Ветроэнергетические установки

Виды оборудования

Существует две группы ВЭУ, отличающиеся друг от друга положением оси вращения рабочего колеса:

  • Горизонтальные. Внешне напоминают пропеллер.
  • Вертикальные. Лопасти таких устройств вращаются вокруг вертикальной оси. Имеется большое число конструкций вертикальных ветряков.

Принципиальным отличием этих двух типов конструкции является необходимость ориентирования горизонтальных устройств по направлению ветра и нетребовательность к этому вертикальных ветряков. Кроме того, для горизонтальных устройств обязательно наличие высокой мачты, так как расположение на высоте обеспечивает более интенсивное воздействие потоков ветра на ротор. Вертикальные конструкции в подъеме над уровнем земли нуждаются в меньшей степени.

При этом, эффективность горизонтальных ветряков в целом выше, чем у вертикальных устройств. Это происходит потому, что лопасти вертикальных роторов испытывают как полезное воздействие на рабочие части, так и противодействующие нагрузки на обратные стороны. Снижение уравновешивающего воздействия потока на обратные стороны лопастей является основной задачей конструкторов, пытающихся разработать наиболее удачную форму рабочего колеса.

Существуют опытные образцы, обеспечивающие высокую эффективность использования потока, но широкого производства таких устройств пока не наблюдается.

Устройство

Общий состав комплекса практически одинаков и различается только типом конструкции ветряка.

Горизонтальные ветрогенераторы

Установки с горизонтальной осью вращения имеют практически одну конструкцию. Они представляют собой горизонтальную ось с хвостом и ротором на противоположных концах. Ось имеет возможность свободного вращения вокруг вертикальной оси, необходимое для установки ротора по направлению ветра. Это происходит автоматически, при помощи хвоста. Ротор представляет собой род пропеллера, вращающегося при воздействии ветрового потока на лопасти.

Принципиального различия между разными моделями горизонтальных ветряков нет. Они отличаются типом лопастей:

  • жестколопастные,
  • парусные.

Первые сделаны из прочного материала, вторые представляют собой жесткую рамку, обтянутую плотной тканью или подобным материалом. Кроме того, имеются образцы с различной формой лопасти:

  • в виде прямой лопатки;
  • в виде архимедова винта.

Имеются парусные модели, созданные для получения максимального эффекта от воздействия ветрового потока. Они не имеют вращающихся частей, поверхность паруса создает давление на поршневую систему, взаимодействующую с генератором.

Ротор горизонтальной конструкции нуждается в установке на высокую мачту. Это увеличивает эффективность получения ветровой энергии, но осложняет процесс монтажа и обслуживания устройства. Мачта должна быть надежно закреплена и усилена растяжками, чтобы имелась возможность выдерживать ураганные порывы ветра. Высота мачты выбирается таким образом, чтобы ветряк возвышался над всеми ближайшими зданиями и сооружениями. При этом, место установки также выбирается на возвышении, что позволяет снизить высоту мачты и облегчает монтаж.

Ветроэнергетические установки

Вертикальные ветряки

Ветрогенераторы вертикальных конструкций имеют меньшую эффективность использования потока ветра, но с точки зрения эксплуатации они намного предпочтительнее. Их преимущества:

  • нет нужды ориентировать ротор по направлению ветра;
  • устанавливать устройство на высокую мачту необязательно, так как большой разницы в эффективности нет;
  • устройства имеют более простую конструкцию, что удобнее при самостоятельном изготовлении.

Изначально вертикальные конструкции имели две лопасти, имеющие форму желоба, расположенные диаметрально вдоль оси вращения. Впоследствии появились другие варианты, имеющие большее количество лопастей или иную форму. На сегодня различных конструкций известно довольно много. Вот некоторые из них:

  • ротор Савониуса,
  • ротор Дарье,
  • ротор Третьякова,
  • ортогональный,
  • геликоидный.

Работы по созданию новых типов конструкции ведутся непрерывно, поэтому привести полный перечень имеющихся конструкций невозможно.

