Ветрогенераторы: принцип работы и разделение видов, преимущества и недостатки использования

Ветрогенератор для частного дома – устройство, принцип работы, разновидности, самодельный ветряк, правила выбора, монтаж

Энергия ветра является одной из форм солнечной энергии. Ветры появляются из-за неравномерного прогрева атмосферы солнцем, неровностей земной поверхности и вращения Земли. Направление потоков ветра изменяется в зависимости от рельефа земной поверхности, наличия водоемов и растительного покрова. Ветогенераторы используют это движение воздуха и преобразуют его в механическую энергию, а затем в электричество. В этой статье будет кратко затронут вопрос о том, как работает ветрогенератор, а также вопросы о достоинствах и недостатках ветроэнергетики.

Люди начали использовать энергию ветра несколько столетий назад, когда появились ветряные мельницы, которые качали воду, мололи зерно или выполняли другие функции. Сегодняшний ветрогенератор является весьма продвинутой версией ветряной мельницы. Большинство ветровых турбин имеют три лопасти, закрепленные на вершине стальной башни — мачты. Вестрогенератор высотой в 25 м может снабжать электричеством жилой дом, ветрогенератор высотой в 80 м может обеспечивать электричеством сотни домов.

Ветрогенератор: устройство, принцип работы, плюсы и минусы

При наличии в местности проживания постоянных ветров покупка и установка ветрогенератора вполне целесообразна. Однако прежде чем приобретать его, необходимо понять его устройство, принцип действия и основные достоинства и недостатки. Разберем эти аспекты более детально.

Главные компоненты

Устройство ветрогенератора базируется на превращении кинетической силы ветровой нагрузки в механическую энергии с последующим преобразованием ее в электроэнергию. Для воплощения последовательных действия данной переходной цепочки прибор оснащается следующими основными узлами:

  • Лопастный пропеллер. Количество лопастей может варьироваться в широком диапазоне от модели к модели – от двух и трех до десяти и более.
  • Ротор. Элемент турбины, вращающийся под действием лопастей.
  • Редуктор. Передает и регулирует частоту вращения от ротора к генератору.
  • Генератор. Преобразуется механическую силу в электроэнергию.
  • Инвертор – преобразователь тока из переменного значения в постоянное.

Состав ветрового генератора

Состав ветрового генератора Источник odnastroyka.ru

Читайте также: ТОП-15 лучших газовых колонок для квартиры: рейтинг 2021 года по надежности и качеству и какую модель с модуляцией пламени выбрать

  • Аккумуляторная батарея. Запасает электроэнергию на случай отключения и экономной работы ветрогенератора, а также простоя в случае безветрия.
  • Защитный корпус. Предохраняет оборудование от различного рода внешних факторов.
  • Аэро-компоненты. Крылья, хвост – для лучшего улавливания и подстройки пропеллера под ветровой поток.

Обратите внимание! Современные производители выпускают ветровые домашние генераторы, не нуждающиеся в сильном ветровом потоке. Они способны продуктивно функционировать при силе ветра всего в 4 м/сек.

Принцип действия

Механизм работы ветрогенератора напрямую связан с особенностями его конструкции – на одной оси установлены пропеллер и хвостовик с точкой противовеса, приходящейся на место крепления к вертикальной мачте. Действие происходит по следующему алгоритму:

  • Установленные на одной оси пропеллер и хвостовик улавливают потоки ветра и передают лопастям.
  • Начинаясь вращаться, лопасти передают момент движения генераторной турбине.
  • Вращение ротора приводит к образованию индукционного магнитного поля и образованию переменного электрического тока.

Ветрогенератор на своем загородном участке

Ветрогенератор на своем загородном участке Источник moe-online.ru

  • Далее проходя через инвертор напряжение меняет переменные характеристики на постоянные.
  • Ток питает АКБ, которая в свою очередь распределяет энергию на потребительские мощности в доме.

Полезная информация! Ветрогенератор может играть роль как основного, так и дополнительного источника электроэнергии. В первом случае жила от прибора питает часть каких-либо приборов для экономии или пополнения нехватки мощности основной сети и используется на случай аварийного отключения последней. Во втором случае он может быть самостоятельным источником или входить в состав автономной системы, включающей гидротурбины, солнечные батареи и проч. оборудование.

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах

Достоинства и недостатки

Автономная ветряная электростанция для частного дома имеет следующий ряд плюсов:

  • Прибор работает за счет фактически неисчерпаемого и возобновляемого вида энергетического ресурса.
  • Существенные затраты связаны только с покупкой, доставкой, установкой и подключением. На обслуживание средства практически затрачиваются. Поэтому на ветряк требуются единократные вложения средств, которые быстро окупаются в последующем применении.

Ветрогенератор

Ветрогенератор – источник тока для частного дома Источник ytimg.com

  • Получаемый вид энергии и применяемая для этой цели техника полностью экологически безопасны.
  • Генераторы приспособлены ко всем климатическим зонам и защищены от негативных погодных факторов.
  • Оборудование не требует настроек, регулировок и доработок в ходе эксплуатации.

К недостаткам ветрогенераторов относятся:

  1. Зависимость производительности от наличия ветра.
  2. В ходе работы оборудование создает электромагнитные помехи, что может негативно сказаться на ТВ, радио, интернете и связи.
  3. При чрезвычайных погодных проявлениях существует риск повреждения техники.
  4. Требуется обязательное заземление – для защиты прибора и конструкции или здания, на котором он установлен, от ударов молнии.
  5. Неправильный монтаж, нарушение инструкции или эксплуатация неисправного экземпляра может приводить к возникновению шума.

Совет! Чтобы определить, будет ли выгодна установка ветровой станции по выработке тока, необходимо учесть ряд факторов – вариант энергоснабжения с участием прибора, разнообразие доступных моделей, их характеристики, производительность и стоимость.

Ветрогенератор во дворе дома

Ветрогенератор во дворе дома Источник pechiexpert.ru

Законные требования

Чтобы ветровой генератор, установленный на частном доме или прилежащей территории, согласовывался с законодательной базой, он должен отвечать следующему ряду требований:

  • Мощность не выше 5 кВт. Оборудование с таким показателем относится к бытовым устройствам, не требующим контроля со стороны энергонадзорных учреждений.
  • Отсутствие муниципально-территориальных и технических ограничений на занимаемой площади. Некоторые частные территории могут находится внутри особо охраняемых, редких природных и иного статуса объектов, внутри которых запрещено размещение тех или иных технических средств.
  • Согласование с соседями (помехи, шум, падающая тень и т. д.). Все виды помех, которые возникают от установки, могут стать причиной жалобы не только соседей, но и рядом размещенных предприятий, передающих центров.
  • Высота мачты, отвечающая местным и федеральным требованиям. Высота мачты не превышает обычно 15 метров, но могут быть и исключения. Поэтому прежде чем сооружать высокую конструкцию, нужно убедиться, что она отвечает всем необходимым требованиям – отсутствие ЛЭП, вдали от аэропосадочной линии и т. д.
Читайте также:
Выращивание плетистых роз

Ветряк на фасаде частного дома

Ветряк на фасаде частного дома Источник more-el.com

  • Отсутствие помех для местных и мигрирующих биологических видов. Птицы часто попадают в лопасти энергетических установок. Поэтому выбор места установки мачты с пропеллером должен исключать заранее известные пути их перелета.

Рекомендация! Чтобы исключить все возможные предъявления со стороны соседей или контролирующих органов, лучшее заранее собрать весь необходимый пакет документов, техпаспортов и сертификатов, подтверждающих, что ветряк для частного дома безопасен и безвреден. Кроме того, заводскую модель лучше устанавливать в полном соответствии с рекомендованными в технической документации параметров.

