Kineetiline tuulegeneraator: seade, tööpõhimõte, rakendus

Kaasaegne kineetiline tuulegeneraator võimaldab ära kasutada õhuvoolude võimsust, muutes selle elektriks.Selleks on tehases valmistatud ja kodus valmistatud seadmete mudelid, mida kasutatakse nii tööstuses kui ka eramajapidamistes.

Räägime teile, kuidas seda tüüpi tuuleturbiinid on projekteeritud, ning tutvustame seadme omadusi ja disainivõimalusi. Meie pakutud artikkel näitab tuuleelektrijaama tugevaid ja nõrku külgi. Isetegijad leiavad siit kasulikke diagramme ja kokkupanekusoovitusi.

Tuulegeneraatori tööpõhimõte

Tuulegeneraatori töö põhineb tuule kineetilise energia muundamisel rootori mehaaniliseks energiaks, mis seejärel muundatakse elektrienergiaks.

Tööpõhimõte on üsna lihtne: seadme telje külge kinnitatud labade pöörlemine viib rootori generaatori ringikujuliste liikumisteni, tekitades seeläbi elektrit.

Tuuleenergia on üks paljutõotavamaid taastuvenergia sektoreid. Kaasaegsed disainilahendused võimaldavad kulutõhusalt ära kasutada õhuvoolude võimsust, kasutades seda elektri tootmiseks

Tekkiv ebastabiilne vahelduvvool "tühjeneb" kontrollerisse, kus see muundatakse alalispingeks, mis suudab akusid laadida. Sealt antakse toide inverterile, kus see muundatakse 220/380 V indikaatoriga vahelduvpingeks, mis antakse tarbijatele.

Tuulegeneraatori võimsus sõltub otseselt õhuvoolu võimsusest (N), mis arvutatakse valemiga N=pSV³/2, kus V on tuule kiirus, S on tööpiirkond, p on õhu tihedus.

Tuulegeneraatori seade

Tuulegeneraatorite erinevad versioonid erinevad üksteisest oluliselt.

Allolev diagramm näitab klassikalise horisontaalse tuulegeneraatori sisemist struktuuri. Selliseid mudeleid kasutatakse kõige sagedamini nii tööstuses kui ka igapäevaelus.

Tööstusseadmed on keerukas mitmemeetrine konstruktsioon, mille paigaldamiseks on vaja vundamenti, samas kui majapidamismudel võib koosneda minimaalselt komponentidest (DC elektrimootor 3-12V, elektrikondensaator 1000 uF 6V, ränialaldiood).

Tüüpiline paigaldus sisaldab järgmisi komponente:

• vahelduvvoolugeneraator (võimsus sõltub tuulevoogude kiirusest);
• terad, mis edastavad pöörlemise generaatori võllile (sageli on need lisaks varustatud käigukastide ja rootori kiiruse stabilisaatoritega);
• tuuliku mast, mille külge labad on kinnitatud (mida kõrgemad need elemendid on, seda rohkem tuuleenergiat nad vastu saavad);
• patareid, mis salvestavad energiat, võimaldades seda kasutada siis, kui tuulevool on väike või puudub üldse. Aku täidab ka generaatorist tarnitava elektrienergia stabiliseerimise funktsiooni;
• kontroller - generaatorilt saadud vahelduvpinge muundur alalispingeks, mida kasutatakse aku laadimiseks. Kontrollerit juhitakse labade pööramisega, mis võimaldab arvestada, kus õhuvoolud liiguvad;
• AVR on automaatne lülitusseade, mis ühendab tuulegeneraatori teiste energiaallikatega (päikesepaneelid, elektrivõrk);
• tuule suunaandur - seade, mis hõlbustab labadel tuulevoolu leidmist;
• inverter akude alalisvoolu muutmiseks vahelduvpingeks, mida kasutatakse elektrisides.