Ветроэнергетические установки

Особенности бытовых ветрогенераторов

Простейшие ветряки можно не просто использовать дома, но и собирать вручную. Как правило, это малоразмерные установки высотой не более 10 м, способные работать на мощности 0,5-5 кВт. В качестве пассивного источника энергии для бытовых приборов или отдельных групп электротехнических устройств такой вариант себя вполне оправдывает. Впрочем, компактные ветроэнергетические установки в большом количестве сегодня применяются и крупными компаниями для питания производственных мощностей. На базе ферм мини-ветряков формируются достаточно производительные и надежные системы, которые могут конкурировать и с высокомощными одиночными генераторами.

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.

Проектирование ВЭС

Главный показатель, который позволяет принять решение об использовании ветроэлектростанции, — это среднегодовая скорость ветра, которая должна быть не меньше 5 м/с. Правда, сегодня уже существуют легкоразгоняемые ВЭС, предназначенные для электроснабжения частных домовладений, которые начинают работу с минимальной скорости воздушного потока в 3,5 м/с.

Для определения этого показателя используются специальные карты ветров.

В различных климатических зонах России были проведены измерения скорости ветра, чтобы определить, насколько эффективны там ветровые электростанции. Ветряные установки и станции уже действуют в Калининградской области, на Командорских островах, в Мурманске, Республике Саха (Якутии), в Башкортостане.

Принимая решение об установке ветроэнергетической установки или частной ВЭС, стоит для начала обратиться к специалистам, чтобы провести исследования направления и силы ветра с помощью анемометров и построить карты доступности его энергии. По этим данным рассчитывается и разрабатывается проект ВЭУ или станции из нескольких установок, ее технические и геометрические параметры.

Промышленную ВЭС достаточно большой мощности без инвесторов не построить, а грамотно выполненные расчеты и составленный проект позволят определить срок окупаемости проекта и привлечь дополнительные финансы.

Принцип работы и устройство ВЭС

На ветряной электростанции поток воздуха вращает колесо с лопастями, с которого крутящий момент передается на другие механизмы. Чем больше размеры колеса, тем больший поток воздуха оно захватывает и, следовательно, быстрее вращается.

Если говорить языком физики, линейная скорость ветра преобразовывается в угловую скорость вращения оси генератора, который, в свою очередь, преобразовывает вращательное движение в электрическую энергию, передавая ее через контроллер на аккумуляторы. На выходе из устройства электроэнергия уже пригодна к бытовому использованию.

То есть, малая электростанция ветровая состоит из турбины, лопастей, хвоста (поворотного механизма), мачты с тросами-растяжками, аккумуляторов, контроллера их заряда и инвертора, который преобразовывает напряжение 12 В в 220 В.

Популярные статьи  Определение соответствия выводных концов обмоток статора машин трехфазного тока

Кроме этих устройств промышленная ВЭС содержит еще системы слежения за направлением ветра и его скоростью, состоянием ветрогенератора и защиты от грозовых разрядов. Кроме того, с нагрузками большего масштаба мачта не справляется, и ее заменяют башней, в которой располагается все дополнительное оборудование.

Ветрогенераторы с потокоусилителями

Тоже в некотором роде продолжение классических конструкций ветряков, но с поправкой на нынешние высокотехнологические условия эксплуатации. Модификации с потокоусилителями отличаются наличием одного или нескольких желобов, которые предназначены для концентрации воздушных потоков. Аэродинамические конусообразные элементы в виде тех самых желобов собирают потоки на большой площади, ориентируя их в одну точку направления и увеличивая тем самым скорость движения лопастной системы. Сложность использования ветроэнергетических установок с потокоусилителями заключается в том, что они требуют применения дополнительной элементной группы. Более того, добиться существенного повышения производительности в таких системах удается только за счет подключения вспомогательных источников энергии, что не всегда оправдывается экономически.

Конструкции на базе ротора Дарье

Ветроэлектрические генераторы с вертикальным устройством рабочего колеса базируются на схеме ротора Савониуса или Дарье. Но и в этой группе есть свои вариации и современные модификации. Наиболее перспективной разработкой последнего времени считается геликоидная турбина Горлова, созданная в 2001 г. Она является своего рода продолжением концепции ротора Дарье, но в более оптимизированном виде. Спиралевидные вертикальные лопасти позволяют вырабатывать энергию из потоков воды и воздуха при минимальной активности. Сегодня такие генераторы используются как на специализированных ветряных фермах, так и в составе гидроэлектростанций.