Принцип действия

В соответствии с нижеприведенной схемой, принцип работы ветрового генератора можно описать следующим образом:

  • под воздействием воздушных потоков (№1 на схеме), ротор «А» и лопасти «В», закрепленные на нем, приводятся во вращательное движение;
  • вращательное движение (№2 на схеме) ротора «А» передается на ведущую ось «С» и редуктор «D» (коробка передач);
  • с редуктора «D», вращательное движение передается на электрический генератор «G», в обмотках которого, вырабатывается электрический ток.

Разновидности

Для того чтобы правильно подобрать ветряной генератор, необходимо прежде всего учесть его технические параметры. Современные модели различаются по следующему ряду признаков:

  • Количеству лопастей пропеллера. Большое количество элементов винта усложняет конструкцию. Однако чем больше лопастей, тем меньшая скорость ветра нужна для запуска механизма.
  • Типу материала лопастей. Модели с жесткими пропеллерами более прочны и долговечны, но и значительно дороже парусных аналогов.

Многолопастный ветрогенератор для своего дома

Многолопастный ветрогенератор для своего дома Источник ytimg.com

  • Расположению направляющей вращения. Разделяются на вертикальные и горизонтальные. Первые прочнее и чувствительнее, вторые – отличаются лучшей производительностью.
  • Возможности изменения шаговых характеристик. Различаются на модели с изменяемым и неизменным шагом. Изделия с переменными шаговыми параметрами позволяют увеличивать скорость, а значит, и продуктивность. Однако они более сложны, громоздки и дороги.

Полезно знать! Доступные сегодня в широкой продаже заводские модели достаточно дороги. Поэтому нередко у желающих установить подобную автономную электростанцию возникает вопрос о том, как сделать ветрогенератор. Самодельные аналоги нередко изготавливают из автомобильных генераторов, соединяемых по схеме с аналогичным АКБ на 12 вольт.

Средние цены

Стоимость ветряных генераторов зависит от конструкции, мощности, страны и фирмы производителя.

Стоимость рассмотренных выше моделей составляет:

  • EnergyWind, в зависимости от мощности (от 1,0 до 10,0 кВт), составляет от 68000,00 до 650000,00 рублей, соответственно.
  • Exmork от копании Zonhan Windpower Co, Ltd (Китай), в зависимости от мощности (от 0,3 до 5,0 кВт), составляет от 30000,00 до 260000,00 рублей, соответственно.
  • Bekar, в зависимости от мощности (от 0,5 до 60,0 кВт), составляет от 43000,00 рублей.

Критерии выбора

При выборе ветрогенератора помимо технических характеристик, необходимо также правильно установить требуемую мощность. Задается она таким параметром, как диаметр ротора, рассчитать который можно по следующей формуле:

Эгод = 1,64 * Д2 *О3

Эгод – суммарная электроэнергия, потребляемые приборами дома за год, кВт,

Д – диаметр ротора, обозначаемый в метрах,

О – среднегодовое значение скорости ветра, метр/в секунду.

Подставляя известные параметры в эту форму, можно рассчитать, какого диаметра ротором должна быть оснащена ветряная электростанция для дома в конкретном случае.

Ветряки с горизонтальной осью

Конструктивное исполнение установки зависит от мощности генерации. Простой ветрогенератор состоит из следующих узлов.

Более сложные установки оснащаются дополнительными узлами для управления скоростью вращения вала генератора и минимизации риска аварий:

  • тормозным механизмом для стабилизации скорости вращения вала, при переменной скорости ветра;
  • промежуточным редуктором, расположенном на мачте, между валом шкива и валом ротора;
  • промежуточным редуктором с конической передачей, в случае наземного расположения генератора – такая конструкция исключит поломку электрогенератора в случае урагана.

Для малых установок, доминирующим фактором обеспечивающим надёжность, является простота конструкции.

Правила размещения

При монтаже устройства необходимо учесть следующий ряд требований:

  • Вблизи генератора не должно располагаться сооружений, кустов, деревьев и прочих препятствий на пути свободного прохождения ветровых потоков.
  • Чтобы шум и помехи от работы не оказывали негативного влияния на окружающих, ветряки для дома лучше располагать минимум на 30 метров вдали от жилища.
  • Во избежание возникновения ослабления ветровых потоков устанавливать механизм лучше на 2-3 метра выше окружающих преград, даже если они находятся на расстоянии до 200 метров.
Читайте также:
Tag: Капуста Агрессор

Ветряки с вертикальной осью

Конструктивное исполнение лопастей роторных ветроэлектростанций отличается разнообразием.

Это обусловлено поиском наиболее рациональной формы лопатки, использующей максимальную энергию ветра.

Кроме формы лопастей и ориентации вала ротора, вертикальные ветряки мало чем отличаются от горизонтальных. До недавних пор, они в КПД, передавая потребителю 35% энергии ветра.

Особенности установки

Промышленно изготовленный или самодельный ветряк необходимо устанавливать с соблюдением следующего минимума требований:

  1. Место установки лучше подбирать на возвышенности, вдали от препятствий, прибор располагать на высоте не менее 10 метров от поверхности земли.
  2. Мачта должна иметь надежное основание – лучше всего бетонное.
  3. Над ветряком необходимо расположить небольшой навес для защиты от осадков.
  4. При необходимости замены, ремонта или обслуживания облегчить доступ к оборудованию позволит складная конструкция мачты.

На заметку! При решении вопроса, как сделать ветряк, чтобы он отличался долговечностью и неприхотливостью в обслуживании, необходимо уделить внимание количеству фаз, генерируемых устройством. Так, трехфазные модели по сравнению с однофазными аналогами не гудят, не вибрируют и характеризуются лучшим сроком службы.

Коротко о главном

Ветряной генератор для дома является одним из лучших альтернативных источников электроэнергии. Принцип его действия основа на преобразовании кинетической энергии ветра в механическую, а затем с помощью ротора – в электрическую. Среди главных его плюсов выделяются:

  • Работа за счет неисчерпаемого источника энергии – ветра.
  • Затраты связаны только с покупкой и установкой, оборудование долговечно и не требует особого обслуживания.
  • Приспособленность для любого климата.
  • Экологически чистый тип энергоресурса.

К недостаткам относятся – зависимость от силы ветра, помехи, возможность разрушения при стихийных погодных проявлениях. Установка ветряного генератора должна соответствовать требованиям закона – мощности, высоте, ограничениях, согласовании с соседями и отсутствию биологического вреда. Модели различаются по техническим параметрам – количеству лопастей, типу их материала, направлении оси вращения и изменчивости шага. При выборе нужно учитывать диаметр ротора, определяющий мощность. Монтаж прибора должен соответствовать правилам размещения и практическим рекомендациям.

Ветрогенератор для частного дома – устройство, принцип работы, разновидности, самодельный ветряк, правила выбора, монтаж

Со все возрастающей плотностью и территорией охвата сетей электропередач качество и стабильность не становится лучше, да и цены с каждым сезоном становятся только выше. Одним из лучших на сегодня альтернативных источников электроэнергии является автономный ветрогенератор для частного дома. Разберем, что собой представляет данное устройство, из каких частей оно состоит, как работает, какими плюсами и минусами обладает, каковы законные требования к его установке, какие разновидности существуют, а также каковы правила его выбора, размещения и установки.

Ветрогенератор: устройство, принцип работы, плюсы и минусы

При наличии в местности проживания постоянных ветров покупка и установка ветрогенератора вполне целесообразна. Однако прежде чем приобретать его, необходимо понять его устройство, принцип действия и основные достоинства и недостатки. Разберем эти аспекты более детально.