Kasutajate vajaduste paremaks rahuldamiseks saab seadme varustada erinevat tüüpi inverteritega:

• seadmed inverteriga modifitseeritud siinuslainega, mis tekitab ruutsiinuslaine. Seda tüüpi seadmed sobivad kütteelementide, hõõglampide ja muude võrgukvaliteedi suhtes vähenõudlike seadmete jaoks;
• kolmefaasilised pingeinverterid, mis on ette nähtud kolmefaasiliste elektrivõrkude jaoks;
• puhtad siinuslaineseadmed, mis toodavad energiat tundlikumate seadmete jaoks;
• võrguinverterid, mis võivad töötada ilma akudeta. Sellised seadmed on ette nähtud vooluahelate jaoks, mis hõlmavad elektrienergia sisenemist otse üldvõrku.

Mudelite valimisel pöörake kindlasti tähelepanu inverteri tüübile.

Tuulegeneraatorite tüübid

Tuuleturbiinide klassifitseerimisel võib arvesse võtta järgmisi omadusi:

• kohtumine;
• disainifunktsioonid;
• terade arv;
• materjalid, millest need on valmistatud;
• pöörlemistelg;
• propelleri samm.

Vaatame lähemalt kahte kõige sagedamini kasutatavat klassifikatsiooni.

Tuulegeneraatorite klassifikatsioon otstarbe järgi

On tuuleturbiine, mis erinevad eesmärgi poolest. Sellest sõltuvad seadmete peamised omadused, näiteks võimsus.

Tööstuslikud tuuleturbiinid

Selliseid seadmeid paigaldavad suured energiaettevõtted või riik tööstusrajatiste elektriga varustamiseks.Kümnete megavatiste võimsusega turbiinid asuvad tavaliselt tuulepiirkondades (lagedad künkad, rannikud).

Tuulepargid, kuhu on paigaldatud kümneid tuulikuid, ei paikne mitte ainult maismaal, vaid ka madalas vees. Saadud elektrit kasutatakse tavaliselt tööstuslikel eesmärkidel

Toodetud elekter läheb reeglina otse võrku, samas kui labade stabiilsuse ja pöörlemiskiiruse reguleerimise tagamiseks on tuuleturbiinid varustatud lisamehhanismidega.

Kaubanduslikud tuulegeneraatorid

Selliseid seadmeid kasutatakse elektrienergia tootmiseks müügiks või elektri tootmiseks piirkondades, kus on madala võimsusega elektrivõrk (või puudub elektrivõrk). Sellised tuuleelektrijaamad koosnevad elektrigeneraatorite klastrist, mis võivad olla erineva võimsusega.

Kommertspaigaldiste energiat saab suunata otse elektrivõrkudesse või kasutada suure hulga akude laadimiseks, kus see salvestatakse ja muundatakse võrgu toiteks.

Majapidamises kasutatavad tuuleseadmed

Madala võimsusega agregaate kasutatakse erakasutuseks. Reeglite järgi võivad alla 25-meetrise mastiga tuulikuid paigaldada maaomanikud ilma ametivõimudega kooskõlastamata, kõrgemate mastide jaoks tuleb hankida eriluba.

Madala ja keskmise võimsusega tuulikud võivad olla suvilate, suvilate, maamajade ja talude elektrienergia allikaks

Kodumajapidamises kasutatavad tuulegeneraatorid sobivad 12/24/48V pingega akude laadimiseks, millest saadav energia muundatakse 220 V pingeks.Sellised seadmed võimaldavad täielikult või osaliselt lahendada tsentraliseeritud elektrivõrgust kaugel asuvate väikeste objektide toiteallika probleemi.

Koos juhistega tuulegeneraatori valimisel, et varustada eramaja energiaga Loe artiklitpühendatud sellele huvitavale küsimusele.

Tuuleturbiinide konstruktsioonide tüübid

Disainiomaduste põhjal saab seadmeid jagada ka mitmesse kategooriasse, kuigi kõik sordid jagunevad kahte põhitüüpi: vertikaalne ja horisontaalne.

Klassikalised horisontaalsed tuuleturbiinid

Sellistel paigaldustel (neid nimetatakse ka propelleriks või tiibaks) on tavaliselt 3-5 laba, mis on paigaldatud horisontaalteljele. Suurel kiirusel pöörlevad sellised elemendid võimaldavad teil saada maksimaalset energiakogust (KIEV kuni 0,4).

