatora przy użyciu określonej wielkości śmigła.

Obliczenia dokonuje się zgodnie ze wzorem: P \u003d 2D * 3 V / 7000 kW, w którym P to moc, D to średnica urządzenia śrubowego, a parametr taki jak V wskazuje siłę wiatru w metrach na sekundę . Ale ta formuła jest odpowiednia tylko dla poziomych turbin wiatrowych.

energia alternatywna

Obciążenie wiatrem może również przynieść korzyści, na przykład poprzez przekształcenie siły wiatru w turbinach wiatrowych. Tak więc przy prędkości wiatru V = 10 m/s, o średnicy koła 1 metra, wiatrak ma łopaty d = 1,13 mi wytwarza około 200-250 W mocy użytecznej. Pług elektryczny, zużywając taką ilość energii, będzie w stanie w ciągu godziny zaorać około pięćdziesięciu (50 m²) ziemi na osobistej działce.

Jeśli zastosujesz duży rozmiar generatora wiatrowego - do 3 metrów i średnią prędkość przepływu powietrza 5 m / s, możesz uzyskać 1-1,5 kW mocy, co całkowicie zapewni małym wiejskim domowi darmową energię elektryczną.Wraz z wprowadzeniem tzw. „zielonej” taryfy okres zwrotu sprzętu zostanie skrócony do 3-7 lat iw przyszłości może przynieść zysk netto.

Obliczanie śmigieł turbin wiatrowych

Przy projektowaniu wiatraka stosuje się zwykle dwa rodzaje śrub:

1. Obrót w płaszczyźnie poziomej (łopatka).
2. Obrót w płaszczyźnie pionowej (wirnik Savonius, rotor Darrieus).

Konstrukcje śrub z obrotem w dowolnej z płaszczyzn można obliczyć za pomocą wzoru:

Z=L*W/60/V

Dla tego wzoru: Z jest stopniem prędkości (małej prędkości) śmigła; L to rozmiar długości koła opisanego przez ostrza; W jest prędkością (częstotliwością) obrotu śmigła; V to natężenie przepływu powietrza.

Taka jest konstrukcja śruby o nazwie „Rotor Darier”. Ta wersja śmigła jest uważana za skuteczną w produkcji turbin wiatrowych o małej mocy i wielkości. Obliczenie śruby ma pewne cechy

Na podstawie tego wzoru można łatwo obliczyć liczbę obrotów W - prędkość obrotową. A roboczy stosunek obrotów i prędkości wiatru można znaleźć w tabelach dostępnych w sieci. Na przykład dla śmigła z dwoma łopatami i Z=5 obowiązuje następująca zależność:

Liczba ostrzy	Stopień prędkości	Prędkość wiatru m/s
2	5	330

Ponadto jednym z ważnych wskaźników śmigła wiatraka jest skok. Parametr ten można określić za pomocą wzoru:

H=2πR*tgα

Tutaj: 2π jest stałą (2*3.14); R jest promieniem opisanym przez ostrze; tg α jest kątem przekroju.

Obliczanie mocy generatora wiatrowego

Własna produkcja wiatraka również wymaga wstępnych obliczeń. Nikt nie chce tracić czasu i materiałów na produkcję nie wiadomo czego, chce z góry mieć wyobrażenie o możliwościach i oczekiwanej mocy instalacji.Praktyka pokazuje, że oczekiwania i rzeczywistość słabo ze sobą korelują, instalacje tworzone na podstawie przybliżonych szacunków lub założeń nie popartych dokładnymi obliczeniami dają słabe wyniki.

Dlatego zwykle stosuje się uproszczone metody obliczeniowe, które dają wyniki wystarczająco bliskie prawdy i nie wymagają użycia dużej ilości danych.