Главные компоненты

Устройство ветрогенератора базируется на превращении кинетической силы ветровой нагрузки в механическую энергии с последующим преобразованием ее в электроэнергию. Для воплощения последовательных действия данной переходной цепочки прибор оснащается следующими основными узлами:

  • Лопастный пропеллер. Количество лопастей может варьироваться в широком диапазоне от модели к модели – от двух и трех до десяти и более.
  • Ротор. Элемент турбины, вращающийся под действием лопастей.
  • Редуктор. Передает и регулирует частоту вращения от ротора к генератору.
  • Генератор. Преобразуется механическую силу в электроэнергию.
  • Инвертор – преобразователь тока из переменного значения в постоянное.
  • Аккумуляторная батарея. Запасает электроэнергию на случай отключения и экономной работы ветрогенератора, а также простоя в случае безветрия.
  • Защитный корпус. Предохраняет оборудование от различного рода внешних факторов.
  • Аэро-компоненты. Крылья, хвост – для лучшего улавливания и подстройки пропеллера под ветровой поток.

Обратите внимание! Современные производители выпускают ветровые домашние генераторы, не нуждающиеся в сильном ветровом потоке. Они способны продуктивно функционировать при силе ветра всего в 4 м/сек.

Принцип действия

Механизм работы ветрогенератора напрямую связан с особенностями его конструкции – на одной оси установлены пропеллер и хвостовик с точкой противовеса, приходящейся на место крепления к вертикальной мачте. Действие происходит по следующему алгоритму:

  • Установленные на одной оси пропеллер и хвостовик улавливают потоки ветра и передают лопастям.
  • Начинаясь вращаться, лопасти передают момент движения генераторной турбине.
  • Вращение ротора приводит к образованию индукционного магнитного поля и образованию переменного электрического тока.
  • Далее проходя через инвертор напряжение меняет переменные характеристики на постоянные.
  • Ток питает АКБ, которая в свою очередь распределяет энергию на потребительские мощности в доме.

Полезная информация! Ветрогенератор может играть роль как основного, так и дополнительного источника электроэнергии. В первом случае жила от прибора питает часть каких-либо приборов для экономии или пополнения нехватки мощности основной сети и используется на случай аварийного отключения последней. Во втором случае он может быть самостоятельным источником или входить в состав автономной системы, включающей гидротурбины, солнечные батареи и проч. оборудование.

Достоинства и недостатки

Автономная ветряная электростанция для частного дома имеет следующий ряд плюсов:

  • Прибор работает за счет фактически неисчерпаемого и возобновляемого вида энергетического ресурса.
  • Существенные затраты связаны только с покупкой, доставкой, установкой и подключением. На обслуживание средства практически затрачиваются. Поэтому на ветряк требуются единократные вложения средств, которые быстро окупаются в последующем применении.
  • Получаемый вид энергии и применяемая для этой цели техника полностью экологически безопасны.
  • Генераторы приспособлены ко всем климатическим зонам и защищены от негативных погодных факторов.
  • Оборудование не требует настроек, регулировок и доработок в ходе эксплуатации.
Читайте также:
Болезни кроликов, опасные для человека

К недостаткам ветрогенераторов относятся:

  1. Зависимость производительности от наличия ветра.
  2. В ходе работы оборудование создает электромагнитные помехи, что может негативно сказаться на ТВ, радио, интернете и связи.
  3. При чрезвычайных погодных проявлениях существует риск повреждения техники.
  4. Требуется обязательное заземление – для защиты прибора и конструкции или здания, на котором он установлен, от ударов молнии.
  5. Неправильный монтаж, нарушение инструкции или эксплуатация неисправного экземпляра может приводить к возникновению шума.

Совет! Чтобы определить, будет ли выгодна установка ветровой станции по выработке тока, необходимо учесть ряд факторов – вариант энергоснабжения с участием прибора, разнообразие доступных моделей, их характеристики, производительность и стоимость.

Законные требования

Чтобы ветровой генератор, установленный на частном доме или прилежащей территории, согласовывался с законодательной базой, он должен отвечать следующему ряду требований:

  • Мощность не выше 5 кВт. Оборудование с таким показателем относится к бытовым устройствам, не требующим контроля со стороны энергонадзорных учреждений.
  • Отсутствие муниципально-территориальных и технических ограничений на занимаемой площади. Некоторые частные территории могут находится внутри особо охраняемых, редких природных и иного статуса объектов, внутри которых запрещено размещение тех или иных технических средств.
  • Согласование с соседями (помехи, шум, падающая тень и т. д.). Все виды помех, которые возникают от установки, могут стать причиной жалобы не только соседей, но и рядом размещенных предприятий, передающих центров.
  • Высота мачты, отвечающая местным и федеральным требованиям. Высота мачты не превышает обычно 15 метров, но могут быть и исключения. Поэтому прежде чем сооружать высокую конструкцию, нужно убедиться, что она отвечает всем необходимым требованиям – отсутствие ЛЭП, вдали от аэропосадочной линии и т. д.
  • Отсутствие помех для местных и мигрирующих биологических видов. Птицы часто попадают в лопасти энергетических установок. Поэтому выбор места установки мачты с пропеллером должен исключать заранее известные пути их перелета.

Рекомендация! Чтобы исключить все возможные предъявления со стороны соседей или контролирующих органов, лучшее заранее собрать весь необходимый пакет документов, техпаспортов и сертификатов, подтверждающих, что ветряк для частного дома безопасен и безвреден. Кроме того, заводскую модель лучше устанавливать в полном соответствии с рекомендованными в технической документации параметров.

Разновидности

Для того чтобы правильно подобрать ветряной генератор, необходимо прежде всего учесть его технические параметры. Современные модели различаются по следующему ряду признаков:

  • Количеству лопастей пропеллера. Большое количество элементов винта усложняет конструкцию. Однако чем больше лопастей, тем меньшая скорость ветра нужна для запуска механизма.
  • Типу материала лопастей. Модели с жесткими пропеллерами более прочны и долговечны, но и значительно дороже парусных аналогов.
  • Расположению направляющей вращения. Разделяются на вертикальные и горизонтальные. Первые прочнее и чувствительнее, вторые – отличаются лучшей производительностью.
  • Возможности изменения шаговых характеристик. Различаются на модели с изменяемым и неизменным шагом. Изделия с переменными шаговыми параметрами позволяют увеличивать скорость, а значит, и продуктивность. Однако они более сложны, громоздки и дороги.

Полезно знать! Доступные сегодня в широкой продаже заводские модели достаточно дороги. Поэтому нередко у желающих установить подобную автономную электростанцию возникает вопрос о том, как сделать ветрогенератор. Самодельные аналоги нередко изготавливают из автомобильных генераторов, соединяемых по схеме с аналогичным АКБ на 12 вольт.

Видео описание

Видео о том, что такое ветрогенератор, его плюсы и минусы:

Критерии выбора

При выборе ветрогенератора помимо технических характеристик, необходимо также правильно установить требуемую мощность. Задается она таким параметром, как диаметр ротора, рассчитать который можно по следующей формуле:

Эгод = 1,64 * Д 2 *О 3

Эгод – суммарная электроэнергия, потребляемые приборами дома за год, кВт,

Д – диаметр ротора, обозначаемый в метрах,

О – среднегодовое значение скорости ветра, метр/в секунду.

Подставляя известные параметры в эту форму, можно рассчитать, какого диаметра ротором должна быть оснащена ветряная электростанция для дома в конкретном случае.

Правила размещения

При монтаже устройства необходимо учесть следующий ряд требований:

  • Вблизи генератора не должно располагаться сооружений, кустов, деревьев и прочих препятствий на пути свободного прохождения ветровых потоков.
  • Чтобы шум и помехи от работы не оказывали негативного влияния на окружающих, ветряки для дома лучше располагать минимум на 30 метров вдали от жилища.
  • Во избежание возникновения ослабления ветровых потоков устанавливать механизм лучше на 2-3 метра выше окружающих преград, даже если они находятся на расстоянии до 200 метров.

