Větrné turbíny: princip činnosti a rozdělení typů, výhody a nevýhody použití

Se stále se zvyšující hustotou a pokrytím sítí pro přenos elektrické energie se kvalita a stabilita nezlepšuje a ceny se každou sezónu zvyšují. Jedním z nejlepších alternativních zdrojů elektřiny je dnes autonomní větrný generátor pro soukromý dům. Pojďme analyzovat, co toto zařízení je, z jakých částí se skládá, jak funguje, jaké má výhody a nevýhody, jaké jsou zákonné požadavky na jeho instalaci, jaké existují odrůdy a jaká jsou pravidla pro jeho výběr, umístění a instalaci.

Větrný generátor: zařízení, princip činnosti, klady a zápory

Pokud jsou v oblasti bydliště konstantní větry, je docela vhodné zakoupit a nainstalovat větrný generátor. Před jeho pořízením je však nutné pochopit jeho strukturu, princip fungování a hlavní výhody a nevýhody. Pojďme analyzovat tyto aspekty podrobněji.

Hlavní komponenty

Zařízení větrného generátoru je založeno na přeměně kinetické síly zatížení větrem na mechanickou energii s následnou její přeměnou na elektrickou. Pro implementaci sekvenčních akcí tohoto přechodového řetězce je zařízení vybaveno následujícími hlavními jednotkami:

• Listová vrtule. Počet lopatek se může u jednotlivých modelů značně lišit, od dvou nebo tří do deseti nebo více.
• Rotor. Turbínový prvek rotující působením lopatek.
• Reduktor. Přenáší a reguluje rychlost z rotoru do generátoru.
• Generátor. Mechanická síla se přeměňuje na elektrickou energii.
• Invertor je měnič proudu ze střídavého na stejnosměrný proud.

• Akumulátorová baterie. Ukládá elektřinu pro případ odstávky a ekonomického provozu větrného generátoru i prostoje v případě klidu.
• Ochranný obal. Chrání zařízení před různými druhy vnějších faktorů.
• Aero komponenty. Křídla, ocas – pro lepší zachycení a přizpůsobení vrtule proudu větru.

Princip

Mechanismus činnosti větrného generátoru přímo souvisí s vlastnostmi jeho konstrukce – vrtule a stopka jsou instalovány na stejné ose s protizávažím v místě připevnění ke svislému stožáru. Akce probíhá podle následujícího algoritmu:

• Vrtule a dřík namontované na stejné ose zachycují proudění větru a přenášejí je na listy.
• Lopatky se začínají otáčet a přenášejí moment pohybu na turbínu generátoru.
• Rotace rotoru vede ke vzniku indukčního magnetického pole a vzniku střídavého elektrického proudu.

• Dále při průchodu měničem napětí mění proměnné charakteristiky na konstantní.
• Proud napájí baterii, která zase distribuuje energii spotřebitelské energii v domě.

Výhody a nevýhody

Autonomní větrná farma pro soukromý dům má následující řadu výhod:

• Zařízení pracuje na úkor prakticky nevyčerpatelného a obnovitelného typu zdroje energie.
• Značné náklady jsou spojeny pouze s nákupem, dodáním, montáží a připojením. Náklady na údržbu jsou prakticky vynaloženy. Větrný mlýn proto vyžaduje jednorázovou investici, která se při následném používání rychle vrátí.

• Výsledný druh energie a zařízení k tomu používané jsou zcela ekologické.
• Generátory jsou přizpůsobeny všem klimatickým zónám a jsou chráněny před negativními povětrnostními vlivy.
• Zařízení během provozu nevyžaduje nastavování, seřizování a úpravy.

Nevýhody větrných generátorů zahrnují:

1. Závislost výkonu na přítomnosti větru.
2. Toto zařízení generuje během provozu elektromagnetické rušení, které může nepříznivě ovlivnit TV, rádio, internet a komunikaci.
3. V případě extrémních projevů počasí hrozí poškození zařízení.
4. Je vyžadováno povinné uzemnění – k ochraně zařízení a konstrukce nebo budovy, na které je instalováno, před úderem blesku.
5. Nesprávná instalace, porušení pokynů nebo provoz vadné instance může vést k hluku.

Právní požadavky

Aby byl větrný generátor instalovaný v soukromém domě nebo na přilehlém území v souladu s legislativním rámcem, musí splňovat následující soubor požadavků:

• Výkon není vyšší než 5 kW. Zařízení s tímto ukazatelem se týká domácích zařízení, která nevyžadují kontrolu ze strany energetických dozorových institucí.
• Absence obecně-územních a technických omezení na obsazeném území. Některá soukromá území se mohou nacházet uvnitř zvláště chráněných, vzácných přírodních a jiných stavů objektů, v nichž je umístění některých technických prostředků zakázáno.
• Koordinace se sousedy (rušení, hluk, vržený stín atd.). Všechny druhy rušení, které vznikají při instalaci, mohou způsobit stížnosti nejen od sousedů, ale také od řady lokalizovaných podniků, přenosových center.
• Výška stožáru pro splnění místních a federálních požadavků. Výška stožáru obvykle nepřesahuje 15 metrů, ale mohou existovat výjimky. Proto se před stavbou vysoké konstrukce musíte ujistit, že splňuje všechny potřebné požadavky – nepřítomnost elektrického vedení, mimo přistávací dráhu atd.

• Žádný zásah do původních a stěhovavých druhů. Ptáci často padají do lopatek elektráren. Volba místa pro instalaci stěžně s vrtulí proto musí vyloučit dříve známé způsoby jejich letu.

Odrůdy

Abyste si vybrali správný větrný generátor, musíte nejprve vzít v úvahu jeho technické parametry. Moderní modely se liší v následujícím počtu funkcí:

• Počet listů vrtule. Velké množství šroubových prvků komplikuje design. Čím více lopatek, tím nižší rychlost větru je však potřeba ke spuštění mechanismu.
• typ materiálu čepele. Modely s tuhými vrtulemi jsou pevnější a odolnější, ale také mnohem dražší než jachtařské protějšky.

• Umístění vodítka otáčení. Dělí se na vertikální a horizontální. První jsou silnější a citlivější, druhé mají lepší výkon.
• Možnost změny charakteristiky kroku. Liší se u modelů s proměnnou a nezměněnou roztečí. Produkty s variabilními parametry kroku vám umožní zvýšit rychlost a tím i produktivitu. Jsou však složitější, objemnější a dražší.

Kritéria výběru

Při výběru větrného generátoru je kromě technických vlastností nutné také správně nastavit požadovaný výkon. Je nastaven takovým parametrem, jako je průměr rotoru, který lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Э _rok u1,64d 2 * D 3 * O XNUMX

Э _rok – celková elektřina spotřebovaná domácími spotřebiči za rok, kW,

D je průměr rotoru v metrech,

О – průměrná roční hodnota rychlosti větru, metr/s.

Dosazením známých parametrů do tohoto tvaru lze vypočítat, jaký průměr by měl být rotor vybaven větrnou farmou pro dům v konkrétním případě.

Pravidla ubytování

Při instalaci zařízení je třeba vzít v úvahu následující počet požadavků:

• V blízkosti generátoru by neměly být žádné konstrukce, keře, stromy a jiné překážky, které by bránily volnému průchodu proudění větru.
• Aby hluk a rušení z práce neměly negativní dopad na ostatní, je lepší umístit větrné mlýny pro dům alespoň 30 metrů od domova.
• Aby nedošlo k oslabení proudění větru, je lepší instalovat mechanismus 2-3 metry nad okolní překážky, i když jsou ve vzdálenosti až 200 metrů.

Je třeba poznamenat, že i při dodržení všech instalačních pravidel nelze zaručit trvalý výsledek výroby elektřiny. Protože indikátor přímo závisí na zatížení větrem, které není nikdy stabilní.

Vlastnosti instalace

Průmyslově vyrobený nebo podomácku vyrobený větrný mlýn musí být instalován s následujícími minimálními požadavky:

1. Místo instalace je lepší vybrat na kopci, daleko od překážek, zařízení by mělo být umístěno ve výšce alespoň 10 metrů od země.
2. Stožár musí mít pevný základ – nejlépe betonový.
3. Nad větrným mlýnem je nutné umístit malý baldachýn na ochranu před srážkami.
4. Pokud je nutná výměna, oprava nebo údržba, konstrukce skládacího stožáru usnadní přístup k zařízení.

Nejdůležitější znaky

Větrný generátor pro domácnost je jedním z nejlepších alternativních zdrojů elektřiny. Princip jeho činnosti je založen na přeměně kinetické energie větru na energii mechanickou a následně pomocí rotoru na energii elektrickou. Mezi jeho hlavní výhody patří:

• Práce na úkor nevyčerpatelného zdroje energie – větru.
• Náklady jsou spojeny pouze s nákupem a instalací, zařízení je odolné a nevyžaduje velkou údržbu.
• Přizpůsobivost každému klimatu.
• Ekologický druh zdroje energie.

Mezi nevýhody patří – závislost na síle větru, rušení, možnost destrukce při samovolných projevech počasí. Instalace větrného generátoru musí splňovat požadavky zákona – výkon, výšku, omezení, koordinaci se sousedy a nepřítomnost biologického poškození. Modely se liší technickými parametry – počtem lopatek, typem jejich materiálu, směrem osy otáčení a variabilitou rozteče. Při výběru je třeba vzít v úvahu průměr rotoru, který určuje výkon. Instalace zařízení musí odpovídat pravidlům umístění a praktickým doporučením.

Článek obsahuje informace o větrných turbínách, k čemu jsou, jejich typy, výhody a nevýhody.

Dále jsou uvedeny konkrétní klasifikace konstrukčních typů a provozní principy větrné farmy.

Větrné turbíny jsou ekonomickým vynálezem, který umožňuje výrobu elektřiny z větru.

Odrůdy

Vícelopatkový větrný generátor

• různý počet křídel;
• druh materiálu pro výrobu;
• rozdíly principu krokování;
• umístění osy.

Větrné generátory mohou být:

• monoptera;
• s mnoha čepelemi.

Vícelisté jsou velmi citlivé na sebemenší nádech vzduchu, ale neprodukují mnoho energie. Jsou vhodné pro čerpání vody.

Podle typu materiálu výroby se větrné turbíny dělí na:

Rozdíl mezi principem krokování spočívá v tom, že některé generátory mají krok pevný, zatímco jiné mají krok proměnný.

Pevná rozteč se vyznačuje spolehlivostí, zatímco proměnná rozteč rychle nabírá na síle, ale má složitý, nepraktický design.

Podle umístění osy existují větrné turbíny:

• horizontální uspořádání;
• vertikální.

Užitečné informace: horizontální větrné generátory se vyznačují svým výkonem, zatímco vertikální zachycují vítr dobře.

V závislosti na tom, jak se střed otáčí, a také na proudění větru, jsou generátory klasifikovány do dvou typů:

• s vodorovně nastaveným středem, rotujícím rovnoběžně s větrem;
• se svislou osou, která se otáčí napříč k proudění větru.

Možná vás bude zajímat článek o typech baterií pro větrné turbíny.

Přečtěte si článek o výrobě lopatek pro větrnou turbínu vlastníma rukama zde.

Jednotky s vodorovným středem

Používají se k přeměně síly větru na protisílu nebo zvedací energii.

Energie zvedání vyvíjí větší sílu než protienergie. Ten nemůže nabrat rychlost nad rychlost větru.

Také generátory připomínající kolo se vyrábějí s vodorovným středem. Jsou vyrobeny jak pevné vzhledem k vertikále, tak s všestranným směrem pohybu.

Při silném proudění větru je nastaveno omezení otáčení kola. V takových případech křídla nastavují kolo tak, aby se otáčilo do stran, používají ventily k řízení průtoku nebo používají zařízení k vyjmutí kola z větru. Křídla jsou uložena jak na ose generátoru, tak na otočném věnce sekundární hřídele.

Se svislou osou

Vertikální rotační generátory se liší od horizontálních v mnoha výhodách:

• nepotřebují zařízení, která jsou vedena dechem větru;
• mají zjednodušený design;
• méně zatížení;
• lehčí práce s křídly.

Tato zařízení mají desky, součásti turbíny, rotory Savonius s konci ve tvaru S v typu “kolotoč”.

V roce 1920 Francouz Georges Darier vyvinul nový rotor. Daria se tedy prohlásil za hlavního vývojáře větrných generátorů s křídly. Tyto generátory pracují díky síle generované na zakřivených křídlech.

Rotor je velmi svižný, rychlý, může mít různý tvar, jak kosočtvercový, tak i ve tvaru trojúhelníku. Existuje jak s jedním křídlem, tak s mnoha.

Křídla jsou vyrobena převážně ze dřeva, ale někdy i z oceli. To se děje pro jejich agilitu a snadné použití.

Vyrobená elektřina je přímo závislá na síle větru a šířce křídel.

Zvětšením velikosti křídel je tedy možné zvýšit produktivitu elektřiny.

Existují malé a středně velké turbíny. Střední se snadno používají a snadno vyrábí.

V současnosti bohužel ani ty nejvýkonnější větrné turbíny nejsou schopny zásobovat velká města elektřinou. Malé větrné generátory se používají pro potřeby farmy, zajišťují zásobování vodou, což je velmi ekonomický způsob.

Možná vás také bude zajímat článek o tom, jak provést uzemnění v soukromém domě.

Přečtěte si článek o samostatném elektroinstalačním zařízení v dřevěném domě zde.

větrné farmy

Větrné elektrárny jsou běžnou sítí mnoha větrných turbín, které přeměňují větrnou energii na elektřinu.

Obsahuje:

• větrná turbína;
• generátor, který přeměňuje elektrický proud;
• zařízení, které automaticky řídí větrnou turbínu;
• servisní budovy.

Fungují následovně: vítr v kontaktu s křídly větrného generátoru je uvede do pohybu, spustí se mechanismy elektrického generátoru, což vede k výrobě elektřiny.

Pro elektrárny se používají různé druhy konstrukcí:

• vícekřídlá (ve formě heřmánku);
• konstrukce ve formě vrtulí z letadla;
• generátory vertikální osy;
• větrné generátory s horizontálním středem.

Větrné elektrárny jsou velmi ekonomickým způsobem výroby elektřiny, ale vzhledem k nízkému výkonu a přímé závislosti na povětrnostních podmínkách nejsou hlavním zdrojem elektřiny.

Jsou schopny bránit přirozenému proudění vzduchu a mírně měnit klima. Stavba elektrárny zabírá ve srovnání s jinými generátory obrovské plochy.

Na jedné straně jsou větrné turbíny přirozeným zdrojem elektřiny, jejich práce neškodí člověku a je vynikající nekonečnou rezervou.

Jsou všestranné a můžete si vybrat ten nejlepší pro své potřeby.

Větrné turbíny jsou často instalovány na farmách a jejich vlastních pozemcích. Ale na druhou stranu jsou závislé na povětrnostních podmínkách, proudění větru a mohou přinést nepříjemnosti v podobě hluku z práce. Také velké elektrárny mohou rušit rádiové vlny a leteckou poštu.

Obrovské elektrárny navíc ptákům brání v migraci. Vyrobená elektřina, a to i těch největších elektráren, stále nestačí na to, aby zajistila elektřinu velkým městům.

Podívejte se na video, které pojednává o funkcích práce a také o výhodách a nevýhodách větrných turbín: