Apparaat en werkingsprincipe van de kinetische windgenerator

Met de moderne kinetische windgenerator kunt u de kracht van de luchtstroom gebruiken en deze omzetten in elektriciteit. Voor dit doel zijn er fabrieks- en zelfgemaakte modellen van apparaten die zowel in de industrie als in privéboerderijen worden gebruikt.

We zullen praten over hoe de windmolens van dit type zijn gerangschikt, we zullen kennismaken met de kenmerken van het apparaat en constructieve opties. Het door ons voorgestelde artikel toont de sterke en zwakke punten van de windenergiecentrale. Onafhankelijke meesters hier zullen nuttige schema's en aanbevelingen voor de vergadering vinden.

Het principe van de werking van de windgenerator

De basis van de werking van de windgenerator is de transformatie van de kinetische energie van wind in de mechanische energie van de rotor, die vervolgens wordt omgezet in elektriciteit.

Het werkingsprincipe is vrij eenvoudig: de rotatie van de bladen op de as van het apparaat leidt tot cirkelvormige bewegingen van de rotorgenerator, waardoor elektriciteit wordt opgewekt.

De resulterende onstabiele wisselstroom "stroomt" in de controller, waar het wordt omgezet in een constante spanning die de batterijen kan opladen. Van daaruit wordt stroom geleverd aan de omvormer, waar deze wordt omgezet in een wisselspanning met een 220/380 V-indicator, die aan de consument wordt toegevoerd.

Het vermogen van de windgenerator is rechtstreeks afhankelijk van de kracht van de luchtstroom (N), berekend volgens de formule N = pSV³/ 2, waarbij V de windsnelheid is, S het werkgebied is, p de luchtdichtheid is.

Windgenerator

Verschillende versies van windgenerators verschillen aanzienlijk van elkaar.

Industriële apparaten zijn een complex ontwerp met meerdere meters, waarvan de installatie een fundering vereist, terwijl het huishouden Het model kan bestaan ​​uit een minimum aan componenten (een DC-elektromotor van 3-12 V, een elektrische condensator 1000 μF 6 V, een siliciumgelijkrichter Diode).

Typische installatie omvat de volgende componenten:

• dynamo (vermogen is afhankelijk van windsnelheid);
• bladen die rotatie overbrengen naar de generatoras (vaak zijn ze bovendien uitgerust met versnellingsbakken, stabilisators voor de rotorsnelheid);
• de mast van de windmolen, waaraan de bladen zijn bevestigd (hoe hoger deze elementen, hoe groter de hoeveelheid windenergie die ze kunnen krijgen);
• batterijen die energie accumuleren, wat het gebruik ervan met een kleine windstroom of de afwezigheid ervan mogelijk maakt. De batterij heeft ook de functie van het stabiliseren van elektrische energie van de generator;
• controller - omzetter van wisselspanning, verkregen van de generator, in een constante, die wordt gebruikt om de batterij op te laden. De controller wordt bestuurd door de messen te draaien, waardoor rekening kan worden gehouden met waar de lucht stroomt;
• AVR - het apparaat van de automatische omschakeling van de windgenerator met andere energiebronnen (zonnepanelen, het elektrische netwerk);
• windrichtingsensor - een apparaat dat de blaasstroom vergemakkelijkt;
• omvormer voor het omzetten van gelijkstroom van batterijen naar wisselspanning, die wordt gebruikt in elektrische communicatie.

Om beter aan de gebruikersbehoeften te voldoen, kan het apparaat worden uitgerust met verschillende soorten omvormers:

• apparaten met een omgekeerde sinusgolf, die een vierkante sinusgolf uitzenden. Inrichtingen van dit type zijn geschikt voor verwarmingselementen, gloeilampen en andere inrichtingen die weinig eisen stellen aan de kwaliteit van het netwerk;
• driefasige spanningsomzetters ontworpen voor driefasige elektrische netwerken;
• zuivere sinusinstallaties die energie produceren voor meer gevoelige apparatuur;
• netwerkomvormers die zonder batterijen kunnen functioneren. Dergelijke apparaten zijn ontworpen voor circuits die het binnendringen van elektrische energie direct in het gemeenschappelijke netwerk betrekken.

Let bij het kiezen van modellen op het type omvormer.

Typen windgenerators

Bij de classificatie van windturbines kan rekening worden gehouden met kenmerken als:

• afspraak;
• ontwerpeigenschappen;
• het aantal bladen;
• de materialen waaruit ze zijn gemaakt;
• rotatieas;
• schroef pitch.

Laten we de twee meest gebruikte classificaties in detail bekijken.

Windturbine classificatie volgens doel

Er zijn verschillende windturbines die qua doel verschillen. De belangrijkste kenmerken van apparaten, bijvoorbeeld stroom, zijn ervan afhankelijk.

Industriële windturbines

Dergelijke apparaten worden geïnstalleerd door grote energiebedrijven of door de staat om elektriciteit te leveren aan industriële faciliteiten. Turbines met een vermogen van tientallen megawatt bevinden zich meestal op windpercelen (open hoogten, kusten).

De opgewekte elektriciteit gaat in de regel rechtstreeks naar het netwerk, terwijl de stabiliteit en het regelen van de rotatiefrequentie van de bladen van de windturbine zijn uitgerust met extra mechanismen.

Commerciële windgeneratoren

Dergelijke installaties worden gebruikt om elektriciteit te genereren voor de verkoop of om elektriciteit te leveren aan industrieën in regio's met een laag stroomnet (of met volledige afwezigheid). Dergelijke windparken bestaan ​​uit clusters van stroomgeneratoren die verschillende capaciteiten kunnen hebben.

Commercieel vermogen kan direct in elektrische communicatie of gebruikt om een ​​groot aantal batterijen op te laden, waar het zich ophoopt en wordt omgezet in voeding elektriciteitsnet.

Huishoudelijke windapparatuur

Laagvermogeneenheden worden gebruikt voor privégebruik. Volgens de regels kunnen windturbines met masten van minder dan 25 meter hoog door verhuurders worden geïnstalleerd zonder toestemming van de autoriteiten, voor hogere masten is een speciale vergunning vereist.

Huishoudelijke windgeneratoren zijn geschikt voor het opladen van batterijen met een spanning van 12/24 / 48V, waarvan de energie wordt omgezet in een spanning van 220 volt. Dergelijke apparaten maken het mogelijk om het probleem van het leveren van elektriciteit aan kleine objecten die zich op afstand van het gecentraliseerde elektriciteitsnet bevinden volledig of gedeeltelijk op te lossen.

Met richtlijnen voor het kiezen van een windgenerator om energie te leveren aan een privéwoning zal het artikel introducerenopgedragen aan deze interessante vraag.

Rassen van windmolenontwerpen

Volgens de ontwerpkenmerken van het apparaat kan ook worden onderverdeeld in een aantal categorieën, hoewel alle rassen worden teruggebracht tot twee hoofdtypen: verticaal en horizontaal.

Klassieke horizontale windgenerators

Dergelijke installaties (ze worden ook wel propeller of vleugel genoemd) hebben meestal 3-5 bladen op een horizontale as gemonteerd. Roterend met hoge snelheid, maken dergelijke elementen het mogelijk om de maximale hoeveelheid energie te krijgen (KIEV tot 0.4).

Tegelijkertijd hangt de hoeveelheid opgewekte elektriciteit grotendeels af van de hoogte van het apparaat (hoe hoger het is, hoe groter het resultaat).

Dergelijke apparaten worden meestal geïnstalleerd in windparken, waar energie wordt gegenereerd voor industrieel en commercieel gebruik, maar ze zijn ook geschikt voor huishoudelijk gebruik.

Verticale windturbines

Het bedieningselement van dergelijke installaties is een roterend windwiel. Vanwege de ontwerpkenmerken verschillen dergelijke constructies in typen ("Barrel", "Savonius").

Ondanks de lage KIEV (0.1-0.2) worden ze veel gebruikt: verticale installaties werken op turbulente luchtstroming, zodat ze zelfs kunnen worden geplaatst in gebieden waar het sterk is wind.

Om de prestaties van verticale windmolens te verbeteren, vergroten fabrikanten vaak hun dimensionele parameters, wat leidt tot een aanzienlijke toename van de kosten. Omdat dergelijke installaties tamelijk kwetsbaar zijn, vereisen ze een verhoogde bescherming tegen orkanen en andere natuurverschijnselen.

Windgeneratoren "Rotor Daria"

Dergelijke apparaten behoren tot de categorie verticale windturbines, maar ze hebben uitgesproken ontwerpverschillen. Vanwege vergelijkbare eigenschappen wordt ruisonderdrukking bereikt en groeit ook KIEV, wat dicht bij de prestaties van horizontale modellen ligt.

Het nadeel van dergelijke structuren is een laag startpunt (vanwege de aanwezigheid van slechts twee blades is het voor het apparaat moeilijk om zelfstandig te starten). Om het probleem op te lossen wordt vaak hybride "Savonius + Darya" gebruikt.

Zeil windinstallaties

Voor dergelijke installaties kan het principe van zowel verticale als horizontale windturbines worden toegepast. Het belangrijkste ontwerpkenmerk is een windwiel, bedekt met meerdere bladen of zeilen, terwijl het aërodynamische profiel van dergelijke modellen ontbreekt.

Ondanks het feit dat zeilinstallaties worden gekenmerkt door lage snelheid en lage efficiëntie, worden ze vaak gebruikt in de nationale economie. Vergelijkbare ontwerpen zijn eenvoudig te installeren en te bedienen, en de combinatie van hoog koppel met laag draaien stelt u in staat verschillende nuttige mechanismen, bijvoorbeeld een pomp, direct in gang te zetten water uitpompen.

Windturbine generator

Voor de werking van de windmolens zijn de gebruikelijke driefasige generatoren nodig. Het ontwerp van dergelijke apparaten is vergelijkbaar met de modellen die op auto's worden gebruikt, maar het heeft grote parameters.

Windturbineapparaten hebben een driefasige statorwikkeling (sterschakeling), waar gaan de drie draden naar de controller, waar de transformatie van de AC-spanning naar constant.

Om de snelheid vaak gebruikte multiplier te verhogen. Met een dergelijk apparaat kunt u het vermogen van de stroomgenerator vergroten of een kleiner apparaat gebruiken, waardoor de installatiekosten lager zijn.

Vermenigvuldigers worden vaker gebruikt in verticale windgeneratoren, waarbij het proces van het draaien van het windwiel langzamer is. Voor horizontale apparaten met een hoge rotatiesnelheid van de bladen zijn multipliers niet vereist, wat de constructiekosten vereenvoudigt en vermindert.

Specificiteit van montage en installatie van een windgenerator van de wasmachine en windturbines van auto-generator gedetailleerd in de artikelen die we aanbevelen.

Voors en tegens van een windgenerator

Laten we eens in detail de voor- en nadelen van windturbines bekijken, omdat het aan hen is om te beslissen of ze een windturbine willen kopen of niet.

Voordelen van windturbines

De voordelen van apparaten die windenergie gebruiken, zijn:

• Milieuvriendelijkheid. Installaties maken gebruik van hernieuwbare energiebronnen, die continu kunnen worden gebruikt, zonder schade aan het milieu te veroorzaken. Elektriciteit opgewekt door windmolens vervangt de energie van thermische elektriciteitscentrales en vermindert de uitstoot van broeikasgassen.
• veelzijdigheid. Windenergie kan bijna overal worden gebouwd: op de vlaktes, in de bergen, op het land, op de eilanden en zelfs in ondiep water. Windenergie wordt met name gewaardeerd op afgelegen plaatsen waar het moeilijk is om de gebruikelijke elektrische communicatie uit te strekken. In dit geval maken windgenerators het mogelijk om de stroomtoevoer naar de faciliteiten aan te passen, zodat deze onafhankelijk is van willekeurige factoren (bijvoorbeeld van brandstof die niet op tijd is afgeleverd).
• Gebruik efficiëntie. Moderne modellen recyclen energie, zelfs zwakke wind - de minimumlimiet is 3,5 m / s. Evenzo is het mogelijk om extra levering van elektriciteit aan een gecentraliseerd netwerk te leveren, evenals organiseer de voeding van individuele objecten (eiland of lokaal), ongeacht hun macht.
• Een waardig alternatief voor traditionele bronnen. Stationaire windparken kunnen een woonhuis of zelfs een kleine productiefaciliteit volledig voorzien van elektriciteit. In dit geval accumuleert de turbine in batterijen de vereiste stroomvoorziening voor gebruik tijdens niet-winderige perioden.
• Economy. Vergeleken met traditionele bronnen van elektrische energie (gas, turf, kolen, olie), kunnen cyclusturbines de energiekosten aanzienlijk verlagen. In veel gevallen is het bouwen van een windmolenpark goedkoper dan het aansluiten op bestaande stroomsystemen.

Het gebruik van windturbines kan een alternatief zijn voor het gebruik van dure dieselgeneratoren, waardoor de transport- en opslagkosten voor brandstof tot 80% lager worden.

Het gemiddelde vermogen van de windturbine verschilt verschillende keren van de piekbelasting. De windgenerator is alleen verantwoordelijk voor de hoeveelheid energieproductie gedurende een bepaalde periode met een gemiddelde maandelijkse windsnelheidskarakteristiek van het gebied.

Voor een nauwkeuriger beoordeling van windbronnen kunt u speciaal afgeleide gegevens gebruiken (Weibull-parameters). Deze cijfers geven de karakteristieke verdeling weer van wind van verschillende sterkte voor een bepaalde plaats. Dergelijke informatie is belangrijk om te overwegen bij het ontwikkelen van projecten voor windparken met een vermogen van tientallen MW.

Het vermogen dat wordt opgewekt door de windturbine is evenredig met de verdrievoudigde windsnelheid. Bijgevolg is deze indicator erg klein in geval van zwakke windstromen, maar wanneer ze toenemen, neemt deze dramatisch toe. Vanwege de variabiliteit van de richting van de wind en hun snelheid, is het noodzakelijk om stabiliserende componenten te voorzien in het ontwerp van de windturbine.

Regels en formules voor het berekenen van de kracht van een windgenerator hier gegevenWe raden aan om kennis te maken met zeer nuttige informatie.

In kleine autonome systemen wordt hun functie uitgevoerd door batterijen, waarvan de lading begint te stijgen zodra het vermogen van de windgenerator de belastingsindicator overschrijdt.

Opgemerkt moet worden dat het effectieve gebruik van windstromen bijdraagt ​​aan een verscheidenheid aan ontwerpen van windgeneratoren.

Horizontale turbines geven hoge prestaties op vlakke plaatsen met veel wind, verticale turbines werk beter in regio's met turbulente stromingen laag waargenomen vanaf de grond (in het bovenste deel van heuvels, berg ribbels).

De belangrijkste nadelen van windturbines

Tegelijkertijd hebben windturbines hun negatieve kanten:

• De omvang van de kracht van de wind is van tevoren moeilijk te voorspellen, omdat deze vaak verandert. Daarom is het raadzaam na te denken over het vangnet en te zorgen voor een back-up energiebron (zonnepanelen, elektrische aansluiting).
• Verticale apparaten worden blootgesteld aan het risico van vernietiging van de schroefbladen als gevolg van centrifugale krachten tijdens rotatie van de bladen rond de hoofdas. Vanwege dit effect worden belangrijke elementen van de structuur in de loop van de tijd vervormd en vernietigd en mislukt het mechanisme.
• Het is beter om windturbines in de vrije ruimte te installeren, omdat aangrenzende gebouwen de wind kunnen "quenchen" en een "dode" luchtzone vormen.
• Om de overtollige energie van windturbines te besparen, is het noodzakelijk om te zorgen voor het gebruik van batterijen en andere extra apparaten die dienen om de resulterende elektriciteit om te zetten in stroom met een geschikte consument kenmerken.
• Tijdens het werk zenden windgeneratoren geluid uit dat mensen onaangenaam kan maken en dieren kan afschrikken. Bladen van installaties kunnen ook de dood veroorzaken van vogels die naar hen vliegen.
• Volgens sommige experts kunnen windturbines de ontvangst van radio- en televisie-uitzendingen verergeren.

De negatieve aspecten kunnen ook worden toegeschreven aan de relatief hoge kosten van dergelijke eenheden, maar de lage prijs van de energiebron elimineert deze factor grotendeels.

Verbindingsschema's en methoden

Hoewel de windturbine autonoom kan werken, kunnen veel betere resultaten worden bereikt met behulp van gecombineerde schema's, een windmolen combineren met zonnepanelen, gecentraliseerde elektriciteit, diesel of gas energiebronnen.

Autonoom werk. In dit geval wordt een enkele installatie geplaatst, met behulp waarvan windenergie wordt opgevangen en geaccumuleerd, die vervolgens wordt omgezet in een elektrische stroom die wordt vereist door consumenten.

Combinatie van windgenerator met zonnepanelen. De gecombineerde optie wordt beschouwd als een betrouwbare en efficiënte manier van stroomvoorziening. Bij afwezigheid van wind werkt de batterij zonnepanelen, en bij bewolkt weer en tijdens de nacht, het laden komt van een windinstallatie.

Het gecombineerde werk van de windgenerator en kracht. De windturbine kan worden gecombineerd met elektrokomcommunications.

Met een overschot aan geproduceerde elektriciteit komt het in het gecentraliseerde netwerk en met zijn tekort is het mogelijk om de elektrische stroom van het gemeenschappelijke elektriciteitsnet te gebruiken.

Nuances van het gebruik van windturbines

Op dit moment worden windturbines gebruikt in verschillende gebieden van de nationale economie. Industriële modellen met verschillende capaciteiten worden gebruikt door olie en gas, telecommunicatiebedrijven, boor- en geologische exploratiestations, productiefaciliteiten en overheidsinstanties.

Van bijzonder belang is het belang van het gebruik van windturbines voor het snel herstel van verstoorde elektriciteit tijdens cataclysmen en natuurrampen. Daartoe worden windturbines vaak gebruikt door de eenheden van het ministerie van Noodsituaties.

Huishoudelijke windturbines zijn perfect voor het organiseren van verlichting en verwarming van cottage-dorpen en particuliere huizen, maar ook voor economische doeleinden op boerderijen.

Er moet rekening worden gehouden met enkele punten:

• Apparaten tot 1 kW kunnen alleen op winderige plaatsen voldoende elektriciteit leveren. Meestal is de energie die ze produceren alleen voldoende voor LED-verlichting en voeding voor kleine elektronische apparaten.
• Om het huisje (landhuis) volledig van elektriciteit te voorzien, heeft u een windgenerator nodig met een vermogen van meer dan 1 kW. Deze indicator is echter voldoende om de verlichtingsapparaten, maar ook een computer en een tv van stroom te voorzien zijn kracht is niet genoeg om de hele dag door elektriciteit te leveren die modern werkt een koelkast
• Om het huisje van energie te voorzien, heb je een windturbine met een vermogen van 3-5 kW nodig, maar zelfs dit cijfer is niet genoeg om huizen te verwarmen. Om te profiteren van deze functie is een krachtige optie vereist, variërend van 10 kW.

Bij het kiezen van een model moet worden opgemerkt dat de stroomindicator die op het apparaat wordt aangegeven, alleen bij de maximale windsnelheid wordt bereikt. Dus een installatie van 300V zal de gespecificeerde hoeveelheid energie alleen bij de luchtsnelheid van 10-12 m / s produceren.

We willen graag een windgenerator met onze eigen handen bouwen volgend artikel, die nuttige informatie bevatte.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De onderstaande video geeft gedetailleerde informatie over het werkingsprincipe en het apparaat van een huishoudmodel van een windgenerator:

Een windgenerator is een uitstekende bron van elektrische energieproductie, die vooral zal worden gewaardeerd door bewoners van afgelegen gebieden. Verschillende Russische en buitenlandse ondernemingen bieden een breed scala aan windstructuren, daarnaast kunnen binnenlandse modellen met uw eigen handen worden gemaakt.

Schrijf commentaar in het onderstaande vak. Vertel ons hoe u een windgenerator op uw site kunt bouwen of hoe de windturbine werkt voor uw buren. Stel vragen, deel nuttige informatie en foto's over het onderwerp.