Ветроэнергетические установки

Ветровые машины на службе человека

Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть.

Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.

Сооружаются ветроэлектрические станции, преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину — генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.

Аккумуляторная батарея автоматически подключается к генератору в тот момент, когда напряжение на его выходных клеммах становится больше, чем на клеммах батареи, и также автоматически отключается при противоположном соотношении.

В небольших масштабах ветроэлектрические станции нашли применение несколько десятилетий назад. Сейчас созданы самые разнообразные прототипы ветроэлектрических генераторов (точнее, ветродвигателей с электрогенераторами). Одни из них похожи на обычную детскую вертушку, другие — на велосипедное колесо с алюминиевыми лопастями вместо спиц. Существуют агрегаты в виде карусели или же в виде мачты с системой подвешенных друг над другом круговых ветроуловителей, с горизонтальной или вертикальной осью вращения, с двумя или пятьюдесятью лопастями.

При планировании ВЭУ особое внимание надо уделить на углы поворота лопасти, от которого зависит подача ветра в генератор. Угол наклона лопастей по отношению к ветру регулируют за счет поворота их вокруг продольной оси: при сильном ветре этот угол острее, воздушный поток свободнее обтекает лопасти и отдает им меньшую часть своей энергии

Помимо регулирования лопастей весь генератор автоматически поворачивается на мачте против ветра.

Конструкция лопастных ВЭУ роторной схемы обеспечивает максимальную скорость вращения при запуске и ее автоматическое саморегулирование в процессе работы. С увеличением нагрузки скорость вращения ветроколеса уменьшается, а вращающий момент возрастает.

Высота мачты имеет существенное значение для ветроэлектрических установок. Уже на высоте 9 м скорость ветра, как правило, на 15—25% больше, чем в 1,5 м от земли, а даже небольшой прирост средней силы ветра позволяет получить от станции намного больше электроэнергии.

По оценке ученых, существующие способы преобразования ветроэнергии в электрическую с помощью традиционных лопастных ветроэнергетических установок (ВЭУ) пока экономически неоправданны. Во-первых, из-за высокой пусковой скорости ветра (4-5 м/сек), высокой номинальной скорости (8-15 м/сек) и небольшой годовой производительности в условиях слабых континентальных ветров — 3-5 м/сек; во-вторых, стоимость ВЭУ составляет $1000-$1500 на кВт установленной мощности. Поэтому будущее ветроэлектрических станций зависит в первую очередь от затрат на их сооружение.

Создание самодельного ветряка

Самодельный ветровой генератор может применяться как основной или дополнительный источник энергии. Как вспомогательное устройство он может запитывать светильники в доме и на улице, греть воду в бойлере. Как главный источник электроэнергии он может подпитывать всю бытовую технику, отопительные системы и осветительную группу. Самостоятельное изготовление ветряка более выгодно, чем покупка магазинной модели. Устройства до 5 кВт могут обойтись в сумму до 200000 рублей, их ремонт также является дорогостоящим.

Основные узлы ветрогенератора

Ветроэнергетические установки
Генератор

Перед тем как сделать ветряную электростанцию своими руками, нужно собрать необходимые комплектующие. Для создания ветряка потребуются следующие детали:

  • Лопасти. Они могут выполняться из различных материалов.
  • Генератор. Можно собрать его самостоятельно или приобрести готовый.
  • Хвостовая часть. Помогает движению лопастей по направлению с максимально возможным КПД.
  • Мультипликатор. Позволяет увеличить скорость вращения ротора.
  • Мачта для крепежа. Фиксатор всех узлов.
  • Натяжные тросы. Также фиксируют всю конструкцию ветроэлектростанции, сделанную своими руками.
  • Аккумулятор, контроллер заряда, инвертор.

Новички могут создать генератор по простейшей схеме.

Сборка генератора

Ветроэнергетические установки
Сборка генератора

Ветряк можно создать из любых материалов, даже из пластиковых бутылок. Он будет вращаться от ветра и издавать шум. Схемы сборки таких устройств бывают разные – ось может устанавливаться вертикально, горизонтально. Прибор может быть абсолютно разных размеров.

Основа самодельного ветряка – генератор. Для его самостоятельной сборки потребуется:

  • Статор. Делается из двух металлических листов, которые вырезаются в виде круга диаметром 500 мм. К каждому кругу приклеивается по 12 неодимовых магнитов диаметром 50 мм. Полюса должны обязательно чередоваться. Во второй окружности полосы ставятся со сдвигом.
  • Ротор. Состоит из 9 катушек с медной проволокой диаметром 3 мм. На каждой катушке должно быть по 70 обмоток. Размещаются на немагнитной основе.
  • Ось. Она проделывается в середине ротора. Для устойчивости конструкцию следует отцентровать.

Монтаж лопастей

Ветроэнергетические установки
Изготовление лопастей из полипропиленовой трубы

При ветряной погоде из самодельной ветроэлектростанции можно получить до 3,5 кВт мощности. В среднем этот показатель будет около 2 кВт. В самом простом горизонтальном генераторе делается три лопасти. Их можно выполнять из следующих материалов:

  • Древесина. К минусам можно отнести образование трещин в процессе эксплуатации. В будущем потребуется замена лопастей.
  • Полипропилен. Это оптимальный вариант для ветрогенераторов с небольшой мощностью.
  • Металл. Считается самым прочным, качественным, долговечным и надежным материалом для лопастей ветряка. Рекомендуется выбирать для таких целей дюралюминий – он надежный и не особо тяжелый.

Самое сложное в процессе создания ветряного электрогенератора – получение сбалансированной структуры. При соблюдении всех нюансов и правильности расчетов конструкция будет надежно служить и не повредится. Когда лопасти созданы, их следует установить вместе с ротором на монтажную площадку. На ней же закрепляется хвостовая часть.

Запуск

Ветроэнергетические установки
Схема сборки

Важно правильно выбрать место, где будет находиться ветряк. Элемент следует поставить вертикально и как можно выше, чтобы он попадал в зону сильных ветров

Рядом не должно быть никаких крупных зданий и деревьев, а также других объектов, которые будут мешать циркуляции потоков воздуха в ветровой мельнице для электричества.

Когда собранная установка начнет работать, к ней нужно подключить мультиметр. Он присоединяется к ветви генератора с целью проверки наличия напряжения. Когда оно зарегистрировано, можно считать, что ветряк готов к полноценной эксплуатации. Далее продумывается схема подачи получаемого электропитания к жилищу и другим объектам.

Конструктивные особенности и характеристики ВЭУ с вертикальной осью вращения

В настоящее время используются разновидности конструкций роторов ВЭУ с вертикальной осью вращения: Савониуса; Савониуса спиральной конструкции; Дарье; Гиромила; Геликоидый и др.

Ротор Савониуса создан одноименным финским инженером в 1922 г. (рис. 19, 30). Принцип его работы заключается в следующем. При воздействии воздушных масс на разомкнутые диафрагмы полукруглого или логарифмического профиля ветроротора

Савониуса, возникает разница сил сопротивления диафрагм ветровому потоку. При обтекании вогнутой диафрагмы коэффициент сопротивления ветровому потоку равен примерно 1,3. При обтекании этой же диафрагмы в противоположном направлении коэффициент сопротивления 0,35. Разница сил сопротивления приводит к созданию на приводном валу крутящего момента.

Рис. 19. Принцип работы и общий вид ротора Савониуса

В настоящее время выпускается несколько конструктивных вариантов ВЭУ на основе ротора Савониуса, которые отличаются компоновкой роторов, их количеством в установке, применяемыми материалами.

Рис. 30. Конструктивные варианты ВЭУ на основе ротора Савониуса

Высокая материалоемкость и трудности с балансировкой препятствуют промышленному изготовлению мощных ветророторов Савониуса. ВЭУ с такими ветродвигателями предназначены для автономных технологических объектов с невысокими потребляемой мощностью и качеством энергии.

В настоящее время диафрагмы роторов изготавливаются из пластика, что снижает их стоимость, упрощает балансировку.