Wzory do obliczeń

Do należy dokonać kalkulacji generatora wiatrowego następujące działania:

• Określ zapotrzebowanie na energię elektryczną w Twoim domu. Aby to zrobić, konieczne jest obliczenie całkowitej mocy wszystkich urządzeń, sprzętu, oświetlenia i innych odbiorców. Otrzymana ilość pokaże ilość energii potrzebnej do zasilania domu.
• uzyskaną wartość należy zwiększyć o 15-20%, aby na wszelki wypadek mieć pewną rezerwę mocy. Nie ma wątpliwości, że ta rezerwa jest potrzebna. Wręcz przeciwnie, może okazać się niewystarczający, choć najczęściej energia nie zostanie w pełni wykorzystana.
• znając wymaganą moc, można oszacować, jaki generator można wykorzystać lub wyprodukować do rozwiązania zadania. Efekt końcowy użytkowania wiatraka zależy od możliwości generatora, jeśli nie odpowiadają one potrzebom domu, to trzeba będzie albo zmienić urządzenie, albo zbudować dodatkowy zestaw
• obliczenia turbin wiatrowych. Właściwie ten moment jest najtrudniejszy i najbardziej kontrowersyjny w całej procedurze. Wykorzystywane są wzory do wyznaczania mocy przepływu

Rozważmy na przykład obliczenie prostej opcji. Formuła wygląda tak:

P=k R V³ S/2

Gdzie P jest siłą przepływu.

K to współczynnik wykorzystania energii wiatru (wartość, która jest z natury zbliżona do wydajności) przyjmowany w zakresie 0,2-0,5.

R to gęstość powietrza. Ma różne wartości, dla uproszczenia przyjmiemy 1,2 kg/m3.

V to prędkość wiatru.

S to obszar pokrycia koła wiatrowego (pokryty przez obracające się łopaty).

Rozważamy: o promieniu koła wiatru 1 m i prędkości wiatru 4 m/s

P = 0,3 x 1,2 x 64 x 1,57 = 36,2 W

Wynik pokazuje, że przepływ mocy wynosi 36 watów. To jest bardzo małe, ale wirnik licznika jest za mały. W praktyce stosuje się koła wiatrowe o rozstawie łopat 3-4 metry, w przeciwnym razie osiągi będą zbyt niskie.

Co wziąć pod uwagę

Przy obliczaniu wiatraka należy wziąć pod uwagę cechy konstrukcyjne wirnika. Istnieją wirniki o rotacji pionowej i poziomej, o różnej sprawności i wydajności. Konstrukcje poziome są uważane za najbardziej efektywne, ale wymagają wysokich punktów instalacji.

Równie ważne będzie zapewnienie wystarczającej mocy wirnika do obracania wirnika generatora. Urządzenia ze sztywnymi wirnikami, pozwalającymi na uzyskanie dobrej wydajności energetycznej, wymagają sporej mocy na wale, którą może zapewnić jedynie wirnik o dużej powierzchni i średnicy łopatek.

Równie ważnym punktem są parametry źródła rotacji – wiatru. Przed wykonaniem obliczeń należy jak najwięcej dowiedzieć się o sile i przeważających kierunkach wiatru na danym terenie. Weź pod uwagę możliwość huraganów lub porywistych podmuchów, dowiedz się, jak często mogą one wystąpić. Nieoczekiwany wzrost natężenia przepływu grozi zniszczeniem wiatraka i awarią elektroniki przetwarzającej.

Gotowa turbina wiatrowa zorientowana pionowo

Odnowione zainteresowanie turbinami wiatrowymi, zwłaszcza w ostatnich latach. Pojawiają się nowe modele, które są wygodniejsze i bardziej praktyczne.

Do niedawna stosowano głównie poziome turbiny wiatrowe z trzema łopatami. A widoki pionowe nie rozprzestrzeniały się z powodu dużego obciążenia łożysk koła wiatrowego, w wyniku czego powstało zwiększone tarcie, pochłaniające energię.

Ale dzięki zastosowaniu zasad lewitacji magnetycznej generator wiatrowy na magnesach neodymowych zaczął być używany dokładnie w orientacji pionowej, z wyraźnym swobodnym obrotem bezwładności. Obecnie okazała się skuteczniejsza niż pozioma.

Łatwy start uzyskuje się dzięki zasadzie lewitacji magnetycznej. A dzięki wielobiegunowi, który daje napięcie znamionowe przy niskich obrotach, można całkowicie zrezygnować ze skrzyń biegów.

Niektóre urządzenia są w stanie rozpocząć pracę, gdy prędkość wiatru wynosi tylko półtora centymetra na sekundę, a gdy osiąga tylko trzy lub cztery metry na sekundę, może być już równa generowanej mocy urządzenia.

Zwrot z farm wiatrowych

W przypadku elektrowni wiatrowych tworzonych w celu sprzedaży energii elektrycznej, czyli produkcji przemysłowej, kwestia zwrotu wygląda nieco bardziej pomyślnie. Sprzedaż produktów - prąd elektryczny - pozwala na zwrot kosztów zakupu, eksploatacji i naprawy wiatraków. Jednocześnie praktyczne wyniki nie zawsze wyglądają genialnie. Tym samym największe elektrownie wiatrowe istniejące na świecie, charakteryzujące się dużym wolumenem produkcji energii, mają wyjątkowo niską rentowność, a niektóre z nich uznawane są za niezrównoważone.

Powodem tej sytuacji jest niefortunny stosunek kosztów sprzętu, żywotności i wydajności kompleksu. Mówiąc najprościej, w okresie użytkowania turbiny nie ma czasu na wytworzenie wystarczającej ilości energii, aby uzasadnić koszt jej zakupu i konserwacji.

Taka sytuacja jest typowa dla większości farm wiatrowych. Niestabilność źródła energii, niska sprawność konstrukcji w sumie tworzą nisko dochodową produkcję, jeśli mówimy czysto ekonomicznie. Wśród możliwości zwiększenia rentowności najskuteczniejsze są:

• wzrost produktywności
• niższe koszty eksploatacji

Biorąc pod uwagę specyfikę rosyjskiej meteorologii obiecującym sposobem jest zwiększenie liczby turbin wiatrowych na stacji, ale zmniejszenie ich mocy. Okazuje się, że system ma wiele zalet:

• pojedyncze wiatraki są w stanie generować energię przy słabym wietrze, gdy duże modele nie mogą się uruchomić
• obniżenie kosztów zakupu i utrzymania sprzętu
• awaria pojedynczej jednostki nie stwarza poważnych problemów dla zakładu jako całości
• zmniejszenie kosztów uruchomienia i transportu

Ostatni punkt jest szczególnie istotny dla naszego kraju, gdzie montaż elektrowni wiatrowych odbywa się w odległych lub górskich rejonach, a kwestie dostawy i montażu konstrukcji są niezwykle dotkliwe.

Innym sposobem na zwiększenie rentowności jest zastosowanie konstrukcji pionowych. Ta opcja jest uważana w praktyce światowej za mało wydajną, odpowiednią do dostarczania energii indywidualnym odbiorcom - dom prywatny, oświetlenie, pompy itp.

Które turbiny wiatrowe są najbardziej wydajne

Poziomy

pionowy

Największą popularność zyskały tego typu urządzenia, w których oś obrotu turbiny jest równoległa do podłoża. Takie turbiny wiatrowe są często nazywane wiatrakami, w których łopaty obracają się pod prąd wiatru. Konstrukcja urządzenia obejmuje system automatycznego przewijania głowicy. Wymagane jest znalezienie przepływu wiatru. Potrzebne jest również urządzenie do obracania łopatami, tak aby nawet niewielka siła mogła zostać użyta do wygenerowania energii elektrycznej. Korzystanie z takiego sprzętu jest bardziej odpowiednie w przedsiębiorstwach przemysłowych niż w życiu codziennym. W praktyce coraz częściej wykorzystuje się je do tworzenia systemów farm wiatrowych.

Urządzenia tego typu są w praktyce mniej efektywne. Obrót łopatek turbiny odbywa się równolegle do powierzchni ziemi, niezależnie od siły wiatru i jego wektora. Kierunek przepływu również nie ma znaczenia, przy każdym uderzeniu elementy obrotowe przesuwają się przeciwko niemu. W efekcie generator wiatrowy traci część swojej mocy, co prowadzi do spadku efektywności energetycznej całego sprzętu. Jednak pod względem instalacji i konserwacji bardziej odpowiednie do użytku domowego są jednostki, w których łopaty są ułożone pionowo. Wynika to z faktu, że zespół skrzyni biegów i generator są montowane na ziemi. Wady takiego sprzętu to kosztowna instalacja i poważne koszty eksploatacji. Do zamontowania generatora wymagana jest wystarczająca ilość miejsca. Dlatego stosowanie urządzeń pionowych jest bardziej odpowiednie w małych prywatnych gospodarstwach.

Z dwoma ostrzami	Trzy ostrza	wieloostrzowe
Ten typ jednostek charakteryzuje się obecnością dwóch elementów rotacji.Ta opcja jest dziś praktycznie nieefektywna, ale jest dość powszechna ze względu na swoją niezawodność.	Ten rodzaj sprzętu jest najczęstszy. Agregaty trójłopatowe znajdują zastosowanie nie tylko w rolnictwie i przemyśle, ale także w prywatnych gospodarstwach domowych. Tego typu sprzęt zyskał popularność ze względu na swoją niezawodność i wydajność.	Te ostatnie mogą mieć 50 lub więcej elementów rotacji. Aby zapewnić generowanie wymaganej ilości energii elektrycznej, nie jest konieczne przewijanie samych ostrzy, ale doprowadzenie ich do wymaganej liczby obrotów. Obecność każdego dodatkowego elementu obrotu zapewnia wzrost parametru całkowitego oporu koła wiatrowego. W rezultacie wydajność urządzenia przy wymaganej liczbie obrotów będzie problematyczna. Urządzenia karuzelowe wyposażone w wiele ostrzy zaczynają się obracać przy niewielkiej sile wiatru. Ale ich użycie jest bardziej istotne, jeśli sam fakt przewijania odgrywa rolę, na przykład, gdy wymagane jest pompowanie wody. Aby skutecznie zapewnić produkcję dużej ilości energii, nie stosuje się jednostek wielołopatkowych. Do ich działania wymagana jest instalacja urządzenia zębatego. To nie tylko komplikuje całą konstrukcję sprzętu jako całości, ale także czyni go mniej niezawodnym w porównaniu do dwu- i trzyłopatowych.

Z twardymi ostrzami

Jednostki żaglowe

Koszt takich jednostek jest wyższy ze względu na wysoki koszt produkcji części rotacyjnych. Jednak w porównaniu ze sprzętem żeglarskim generatory ze sztywnymi łopatami są bardziej niezawodne i mają długą żywotność. Ponieważ powietrze zawiera kurz i piasek, elementy wirujące poddawane są dużym obciążeniom.Gdy sprzęt pracuje w stabilnych warunkach, wymaga corocznej wymiany folii antykorozyjnej, która jest nakładana na końce ostrzy. Bez tego element obrotowy z czasem traci swoje właściwości robocze.

Ten rodzaj ostrzy jest prostszy w produkcji i tańszy niż metal czy włókno szklane. Ale oszczędności w produkcji mogą w przyszłości prowadzić do poważnych kosztów. Przy średnicy koła wiatrowego wynoszącej trzy metry prędkość końcówki łopaty może wynosić nawet 500 km/h, przy obrotach sprzętu około 600 na minutę. To poważne obciążenie nawet dla sztywnych części. Praktyka pokazuje, że elementy rotacji na sprzęcie żeglarskim muszą być często zmieniane, zwłaszcza przy dużej sile wiatru.

Zgodnie z rodzajem mechanizmu obrotowego wszystkie jednostki można podzielić na kilka typów:

• ortogonalne urządzenia Dariera;
• jednostki z zespołem obrotowym Savonius;
• urządzenia o pionowo-osiowej konstrukcji jednostki;
• sprzęt z mechanizmem obrotowym typu helikoidalnego.

Prędkość wiatru

Niezależnie od tego, czy planujesz zakup gotowego generatora, czy sam go zbudujesz, prędkość wiatru będzie jednym z najważniejszych parametrów określających moc instalacji.

Po pierwsze, każdy typ turbiny wiatrowej ma swoją własną prędkość początkową. W przypadku większości instalacji jest to 2-3 m/s. Jeśli prędkość wiatru spadnie poniżej tego progu, generator w ogóle nie będzie działał, a zatem będzie również generowana energia elektryczna.

Oprócz prędkości początkowej istnieje również prędkość nominalna, przy której generator wiatrowy osiąga swoją moc znamionową. Dla każdego modelu producent wskazuje tę liczbę osobno.

Jeśli jednak prędkość będzie wyższa niż początkowa, ale niższa niż nominalna, to produkcja energii elektrycznej zostanie znacznie zmniejszona. Aby nie pozostać bez prądu, zawsze powinieneś przede wszystkim skupić się na średniej prędkości wiatru w swoim regionie i bezpośrednio na swojej stronie. Możesz znaleźć pierwszy wskaźnik, patrząc na mapę wiatru lub patrząc na prognozę pogody w Twoim mieście, która zwykle wskazuje prędkość wiatru.

Najlepiej, aby druga liczba była mierzona specjalnymi przyrządami bezpośrednio w miejscu, w którym będzie stać turbina wiatrowa. W końcu twój dom może znajdować się zarówno na wzgórzu, gdzie prędkość wiatru będzie wyższa, jak i na nizinie, na której praktycznie nie będzie wiatru.

W tej sytuacji ci, którzy nieustannie cierpią z powodu podmuchów huraganu, są w lepszej sytuacji i mogą liczyć na większą wydajność turbin wiatrowych.

Co to jest obciążenie wiatrem?

Przepływ mas powietrza po powierzchni ziemi następuje z różnymi prędkościami. Wpadając na jakąkolwiek przeszkodę, energia kinetyczna wiatru zamienia się w ciśnienie, tworząc obciążenie wiatrem. Ten wysiłek może odczuć każdy, kto porusza się pod prąd. Wygenerowane obciążenie zależy od kilku czynników:

• prędkość wiatru,
• gęstość strumienia powietrza, - przy wysokiej wilgotności ciężar właściwy powietrza odpowiednio wzrasta, wzrasta ilość przenoszonej energii,
• kształt nieruchomego obiektu.

W tym ostatnim przypadku na poszczególne części konstrukcji budynku działają siły skierowane w różnych kierunkach, np.:

Dobór generatorów do wiatraków

Mając obliczoną wartość liczby obrotów śmigła (W), uzyskaną opisaną powyżej metodą, można już dobrać (wyprodukować) odpowiednią prądnicę. Na przykład przy stopniu prędkości Z = 5 liczba ostrzy wynosi 2, a prędkość 330 obr/min. przy prędkości wiatru 8 m/s moc generatora powinna wynosić około 300 watów.

Elektrownia wiatrowa „w sekcji”. Przykładowa kopia jednego z możliwych projektów generatora do domowej elektrowni wiatrowej, zmontowana przeze mnie

Tak wygląda elektryczny silnik rowerowy, na podstawie którego proponuje się wykonanie generatora do przydomowego wiatraka. Konstrukcja silnika rowerowego jest idealna do wdrożenia z niewielkimi obliczeniami i modyfikacjami lub bez nich. Jednak ich moc jest niska.

Charakterystyka silnika elektrycznego do roweru jest w przybliżeniu następująca:

Parametr	Wartości
Napięcie, V	24
Moc, W	250-300
Częstotliwość obrotów, obr/min	200-250
Moment obrotowy, Nm	25

Pozytywną cechą silników rowerowych jest to, że praktycznie nie trzeba ich przerabiać. Są konstrukcyjnie zaprojektowane jako silniki elektryczne wolnoobrotowe iz powodzeniem mogą być stosowane w turbinach wiatrowych.

Jak ciąć ostrza

Dalej wzdłuż linii zaczynając od korzeń ostrza zwróć uwagę na wymiary promienia ostrza - w kolumnie „Promień ostrza” w zielonych kolumnach. Zgodnie z tymi wymiarami umieść kropki na linii po lewej i prawej stronie nasady ostrza. Po lewej stronie, patrząc od nasady łopatki do czubka, znajdują się współrzędne wzoru Tył mm, a po prawej stronie linii współrzędne wzoru Przód mm. Po połączeniu kropek masz ostrze, które zwykle wycina się ostrzem piły do ​​metalu lub wyrzynarką elektryczną.

Otwory do mocowania łopaty do piasty są wykonane ściśle wzdłuż linii środkowej łopaty, która została narysowana na rurze na samym początku, jeśli przesuniesz otwory, łopata stanie pod innym kątem do wiatru i straci wszystko jego cechy. krawędzie ostrzy konieczne jest przetworzenie, zaokrąglenie przedniej części ostrza, wyostrzenie tylnej części i zaokrąglenie końców ostrzy, aby nic nie gwizdnęło i nie hałasowało. Arkusz kalkulacyjny Excel uwzględnia już obróbkę krawędzi w obliczeniach w sposób jak na poniższym obrazku.
>

Mam nadzieję, że stało się dla Ciebie jaśniejsze, jak korzystać z płytki i jak dobrać śrubę do generatora. Na przykład wybrałem oczywiście generator o nieodpowiednich parametrach, bo ładowanie akumulatora 12v zaczyna się za wcześnie, dla 24v i 48 woltów wyniki byłyby inne i moc byłaby jeszcze wyższa, ale nie da się opisać wszystkich przykłady.

Najważniejszą rzeczą jest zrozumienie zasad np. wybór śmigła jeśli ma dobrą moc na jednej prędkości nie oznacza to, że będzie ją miał w praktyce, jeśli generator zbyt wcześnie ładuje śmigło to nie dojedzie jego prędkość i nie rozwinie mocy, która powinna być przy niższych prędkościach, chociaż wiatr zostanie obliczony lub nawet wyższy. Dostosowane ostrza do określonej prędkości i przy swojej prędkości będą pobierać maksymalną moc z wiatru.

Urządzenie i zasada działania

Generator wiatrowy działa za pomocą energii wiatrowej. Projekt tego urządzenia musi zawierać następujące elementy:

• łopatki turbiny lub śmigło;
• turbina;
• generator elektryczny;
• oś generatora elektrycznego;
• falownik, którego funkcją jest zamiana prądu przemiennego na prąd stały;
• mechanizm obracający ostrza;
• mechanizm, który obraca turbinę;
• bateria;
• maszt;
• obrotowy kontroler ruchu;
• amortyzator;
• czujnik wiatru;
• trzpień czujnika wiatru;
• gondola i inne elementy.

Jednostki przemysłowe posiadają szafę zasilającą, ochronę odgromową, mechanizm obrotowy, solidną podstawę, urządzenie gaśnicze oraz telekomunikację.

Generator wiatrowy to urządzenie, które zamienia energię wiatru na energię elektryczną. Prekursorami nowoczesnych kruszyw są młyny produkujące mąkę ze zboża. Jednak schemat połączeń i zasada działania generatora niewiele się zmieniły.

1. Ze względu na siłę wiatru łopatki zaczynają się obracać, których moment obrotowy jest przenoszony na wał generatora.
2. Obrót wirnika wytwarza trójfazowy prąd przemienny.
3. Za pośrednictwem kontrolera do akumulatora przesyłany jest prąd przemienny. Bateria jest niezbędna do stworzenia stabilnej pracy generatora wiatrowego. W przypadku wiatru urządzenie ładuje akumulator.
4. W celu ochrony przed huraganem, system wytwarzania energii wiatrowej posiada elementy odwracające koło wiatrowe od wiatru. Dzieje się to poprzez złożenie ogona lub przyhamowanie koła hamulcem elektrycznym.
5. Aby naładować baterię, musisz zainstalować kontroler. Funkcja tego ostatniego obejmuje monitorowanie ładowania akumulatora, aby zapobiec jego awarii. W razie potrzeby urządzenie to może zrzucić nadmiar energii do balastu.
6. Baterie mają stałe niskie napięcie, ale muszą docierać do konsumenta z mocą 220 woltów. Z tego powodu falowniki są instalowane w turbinach wiatrowych. Te ostatnie są w stanie przekształcić prąd przemienny w prąd stały, zwiększając jego siłę do 220 woltów.Jeśli falownik nie jest zainstalowany, należy użyć tylko tych urządzeń, które są przeznaczone do niskiego napięcia.
7. Przekonwertowany prąd jest wysyłany do konsumenta w celu zasilania akumulatorów grzewczych, oświetlenia pomieszczeń i sprzętu AGD.

Nowe uzasadnienia starych koncepcji

Nieuzasadnione założenia, że ​​nowoczesne rozwiązania powinny radykalnie zwiększać wydajność turbin wiatrowych, nie mają żadnych podstaw. Nowoczesne modele poziome osiągają sprawność 75% ich teoretycznego limitu Bentz (około 45% sprawności). W końcu działem fizyki regulującym sprawność turbin wiatrowych jest hydrodynamika, a jej prawa są niezmienne od momentu ich odkrycia.

Niektórzy projektanci starają się zwiększyć wydajność, zwiększając liczbę ostrzy, dzięki czemu są cieńsze. Możesz zwiększyć ich długość, a to daje większy efekt dzięki wzrostowi zamiatanego obszaru.

Jednak nadal konieczne jest zachowanie równowagi między spowolnieniem wiatru a jego resztkową prędkością.

Jest inny kierunek - zwiększyć prędkość wiatru, przepuszczając go przez dyfuzor. Jednak hydrodynamika obfituje w już odkryte efekty opływania przeszkód po ścieżce najmniejszego oporu.

Istnieją mniej lub bardziej udane modele DAWT z dużymi kątami stożka, ale te próby „oszukania wiatru” nie zwiększają wydajności tak bardzo, jak reklamowano.

Najbardziej udane nowoczesne turbiny wiatrowe to modele pionowe z łopatami Darrieusa, zamontowane na magnetycznych łożyskach oporowych lewitujących (MAGLEV). Pracując niemal bezgłośnie, zaczynają się obracać przy prędkości wiatru poniżej 1 m/s i wytrzymują silne podmuchy do 200 km/h.To właśnie w oparciu o takie alternatywne źródła energii najbardziej opłaca się stworzyć prywatny niezależny system energetyczny.

Dziękuję za przeczytanie do końca! Nie zapomnij, czy podobał Ci się ten artykuł!

Podziel się ze znajomymi, zostaw swoje KOMENTARZE (Twoje Komentarze bardzo pomagają w rozwoju projektu)

Dołącz do naszej grupy VK:

ALTER220 Portal energii alternatywnej

i proponuj tematy do dyskusji, razem będzie ciekawiej!!!

Wartość procedury

Jeśli zaniedbasz obliczenia obciążenia ruchem powietrza, możesz, jak mówią, zrujnować wszystko w zarodku i zagrozić życiu ludzi.

Jeśli zwykle nie ma trudności z naporem śniegu na ściany budynków – ten ładunek widać, można go zważyć, a nawet dotknąć – wtedy z wiatrem wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane. Nie widać tego, bardzo trudno to intuicyjnie przewidzieć. Tak, oczywiście, wiatr ma pewien wpływ na konstrukcje nośne, a w niektórych przypadkach może być nawet destrukcyjny: skręca banery reklamowe, przytłacza ogrodzenia i ramy ścian, zrywa dachy. Ale jak można przewidzieć i uwzględnić tę siłę? Czy rzeczywiście można to obliczyć?

Poddaje się! Jest to jednak ponura sprawa, a laicy nie lubią obliczać obciążenia wiatrem. Jest to jasne wytłumaczenie: znaczenie obliczeń to bardzo odpowiedzialna i trudna sprawa, znacznie bardziej skomplikowana niż obliczenia obciążenia śniegiem. Jeśli tylko dwie i pół strony poświęcone są obciążeniu śniegiem w specjalnie do tego celu poświęconej spółce joint venture, to obliczenia obciążenia wiatrem są trzy razy większe! Dodatkowo przypisana jest do niego obowiązkowa aplikacja, są one umieszczone na 19 stronach wskazujących współczynniki aerodynamiczne.

Jeśli obywatele Rosji wciąż mają z tym szczęście, to mieszkańcom Białorusi jest to jeszcze trudniejsze - dokument TKP_PL_1991-1-4-2O09 "Skutki wiatru", który reguluje normy i obliczenia, ma objętość 120 stron!

Z Eurokodem (EN_1991-1-4-2O09) na skalę budowy prywatnej konstrukcji dla efektów wiatru, niewiele osób chce mieć do czynienia z filiżanką herbaty w domu. Osobom zainteresowanym zawodowo zaleca się pobranie i dokładne przestudiowanie go w towarzystwie specjalistycznego konsultanta. W przeciwnym razie, z powodu złego podejścia i zrozumienia, konsekwencje obliczeń mogą być katastrofalne.

Współczynnik wykorzystania energii wiatrowej

Należy zauważyć, że dla turbin wiatrowych istnieje specyficzny wskaźnik efektywności – KIJÓW (Współczynnik wykorzystania energii wiatru). Wskazuje, jaki procent przepływu powietrza przechodzącego przez sekcję roboczą wpływa bezpośrednio na łopaty wiatraka. Lub, mówiąc bardziej naukowo, pokazuje stosunek mocy odbieranej na wale urządzenia do mocy przepływu działającego na powierzchnię wiatru wirnika. KIJÓW jest więc swoistym, odnoszącym się tylko do turbin wiatrowych, odpowiednikiem sprawności.

Do tej pory wartości KIJÓW z pierwotnych 10-15% (wskaźniki starych wiatraków) wzrosły do ​​356-40%. Wynika to z udoskonalania konstrukcji wiatraków i pojawiania się nowych, wydajniejszych materiałów i szczegółów technicznych, zespołów, które pomagają zmniejszyć straty tarcia lub inne subtelne efekty.

Badania teoretyczne określiły maksymalny współczynnik wykorzystania energii wiatru na 0,593.

Podsumowując powyższe: czy turbina wiatrowa jest opłacalna?

Powyższe wyniki jednoznacznie dowodzą zwrotu kosztów zakupu i uruchomienia generatora wiatrowego. Zwłaszcza, że:

• Koszt kilowata stale rośnie z powodu inflacji.
• Podczas korzystania z wiatraka obiekt staje się nielotny.
• „Nadwyżkę” wytworzonej energii elektrycznej można akumulować i przechowywać w przypadku bezwietrznej pogody dzięki systemowi zasilania bezprzerwowego.
• Wiele obiektów oddalonych od scentralizowanej sieci energetycznej jest zmuszonych do istnienia przy braku prądu, ponieważ ich podłączenie jest nieopłacalne.

Tak więc generator wiatrowy jest opłacalny. Jego zakup dla energochłonnych odbiorców bez zasilania jest ekonomicznie opłacalny. Hotel poza miastem, gospodarstwo rolne lub przedsiębiorstwo hodowlane, osiedle domków letniskowych - w każdym razie koszty podłączenia alternatywnego źródła energii elektrycznej będą uzasadnione. Pozostaje tylko wybrać odpowiedni model wiatraka i zainstalować go, kierując się zaleceniami producenta. Moc urządzenia powinna odpowiadać średniej prędkości wiatru w Twojej okolicy. Możesz to określić za pomocą specjalnej mapy wiatru lub zgodnie z lokalną stacją pogodową.

Uwaga: w przypadku turbin wiatrowych chińskich producentów moc znamionowa urządzenia obliczana jest z uwzględnieniem prędkości wiatru na poziomie 50-70% poziomu gruntu. Zainstalowanie wiatraka na takiej wysokości jest problematyczne

Zbyt wysoki maszt jest kosztowny, a jego wytrzymałość podlega surowym wymogom. Ponadto na wskazanej wysokości podmuchy wiatru tworzą silne prądy wirowe. Nie tylko spowalniają pracę generatora wiatrowego, ale mogą również powodować pękanie łopat.Rozwiązaniem jest zainstalowanie urządzenia na wysokości 30-35m, co zapewni dostęp do silnych wiatrów, ale zapobiegnie pęknięciu wiatraka.