Jak se jmenuje větrný generátor?

Větrné turbíny jsou jedním z nejběžnějších a nejefektivnějších způsobů výroby elektřiny z nevyčerpatelných zdrojů energie. K přeměně na elektrickou energii využívají větrnou energii.

Jak funguje větrný generátor?

Konstrukce větrného generátoru obvykle obsahuje tyto hlavní součásti:

1. Lopatky jsou umístěny na vrcholu větrné turbíny a jsou hlavními prvky, které zachycují energii větru. Čepele mohou být vyrobeny z různých materiálů, jako jsou uhlíková vlákna, hliník nebo sklolaminát.
2. Generátor přeměňuje větrnou energii na elektrickou energii a předává ji na výstupní stranu větrného generátoru. Generátory mohou být různých typů, ale nejběžnější jsou synchronní generátory s permanentními magnety nebo generátory buzené permanentními magnety.
3. Řídicí systém sleduje provoz větrného generátoru a řídí jeho provoz. Řídicí systém může zahrnovat různé senzory, ovladače a další zařízení, která zajišťují stabilní a efektivní provoz větrného generátoru.
4. Brzdový systém je nezbytný pro zpomalení nožů v silném větru, aby nedošlo k poškození jednotky. Větrný senzor přenáší data do řídící jednotky a pokud rychlost větru překročí 50 km/h, rotace rotoru se zpomalí. Při rychlosti 80 km/h systém zcela zastaví nože.
5. Otočný mechanismus je nezbytný, aby lopatky mohly „chytit“ proudění větru, protože může procházet různými směry.
6. Převodovka (převodovka) je nezbytná pro přenos točivého momentu z lopatek, otáčejících se rychlostí 15-20 ot./min, na elektrický generátor, jehož rotor se otáčí rychlostí 1500-1800 ot./min.
7. K přeměně mechanické energie rotujících lopatek na elektrickou energii střídavého proudu je zapotřebí generátor.

stavební část

Velké větrné elektrárny používané v průmyslovém měřítku jsou tedy gigantické. Nejmasivnější větrný generátor na světě – Enercon E-126 – má tedy výšku věže 126 metrů a průměr lopatky 126 metrů. Pro stabilitu a zabránění převrácení tak masivních konstrukcí, které přenášejí vertikální zatížení na základnu a jsou vystaveny horizontálnímu zatížení od větru, je vyžadován základ. Obvykle je vyroben z masivního železobetonu, protože těžiště konstrukce je umístěno ve značné výšce. Věž má zaoblený tvar pro vytvoření proudění a snížení zatížení větrem. Uvnitř je žebřík pro přístup technika údržby.

Elektrická část

Chcete-li použít proud generovaný pomocí větrného generátoru, musí být převeden. To vyžaduje invertorový systém. Invertorový systém je zařízení, které přeměňuje stejnosměrný proud produkovaný generátorem na střídavý proud potřebný k napájení různých elektrických spotřebičů.

Všechny výše uvedené komponenty spolupracují na vytvoření elektrické energie z větrné energie. Větrné generátory mohou být instalovány na zemi nebo na vodě. Lze je využít jak k výrobě elektřiny pro vlastní potřebu, tak k prodeji elektřiny na trhu.

Typy větrných elektráren (WPP)

Větrné elektrárny se mohou lišit velikostí, výkonem a dalšími parametry. Mohou být klasifikovány různými způsoby. V závislosti na výkonu a umístění lopatek může být větrný generátor vertikální, horizontální nebo hybridní. Podle funkčnosti – mobilní i stacionární. Podle typu provedení – rotační a lopatkové, podle umístění – pobřežní, pobřežní, pobřežní, plovoucí.

Vertikální větrné generátory

Vertikální větrné turbíny mohou být instalovány na zemi, na střechách budov nebo na stožárech namontovaných na vysokých sloupech. Mohou používat různé typy lopatek, včetně pevných lopatek nebo lopatek, které se mohou otáčet kolem své osy. Lopatky jsou instalovány na vodorovné ose otáčení. Tento typ je nejběžnější, představuje 90 % světového trhu. Maximální účinnosti vertikálních větrných elektráren je dosaženo, když proudění větru směřuje kolmo k rovině lopatek. Pro tento účel obsahuje konstrukce větrného generátoru koncovou jednotku pro malé větrné generátory. Ty větší mají elektronický systém sledování směru větru.

Jednou z výhod vertikálních větrných generátorů je jejich kompaktnost a možnost instalace na malých pozemcích. Navíc mohou být účinnější než horizontální větrné turbíny a mají vysoký výkon a účinnost díky vyšší rychlosti větru ve výšce.

Vertikální větrné generátory však mají i své nevýhody. Mohou být méně účinné při slabém větru a vyžadují složitější řídicí systémy pro zajištění optimálního výkonu. Mohou také vytvářet hluk a vibrace, které mohou být nežádoucí pro blízké obyvatele. Vyžadují také vysoké náklady na instalaci a mají vysoko položené těžiště. Při projektování je proto nutné pečlivě vypočítat opatření, která zabrání převrácení konstrukce.

Obecně jsou vertikální větrné generátory slibným směrem ve vývoji obnovitelné energie. Jejich použití může být výhodné pro mnoho zemí a regionů, kde je přístup k větrům dostatečné síly.

Horizontální větrné generátory

Horizontální větrné turbíny používají lopatky umístěné vodorovně. Mají nižší náklady na instalaci a údržbu než vertikální, ale jejich výkon může být nižší. Mohou mít různé úrovně výkonu v závislosti na velikosti lopatek a počtu generátorů. Obvykle se používají k výrobě elektřiny v průmyslovém měřítku.

Hlavní výhodou horizontálních větrných generátorů je jejich účinnost. Mohou pracovat v podmínkách slabého větru, díky čemuž jsou hospodárnější než jiné typy generátorů. Horizontální větrné generátory navíc nevytvářejí hluk a neznečišťují životní prostředí. Díky tomu jsou atraktivní volbou pro projekty šetrné k životnímu prostředí.

Horizontální větrné generátory však mají také nevýhody. Zabírají hodně místa a vyžadují zvláštní podmínky pro instalaci.

Hybridní větrné turbíny

Hybridní větrné turbíny jsou kombinací vertikálních a horizontálních větrných turbín, které lze instalovat jak na souši, tak na moři. Hybridní stanice kombinují výhody obou typů a mohou být efektivnější než jednotlivé typy samostatně. Mají složitý design a jsou drahé, ale efektivnější.

Výběr typu větrné farmy závisí na mnoha faktorech, včetně dostupnosti lokality, rozpočtu, požadavků na energii a dalších faktorech. Při výběru typu větrného generátoru pro konkrétní větrnou farmu je důležité vzít v úvahu všechny tyto faktory.

Mobilní větrné generátory

Mobilní větrné generátory jsou instalací, která se může pohybovat z místa na místo. Obvykle mají nízký výkon a používají se k napájení malých zařízení, jako jsou soukromé domy, kanceláře nebo obchody. Stacionární větrné generátory jsou instalovány trvale a mají větší výkon. To jim umožňuje dodávat elektřinu do celých sídel a velkých průmyslových podniků.

Rotační větrný generátor

Rotační větrný generátor využívá rotující rotor, který přeměňuje větrnou energii na mechanickou energii. Tato energie je následně pomocí generátoru přeměněna na elektrickou energii. Větrný generátor rotorového typu má obvykle vyšší účinnost než lopatkový typ a může produkovat více elektřiny díky své větší velikosti. V současné době existuje velké množství vynalezených rotorů, nejznámější je Savonius rotor. Voronin-Savonius rotor je nejméně dva půlválce na svislé ose otáčení. A ať je směr větru jakýkoli, jakkoli prudce mění poryvy, takový větrný mlýn se bude klidně otáčet kolem své osy a generovat energii.

Větrné generátory s rotorem Darrieus mají vertikální osu otáčení a dvě nebo tři lopatky, které jsou plochým pásem. Točivý moment je vytvářen zdvihovou silou vznikající na dvou nebo třech zakřivených nosných plochách s aerodynamickým profilem.

Mezi výhody rotoru Daria můžeme vyzdvihnout:

• nedostatek systému orientace větru;
• technologická jednoduchost výroby lopatek;
• možnost umístit hnací zařízení na úroveň terénu, což výrazně zjednodušuje jeho údržbu.

Ale mezi nevýhody patří:

• relativně nízká účinnost systému lopatek ve srovnání s horizontálně-axiálními větrnými turbínami;
• nižší životnost podpůrných jednotek v důsledku vyššího dynamického zatížení od rotoru.

Dvoulisté větrné generátory s Darrieovým rotorem také nemohou startovat samostatně s rovnoměrným prouděním. K jejich spouštění se obvykle používá generátor pracující v motorovém režimu nebo Savonius rotor.

Lopatkový větrný generátor

Větrný generátor s oběžným kolem využívá oběžné kolo, které se otáčí větrem a vytváří proud vzduchu, který pohání generátor. Větrný generátor křídlového typu může být kompaktnější a lehčí než rotační, takže je pohodlnější pro instalaci na malých plochách.

Typy větrných elektráren

Pobřežní větrné turbíny jsou větrné turbíny, které jsou instalovány na pobřeží nebo v jeho blízkosti. Využívají sílu větru, kterou umocňuje blízkost vody a snadná dostupnost energie.

Pobřežní větrné turbíny jsou větrné generátory se svislou osou otáčení. Tyto větrné turbíny fungují na souši, obvykle na odlehlých místech, kde není možné nainstalovat větrný generátor na pevninu.

Pobřežní větrné turbíny jsou instalovány na moři a mohou být instalovány v hloubkách až několik set metrů. Díky tomu jsou účinnější než pozemní větrné turbíny.

Plovoucí větrné turbíny jsou systém, ve kterém je větrný generátor umístěn na plovoucí plošině nebo voru a využívá sílu větru k výrobě elektřiny. Lze je použít v případech, kdy je přístup na pozemek omezený nebo nemožný.

Výhody a nevýhody

Mezi výhody větrných elektráren patří absence potřeby jakéhokoli paliva nebo jiných zdrojů a schopnost dodávat energii do jakéhokoli bodu, bez ohledu na to, jak daleko od hlavních tratí se nachází. Nevýhody větrných elektráren jsou jejich úplná závislost na větru, jeho síla a rovnoměrnost a potřeba dalších zařízení pro přípravu proudu pro použití v domácích potřebách. Například v klidné době se zastaví provoz větrné elektrárny a hurikán může poškodit generátor. Od roku 2022 se celosvětově vyrobí díky větrným elektrárnám (WPP) celkem 77587 XNUMX MW elektřiny. Mezi země vedoucí ve výrobě takové energie patří Čína, USA, Brazílie, Německo a Švédsko.

Závěr

Větrné turbíny jsou jedním z nejslibnějších způsobů výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie. Větrné generátory však mají své nevýhody. Mohou například vytvářet hluk a vibrace, které mohou mít negativní dopad na životní prostředí. K provozu vyžadují také vítr, což v některých regionech omezuje jejich použití. Větrné turbíny se však nadále vyvíjejí a zdokonalují a jejich využití bude v budoucnu jen narůstat. Již dnes hrají důležitou roli při výrobě elektřiny a očekává se, že jejich role v příštích letech jen poroste.

Ve zjednodušené formě lze princip činnosti větrného generátoru znázornit následovně.

Síla větru uvádí do pohybu lopatky, které pomocí speciálního pohonu nutí rotor se otáčet. Díky přítomnosti statorového vinutí se mechanická energie přeměňuje na elektrický proud. Aerodynamické vlastnosti vrtulí umožňují rychlé roztočení turbíny generátoru.

Princip činnosti

Dále se rotační síla přemění na elektřinu, která se akumuluje v baterii. Čím silnější je proudění vzduchu, tím rychleji se lopatky točí a produkují více energie. Jelikož je provoz větrného generátoru založen na maximálním využití alternativního zdroje energie, má jedna strana lopatek zaoblený tvar, druhá je relativně plochá. Když proud vzduchu prochází přes zakřivenou stranu, vytváří se oblast vakua. To nasává čepel a pohybuje ji do strany. To vytváří energii, která způsobuje roztočení lopatek.

Schéma činnosti větrného generátoru: je znázorněn princip přeměny větrné energie a fungování vnitřních mechanismů

Vrtule při svých otáčkách otáčejí i osu spojenou s rotorem generátoru. Při rotaci dvanácti magnetů připevněných k rotoru ve statoru vzniká střídavý elektrický proud, který má stejnou frekvenci jako v běžných vnitřních zásuvkách. To je základní princip fungování větrné turbíny. Střídavý proud se snadno generuje a přenáší na velké vzdálenosti, ale nelze jej uložit.

Schematické schéma větrného generátoru

K tomu musí být převeden na stejnosměrný proud. Tuto práci vykonává elektronický obvod uvnitř turbíny. Pro získání velkého množství elektřiny se vyrábějí průmyslové závody. Větrná farma se obvykle skládá z několika desítek instalací. Používáním takového zařízení doma můžete dosáhnout výrazného snížení nákladů na energii. Princip fungování větrných generátorů umožňuje jejich použití v následujících možnostech:

• pro autonomní provoz;
• paralelně se záložní baterií;
• spolu se solárními panely;
• paralelně s dieselovým nebo benzínovým generátorem.

Pokud se proud vzduchu pohybuje rychlostí 45 km/h, turbína vyrobí 400 W elektřiny. To stačí k osvětlení letní chaty. Tato energie může být akumulována jejím shromažďováním v baterii.

Nabíjení baterie řídí speciální zařízení. S klesajícím nábojem se rotace lopatek zpomaluje. Po úplném vybití baterie se nože začnou znovu otáčet. Tímto způsobem se nabíjení udržuje na určité úrovni. Čím silnější je proudění vzduchu, tím více elektřiny může turbína vyrobit.

Brzdný systém otáčení nožů

Aby nedošlo k poruše jednotky vlivem silného tlaku vzduchu, je vybavena speciálním brzdným systémem. Pokud dříve pohybující se magnety indukovaly proud ve vinutí, nyní se tato síla použije k zastavení rotujících magnetů. K tomu se vytvoří zkrat, který zpomalí pohyb rotoru. Výsledná protiakce zpomaluje rotaci magnetů.

Návrh větrného generátoru a komponentů

Když vítr překročí 50 km/h, brzdy automaticky zpomalí rotaci rotoru. Pokud rychlost vzduchu dosáhne 80 km/h, brzdový systém zcela zastaví lopatky. Všechny části turbíny jsou navrženy tak, aby maximalizovaly využití energie vzduchu. Když fouká vítr, lopatky se otáčejí a generátor přeměňuje jejich pohyb na elektřinu. Turbína, která provádí dvojí přeměnu energie, vyrábí elektřinu z normálního pohybu vzduchových hmot.

Externě větrný generátor připomíná korouhvičku – je nasměrován ve směru, odkud vítr fouká

Toto zařízení je velmi užitečné nejen v některých extrémních podmínkách, ale i v běžném každodenním životě. Docela často se systémy větrných generátorů používají na chatách nebo v osadách, kde dochází k pravidelným výpadkům proudu. Samostatně vyrobený autonomní zdroj elektřiny má následující výhody:

• instalace je šetrná k životnímu prostředí;
• není potřeba do něj tankovat;
• nehromadí se žádný odpad;
• zařízení pracuje velmi tiše;
• má dlouhou životnost.

Všechny větrné generátory pracují podle stejného schématu. Nejprve se střídavé napětí získané z tlaku větru přemění na stejnosměrný proud. Díky tomu se baterie nabíjí. Střídač pak opět vyrábí střídavý proud. To je nezbytné, aby žárovky svítily; fungovala lednička, TV atd. Díky dobíjecí baterii můžete v bezvětří používat elektrospotřebiče. Navíc při silných poryvech větru zůstává napětí v síti stabilní.

Zvýšení výkonu instalace

Některé větrné generátory jsou navrženy s větrným senzorem. Sbírá data o směru a rychlosti proudění vzduchu. Generátor větrného mlýna nemůže produkovat více, než je jeho jmenovitý výkon, nicméně každé zařízení obsahuje rezervu, která se může pohybovat v rozmezí 10-30 % vypočtené. S touto „rezervou“ byste neměli počítat, protože ochrana proti přetížení je ve větrném generátoru zabudována programově a strukturálně.

Výkon větrné turbíny lze zvýšit pomocí záložního systému napájení na baterie.

Výstupní výkon (kW) větrného generátoru je určen výkonem střídače. Na základě dodaných kilowattů můžete určit maximální počet připojených elektrických spotřebičů. Pro zvýšení výstupního výkonu instalace je nutné paralelně zapojit několik měničů.

U třífázových napájecích obvodů je nutné instalovat střídač pro každou fázi.

Pokud výkon ve fázi nestačí, zvyšte počet střídačů, pokud to výrobce poskytuje. Pokud je bezvětří, napájení přestane fungovat. Nedochází k výrobě energie, proto jsou k větrnému generátoru připojena zařízení pro ukládání energie, viz schéma níže.

Schéma pro zvýšení výkonu a kapacity větrného generátoru

Akumulátor energie se skládá z kombinace invertor-baterie. V této části si můžete přečíst o bateriích a v této části o úložných zařízeních. Zvyšováním kapacity dobíjecích baterií se zvyšuje množství uložené energie, ale také doba nabíjení. Rychlost nabíjení baterie závisí na výkonu generátoru a počtu střídačů, které také mohou procházet pouze výkonem poskytovaným výrobcem. resp. rychlost nabíjení baterie závisí na propustnosti střídače a nezávisí na výkonu větrného generátoru.

Výběr větrného generátoru

Nejkvalitnější větrné turbíny se vyrábějí v Německu, Francii a Dánsku. Tyto země vyrábějí větrné turbíny, které dodávají elektřinu rezidenčnímu soukromému sektoru, farmám, školám a malým maloobchodním prodejnám. V Rusku kvůli nízkým nákladům na elektřinu a neoficiálnímu monopolu na prodej elektřiny nejsou větrné turbíny, solární panely a další druhy alternativní energie příliš běžné.

Mobilní větrný generátor je vhodný pro ropný průmysl nebo instalační týmy provádějící výstavbu na polích (prototyp)

Ale vysoké náklady na připojení vzdálených zařízení k rozvodným sítím (stále existují neelektrifikované vesnice), hrubost úředníků a zdlouhavé procedury obcházení a získávání specifikací od monopolních společností nutí vlastníky využívat pro svá zařízení alternativní energii.

Nejprve musíte pochopit, že účinnost větrné turbíny je asi 60%, závisí na rychlosti větru a bude vyžadována pravidelná údržba. Pokud se rozhodnete pro větrný generátor, měli byste to vědět. Větrný generátor si musíte vybrat na základě konkrétních okolností jeho použití. Existují nové vývojové trendy a modely: se zvýšenou účinností, vertikální, horizontální, ortogonální, bezlopatkové.

Vypočítá se činný a odporový výkon všech spotřebičů energie.

U firem nebo soukromých domů mohou být tyto údaje ve vyúčtování projektu nebo energie. Pokud potřebujete zajistit elektřinu pro vaši chatu, vyberte model větrné turbíny o výkonu 1-3 kW, střídač potřebuje málo energie a vystačíte si s bateriemi. Princip větrné turbíny dacha je jednoduchý: pokud je vítr, je elektřina, pokud není vítr, pracujeme na zahradě nebo kolem domu. Jednoduchý větrný generátor si můžete vyrobit sami, stačí shromáždit potřebné materiály a spojit je dohromady.

U soukromého trvalého bydliště tento princip nebude fungovat. Pokud často nefouká vítr, je třeba věnovat zvláštní pozornost baterii. Zde je potřeba velká kapacita. Aby se však nabíjel rychleji, musí mít vysoký výkon i samotný generátor elektřiny. To znamená, že jednotlivé jednotky instalace jsou vzájemně úzce propojeny. Spolehlivější kombinací je symbióza s dieselagregátem a solárními panely. To je 100% záruka dostupnosti elektřiny v domě, ale je také dražší.

Pokud máte studnu, budete zcela energeticky nezávislí na externích sítích.

Komerční větrné turbíny jsou nyní široce používány. Elektřina získaná s jejich pomocí se prodává různým podnikům, které mají nedostatek energie. Typicky se takové elektrárny skládají z několika větrných generátorů různého výkonu. Střídavé napětí 380 voltů, které generují, je dodáváno přímo do podnikové elektrické sítě. Větrné generátory lze navíc využít k nabíjení velkého množství akumulátorů, ze kterých je energie přeměněná na střídavé napětí dodávána i do elektrické sítě.

Větrné generátory vyrobené v Rusku

Ve většině případů majitelé podniků instalují větrné turbíny, solární panely a dieselové generátory pro vlastní výrobní potřeby. Získání povolení k prodeji elektřiny v Rusku je, řekněme, jiný příběh. Po energetickém auditu se energie uvolní například výměnou svítidel za LED. Doba návratnosti se počítá, při absenci rozpočtu lze modernizaci rozdělit na etapy.

Technologie se vyvíjejí. Vznikají energeticky nezávislé domy, kanceláře, stanice na zemi a vodě. Náš tým inženýrů vám pomůže s výběrem, kalkulací, návrhem a instalací zařízení. Jsme připraveni odpovědět na vaše dotazy v komentářích nebo prostřednictvím formuláře.