Преимуществами ветроэнергетических установок этого типа являются низкий уровень шума, небольшая занимаемая площадь, отличная работа на малых ветрах (3–5 м/с). Поскольку это ротор с вертикальной осью вращения, то он не нуждается в устройствах ориентировании на ветер, что значительно упрощает конструкцию – ветроколесо отличается исключительной простотой. Однако эта турбина являются самой тихоходной, и, как следствие, имеет очень низкий коэффициент использования энергии ветра, всего 0,18–0,24 и коэффициент использования мощности – 17–18 %.

Ротор Дарье (французский авиаинженер, изобретение 1931 г.) представляет собой симметричную конструкцию, состоящую из двух и более аэродинамических крыльев, закрепленных на радиальных балках (рис. 31).

а                                                                                                                               б

Рис. 31. Общий вид и принцип работы ВЭУ на основе роторов Дарье

На каждое крыло, движущееся относительно потока, действует подъемная сила, величина которой зависит от угла между векторами скорости потока и мгновенной скорости крыла. Максимального значения подъемная сила достигает при ортогональности данных векторов. Ввиду того, что вектор мгновенной скорости крыла циклически изменяется в процессе вращения ротора, момент силы, развиваемый ротором, также является переменным.

Поскольку для возникновения подъемной силы необходимо движение крыльев, ротор Дарье характеризуется плохим самозапуском. Самозапуск улучшается в случае применения трех и более лопастей, но и в этом случае требуется предварительный разгон ротора.

Турбина Гиромила (разновидность турбины Дарье) (рис. 32). В отличие от турбины Дарье лопасти имеют прямую конструкцию и следующие преимущества:

  • высокий стартовый момент;
  • широкая кривая вращательного момента;
  • относительно низкая скорость вращения лопастей, меньшие напряжения на лопастях;
  • более высокая эффективность;
  • лучшая работа при ветровых турбуленциях.

Рис. 32. Общий вид ВЭУ на основе турбины Гиромила

Виды ветрогенераторов

Из ныне существующих конструкций ветрогенераторов принято выделять две основные группы:

  • вертикальные
  • горизонтальные

Соответственно, ось вращения установок первой группы расположена вертикально, а у второй группы она находится в горизонтальной плоскости. Этот принцип разделения отражает наиболее существенную разницу между типами ветряков, имеющими своеобразные признаки, особенности и условия эксплуатации.

По уровню эффективности однозначно лидируют горизонтальные устройства, так как они получают полную энергию потока, приходящуюся на площадь лопастей. Ограничение их количества — вынужденная мера, вызванная необходимостью снижать фронтальную нагрузку на мачту. При больших размерах ветряка давление на крыльчатку, оборудованную большим числом лопастей, превысит допустимые пределы и мачта попросту переломится. Поэтому на крупных промышленных турбинах устанавливают лишь по 3 лопасти.

Кроме того, для горизонтальных устройств является критичным параметром возможность наведения на ветер. Поскольку над земной поверхностью направление воздушных потоков отличается нестабильностью, то ось вращения должна иметь возможность постоянной быстрой корректировки. При этом, для больших устройств эта возможность сильно ограничена, так как они устанавливаются в местах с преобладанием одного направления ветра.

Вертикальные роторы не нуждаются в наведении, поскольку для них направление ветра не имеет значения. При этом, существуют конструкции, нуждающиеся в этой функции. У таких устройств имеется защитный кожух, отсекающий поток, воздействующий на обратные стороны лопастей и создающий противодействующее усилие. Наведение производится путем установки хвостового стабилизатора, представляющего собой вертикальную пластину, расположенную ребром к потоку. Изменение ветра тут же вызывает поворот хвоста, автоматически устанавливающий кожух в нужное положение.

Вертикальные конструкции обладают большим числом видов ротора. Они используются для относительно мелких ВЭУ, способных питать ограниченное количество потребителей.

Выбор инвертора:

  • Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает
    синосидальное выходное напряжение.
  • Вторая группа обеспечивает выходное напряжение в виде
    упрощенный сигнала, заменяющего синусоиду.
Модель DR1512E DR1524E DR2424E DR1548E DR2548E
Номинальная мощность, кВт 1500 1500 2400 1500 2500
Максимальный AC ток при перегрузке, A 14 20 36 20 38
Максимальный КПД, % 94 94 95 94 95
Номинальное входное напряжение, В 12 24 24 48 48
Диапазон входного напряжения, В 10,8-15,5 21,6-31 21,6-31 43,2-62 43,2-62
Номинальный DC ток, А 165 80 140 40 70
Форма напряжения Мод. sin Мод. Sin Мод. sin Мод. sin Мод. sin
Регулирование напряжения, % +/-5 +/-5 +/-5 +/-5 +/-5
Регулирование частоты, % +/-0,04 +/-0,04 +/-0,04 +/-0,04 +/-0,04
Выходное напряжение, В 230 230 230 230 230
Выходная частота 50 50 50 50 50
Максимальный зарядный AC ток, А 70 35 70 17,5 35
Вес 16 18 21 18 21
Цена, $ 850 850 1150 850 1150
Популярные статьи  Молниезащита зданий и сооружений

Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц. Существует два режима работы инвертора. Первый режим – это режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора. Второй режим – это режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течении нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,5 раза больше, чем номинальная. В течении нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 2,5-3,5 раза большую чем номинальная. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника. Как правило, мощность инвертора примерно равна расчетной мощности ВЭУ.

Что такое ветроэнергетические установки?

Ветроэнергетические установки представляют собой комплексы оборудования, предназначенного для выработки, подготовки и снабжения потребителей электрическим током. Поскольку ветер является бесплатным источником энергии, все расходы на выработку тока сводятся к первоначальным вложениям на приобретение (или создание) ветрогенератора и смежного оборудования и последующее обслуживание.

Если сравнивать затраты на проведение линии электропередач или кабеля до отдаленных пунктов, то экономический эффект от использования ВЭУ в большинстве случаев оказывается довольно высоким. При этом, следует учитывать большую разницу в стоимости крупных ВЭУ и небольших установок, действующих в пределах одной усадьбы.

Частой ошибкой, допускаемой при расчетах экономической выгоды от использования ВЭУ, является рассматривание лишь одного варианта реализации методики — создания локальных энергетических комплексов (ЛЭК). Они рассматриваются только как энергоустановки местного значения, обеспечивающие энергией весь населенный пункт. Отсюда возникают высокие расходы на приобретение, потребность в дорогостоящем обслуживании и материалоемкость устройства.

Частные источники, способные обеспечить энергией отдельный дом, практически не рассматриваются, из виду упускается наиболее эффективный и необходимый сектор ветрогенераторов.

Достоинства и недостатки ВЭУ

Преимуществами ВЭУ являются:

  • возможность обеспечения электроэнергией любые пункты, вне зависимости от степени удаления от магистральных линий;
  • нет необходимости создавать большую энергетическую станцию, можно использовать отдельные компактные установки;
  • готовая ВЭУ не нуждается в топливе или иных ресурсных поставках.

При этом, существуют некоторые недостатки:

  • Выработка электроэнергии производится посредством ветровых потоков и полностью зависит от их силы и равномерности. В тихую безветренную погоду производство электротока невозможно.
  • Полученный ток не годится для использования без подготовки, которая требует наличия определенных устройств.
  • Ураганные ветра или шквалистые порывы могут разрушить или вывести установку из строя.

Единственным действительно серьезным препятствием, ограничивающим использование ветрогенераторов, является высокая стоимость промышленных установок. Создание самодельных устройств требует определенных навыков и некоторой подготовки, что также замедляет распространение ветроэнергетических устройств среди населения.

Конструктивные схемы

Все конструкции ветряков созданы на основе нескольких базовых схем. Они основаны на специфике расположения оси вращения или на использовании дополнительных элементов, усиливающих эффективность приема ветровой энергии. Примечательно, что различия существуют только в механической части комплекса, вся электроника совершенно одинакова и соответствует только мощности генератора независимо от типа конструкции турбины.

Для горизонтальных конструкций относительно небольших размеров характерно использование диффузоров — своеобразных воронок, конусообразных приспособлений, улавливающих поток, уплотняющих его и направляющих на лопасти. В результате достигается большая скорость вращения, возрастает выработка энергии при неизменных скоростях ветра. Эта схема используется при эксплуатации летающих ВЭУ (генератор-крыло). Они имеют обширный надувной диффузор, дающий большую площадь захвата потока, уплотняющегося в несколько раз.

Вертикальные конструкции имеют разные варианты конфигурации лопастей. Так, широко известны:

  • ротор Дарье
  • ротор Савониуса
  • ротор Третьякова
  • ортогональный устройства
  • гиперболоидные конструкции
  • гелиоцентрические ВЭУ и т.д.

Сколько всего имеется разработок на сегодняшний день подсчитать сложно, так как разработкой занимаются как профессиональные, так и самодеятельные конструкторы. Причем, наиболее удачные результаты достигаются, как правило, именно независимыми изобретателями. Основной упор делается на достижение максимальной производительности и чувствительности ротора, стабильности вращения и устойчивости к перегрузкам.

Ветроэнергетические установки

Выбор ветряка:

В таблице приведены характеристики некоторых
отечественных ВЭУ, предназначенных для заряда АБ:

Модель ЛМВ 1003 ЛМВ 2500 ЛМВ 3600 Mecanix 1500
Производитель “ЛМВ Ветроэнергетика” “Mecanix”
Расчетная мощность, Вт 1000 2500 3600 1400
Максимальная мощность, Вт 1200 2700 4300 1600
Начальная скорость ветра, м/с 3,2 2 4 2,2
Расчетная скорость ветра, м/с 12 12 12 12
Буревая скорость ветра, м/с 60 60 60 50
Количество лопастей 3 3 3 3
Диаметр ротора, м 2,5 5 5 3,6
Напряжение АБ, В 12/24/48 24/48 24/48 48
Высота мачты, м 6-18 18-40 18-40 6-18
Срок службы, лет 15 15 15 15
Выработка энергии в месяц при среднегодовой скорости
ветра, кВтч
Для районов с умеренными скоростями ветра Для районов со слабыми скоростями ветра Для районов с высокими скоростями ветра Для районов со слабыми скоростями ветра.
При 3м/с 75 282 132 110
При 4м/с 119 479 365 200
При 5м/с 171 677 652 280
При 6м/с 216 862 943 370
При 7м/с 259 1019 1207 470
Тип генератора Синхронный генератор с постоянными
магнитами.
Тип буревой защиты Вывод ротора из-под ветра
Тип мачты Стальная труба с растяжками
Цена ВЭУ без мачты, $ 1050 2600 2790 1500
Цена мачты, $ 330 850 730 100-300
Цена блока управления, $ 260 390 430 200

Отличительная особенность ВЭУ,
представленных в таблице, — полная автономность в течение всего
срока службы. Фундамент представляет собой несколько бетонных
подушек. Подъем мачты осуществляется при помощи лебедки, грузовой
машины или трактора.

При выборе ВЭУ необходимо скорректировать среднегодовую скорость
ветра и суммарное энергопотребление. Необходимость коррекции
среднегодовой скорости ветра связна с тем, что выработка энергии ВЭУ
зависит от высоты мачты. Среднегодовые скорости ветра, приведенные в
табл. 1, соответствуют высоте мачты 10м. Выбирая высокую мачту для
ВЭУ (выше 10м) можно в ряде случаев увеличить среднегодовую скорость
ветра на оси ротора ВЭУ до 50%. При коррекции суммарного
энергопотребления учитываются потери в кабеле, инверторе и АБ.
Потери в кабеле могут снижать выработку энергии ВЭУ до 30%, поэтому
для снижения потерь рекомендуется при использовании длинного кабеля
выбирать большое сечение жилы. Потери в АБ и инверторе связаны с КПД
преобразования энергии. КПД свинцовой АБ составляет примерно 90%,
КПД щелочной батареи составляет примерно 80%. Номинальный КПД
современных инверторов составляет примерно 95%. Для всего рабочего
диапазона инвертора можно принять среднее КПД инвертора 90%.

Оцените статью
Добавить комментарии

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