Видео описание

Видео о том, как сделать простейший ветрогенератор:

Следует учесть, что даже при соблюдении всех правил установки гарантий постоянного результата по выработке электроэнергии быть не может. Так как показатель напрямую зависит от ветровой нагрузки, которая никогда не бывает стабильной.

Читайте также:
Вишня обыкновенная 'Метеор' — описание сорта, характеристики

Особенности установки

Промышленно изготовленный или самодельный ветряк необходимо устанавливать с соблюдением следующего минимума требований:

  1. Место установки лучше подбирать на возвышенности, вдали от препятствий, прибор располагать на высоте не менее 10 метров от поверхности земли.
  2. Мачта должна иметь надежное основание – лучше всего бетонное.
  3. Над ветряком необходимо расположить небольшой навес для защиты от осадков.
  4. При необходимости замены, ремонта или обслуживания облегчить доступ к оборудованию позволит складная конструкция мачты.

На заметку! При решении вопроса, как сделать ветряк, чтобы он отличался долговечностью и неприхотливостью в обслуживании, необходимо уделить внимание количеству фаз, генерируемых устройством. Так, трехфазные модели по сравнению с однофазными аналогами не гудят, не вибрируют и характеризуются лучшим сроком службы.

Видео описание

Видео-пример изготовления и применения ветряка для дома:

Коротко о главном

Ветряной генератор для дома является одним из лучших альтернативных источников электроэнергии. Принцип его действия основа на преобразовании кинетической энергии ветра в механическую, а затем с помощью ротора – в электрическую. Среди главных его плюсов выделяются:

  • Работа за счет неисчерпаемого источника энергии – ветра.
  • Затраты связаны только с покупкой и установкой, оборудование долговечно и не требует особого обслуживания.
  • Приспособленность для любого климата.
  • Экологически чистый тип энергоресурса.

К недостаткам относятся – зависимость от силы ветра, помехи, возможность разрушения при стихийных погодных проявлениях. Установка ветряного генератора должна соответствовать требованиям закона – мощности, высоте, ограничениях, согласовании с соседями и отсутствию биологического вреда. Модели различаются по техническим параметрам – количеству лопастей, типу их материала, направлении оси вращения и изменчивости шага. При выборе нужно учитывать диаметр ротора, определяющий мощность. Монтаж прибора должен соответствовать правилам размещения и практическим рекомендациям.

Ветрогенератор: принцип работы, виды и перспективы развития

В то время как люди затрачивают массу усилий и средств на выработку электроэнергии, ее неиссякаемый источник находится совсем рядом, и это – ветер. Инженеры постоянно ведут работу над совершенствованием установок (ветрогенератор), предназначенных для преобразования силы ветра в электричество. Есть все основания полагать, что в будущем этот способ получения электричества станет одним из основных.

Ветрогенераторы

Ветряные электрогенераторы

Энергию ветра человечество открыло для себя еще в давние времена. Еще за пять тысяч лет до нашей эры с ее помощью передвигалось судно по реке Нил, а в Китае ветряные мельницы использовались для того, чтобы перекачивать воду. Жители Ближнего Востока перемалывали таким образом зерно.

Идею привезли с Востока европейские путешественники, в Голландии установка была усовершенствована и приспособлена для всевозможных целей, например, для слива болот в дельтах рек, откачивать воду на фермах, а в 20 веке в США мельницы служили в качестве генераторов тока.

В 70-е годы прошлого века в связи с дефицитом нефти стал вопрос развития альтернативных источников энергии. Началась активная работа по созданию ветрогенераторов. В 90-е годы в связи со сложной экологической обстановкой в мире, ветряная энергетика была выбрана одним из наиболее эффективных решений проблем окружающей среды.

Типы ветрогенераторов

Ветряные генераторы бывают двух типов – с вертикальными и горизонтальными осями вращения.

В первых турбина расположена вертикально, перпендикулярно к земле. Ее запускает даже небольшой ветер. Вертикальный генератор чаще всего приспосабливают для обеспечения бытовых нужд потребителей, и их проще обслуживать. Шум от их работы не превышает 30 Дб . На практике используют различные типы вертикальных конструкций в зависимости от типа ротора (ортогональный — геликоидный, Дарье и Савониуса, многолопастный).

Примеры роторов ветрогенераторов

Примеры роторов ветрогенераторов

Во вторых ось ротора располагается параллельно поверхности земли. Как правило, такие устройства рассчитаны на большую мощность, их двигательная активность и коэффициент полезного действия выше той, которую обеспечивают установки вертикального типа. Есть одно, двух и трехлопастные системы. Последние наиболее востребованы, поскольку способны давать энергию до 7 мВт .

Устройство ветрогенератора

Ветряные электрогенераторы изготавливаются для промышленного и бытового использования, при этом конструктивно могут значительно отличаться.

Внешне промышленный ветряной электрогенератор похож на флюгер, но при ближайшем рассмотрении установка представляет собой весьма сложную конструкцию. В ее состав входит фундамент, силовой шкаф с контакторами и схемами управления, электрический генератор, который преобразует кинетическую энергию в электрическую.

Во избежание внештатных ситуаций ветряк включает тормозную систему, обтекатель, поворотный механизм, систему изменения угла атак лопасти. Ветряная установка защищена от пожаров, снабжена трансмиссией, системой слежения за направлением скоростью ветра, оборудована лестницей.

Ветровой датчик, входящий в конструкцию некоторых моделей ветрогенераторов, нужен для сбора данных о направлении и скорости ветра. Генератор не способен обеспечить мощность большую той, на которую он рассчитан. Поэтому и возникла необходимость защите установки от перегрузок.

Принцип работы ветрогенератора

Так же как и другими электрогенераторами, ключевая задача системы – преобразовать механическую энергию вращения лопастей в электрический ток. Это происходит благодаря специально спроектированной форме винтов обеспечивающих быстрое движение турбины. Лопасти винта имеют специальную форму: одна их сторона закруглена, а вторая – ровная.

Винты заставляют вращаться ось. Она соединена с ротором, который, в свою очередь, снабжен магнитами, вращающиеся в стартере. Таким образом создается переменный электрический ток.

Читайте также:
Грибы коровники: фото и описание, разновидности, съедобность

Напряжение, частота и сила переменного тока от ветро-электрогенератора не всегда удовлетворяют требованиям осветительных и бытовых приборов. Поэтому выработанную электроэнергию необходимо преобразовать до стандартных характеристик.

Данный процесс осуществляется в два действия:

  1. Полученный от ветряного электрогенератора переменный ток, через выпрямитель преобразуется в постоянный.
  2. Постоянный ток через инвертор преобразуется в переменный с заданными значениями напряжения, частоты и силы тока.

Данная схема преобразования электрической энергии может дополнительно включать аккумуляторную батарею и контроллер заряда, для накопления энергии, что позволяет обеспечивать электроэнергией объекты даже в безветренную погоду.

Мощность инвертора определяет выходную мощность ветрогенератора.

  • установка не загрязняет экологию;
  • для ее работы не требуются дополнительные источники энергии;
  • в процессе работы не собираются отходы и выбросы;
  • конструкция работает достаточно тихо;
  • длительный срок эксплуатации.
  • мощные промышленные генераторы совместно создают вибрацию и ощутимый шум;
  • для их инсталляции нужны значительные площади земли;
  • обслуживание генераторов требует участия квалифицированного персонала и влечет за собой материальные затраты;
  • нет возможности устанавливать ветряки в любом месте. Там, где нет ветра, или его скорость низкая, они не решат проблему энергообеспечения.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

Выбор ветрогенератора для домашнего использования

Ветрогенератор – оптимальное решение, когда речь идет об обеспечение электроэнергией домов в удаленных районах, например, в дачных поселках. Выбор продукции впечатляет: в продаже можно встретить как отечественные, таки импортные модели ветряных электростанций на любой вкус и кошелек.

Чтобы не прогадать с приобретением, следует прежде убедиться, что в том месте, где будет установлен ветряк, есть необходимая скорость движения воздуха. О целесообразности сообщат данные о среднегодовой скорости ветра. В противном случае можно купить установку и остаться без электричества (ниже 4,5 метров в секунду – не подходит для генератора такого типа). Также ветряки не ставят в северных широтах.

Для бытового использования в продаже имеются ветрогенераторы мощность от 500 Вт до 5 кВт, причём оборудование свыше 3 кВт будет отличаться большими размерами и стоимостью.

Среднестатистическое потребление электроэнергии составляет порядка 5 — 6 кВт в сутки. Данные цифры могут значительно разниться и зависят от количества используемого электрооборудования, а также его потребляемой мощности. К учету не принимались электрообогреватели, электропечи и др. подобное электрооборудование.

Таким образом, производя подбор ветряной электростанции, нет особого смысла приобретать установки мощностью свыше 3 кВт. С учётом стоимости дополнительного оборудования (выпрямитель, аккумуляторная батарея, инвертор и т.д.) целесообразно использование двух ветряных электрогенератора меньшей мощности, что позволит иметь электростанцию с большей автономностью и меньшей стоимостью.

Эффективность и окупаемость ветрогенератора

Еще раз следует отметить, что ветряная электростанция актуальна в тех регионах, где постоянно присутствуют достаточные для ее работы ветра. В зависимости от мощности электрогенератора, а также количестве, при стабильном и постоянном вращении винта, ветряк гарантирует подачу электроэнергии для нужд частого дома.

В настоящее время мало уделяется внимания на разработку и совершенствование оборудования альтернативной и экологической энергии, а следовательно, стоимость данного оборудования относительно высока. Стоимость электрогенератора и сопутствующего оборудования составляет порядка 100 т. руб., без учета монтажа и обслуживания. Таким образом окупаемость будет составлять порядка 10 лет, что не так уж и плохо. А в случае прибывания на загородных и удаленных от электрификации объектах использование энергии ветра будет одним из лучших вариантах.

Перспективы развития ветряной энергетики

Ветряную энергетику рассматривают как один из наиболее перспективных способов получения электричества в будущем. Запасы нефти, угля и газа имеют тенденцию к сокращению, а их использование даже в наши дни приводит к загрязнению атмосферы, необходимости строить большие комплексы.

Ученые и инженеры усиленно работают над созданием новых, совершенных типов генераторов, снабжают основные установки дополнительным оборудованием для аккумулирования и преобразования электроэнергии. У турбин появляется больше положительных свойств, а отрицательные моменты уходят в прошлое.

Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций

Энергетическая отрасль справляется со своей задачей достаточно уверенно, но масштабы нашей страны таковы, что полное обеспечение электроэнергией всех отдаленных или труднодоступных районов пока невозможно. Это связано с множеством факторов, преодолеть которые в нынешних условиях слишком дорого или технически недостижимо.

Поэтому все более пристальное внимание приходится обращать на альтернативные источники, способные удовлетворять потребности отсталых регионов без участия магистральных сетей. Перспективным направлением является ветроэнергетика, использующая дармовой источник энергии — силу ветра.

Устройство и виды ветровых электростанций

Ветроэлектростанции (ВЭС) используют энергию ветра для выработки электротока. Крупные станции состоят из множества ветрогенераторов, объединенных в единую сеть и питающих большие массивы — поселки, города, регионы. Более мелкие способны обеспечивать небольшие жилые массивы или отдельные дома. Станции классифицируются по различным признакам, например, по функциональности:

  • мобильные,
  • стационарные.
  • прибрежные
  • офшорные
  • наземные
  • плавающие.

По типу конструкции:

Наибольшее распространение в мире получили крыльчатные станции. Они имеют большую эффективность и способны производить достаточно большое количество электроэнергии, чтобы обеспечивать ею потребителей в масштабах целой энергетической отрасли. При этом, распространение таких станций имеет специфическую конфигурацию и встречается не повсеместно.

Принцип работы

Как уже говорилось, ВЭС имеют роторную или крыльчатую конструкцию. Роторные станции, как правило, имеют устройства с вертикальной осью вращения. Они во многом удобнее, чем крыльчатые, так как не издают при работе сильный шум и не требовательны к установке по направлению ветра. При этом, роторные конструкции менее эффективны и могут использоваться на небольших частных станциях.

Крыльчатые устройства способны выдавать максимальный эффект. Они используют получаемую энергию намного эффективнее, чем роторные образцы, но нуждаются в правильном ориентировании по отношению к потоку, что означает присутствие дополнительных приспособлений или оборудования.

Все виды действуют по одному принципу — поток ветра раскручивает подвижную часть, которая передает вращение на генератор, вследствие чего в системе образуется электроток. Он заряжает аккумуляторы, от которых питаются инверторы, преобразующие полученный ток в стандартное напряжение и частоту, подходящие для приборов потребления.

Для обеспечения большого числа потребителей отдельные ветрогенераторы соединяются в систему, образуя станции — ВЭС.

Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

К преимуществам ВЭС можно отнести:

  • независимость от ископаемых ресурсов;
  • используется абсолютно бесплатный источник энергии;
  • экологическая чистота методики — никакого вреда окружающей природе не наносится.

При этом, есть и недостатки:

  • неравномерность ветра создает определенные трудности в выработке энергии и вынуждает использовать большое число; аккумуляторных батарей;
  • ветряки издают шум при работе;
  • КПД ветряных электростанций низок, увеличить его очень сложно;
  • стоимость оборудования и, соответственно, электроэнергии, намного выше, чем цена сетевого электричества;
  • окупаемость оборудования с ростом его мощности значительно снижается. Наиболее производительные станции полностью не окупаются.

Использование небольших станций способно обеспечить энергией ограниченное количество потребителей, поэтому для крупных населенных пунктов или регионов требуются большие устройства. При этом, ветряки большой мощности нуждаются в соответствующих потоках ветра и равномерности его движения, что для условий нашей страны не характерно. В этом кроется основная причина низкого распространения ветряков по сравнению с европейскими странами.

Экономическое обоснование строительства ВЭС

С точки зрения экономики, строительство ВЭС имеет смысл только при отсутствии других способов энергообеспечения. Оборудование стоит очень дорого, обслуживание и ремонт требуют постоянных расходов, а срок службы ограничен 20 годами, и это в условиях Европы. Для России этот срок можно снизить не менее, чем на треть. Поэтому использование ВЭС экономически малоэффективно.

С другой стороны, при полном отсутствии альтернативных вариантов или при наличии оптимальных условий, обеспечивающих качественную и равномерную работу ветряков, использование ВЭС становится вполне приемлемым способом энергообеспечения.

Важно! Речь идет именно о крупных станциях, снабжающих целые регионы. Ситуация с бытовыми или частными станциями выглядит более привлекательно.

Мощности промышленных станций

Промышленные ВЭС имеют весьма высокую мощность, способную обеспечивать крупные населенные пункты или регионы. Например, ВЭС «Ганьсу» в Китае имеет 7965 мВт, «Энеркон Е-126» выдает 7,58 мВт, и это еще не предел.

Следует сразу же оговориться, что речь идет о лидерах в ветроэнергетике, другие модели вырабатывают намного меньше энергии. Тем не менее, объединенные в крупные станции, ветряки способны на производство вполне достаточного количества электроэнергии. Объединенные комплексы вырабатывают суммарную мощность в 400-500 мВт, что вполне может сравниться с производительностью ГЭС.

Мелкие станции имеют более скромные показатели и могут рассматриваться только как точечные источники, питающие ограниченное число потребителей.

Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций

Ведущие мировые производители

В число наиболее известных производителей ветрогенераторов и оборудования для ветроэнергетической отрасли входят компании:

  • Vestas,
  • Nordex,
  • Superwind,
  • Panasonic,
  • Ecotecnia,
  • Vergnet.