Pealegi sõltub toodetava elektrienergia hulk suuresti seadme kõrgusest (mida kõrgem see on, seda suurem on tulemus).

Horisontaalne tuuleturbiin kasutab tõstejõudu, mis tekib siis, kui rõhk tõuseb kohas, kus otsene õhuvool läbib labasid ja peegeldub nendelt elementidelt.

Tavaliselt paigaldatakse need seadmed tuuleparkidesse, kus toodetakse energiat tööstuslikuks ja kommertskasutuseks, kuid need sobivad ka koduseks kasutamiseks.

Horisontaalse tuuleveski jaoks on huvitav lahendus ühe teraga mudel, mille funktsioonidega tutvustab teid järgmine valik fotosid:

Vertikaalsed tuuleturbiinid

Selliste paigaldiste tööelemendiks on pöörlev tuuleratas. Oma disainiomaduste tõttu erinevad sellised konstruktsioonid tüübiti (“Tünn”, “Savonius”).

Järgmine fotovalik tutvustab teile Savoniuse vertikaalse generaatori turbiini põhimõtet:

Vaatamata madalale KIEV indeksile (0,1-0,2) kasutatakse neid laialdaselt: vertikaalsed paigaldised töötavad turbulentsel õhuvoolul, nii et neid saab paigutada isegi piirkondadesse, kus tugev tuul puhub harva.

Vertikaalsete tuulegeneraatorite töö ei sõltu tuulte suunast. Neid on lihtne paigaldada ja kasutada ning selliseid seadmeid saab paigaldada maapinna lähedale

Vertikaalsete tuuleturbiinide efektiivsuse parandamiseks suurendavad tootjad sageli oma mõõtmete parameetreid, mis toob kaasa märkimisväärse kulude kasvu. Kuna sellised paigaldised on üsna haprad, vajavad nad suuremat kaitset orkaanide ja muude loodusnähtuste eest.

Tuulegeneraatorid "Rotor Daria"

Sellised seadmed kuuluvad vertikaalsete tuuleturbiinide kategooriasse, kuid nende konstruktsioonis on märkimisväärsed erinevused. Tänu sellistele omadustele saavutatakse müra vähendamine ja suureneb ka KIEV, mis läheneb horisontaalsete mudelite jõudlusele.

Prantsuse lennukikonstruktori Georges Darrieuse 1931. aastal välja pakutud madalrõhuturbiin, mille pöörlemistelg on õhuga risti, on leidnud laialdast rakendust tuuleenergias.

Selliste konstruktsioonide puuduseks on madal käivitusmoment (ainult kahe laba olemasolu tõttu on seadmel raske iseseisvalt käivituda). Probleemi lahendamiseks kasutatakse sageli hübriidi “Savonius + Darier”.

Purjetamise tuulepaigaldised

Selliste paigaldiste puhul saab kasutada nii vertikaalsete kui ka horisontaalsete tuuleturbiinide ehitamise põhimõtet. Peamine disainifunktsioon on tuuleratas, mis on kaetud paljude labade või purjedega, samas kui sellistel mudelitel puudub aerodünaamiline profiil.

Purjetuulegeneraatorite mudeleid on palju, mis erinevad labade arvu, kaalu ja võimsuse poolest. Kõiki neid parameetreid tuleks seadme valimisel arvesse võtta

Hoolimata asjaolust, et purjetamisseadmeid iseloomustab väike kiirus ja madal efektiivsus, kasutatakse neid sageli rahvamajanduses.Selliseid konstruktsioone on lihtne paigaldada ja kasutada ning suure pöördemomendi ja väikese kiiruse kombinatsioon võimaldab teil otse juhtida mitmesuguseid kasulikke mehhanisme, näiteks vee väljapumpamiseks mõeldud pumpa.

Järgmine galerii tutvustab teile üht praktikas rakendatud purjetuuliku mudelit:

Tuuleturbiini generaator

Tuuleturbiinide tööks on vaja tavapäraseid kolmefaasilisi generaatoreid. Selliste seadmete disain sarnaneb autodel kasutatavate mudelitega, kuid on suuremate parameetritega.

Tuuleturbiiniriistadel on kolmefaasiline staatori mähis (täheühendus), millest väljuvad kolm juhet ja lähevad kontrollerisse, kus vahelduvpinge muundatakse alalispingeks.

Tuuleturbiini generaatori rootor on valmistatud neodüümmagnetitest: sellistes konstruktsioonides pole elektrilist ergutust otstarbekas kasutada, kuna mähis tarbib palju energiat

Käibe suurendamiseks kasutatakse sageli kordajat.See seade võimaldab suurendada olemasoleva generaatori võimsust või kasutada väiksemat seadet, mis vähendab paigalduskulusid.

Kordajaid kasutatakse sagedamini vertikaalsetes tuulegeneraatorites, milles tuuleratta pöörlemisprotsess on aeglasem. Suure tera pöörlemiskiirusega horisontaalsete seadmete puhul pole kordajaid vaja, mis lihtsustab ja vähendab disaini maksumust.

Tuulegeneraatori montaaži ja paigalduse spetsiifika pesumasinast ja tuuleturbiinid auto generaatorist on üksikasjalikult kirjeldatud meie soovitatud artiklites.

Tuulegeneraatori plussid ja miinused

Mõelgem üksikasjalikult tuuleturbiinide eelistele ja puudustele, kuna neist sõltub tuuleturbiini ostmise või sellest loobumise otsus.

Tuuleseadmete eelised

Tuuleenergiat kasutavate seadmete eelised on järgmised:

• Keskkonnasõbralikkus. Käitistes kasutatakse taastuvat energiaallikat, mida saab keskkonda kahjustamata pidevalt kasutada. Tuulegeneraatorite toodetud elekter asendab soojuselektrijaamade energiat, vähendades kasvuhoonegaaside heitkoguseid.
• Mitmekülgsus. Tuuleelektrijaamu saab ehitada peaaegu kõikjale: tasandikele, mägedele, põldudele, saartele ja isegi madalasse vette. Tuuleenergia on eriti väärtuslik kõrvalistes kohtades, kus tavapärast elektrisidet on raske laiendada. Tuulegeneraatorid võimaldavad sel juhul luua objektide energiavarustuse, tagades selle sõltumatuse juhuslikest teguritest (näiteks õigeaegselt tarnimata kütus).
• Kasutamise efektiivsus. Kaasaegsed mudelid töötlevad isegi nõrga tuule energiat - miinimumpiir on 3,5 m/s.Sel viisil on võimalik varustada tsentraliseeritud võrku täiendava elektrienergiaga, samuti korraldada üksikute objektide (saar või kohalik) elektrivarustus sõltumata nende võimsusest.
• Väärt alternatiiv traditsioonilistele allikatele. Statsionaarsed tuuleelektrijaamad suudavad täielikult varustada elektriga elamut või isegi väikest tööstusrajatist. Sel juhul kogub turbiin vajaliku elektrienergia akudesse, mis on mõeldud kasutamiseks rahulikel perioodidel.
• Ökonoomne. Võrreldes traditsiooniliste elektrienergia allikatega (gaas, turvas, kivisüsi, nafta) võivad jalgrattaturbiinid oluliselt vähendada energiakulusid. Paljudel juhtudel on tuulepargi ehitamine odavam kui olemasolevate elektrisüsteemidega ühendamine.

Tuuleturbiinide kasutamine võib olla alternatiiviks kallite diiselgeneraatorite kasutamisele, vähendades veelgi kütuse transpordi- ja ladustamiskulusid kuni 80%.

Tuuliku keskmine võimsus erineb tippkoormusest mitu korda. Tuulegeneraator vastutab ainult antud piirkonnale iseloomuliku kuu keskmise tuulekiiruse juures teatud aja jooksul toodetud energiakoguse eest.

Tuuleressursside täpsemaks hindamiseks saate kasutada spetsiaalselt tuletatud andmeid (Weibulli parameetreid). Need näitajad kajastavad konkreetsele piirkonnale iseloomuliku erineva tugevusega tuulte jaotust. Sellise infoga on oluline arvestada kümnete MW võimsusega tuuleparkide projektide arendamisel.

Tuuleturbiini toodetav võimsus on võrdeline kolmekordse tuulekiirusega.Järelikult on see näitaja nõrkade tuulevoogude korral väga väike, kuid nende tugevnemisel suureneb see järsult. Tuule suuna ja kiiruse muutlikkuse tõttu tuleb tuuliku konstruktsiooni lisada stabiliseerivad komponendid.

Tuulegeneraatori võimsuse arvutamise reeglid ja valemid on siin antud, soovitame tutvuda väga kasuliku teabega.

Väikestes autonoomsetes süsteemides täidavad nende funktsiooni akud, mille laetus hakkab kasvama kohe, kui tuulegeneraatori võimsus ületab koormuse.

Koormuse suurenedes võib aku tühjeneda. Seda omadust on oluline arvestada majapidamisüksuse valikul, selle võimsus peab ühtima kuu või aasta elektritarbimise määraga

Tuleb märkida, et tuulevoogude tõhusat kasutamist hõlbustavad mitmesugused tuulegeneraatorite konstruktsioonid.

Horisontaalsed turbiinid toimivad hästi tasastel aladel, kus puhub palju tuult, samas kui vertikaalsed turbiinid töötavad paremini piirkondades, kus turbulentsed voolud on madalad (ülemised künkad, mäeahelikud).

Tuuleturbiinide peamised puudused

Samal ajal on tuuleturbiinidel ka oma negatiivsed küljed:

• Tuule jõu suurust on raske ette ennustada, kuna see muutub sageli. Seetõttu on soovitatav kaaluda turvavõrku, pakkudes varuenergiaallikat (päikesepaneelid, ühendus elektrivõrguga).
• Vertikaalseid seadmeid ähvardab sõukruvide labade purunemise oht tsentrifugaaljõudude mõju tõttu, kui labad pöörlevad ümber peatelje. Selle mõju tulemusena deformeeruvad ja hävivad aja jooksul olulised konstruktsioonielemendid ning mehhanism ebaõnnestub.
• Tuuleturbiinid on parem paigaldada vabasse ruumi, kuna läheduses asuvad hooned võivad tuult "summutada", moodustades "surnud" õhutsooni.
• Tuuleturbiinide üleliigse energia säästmiseks on vaja projekti kaasata akude ja muude lisaseadmete kasutamine, mis muudavad toodetud elektri sobivate tarbijaomadustega vooluks.
• Tuulegeneraatorid tekitavad töötamisel müra, mis võib inimestele ebamugavust tekitada ja loomi eemale peletada. Installatsioonide labad võivad põhjustada ka nende poole lendavate lindude surma.
• Mõnede ekspertide sõnul võivad tuulikud halvendada raadio- ja telesaadete vastuvõttu.

Negatiivsed aspektid võivad hõlmata ka selliste üksuste üsna kõrget hinda, kuid energiaallika madal hind kompenseerib selle teguri suuresti.

Ühendusskeemid ja meetodid

Kuigi tuulik võib töötada autonoomselt, saab palju paremaid tulemusi saavutada kombineeritud skeemidega, mis ühendavad tuuliku päikesepaneelide, tsentraliseeritud elektrivõrgu, diisli või gaasi energiaallikatega.

Autonoomne töö. Sel juhul paigaldatakse üks paigaldus, mille abil püütakse ja akumuleeritakse tuuleenergiat, mis seejärel muundatakse tarbijatele vajalikuks elektrivooluks.

Diagramm näitab lihtsaimat viisi tuulegeneraatori kasutamiseks, mida on soovitatav kasutada piirkondades, kus puhub pidevalt tugev tuul

Tuulegeneraatori kombineerimine päikesepaneelidega. Kombineeritud võimalust peetakse usaldusväärseks ja tõhusaks toiteallikaks. Kui tuult pole, siis aku töötab päikesepaneelid, ning pilvise ilmaga ja öösel toimub laadimine tuulegeneraatorist.

Ideaalne variant eramajale või talule, mis asub tsentraliseeritud elektrivõrgust kaugel. See kombineeritud skeem võimaldab kasutada kahte tüüpi taastuvenergiat

Tuulegeneraatori ja elektrivõrgu kombineeritud töö. Tuuleturbiini saab kombineerida elektrikommunikatsiooniga.

Selline paigutus on tüüpiline tööstus- ja kaubandusseadmetele. Elektrikommunikatsiooniga ühendamine on ette nähtud ka mõne majapidamises kasutatavate tuulegeneraatorite mudelite jaoks

Kui toodetud elektrit tekib üle, läheb see tsentraliseeritud võrku ja puudujäägi korral on võimalik kasutada üldisest energiasüsteemist tuleva elektrivoolu.

Tuulegeneraatorite kasutamise nüansid

Praegu kasutatakse tuulikuid erinevates rahvamajanduse sektorites. Erineva võimsusega tööstusmudeleid kasutavad nafta- ja gaasiettevõtted, telekommunikatsiooniettevõtted, puurimis- ja geoloogiliste uuringute jaamad, tootmisrajatised ja valitsusasutused.

Tuulegeneraatorit saab kasutada täiendava energiaallikana haiglates ja muudes asutustes, et tagada pidev elektrivarustus hädaolukordades

Eriti tähelepanuväärne on tuuleturbiinide kasutamise tähtsus kataklüsmide ja loodusõnnetuste ajal kahjustatud elektri kiireks taastamiseks. Selleks kasutavad eriolukordade ministeeriumi üksused sageli tuulegeneraatoreid.

Majapidamises kasutatavad tuulikud sobivad suurepäraselt suvila- ja eramajade valgustuse ja kütte korraldamiseks, aga ka majanduse eesmärgil taludes.

Arvestada tuleb mõne punktiga:

• Kuni 1 kW seadmed suudavad anda piisava koguse elektrienergiat vaid tuulistes kohtades.Tavaliselt piisab nende toodetavast energiast ainult LED-valgustuse ja väikeste elektroonikaseadmete toiteks.
• Suvila (maamaja) täielikuks elektrivarustuseks on vaja tuulegeneraatorit, mille võimsus on üle 1 kW. Sellest indikaatorist piisab valgustite, aga ka arvuti ja teleri toiteks, kuid selle võimsusest ei piisa tänapäevase ööpäevaringselt töötava külmiku elektriga varustamiseks.
• Suvila energiaga varustamiseks vajate 3-5 kW võimsusega tuulikut, kuid isegi sellest arvust ei piisa majade kütmiseks. Selle funktsiooni kasutamiseks vajate võimsat valikut alates 10 kW.

Mudeli valimisel peaksite arvestama, et seadmel näidatud võimsusnäidik saavutatakse ainult maksimaalse tuulekiiruse korral. Seega toodab 300 V paigaldis etteantud koguse energiat ainult õhuvoolu kiirusel 10-12 m/s.

Neile, kes soovivad oma kätega tuulegeneraatorit ehitada, pakume järgmine artikkel, mis sisaldab üksikasjalikku kasulikku teavet.

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Allolev video annab üksikasjalikku teavet tuulegeneraatori majapidamismudeli tööpõhimõtte ja disaini kohta:

Tuulegeneraator on suurepärane elektrienergia tootmise allikas, mida hindavad eriti kaugemate piirkondade elanikud. Erinevad Venemaa ja välismaised ettevõtted pakuvad laias valikus tuulekonstruktsioone, lisaks saab majapidamismudeleid teha oma kätega.

Kirjutage kommentaarid allolevasse plokki. Rääkige meile, kuidas ehitasite oma kinnistule tuulegeneraatori või kuidas töötab teie naabrite tuulik.Esitage küsimusi, jagage kasulikku teavet ja fotosid teemal.