Российские производители пока не готовы конкурировать с этими фирмами, так как вопрос о создании качественных и производительных ветрогенераторов в России до сих пор не ставился достаточно плотно.

География применения

Наибольшее распространение ветроэнергетика получила на западном побережье Атлантики, в частности, в Германии. Там имеются наилучшие условия — ровные и сильные ветра, оптимальные климатические показатели. Но основной причиной широкого распространения ВЭС именно в этом регионе стало отсутствие возможностей для строительства гидроэлектростанций, вынудившее правительства стран этого региона использовать доступные методы получения электроэнергии. При этом, имеются установки и в балтийском регионе, в Дании, Голландии.

Россия пока отстает в этом вопросе, за прошедшее десятилетие в эксплуатацию сдан едва ли десяток ВЭС. Причина такого отставания кроется в большом развитии гидроэнергетики и отсутствии должных условий для эксплуатации промышленных ветроэнергетических станций. Тем не менее, отмечается рост производства небольших установок, способных обеспечивать энергией отдельные усадьбы.

Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций

Факты и заблуждения

Малое распространение ветроэнергетических установок и отсутствие опыта общения с ними породили массу заблуждений относительно свойств и воздействия ВЭС на организм человека. Так, широко распространено мнение о необычайно высоком уровне шума, производимого работающим ветрогенератором. Действительно, определенный шум имеется, но его уровень гораздо ниже, чем принято считать. Так, шум от промышленных моделей на расстоянии 200-300 м воспринимается на слух так же, как звук от работающего бытового холодильника.

Другая проблема, которую необоснованно раздувают несведущие люди — создание непреодолимых помех радио и телевизионным сигналам. Этот вопрос был решен раньше, чем о нем узнали пользователи — каждый мощный промышленный ветряк снабжен качественным фильтром радиопомех, способным полностью исключить влияние устройства на эфир.

Люди, живущие поблизости от турбин, будут постоянно находиться в зоне мерцания тени. Это термин, обозначающий некомфортное ощущение от мигающих световых проявлений. Вращающиеся лопасти создают такой эффект, но его значение сильно преувеличено. Даже самые чувствительные люди всегда могут попросту отвернуться от турбины, если случилось оказаться поблизости от нее.

Существуют и другие, надуманные и вполне реально существующие факты, касающиеся работы ВЭС, их воздействия на организм человека и окружающую природу. Част из них является обычными слухами, другая часть настолько преувеличена, что не заслуживает даже обсуждения. Ветроэнергетика — полноценная отрасль, способная решать вопросы энергообеспечения как в солидных масштабах, так и в пределах маленького дачного домика.

Частные ветряные электростанции

Для России наиболее актуальным вопросом является распространение именно небольших станций, обеспечивающих один дом или усадьбу. Строительство крупных ВЭС в климатических условиях нашей страны нецелесообразно и нерентабельно. Самая большая ценность ветрогенераторов кроется в создании возможности обеспечить энергией отсталые или отдаленные населенные пункты, где нет сетевого подключения.

Для таких районов применение небольших частных станций является оптимальным способом решения вопроса, так как работа ветряка не требует обеспечения топливом, устройство несложно и свободно поддается ремонту. Обеспечить такие регионы дополнительным оборудованием намного проще и дешевле, чем выделять большие средства на проведение линии электропередач, особенно, если речь идет о гористой местности. Небольшие ветряки способны вырабатывать достаточное количество энергии, не нуждаясь в расходах на содержание или топливо, что делает их весьма перспективными и привлекательными вариантами решения проблемы.

Обзор цен на популярные модели

Стоимость ветрогенераторов высока. Этот момент является самым труднопреодолимым для распространения ветроэнергетических технологий. Многие владельцы домов с удовольствием установили бы у себя на участке ветряки, но не имеют средств на их приобретение. Установка, способная обеспечить освещение участка, стоит около 100 тыс руб.

Более мощная конструкция, позволяющая снабдить электроэнергией коттедж, обойдется в 250 тыс.

ВЭС, способная обеспечить небольшое фермерское хозяйство, стоит около 500 тыс. руб. И это еще не предел. При таких ценах ожидать быстрого распространения ветрогенераторов не приходится, поэтому вся надежда на появление отечественных моделей, способных решить вопрос дороговизны оборудования. Как вариант, можно купить относительно недорогую китайскую модель. Такие устройства не поддаются ремонту, являясь, по сути, одноразовыми, но их цена намного ниже, чем стоимость аналогичных по мощности западных образцов.

Как сделать ветряную электростанцию?

Дороговизна промышленных моделей вынуждает людей, способных пользоваться инструментами и обладающих определенными познаниями, создавать самодельные ветряки. Расходы на такое устройство несравнимы с тратами на заводские модели, а эффект, полученный от самоделок, зачастую превосходит показатели прославленных зарубежных изделий.

Для изготовления станции понадобится:

  • комплект оборудования — контроллер заряда, инвертор, аккумулятор;
  • генератор, способный работать на низких скоростях. Чаще всего используется автомобильный или тракторный генераторы, прошедшие некоторую модернизацию;
  • ветряк — вращающийся ротор, установленный на мачте или основании нужных размеров.

Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций

Оборудование для станции может быть собрано самостоятельно или приобретено в готовом виде. Изготовление генератора из готового устройства занимает один день (если иметь представление о том, что надо делать). Ветряк делается из подручных материалов — металлических бочек, листового металла и т.п.

Все элементы конструкции собираются воедино, система запускается, производится оценка ее характеристик и, если надо, вносятся необходимые изменения. Ветряк, собранный своими руками, ремонтируется совершенно без проблем, так как вся его конструкция известна мастеру, что называется, до последнего винтика.

Эксплуатация ВЭС не требует особых расходов, все вложения делаются единовременно. Срок службы системы рассчитывается на 20 лет, но при изготовлении своими руками он практически не ограничен, поскольку в любое время возможна модернизация или ремонт конструкции.

Ветрогенераторы: принцип работы и разделение видов, преимущества и недостатки использования

В статье собрана информация о ветрогенераторах, для чего они нужны, их виды, преимущества и недостатки.

Также даны конкретные классификации типов конструкции и принципы работы ветряной электростанции.

Ветрогенераторы являются экономичным изобретением, позволяющим добывать электричество за счёт ветра.

Разновидности

Многолопастный ветряной генератор

Многолопастный ветряной генератор

  • различному количеству крыльев;
  • виду материала для изготовления;
  • разности шагового принципа;
  • размещению оси.

Ветрогенераторы могут быть:

  • однокрылые;
  • с множеством лопастей.

Многолопастные очень чутко реагируют на малейшее дуновение воздуха, но не вырабатывают много энергии. Они хорошо подходят для выкачки воды.

По виду материала изготовления ветрогенераторы разделяют на:

Парусный ветрогенератор

Разность шагового принципа заключается в том, что одни генераторы имеют неизменный шаг, а другие — изменяемый.

Фиксированный шаг отличается своей надёжностью, а изменяемый быстро набирает обороты, но имеет сложную, непрактичную конструкцию.

По размещению оси ветрогенераторы существуют:

  • горизонтального расположения;
  • вертикального.

Полезная информация: горизонтальные ветряные генераторы отличаются своей мощностью, а вертикальные хорошо улавливают ветер.

В зависимости от того, как вращается центр, а также от потока ветра, генераторы классифицируют на два вида:

  • с горизонтально поставленным центром, вращающимся параллельно дуновению ветра;
  • с вертикально расположенной осью, которая вращается поперечно потоку ветра.

Возможно, Вас заинтересует статья о типах аккумуляторов для ветрогенераторов.

Статью об изготовлении лопастей для ветрогенератора своими руками читайте здесь.

Агрегаты с горизонтальным центром

Они используются для переработки силы ветра в силу противодействия или подъёмную энергию.

Подъёмная энергия развивает большую силу, чем энергия противодействия. Последняя не может набирать скорость выше скорости ветра.

Также с горизонтальным центром выполняются генераторы, напоминающие колесо. Их изготовляют как неподвижными относительно вертикали, так и с разносторонним направлением движения.

При мощном потока ветра устанавливают ограничение по вращению колеса. В таких случаях крылья устанавливают разностороннее вращение колеса, используют клапаны для регулировки потока или пользуются устройствами для вывода колеса из-под ветра. Крылья крепятся как на оси генератора, так и на вращающийся обод вторичного вала.

С вертикально расположенной осью

Вертикальные роторные генераторы отличаются от горизонтальных множеством преимуществ:

  • они не нуждаются в устройствах, которые ориентируются на дуновение ветра;
  • имеют упрощённую конструкцию;
  • меньшее количество нагрузок;
  • облегчённую работу крыльев.

Эти устройства имеют пластины, турбинные компоненты, роторы Савониуса с S-образными концами по типу «карусели».

В 1920 году Француз Жорж Дарье, разработал новый ротор. Так, Дарье заявил о себе, как основной разработчик ветряных генераторов с крыльями. Эти генераторы работают за счёт силы, образующейся на изогнутых крыльях.

Ротор очень проворный, быстрый, может иметь различную форму, как ромбообразную, так и в виде треугольника. Существует как с одним крылом, так и с множеством.

Крылья выполняются преимущественно из дерева, но иногда и из стали. Это делается для их проворности и лёгкости в эксплуатации.

Электричество, которое вырабатывается, напрямую зависит от мощности ветра и ширины крыльев.

Соответственно, увеличив размер крыльев, можно увеличить производительность электричества.

Существуют малого и среднего размеров турбины. Средние отличаются удобством в использовании и простотой производства.

На данный момент даже самые мощные ветрогенераторы, увы, не способны снабжать электричеством крупные города. Ветровые генераторы с малой мощностью используют для фермерских потребностей, они обеспечивают снабжение водой, что является весьма экономичным способом.

Возможно, Вас также заинтересует статья том, как сделать заземление в частном доме.

Статью о самостоятельном устройстве электропроводки в деревянном доме читайте здесь.

Ветряные электростанции

Ветряные электростанции представляют собой общую сеть из множества ветрогенераторов, которые преобразуют энергию ветра в электричество.

В неё входят:

  • ветряной двигатель;
  • генератор, преобразующий электрический ток;
  • устройство, которое автоматически управляет ветряным двигателем;
  • постройки для обслуживания.

Работают они следующим образом: ветер соприкасаясь с крыльями ветрогенератора, приводит их в движение, механизмы электрогенератора запускаются, что приводит к выработке электричества.

Для электростанций используют разного рода конструкции:

  • многокрыльчатые (в виде ромашки);
  • конструкции в виде пропеллеров от самолёта;
  • генераторы с вертикально стоящей осью;
  • ветрогенераторы с горизонтальным центром.

Ветряная электростанция — очень экономичный способ добывания электричества, но за счёт небольшой мощности и прямой зависимости от погодных условий, они не являются основным источником электроэнергии.

Они способны препятствовать естественному потоку воздуха и несущественно изменять климат. Постройка электростанции занимает огромные участки по сравнению с другими электрогенераторами.

С одной стороны, ветрогенераторы — это природный источник электричества, их работа не представляет никакого вреда для человека и является отличным бесконечным резервом.

Они бывают разноплановые и можно выбрать оптимальный для своих потребностей.

Часто ветрогенераторы устанавливают на фермах и собственных участках. Но, с другой стороны, они зависят от погодных условий, потока ветра, и могут приносить неудобства в виде шума от работы. Также большие электростанции могут препятствовать радиоволнам и воздушным посланиям.

Кроме того, огромные электростанции препятствуют перелёту птиц. Вырабатываемой мощности, даже самых огромных станций, все же не хватает для обеспечения электроэнергией больших городов.

Смотрите видео, в котором рассматриваются особенности работы, а также преимущества и недостатки ветрогенераторов:

Ветрогенераторы: принцип действия, типы, применение и эффективность

Работа ветрогенераторов

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) – это прибор для превращения энергии ветра в электрическую.

Сначала он превращает кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию. Мощность ветрогенератора может быть от 5 КВт до 4500 КВт. Современные устройства генерируют энергию даже очень слабого ветра – от 4 м/с. Ветроэлектрические установки могут входить в состав частной независимой электростанции и позволяют продавать излишнюю энергию государству по условиям «зеленого тарифа». Такие сооружения могут быть источником энергии для локальных и островных объектов, так как решают проблемы энергоснабжения автономно.

Как работает ветрогенератор: принцип преобразования энергии ветра

Потоки ветра вращают лопасти ветрогенератора: проходят через турбину, приводит её в действие и она начинает вращаться. На валу турбины возникает энергия, которая будет пропорциональна ветровому потоку. Чем сильне ветер, тем большее количество энергии возникает. Далее энергия передается по валу ротору на мультипликатор (если он есть), который её генерирует. Учтите, что более продуктивными являются устройства без мультипликатора, который ускоряет вращение оси, потому что не создается, а, естественно, и не растрачивается лишняя энергия, а скорости ветра вполне достаточно для оптимальной работы ветрогенератора. Генератор превращает механическую энергию в электрическую.

Мощность ветряка измеряется «ометаемой» площадью турбины. Чем больший размер лопастей, тем большую мощность он создает. Мощность ветрогенератора рассчитывается исходя из кубической зависимости скорости ветра.

Пример

Если ветровой поток со скоростью n создает мощность 100 Вт, то поток со значеним n+1 будет создавать мощность 300 Вт, а вот n+2 – уже 900 Вт.

Поэтому, если размер турбины не большой, то нужен очень сильный поток ветра, чтобы мощность была высокой, и наоборот – большая турбина может выдавать ту же мощность при более слабом ветре.

Но для того, чтобы работа ветрогенератора была сбалансированной и выдавала нужное количество энергии, нужно на этапе проектирования правильно рассчитать все необходимые параметры ветряной электростанции.

Каталог ветрогенераторов

Разновидности

Для того чтобы правильно подобрать ветряной генератор, необходимо прежде всего учесть его технические параметры. Современные модели различаются по следующему ряду признаков:

  • Количеству лопастей пропеллера. Большое количество элементов винта усложняет конструкцию. Однако чем больше лопастей, тем меньшая скорость ветра нужна для запуска механизма.
  • Типу материала лопастей. Модели с жесткими пропеллерами более прочны и долговечны, но и значительно дороже парусных аналогов.

Многолопастный ветрогенератор для своего дома

Многолопастный ветрогенератор для своего дома Источник ytimg.com

  • Расположению направляющей вращения. Разделяются на вертикальные и горизонтальные. Первые прочнее и чувствительнее, вторые – отличаются лучшей производительностью.
  • Возможности изменения шаговых характеристик. Различаются на модели с изменяемым и неизменным шагом. Изделия с переменными шаговыми параметрами позволяют увеличивать скорость, а значит, и продуктивность. Однако они более сложны, громоздки и дороги.

Полезно знать! Доступные сегодня в широкой продаже заводские модели достаточно дороги. Поэтому нередко у желающих установить подобную автономную электростанцию возникает вопрос о том, как сделать ветрогенератор. Самодельные аналоги нередко изготавливают из автомобильных генераторов, соединяемых по схеме с аналогичным АКБ на 12 вольт.

Типы ветрогенераторов

По мощности и области применения ветрогенераторы бывают

  • промышленные (мощность от 500 КВт);
  • бытовые (мощность 0-10 КВт).

Устройства с мощностью от 10 до 500 КВт используются крайне редко.

По конструкции бытовые типы ветряков отличаются конструкцией ротора (турбины)

  1. С горизонтальной осью. Отличаются системой управления турбины (ротора), она может быть:
      аэромеханической (на лопастях установлены специальный «закрилышки», которые меняю угол направления ветра: чем больше скорость ветра, тем больше угол атаки лопастей и наоборот). Меняя угол атаки, мы можем управлять турбиной как на малых, так и на больших скоростях для эффективной и правильной работы устройства.
  2. с азимутальным приводом (электроника фиксирует скорость и направление ветра, поворачивает или отворачивает турбину от ветра, если скорость ветра превышает номинальную).
  3. С вертикальной осью – это малоэффективные устройства, которые не рекомендовано использовать из-за ряда недостатков. Они отличаются типом турбин:
      ротор Савониуса (Savonius).Их недостатком является коэффициент опережения. Если скорость ветра 10 м/с, то законцовка турбины будет вращаться со скоростью 100 м/с, соответственно, коэффициент опережения – 10. Фактически ветряк не может самостоятельно стартовать, его нужно раскручивать и только после этого он начинает работать. Если этого не делать, то он начет вырабатывать энергию только при скорости ветра 10 м/с и больше.
  4. ротор Дарье (Darrieus). Применяются разве что как анемоскопы, так как малоэффективные.

Сейчас широкое применение получили ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения (крыльчатые), благодаря тому, что у них коэффициент использования энергии ветрового потока (КИЭВ) легко достигает 30% и больше, а у ветрогенераторов с вертикальной осью вращения КИЭВ составляет около 20%.

Читайте также: Настольная лампа своими руками: 110 фото вариантов и примеров со схемой изготовления лампы из подручных материалов

Система бытового энергоснабжения с использованием ветрогенератора похожа на систему с солнечными модулями, в одной системе могут использоваться как ветрогенераторы, так и солнечные модули.

Схема ветрогенератора

От высоты мачты и диаметра ротора зависит количество выработанной энергии следующим образом: на каждые 10 метров подъёма ветряка добавляется 1 м/с скорости ветра. Чем выше мачта, тем больше вероятность того, что он будет работать максимально эффективно. И та же ситуация с ротором: чем больше диаметр, тем больше выработка энергии.

Значения силы ветрового потока для работы ветряка

  1. Скорость ветра для начала вращения лопастей, при котором мощности нет вообще – от 1,5 м/с.
  2. Минимальная скорость ветра при которой уже начинается генерация мощности – 3 м/с.
  3. Номинальная скорость ветра (для ветрогенераторов украинского производства) – 7-9 м/с.
  4. Максимальная скорость ветра, при которой ветрогенератор украинского производства сохраняет свою работоспособность– 52 м/с (200 км/час), что свидетельствует о высоком качестве сборки установки и прочности материалов изготовления.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

  • установка экологически чистая;
  • отсутствует потребность её заправки топливом;
  • не накапливаются какие-либо отходы;
  • устройство работает очень тихо;
  • имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Применение и рекомендации по месту установки ветрогенератора

Ветрогенераторы на возвышенности

Ветрогенераторы характеризуются широким применением на объектах различного назначения: частные дома и домохозяйства, предприятия, отдельные сооружения, которые требуют автономного энергоснабжения. Их устанавливают на открытых, желательно возвышенных территориях, где есть хороший ветровой потенциал: поле, горы (холмы), остров и даже мелководье. Ветрогенераторы могут устанавливаться как по одиночке так и группами, объединяясь в ветропарк для энергоснабжения масштабных предприятий. Чаще всего ветряные электростанции применяются для энергоснабжения автономных зданий, где отсутствует подключение к городской электросети. Маломощные ветряки используются на охотничьих угодьях, рыбацких станах, на дачных участках для пчеловодов, на автономных светильниках для освещения дорог.

В настоящее время применение ветрогенераторов как альтернативы центральному энергоснабжению нерентабельно из-за большой стоимости оборудования, но, в то же время, возможно использование ветрогенераторов в местах, где отсутствует централизованное энергоснабжение или присутствуют частые перебои. Период окупаемости – 25 лет.

Также существует техническая возможность исполнения генератора, выдающего переменный ток, который можно использовать для прямого питания потребителей, которые не требуют бесперебойного питания, к примеру, насос для осушения какой-нибудь территории.

В Украине на всей территории возможно использование ветрогенераторов с той или иной степенью эффективности. Наиболее выгодно, с точки зрения ветрового потенциала, размещать ветрогенераторы в Крыму и Закарпатье.

Правила размещения

При монтаже устройства необходимо учесть следующий ряд требований:

  • Вблизи генератора не должно располагаться сооружений, кустов, деревьев и прочих препятствий на пути свободного прохождения ветровых потоков.
  • Чтобы шум и помехи от работы не оказывали негативного влияния на окружающих, ветряки для дома лучше располагать минимум на 30 метров вдали от жилища.
  • Во избежание возникновения ослабления ветровых потоков устанавливать механизм лучше на 2-3 метра выше окружающих преград, даже если они находятся на расстоянии до 200 метров.

Принцип действия

В соответствии с нижеприведенной схемой, принцип работы ветрового генератора можно описать следующим образом:

  • под воздействием воздушных потоков (№1 на схеме), ротор «А» и лопасти «В», закрепленные на нем, приводятся во вращательное движение;
  • вращательное движение (№2 на схеме) ротора «А» передается на ведущую ось «С» и редуктор «D» (коробка передач);
  • с редуктора «D», вращательное движение передается на электрический генератор «G», в обмотках которого, вырабатывается электрический ток.

Ветровые электростанции в России

В Единой энергосистеме нашей страны доля ветровых электростанций очень мала, и по состоянию на конец 2021 года составляет 0,01 % от общей мощности энергосистемы. В цифровом выражении это составляет – 10,9 МВт.

Ветровые электростанции работают в:

  • Калининградской области:
  • «Зеленоградская», установленной мощностью 5,1 МВт.
  • Республике Башкортостан:
  • «Тюпкильды», установленной мощностью 2,2 МВт.
  • Республике Калмыкия:
  • «Калмыцкая», установленной мощностью 1,0 МВт.
  • Оренбургской области:
  • В селе Тамар-Уткуль, установленной мощностью 0,925 МВт;
  • В г. Орск, установленной мощностью 0,4 МВт;
  • Белгородской области:
  • «АльтЭнерго», установленной мощностью 0,1 МВт.

В Республике Крым, независимо от Единой энергетической системы страны, работает 7 ветряных электрических станций, общей мощностью 89,01 МВт.

Также вне системы работает одна станция в Чукотском автономном округе мощностью 2,5 МВт, и три станции в Камчатском крае общей мощностью 4,125 МВт.

В стадии разработки проекта и строительства находятся электростанции в:

  • Краснодарском крае, 1 станция, общей проектируемой мощностью 460,0 МВт, запуск в работу планируется в 2021 – 2021 годах.
  • В Республике Адыгея, 1 станция, общей проектируемой мощностью 150,0 МВт, запуск в работу в 2021 году.
  • В Республике Калмыкия, 1 станция, общей проектируемой мощностью 51,0 МВт, ведутся пуско-наладочные работы.
  • В Ульяновской области, 4 станция, общей проектируемой мощностью 80,0 МВт, запуск в работу в 2021 и 2021 году.
  • В Астраханской области, 2 станций, общей проектируемой мощностью 30,0 МВт, запуск в работу планируется в 2021 и 2018 году.
  • В Оренбургской области, 2 станций, общей проектируемой мощностью 30,0 МВт, запуск в работу планируется в 2021 и 2018 году.

Средние цены

Стоимость ветряных генераторов зависит от конструкции, мощности, страны и фирмы производителя.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: