Как работает ветрогенератор: Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)

Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.

Принцип работы

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов

Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.

Принципиальная схема ветрогенератора

Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию. Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:

• для автономной работы;
• параллельно с резервным аккумулятором;
• вместе с солнечными батареями;
• параллельно с дизельным или бензиновым генератором.

Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.

Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

• установка экологически чистая;
• отсутствует потребность её заправки топливом;
• не накапливаются какие-либо отходы;
• устройство работает очень тихо;
• имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.

Ветровая энергия в России: почему у нас так мало ветряков

Как это работает

Ветряки преобразуют ветер в электроэнергию. Работают они по принципу мельницы, только более высокотехнологичной. Потоки воздуха крутят лопасти, и те вращаются в вертикальной плоскости. Таким образом возникает механическая энергия, энергия движения. А подключенный к устройству генератор уже вырабатывает электричество.

Чем выше ветряк, тем больше он производит электроэнергии. Высота столба — от 20 м, а самый высокий в мире ветрогенератор находится в Германии, в Гайльдорфе. Он вырос аж до 178 м.

Строительство ветрогенератора в Гайльдорфе. Фото: mbrenewables

Ветроэнергетику первым делом облюбовали страны, которые заботятся об окружающей среде: Дания, Германия, Испания, Ирландия. Оно и понятно: нет вредных выбросов и опасностей для флоры и фауны. Другое достоинство в том, что ветряки не требуют дополнительного топлива: платить нужно только за их постройку и обслуживание, так что это выходит дешевле, чем другие виды энергии. Хотя конечно, стоимость строительства и обслуживания ветроэлектростанций сильно варьирует в зависимости от многих факторов: место строительства, высота, материалы, дополнительное оборудование. 

Стоит заметить, что ветряки не так невинны: из-за них гибнут птицы и летучие мыши. Около тысячи в год погибают от одного генератора.

Главная проблема ветряков — внезапно — в том, что они работают лишь благодаря ветру. Так что местность для генератора нужно тщательно выбирать. Впрочем, и для этой проблемы уже нашли решение. Ветряки строят не только в полях, но и над гладью морской — в местах, где ветер дует практически непрерывно.

Фото: Florian Pircher с сайта Pixabay

При кажущейся простоте такого решения, ветрогенераторы — сложные и высокотехнологичные механизмы. Здесь нужно продумать все мелочи: сильный ветер может сломать лопасти, нагрузка на опорную конструкцию не должна быть критической, и нужна возможность остановить лопасти на время бури.

Дополнительного оборудования много, например, система тормозов. В России же пока просто не производят необходимого оборудования, а закупать его — слишком дорого. Только массовое производство ветряков поможет такому мероприятию окупиться, и то лишь в долгосрочной перспективе. Однако кое-какие шаги в направлении развития ветровой электроэнергетики Россия все же предпринимала раньше — и продолжает это делать.

Прошлое — далекое и не очень

В 1920-х годах в СССР уже начали разрабатывать предшественников сегодняшних ветряков для отдаленных районов. Работали они по гидравлическому принципу: ветер поднимал воду вверх по столбу, а затем она опускалась и крутила турбину. Так вырабатывался ток. Кстати, тот самый высоченный ветрогенератор в Гайльдорфе работает по тому же принципу.

В 30-х годах изобретатель Анатолий Уфимцев построил на собственные средства миниветроэлектростанцию. Она работала исправно несколько лет и снабжала электричеством его дом вплоть до смерти Уфимцева. В последующие годы в СССР продолжали выпускать ветряки, но с популяризацией топливной промышленности и строительством АЭС все меньше и меньше.

Ветростанция А. Г. Уфимцева — первая и единственная в мире, способная давать вполне выровненную электроэнергию от беспорядочных порывов ветра.

Писал в 1934 году Владимир Ветчинкин

Крупнейший советский учёный-механик в области аэродинамики

Ветростанция А. Г. Уфимцева в Курске. Фото: Википедия

Однако после 2000-х ветряками в России снова стали интересоваться. «Росатом» еще в 2017 году пообещал построить сеть ветряных электростанций по всей стране и таким образом «возродить отрасль». Помочь взялись в голландской компании Lagerwey. Однако специалисты выразили сомнение относительно проекта. Угнаться за постоянно растущим рынком и технологиями вот так сразу, с нуля, крайне тяжело.

Сегодня небольшие ветропарки раскиданы по всей стране. Один, например, есть в поселке Куликово Калининградской области. Существует он аж с 1998 года. Ветряки поселок получил в подарок от компании из Дании, и они работают до сих пор (хотя и не без инцидентов). Однако генерация энергии там небольшая, да и дачники строят дома слишком близко к турбинам, не понимая, что это опасно.

Ветряные электростанции недалеко от посёлка Куликово Калининградской области. Фото: Uritsk / Livejournal

В 2018 году самый крупный отечественный ветропарк открыли в Ульяновской области. Сделала это финская компания Fortum совместно с РОСНАНО. Промышленный парк настолько большой, что уже готов выйти на оптовые поставки энергии. Кроме того, при Ульяновском техническом университете открылась кафедра, где готовят специалистов в области электроэнергетики.

Какие могут быть проблемы?

В России существует сложная инфраструктура, которая обслуживает газовую и атомную отрасли энергетики. В этой области заняты тысячи людей. И просто так взять и сменить все это великолепие — пусть даже на более дешевую и экологически чистую — энергию мы не сможем.

Михаил Гусев, инженер подразделения «Электропривод» компании ABB, объясняет: «Россия не испытывает дефицита в электроэнергии. Большинство наших генерирующих предприятий работает ниже коэффициента использования установленной мощности. В арсенале наших энергетиков достаточную долю занимают АЭС и ГЭС, которые имеют ощутимо низкую удельную себестоимость производства электроэнергии по сравнению с генерацией на углеводородном сырье. Поэтому у нас нет острой потребности в развитии альтернативных источников энергии. Но в скором времени она появится, поэтому нужно вовремя начать развивать отрасль».

Отставание России по количеству ветропарков от США и Европы по-прежнему велико. По словам Владимира Максимова, руководителя департамента развития новых направлений бизнеса ООО «Тошиба Рус», основная причина такого положения вещей — в недостаточно эффективных мерах государственной поддержки сегмента ветровой энергетики. Впрочем, в сентябре прошлого года вышло постановление правительства, повышающее инвестиционную привлекательность строительства объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии. Это должно помочь.

«Еще одно существенное препятствие для развития ветроэнергетики в России — высокие требования по уровню местной локализации производства компонентов, который должен достигать 65%, — говорит Владимир Максимов. — Например, уровень локализации крупнейшего отечественного объекта, ветропарка в Ульяновске, составляет всего 28%. Проект спасло только то, что он был утвержден еще в 2015 году».

Промышленный ветропарк в Ульяновской области, построенный финской компанией Fortum. Фото: Twitter @ VostockCapital_

Другая проблема — тонкости нормативной базы. Михаил Гусев говорит: «Закон вынуждает рассматривать ветроустановку как уникальное сооружение из-за ее высоты, налагая ряд нелогичных ограничений. Например, есть требование обустраивать подъездные пути к ветряным электростанциям как автомобильные дороги. Все это ведет к увеличению стоимости ветряков. Но без удовлетворения нормативных предписаний объект не может быть введен в эксплуатацию».

Есть ли перспективы?

Тем не менее со стратегической точки зрения ориентация на импортозамещение должна принести плоды, считает Максимов. Так, в Ульяновске запускается предприятие по изготовлению лопастей для ветроустановок, а в Нижегородской области стартовало производство систем управления и охлаждения.

Российский потенциал ветроэнергетики оценивается экспертами примерно в пять раз выше, чем, например, германский.

Есть и потребность. «В России ветрогенераторные установки могут быть востребованы в регионах с децентрализованным энергоснабжением: в Бурятии, на Чукотке, на Сахалине, на Курильских островах, — говорит Иван Назаров, руководитель Инженерного центра НИЦ ‘ТехноПрогресс’. — На этих территориях электроснабжение потребителей не имеет связи с централизованной энергосистемой, а потому есть потребность в автономных источниках энергии. Пока в этих регионах в основном используются дизельные электростанции, конкуренцию которым могут составить альтернативные источники энергии».

Фото: PeterDargatz с сайта Pixabay

«До 2024 года эта отрасль сугубо дотационная, — говорит Михаил Гусев. — Однако и задачи стоят амбициозные: выйти на уровень локализации 65%. Это означает, что начнут работать предприятия по производству компонентов, будет адаптирована нормативная база, и главное — будут построены огромные мощности электроэнергетики. Помножив полученные компетенции на территорию нашей страны, где есть стабильный ветер, мы получаем безграничные перспективы. Главная цель для отрасли — стать конкурентной традиционным видам выработки электроэнергии».

Иван Назаров полагает: существует несколько векторов возможного развития России в области ветроэнергетики. Например, закупка и монтаж «под ключ» готовых зарубежных ветрогенераторных установок. Другой вариант — освоение западных технологий и организация с их помощью более масштабного производства на базе уже имеющегося в стране.

Это тоже интересно:

Ветропарки: защита климата в ущерб живой природе? | Анализ событий в политической жизни и обществе Германии | DW

Угольная электрогенерация, фрекинг для добычи природного газа, бурение нефтяных скважин… Такие темы  сегодня все чаще выводят на улицы защитников окружающей среды. Но и возобновляемые источники энергии также могут быть весьма спорными — даже с точки зрения экоактивистов.

Рассказывая о том, что рядом с ее домом планируют вырубить лес под новый ветропарк, Габриэле Нихаус-Юбель (Gabriele Niehaus-Uebel), по ее собственным словам, ощущает бессилие, беспомощность и ярость. Она — лидер гражданской инициативы по борьбе со строительством 20-турбинной ветряной электростанции в федеральной земле Гессен.

Акция в защиту Хамбахского леса

Хотя планы по строительству этого объекта предусматривают вырубку менее двух процентов леса, Габриэль говорит, что это все равно разрушит «ранее нетронутую экосистему». Она сравнивает лесной массив в Гессене с уникальным Хамбахским лесом недалеко от Кельна, уже много лет находящимся под угрозой вырубки: концерн RWE планирует расширить свой угольный карьер. «Экологи и активисты там сражаются за каждое дерево, и об этом постоянно пишут в СМИ. Здесь у нас хотят вырубить 200 квадратных километров — и нигде ни слова об этом не говорят», — возмущается Нихаус-Юбель.

Использование энергии ветра будет расти

Спор по поводу целесообразности строительства ветряных электростанций в Германии идет уже много лет. «У ветроэнергетики всегда было много противников, — говорит генеральный секретарь Всемирной ветроэнергетической ассоциации (WWEA) Штефан Гзенгер (Stefan Gsänger). — И это нормально в условиях любых изменений, происходящих демократическим путем».  

Как говорится на сайте объединения, возглавляемого Нихаус-Юбель, эта группа —  лишь одна из примерно 1000 гражданских инициатив, выступающих против строительства ветропарков. Между тем ветроэнергетика позволяет частично удовлетворить растущий мировой спрос на электроэнергию. По оценкам экспертов, в ближайшие двадцать лет использование этого источника энергии возрастет на 30 процентов, снижая при этом темпы изменения климата.

У ветропарков есть немало противников

Специалисты WWEA утверждают, что ветряные турбины, введенные в эксплуатацию до конца 2018 года, способны удовлетворять около шести процентов мирового спроса на электроэнергию. При этом, как сообщает Международное агентство по возобновляемым источникам энергии, доля производства энергии на возобновляемых источниках вырастет с 25% в 2017 году до 85% к 2050 году — в основном за счет использования энергии солнца и ветра. И учитывая глобальные масштабы этих изменений, недооценивать влияние ветряных электростанций на окружающую среду было бы крайне недальновидно.

Опасность для птиц и летучих мышей

Особую опасность ветровые турбины представляют для птиц и летучих мышей. У хищных птиц, к примеру, при необычайной остроте зрения, есть и «мертвая зона»: наклоняя при поиске добычи голову вниз, они не видят того, что находится прямо по курсу, и если птица летит в сторону ветрогенератора, столкновение с его лопастями почти неизбежно. А летучие мыши становятся жертвами ветряка, даже с ним не сталкиваясь: приблизившись к нему менее чем на 100 метров, животные попадают в зону низкого давления и погибают от внутреннего кровоизлияния, вызванного резким расширением легких. 

На юге Испании — в провинции Эстремадура — из-за ошибок на этапе планирования ветропарки были построены на пути миграций огромного количества перелетных птиц через Гибралтар. Этот факт, говорится в докладе испанского отделения орнитологического сообщества SEO BirdLife, может негативно отразиться на популяциях птиц всего северного полушария и угрожать отдельным редким видам, таким, как испанский королевский орел.

В ряде других исследований, впрочем, утверждается, что от столкновения с ветряными турбинами птицы гибнут гораздо реже, чем от других причин, связанных с деятельностью человека. В США, к примеру, чаще всего птицы становятся жертвами домашних кошек, сотни миллионов птиц ежегодно врезаются в окна высотных зданий и лобовые стекла движущихся автомобилей, десятки миллионов гибнут на линиях электропередач.

Однако испанские орнитологи из SEO BirdLife настаивают на том, что подобные исследования несовершенны, поскольку их выводы основаны на небольших размерах выборки. «Нельзя упускать из виду и тот факт, что даже невысокая смертность может иметь решающее значение для видов, находящихся под угрозой исчезновения, или с очень низким уровнем размножения», — говорится в отчете группы.

Как минимизировать опасность от ветряков для живой природы?

За пределами Европы — в Южной Африке — местное отделение орнитологического сообщества BirdLife недавно отпраздновало победу: благодаря его усилиям, в горном массиве Грут Винтерхоек примерно в 120 км от Кейптауна было отменено строительство ветропарка, появление которого могло бы стать угрозой для редких видов птиц. Южноафриканское отделение координирует работу Целевой группы по вопросам энергетики, созданной в соответствии с Конвенцией ООН по сохранению мигрирующих видов диких животных (CMS). Одной из ее задач является определение территорий, где можно строить объекты возобновляемой энергетики без вреда популяциям птиц.

Многие эксперты сходятся во мнении, что правильное расположение ветропарков и технологические усовершенствования в большинстве случаев позволят минимизировать опасность ветрогенераторов для биологического разнообразия. Довольно эффективным, на их взгляд, может стать выборочное отключение турбин в местах массового скопления перелетных птиц.

Выборочное отключение турбин уменьшает вероятность столкновения птиц с лопастями

Исследование 2012 года, опубликованное в ведущем международном журнале в области биологии и охраны природы Biological Conservation, зафиксировало 50-процентное снижение смертности стервятников на 13 ветряных электростанциях в Кадисе, на юге Испании, после того, как турбины стали выключать в момент приближения к ним птиц. Производство электроэнергии при этом снижалось всего на 0,7 процента в год.

Эксперты Американского института изучения природы ветра (AWWI) проанализировали случаи гибели птиц от столкновения с ветряными турбинами и пришли к выводу, что уменьшение скорости вращения лопастей при низкой скорости ветра может сократить число смертельных случаев на 50-87 процентов.

Кому должны принадлежать ветрогенераторы?

И хотя экологам не всегда удается предотвратить строительство ветропарков и свести к нулю их опасность для птиц и летучих мышей, эксперты убеждены в том, что отношение к ним будет более позитивным, если к дискуссиям, связанным с использованием альтернативных источников энергии, привлекать жителей тех регионов, где устанавливаются ветрогенераторы.

Позитивное отношение к ветровой электрогенерации можно сформировать, если «максимально вовлекать к обсуждению этой темы всех, на чью жизнь влияет строительство ветряных электростанций, и изначально гарантировать им максимально возможные права собственности и преимущества», — уверен генеральный секретарь Всемирной ветроэнергетической ассоциации (WWEA) Штефан Гзенгер.

В развивающихся странах, таких, как, к примеру, Мали, возобновляемые источники энергии играют особенно важную роль в преодолении бедности, и передача их в собственность местным общинам может изменить ситуацию к лучшему, убежден Гзенгер. «У людей была бы не только энергия, но и контроль над ней», — объясняет он.

В одном взгляды сторонника строительства ветряных электростанций Штефана Гзенгера и их активного противника Габриэле Нихаус-Юбель сходятся: если ветрогенераторы передать в собственность людям и позволить им принимать участие в решении всех важных вопросов, связанных с эксплуатацией, это поможет уменьшить негативное воздействие ветряных электростанций на окружающую среду. Ведь люди, которым принадлежит земля, любят и ценят ее больше, чем кто-либо другой.

______________

Подписывайтесь на наши каналы о России, Германии и Европе в | Twitter | Facebook | YouTube | Telegram 

 Смотрите также:

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дисен-ам-Аммерзе (Бавария) • На прошлой июльской неделе мы опубликовали этот снимок из Баварии в нашей рубрике «Кадр за кадром» — причем, руководствуясь чисто эстетическими соображениями: не смогли пройти мимо столь живописного ландшафта. Публикация этого пейзажа с солнечными батареями вызвала оживленное обсуждение в соцсетях — о пользе и вреде возобновляемых источников энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лемвердер (Нижней Саксония) • Поэтому сегодня продолжим тему солнечных панелей и ветряков на немецких просторах. На возобновляемые источники в Германии уже приходится более 40 процентов всего объема вырабатываемой электроэнергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ульм (Баден-Вюртемберг) • При этом официальная немецкая статистика в этих данных учитывает энергию ветра, солнца, воды, а также получаемую разными путями из биомассы и органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Якобсдорф (Бранденбург) • В 2018 году на наземные (оншорные) и морские (офшорные) ветроэнергетические установки и парки в Германии пришлась почти половина всего объема произведенной возобновляемой энергии — 41 % и 8 % соответственно.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Пайц (Бранденбург) • Доля солнечных электростанций в этом возобновляемом энергетическом «коктейле» достигла 20 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Юнде (Нижняя Саксония) • Ровно столько же, то есть 20 % пришлось на использование биомассы в качестве альтернативного источника электрической энергии. Еще три процента дает использование органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Хаймбах (Северный Рейн — Вестфалия) • Оставшиеся семь процентов возобновляемой энергии приходятся на ГЭС. Возможности для строительства гидроэлектростанций в Германии ограничены, но используются эти ресурсы уже очень давно. Эту электростанцию в регионе Айфель построили в 1905 году. Оснащенная современными турбинами, она исправно работает до сих пор.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Халлиг Хооге (Шлезвиг-Гольштейн) • Для полноты картины приведем расклад по всем источникам в Германии за 2018 год: АЭС — 13,3 %, бурый уголь — 24,1 %, каменный уголь — 14,0 %, природный газ — 7,4 %, ГЭС — 3,2 %, ветер — 20,2%, солнце — 8,5 %, биомасса — 8,3 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Гарцвайлер (Северный Рейн — Вестфалия) • В 2038 году в Германии намерены полностью отказаться от сжигания бурого угля для получения электроэнергии. Последний атомный реактор, согласно решению федерального правительства, должны вывести из эксплуатации в 2022 году. В прошлом году на АЭС и бурый уголь пришлось более 37 %, которые необходимо будет чем-то замещать.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • По данным на конец 2018 года в Германии насчитывалось более 29 тысяч наземных ветроэнергетических турбин. В прибрежных морских водах Германии расположено еще около 1350 ветряков, однако более четырех десятков из них еще не были подключены в энергетическую сеть.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Северное море (Шлезвиг-Гольштейн) • Серьезную проблему представляет необходимость строительства новых энергетических трасс для транспортировки энергии из северных регионов, где ветер дует чаще и сильнее (здесь много таких турбин), к потребителям в западные и южные части Германии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лебус (Бранденбург) • Эти планы вызывают протесты жителей в тех густонаселенных регионах, по которым линии электропередач должны проходить. В некоторых местах люди требуют убирать высоковольтные ЛЭП под землю.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Рюген (Мекленбург — Передняя Померания) • Планы установки новых ветроэнергетических турбин в разных регионах все чаще наталкиваются в Германии на сопротивление со стороны населения. Соответствующие судебные иски часто имеют успех, что уже заметно сказывается на годовых показателях роста отрасли — тем более, что подходящие места становится находить все труднее.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Вормс (Рейнланд-Пфальц) • Согласно данным службы Deutsche WindGuard, в 2018 году в Германии было введено в эксплуатацию всего 743 новых ветряка. При этом предыдущий 2017 год оказался рекордным в истории развития этого вида возобновляемой энергии в ФРГ: почти 1849 новых установок.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дассов (Мекленбург — Передняя Померания) • Всего в Германии сейчас насчитывается около тысячи гражданских инициатив, выступающих против строительства новых ветряков. Их сторонники считают, что эти установки разрушают жизненное пространство птиц и летучих мышей, уродуют ландшафты, а инфразвук и прочий постоянный шум этих установок вредит здоровью людей, живущих по соседству.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Восточная Фризия (Нижняя Саксония) • Эти инициативы требуют, в частности, в качестве альтернативы рассматривать газовые и паровые электростанции, повышать эффективность угольных станций, а также пересмотреть решение парламента и правительства Германии об отказе от атомной энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Зауэрланд (Северный Рейн — Вестфалия) • Представители отрасли обычно указывают на недоказанность негативного влияния инфразвука на здоровье. Что касается гибели птиц из-за ветровых установок, специалисты называют разные цифры, максимум — до 200 тысяч в год в целом по Германии. Для сравнения: в результате столкновений со стеклами окон и фасадов погибает около 18 миллионов птиц в год.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • Летучих мышей гибнет более 100 тысяч в год (по некоторым оценкам, втрое больше) — не только от столкновений с лопастями, но и из-за травм, получаемых в результате завихрений воздуха, когда они пролетают рядом. Много гибнет во время сезонной миграции. Эксперты требуют учитывать эти факторы — в частности, отключать ветряки в часы особой активности летучих мышей.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Бедбург-Хау (Северный Рейн — Вестфалия) • Правила выбора мест для ветряков регулируются земельными законами. Например, в Северном Рейне — Вестфалии минимальное расстояние до жилых построек составляет 1500 метров, в Тюрингии — 750 метров. В Баварии это расстояние вычисляется по формуле «Высота установки х 10», то есть, например, два километра между жилыми зданиями и двухсотметровым ветряком.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ренцов (Мекленбург — Передняя Померания) • Дискуссии о развитии возобновляемых источников энергии часто ведутся в Германии эмоционально и будут продолжаться в обозримом будущем. Чтобы повысить готовность населения видеть в окрестностях такие установки, предлагается, в частности, отчислять дополнительную часть доходов конкретным регионам на различные нужные и полезные для местных жителей проекты.

  Автор: Максим Нелюбин

как работает, достоинства и недостатки

Как работает вертикальный ветрогенератор

Данные установки преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения приводного вала. Вертикальная ось ветровой турбины соединена с ротором, работающим также в вертикальном положении. Ротор и генератор расположены в нижней части башни.

Лопасти ветряка присоединены прямо к центральной оси, соединенной с ротором генератора. Генератор располагается в нижней части установки, иногда даже на уровне земли.

Таким образом, при вращении лопастей винта ротор генератора также приходит в движение и, следовательно, появляется возможность выработки электроэнергии.

Видео: работа генератора с вертикальной осью вращения

Рассматриваемые ветряки не нуждаются в дополнительном оборудовании, которое определяет направление ветра и корректирует положение ветряка в соответствие с ним. На ветрогенераторах с горизонтальной осью вращения в качестве подобного устройства выступает специальная хвостовая лопасть.

Кроме того, эти турбины более устойчивы к турбулентности, чем стандартные горизонтальные.

Перечислим некоторые из доступных на сегодняшний день моделей таких генераторов: Giromill, ротор Дарье, ветряные мельницы с вращающимися парусами и турбины Савониуса.

Преимущества

• Основным достоинством является ортогональное расположение оси ротора, позволяющее размещать устройство вблизи поверхности земли. Соответственно, ветрогенератор и передаточный механизм расположены на этой же высоте и не требуют сооружения высоких конструкций для их установки.

• Кроме того, турбина не обязательно должна быть ориентирована по направлению ветра, что делает её очень простой в эксплуатации.

• Применение вертикальных ветрогенераторов даёт высокий эффект при их установке на верхней части холмов, столовых гор, по линии горных хребтов и в других местах, где вблизи поверхности земли присутствуют турбулентные потоки воздуха.

• В местах, где запрещено размещение высотных ветровых турбин, могут быть расположены вертикальные. При этом, вы сэкономите денежные средства и время, которые потребовались бы вам для получения соответствующих согласований для разработки и монтажа высоких башенных установок ветряков с горизонтальным расположением вала.

• Также, неоспоримым преимуществом устройств с вертикальным валом является их возможность поворота в любом направлении вместе с ветром.

Недостатки

• Одним из недостатков вертикальных турбин является их низкая эффективность в зоне постоянных ветров. Это происходит из-за высокой силы сопротивления, действующей с противоположной стороны, при попытке захватить движущийся поток воздуха.

  Поэтому, на равнинах и других местах с преобладающими постоянными ветровыми потоками наилучшим вариантом являются горизонтальные ветроустановки. Они позволяют наиболее полно использовать энергию ветра в данных районах.

  При наличии же турбулентных потоков у поверхности земли рекомендуется применять ортогональные ветроустановки.

• Другим минусом вертикальных ветроустановок является возможность разрушения лопастей винта. Это вызвано тем, что при вращении вокруг главной оси, на них постоянно воздействуют центробежные силы. То есть, со временем, лопасти сгибаются, трескаются и разрушаются. При их поломке вся машина выходит из строя.
• Если разместить ветряк рядом со зданием, то он не будет работать, так как находится в мертвом воздушном пространстве.

Вывод

Вертикальные ветроустановки существуют в течение тысяч лет, но из-за плохой надежности и эффективности они не пользуются популярностью. Однако, их продолжают выпускать и по сей день.

Производители утверждают, что данные устройства могут уловить ветер любого направления, что, по сути, также верно и для горизонтальных турбин.

По сравнению с горизонтальными установками, рассматриваемые модели обладают меньшим коэффициентом полезного действия.

Принцип работы ветрогенератора — видео и обзор.

Выходная мощность ветровых электростанций может достигать 3000 Вт и более.
Данные установки идеальны для применения в отдаленных районах. Их используют для электроснабжения дачных домиков, туристических лагерей, домов отдыха, парусных лодок и других сооружений.

Ветрогенераторы можно использовать для питания небольших бытовых приборов и электроинструментов, а также для зарядки аккумуляторов. Почти на каждой ферме в отдаленных районах вы можете встретить ветровую установку. Их обычно строят в районах, где преобладает ветреная погода.

Ветровые электростанции не оказывают вредного влияния на экологию, являются экономически выгодным вложением и надежными для электроснабжения различных объектов. Главное достоинство ветряных установок – использование неисчерпаемого источника энергии. Не секрет, что принцип работы ветрогенератора заключается в преобразовании кинетической энергии ветра в электрическую.

Этот способ выработки электричества не приводит к образованию побочных продуктов, и, следовательно, к загрязнению окружающей среды. Также, вам не придется тратиться на топливо, так как вращения их подвижной части обеспечивается ветром.

Как работает турбина ветрогенератора?

Принцип работы ветрогенератора подобен функционированию турбин самолета. Отличие лишь в том, что лопасти ветряка вращаются на месте под воздействием порывов ветра. Ввиду своего гигантского размера, они эффективно поглощают энергию ветра, которая затем преобразуется в электричество.

Лопасти винта имеют специальную форму, позволяющую им с легкостью реагировать на движение воздушных масс. Потоки проходящего воздуха заставляют винт вращаться, причем вам может показаться, что скорость вращения довольно мала. Но затем, с помощью передаточных механизмов, вращение винта приводит в движение шестерни меньшего размера, скорость которых уже заметно выше.

Данные приспособления разгоняют вал привода до частоты оборотов, достаточной для успешного завершения преобразования энергии ветра в электричество.

Для получения наибольшей электрической мощности на выходе генератора, винты ветряков устанавливаются на максимально возможной высоте. Лопасти винтов обычно достигают 70 м. или 230 футов в диаметре, что в 30 раз превышает размах крыльев орла.

Большой размер и охват лопастей делает возможным многократное преумножение силы ветра. Поэтому, даже легкий порыв, захваченный внешний краем винта, может привести последний в движение.

Видео: принцип работы ветрогенератора (ветряка)

Плюсы и минусы ветрогенераторов

Преимущества ветряков

Прежде чем приобрести подобный генератор, требуется взвесить все плюсы и минусы покупки. Достоинств у данных устройств больше, чем недостатков.

• Основным преимуществом является их безопасность с точки зрения экологии. Это возможно благодаря тому, что использование энергии ветра не ведет к образованию побочных продуктов и выхлопных газов. Данные вещества обычно образуются при сжигании топлива и выбрасываются в атмосферу, нанося непоправимый вред здоровью людей и животных, проживающих в близлежащих районах.
• Еще одним аргументом в пользу данных установок является то, что вам не придётся платить за топливо. То есть, все затраты связаны только с приобретением генератора. Это немалые затраты, но они в скором времени окупаются, ведь вам больше не нужно платить за потребляемую из сети электроэнергию.

Недостатки ветрогенераторов

• Основным недостатком ветрогенераторов является то, что этим возобновляемым источником невозможно управлять как многими современными ресурсами. Поэтому, количество вырабатываемой электроэнергии каждый день может быть различным. Если же энергии от ветряка вам недостаточно, то вы вынуждены использовать резервный источник питания, работающий на ископаемом топливе.
• Кроме того, ветровые установки занимают довольно большую площадь, причем для достижения необходимого эффекта они должны быть размещены на возвышенности.
• Прежде чем приобрести ветрогенераторы, обязательно согласуйте это с вашими соседями. Это необходимо, так как работа этих устройств может сопровождаться телевизионными помехами и высоким уровнем шума.
• Также, известны случаи обращения за медицинской помощью людей, проживающих вблизи рассматриваемых установок. Это заболевание получило название «синдром ветровых турбин». Человек, страдающий этим синдромом, испытывает частые головные боли и другие недомогания, связанные с длительным воздействием низкочастотных вибраций и шумов.
• Довольно неприятным фактором также является и то, что множество птиц и летучих мышей часто погибает при столкновении с лопастями винтов генераторов.

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Как устроен ветрогенератор

Любой ветрогенератор состоит из таких компонентов как;

— генератор, который вырабатывает переменный ток, и в дальнейшем преобразуется в постоянное напряжение, предназначенное для зарядки аккумуляторов. От скорости ветра зависит и мощность генератора;- лопасти, предназначены для передачи вращения к валу генератора через редукторы и стабилизаторы скорости вращения ротора генератора;
— мачта ветряка должна иметь достаточную высоту. Чем выше находятся лопасти, тем больше они получат энергии ветра.

Также в устройство ветрогенератора входят;

— контроллер, необходимый для преобразования переменного напряжения идущего с генератора, в постоянное напряжение и последующей зарядкой аккумуляторов. Контроллер управляет поворотом лопастей, и контролируют направление ветра;
— аккумуляторы накапливают электроэнергию, чтобы использовать ее при небольшом ветре или его отсутствии. Батарея также хорошо стабилизирует электроэнергию, полученную от генератора;
— датчик направления ветра помогает лопастям «поймать» ветер;
— АВР представляет собой устройство автоматического переключения между ветрогенератором и другими источниками электроэнергии, например электросетью, генератором, солнечными панелями;
— инвертор предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с аккумуляторов, в переменное напряжение для домашней электросети. Инверторы могут разделяться по типу синусоиды для разных потребителей электроэнергии.

Устройство ветрогенератора

1. Инвертор модифицированной синусоиды на выходе выдает квадратную синусоиду, предназначенную для не требовательных потребителей к качеству сети – это тэны, накальные лампы освещения.
2. Инверторы с чистой синусоидой по качеству выходного напряжения подходят даже для самых требовательных потребителей электроэнергии.
3. Инверторы трехфазного напряжения предназначены для трехфазных сетей.
4. Сетевой инвертор работает без аккумулятора и способен к выводу электроэнергии в общую сеть.

Принцип действия ветрогенератора

Принцип работы ветрогенератора построен на преобразовании кинетической энергии силы ветра в энергию вращения вала генератора. Для вертикальных ветрогенераторов, вертикальная ось соединена с вертикальным ротором. Генератор и ротор расположены внизу конструкции. Лопасти закреплены в вертикальной оси.

Вращаясь, лопасти заставляют вращаться ротор генератора, который начинает вырабатывать переменный и нестабильный ток. Это ток идет на контроллер, который преобразует его в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторы. С аккумулятора питание идет на инвертор, назначение которого превращение постоянного тока в переменное напряжением 220 В или 380 В, которое поступает к потребителям электроэнергии.

Схемы работы ветрогенераторов

Вариантов работы ветрогенератора может быть несколько:

1. Автономная работа ветрогенератора.

Автономная работа ветрогенератора

2. Такая совместная работа считается очень надежным и эффективным способом автономного электроснабжения. При отсутствии ветра, работают солнечные батареи. Ночью, когда не работают солнечные батареи, аккумулятор заряжается от ветровой установки.

Параллельная работа ветрогенератора с солнечными панелями

3. Ветрогенератор также может работать параллельно с электросетью. При избытке электроэнергии, она поступает в общую сеть, а при недостатке ее потребители электроэнергии работают от общей электросети.

Параллельная работа ветрогенератора с электросетью

Ветряные генераторы могут прекрасно работать с любыми видом автономного электроснабжения и общей электросетью. Создавая при этом единую систему энергоснабжения.

FAQ по ветрякам

Как работает ветряная турбина

От огромных ветряных электростанций, вырабатывающих электроэнергию, до небольших турбин, питающих один дом, ветряные турбины по всему миру производят чистую электроэнергию для различных нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно ветроэнергетических мощностей, чтобы вырабатывать достаточно электроэнергии для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к экологически чистой энергии будущего.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для генерации механической энергии восходит к тысячелетиям. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил. Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распиловки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоит из трех лопастей, установленных на опоре из стальных труб.Реже встречаются варианты с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать преимущества более высоких скоростей ветра, обнаруживаемых на больших высотах.

Турбины улавливают энергию ветра с помощью лопастей, похожих на пропеллер, которые действуют как крыло самолета. Когда дует ветер, с одной стороны лезвия образуется карман с воздухом низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, вызывая вращение ротора.Это называется лифтом. Сила подъемной силы намного сильнее, чем сила ветра на передней стороне лопасти, что называется сопротивлением. Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивают вращение ротора примерно с 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины вырабатывать электричество переменного тока.

Обтекаемый корпус, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины — обычно включая шестерни, ротор и генератор — находятся внутри корпуса, называемого гондолой.Некоторые гондолы, расположенные на вершине турбинной башни, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Другой ключевой компонент — это контроллер турбины, который не позволяет скорости ротора превышать 55 миль в час, чтобы избежать повреждения из-за сильного ветра. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивный рисунок выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Есть два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью работают либо против ветра (ветер ударяет лопасти перед башней), либо по ветру (ветер бьет в башню перед лопастями). Ветровые турбины также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы ротор был обращен к ветру при изменении его направления.

Хотя существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и более) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью делятся на две основные конструкции:

• Drag-based или Savonius, турбины обычно имеют роторы с твердыми лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
• Лифтовые турбины, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые имеют форму взбивания яиц).Windspire — это тип лифтовой турбины, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветроэнергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Применение ветряных турбин

Ветровые турбины используются в самых разных сферах — от использования прибрежных ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

• Большие ветряные турбины, чаще всего используемые коммунальными предприятиями для подачи энергии в сеть, варьируются от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти промышленные турбины часто объединяются в ветряные электростанции для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивающих достаточную мощность для десятков тысяч домов.
• Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно устанавливаются рядом с местами, где будет использоваться произведенная электроэнергия, например, возле домов, телекоммуникационных тарелок или водонасосных станций. Небольшие турбины иногда подключаются к дизельным генераторам, батареям и фотоэлектрическим системам.Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где нет подключения к коммунальной сети.
• Морские ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, постоянных ветров, возникающих у береговых линий. Потенциал технических ресурсов ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующие мощности нынешних США.электроэнергетическая система. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это дает большую возможность обеспечить энергией густонаселенные прибрежные города. Чтобы воспользоваться преимуществами огромных морских ветровых ресурсов Америки, министерство инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, разработанных для развертывания морских ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году.

Будущее ветряных турбин

Для обеспечения будущего роста США ветроэнергетика, ветровая программа Министерства энергетики работает с отраслевыми партнерами для повышения надежности и эффективности ветряных турбин, а также для снижения затрат.Исследования программы помогли увеличить средний коэффициент использования мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 годы. от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов за киловатт-час сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

Ветряные турбины предлагают уникальную возможность использовать энергию в тех регионах, где население нашей страны нуждается в ней больше всего.Это включает в себя потенциал оффшорного ветра для обеспечения энергией населенных пунктов вблизи береговой линии и способность наземного ветра доставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким содержанием углерода.

Министерство энергетики продолжает работу по развертыванию энергии ветра в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и безопасной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

Как работает ветряная турбина?

Что такое ветряк?

Ветряная турбина — это самая современная версия ветряной мельницы.Проще говоря, он использует силу ветра для производства электричества. Наиболее заметны большие ветряные турбины, но вы также можете купить небольшую ветряную турбину для индивидуального использования, например, для обеспечения энергией каравана или лодки.

Что такое ветряная электростанция?

Ветряная электростанция — это группа ветряных турбин. Довольно впечатляет мысль о том, что электричество, которое так сильно влияет на нашу жизнь — от зарядки наших телефонов, до того, как мы можем приготовить чашку кофе и, все чаще, заправлять наши автомобили — могло начаться с простого порыва ветра. .

Как работает ветряная турбина?

Сначала давайте начнем с видимых частей ветряной электростанции, которые мы все привыкли видеть — этих высоких белых или бледно-серых турбин. Каждая из этих турбин состоит из набора лопастей, коробки рядом с ними, называемой гондолой, и вала. Ветер — а это может быть просто легкий ветерок — заставляет лопасти вращаться, создавая кинетическую энергию. Вращающиеся таким образом лопасти также заставляют вращаться вал в гондоле, а генератор в гондоле преобразует эту кинетическую энергию в электрическую.

Что происходит с электричеством, вырабатываемым ветряной турбиной?

Для подключения к национальной сети электрическая энергия затем пропускается через трансформатор на объекте, который увеличивает напряжение до уровня, используемого в национальной электроэнергетической системе. Именно на этом этапе электричество обычно подается в передающую сеть Национальной энергосистемы, готовую к передаче, чтобы в конечном итоге ее можно было использовать в домах и на предприятиях. В качестве альтернативы, ветряная электростанция или отдельная ветряная турбина могут вырабатывать электроэнергию, которая используется частным образом отдельными лицами или небольшими группами домов или предприятий.

Почему ветряки обычно белые или бледно-серые?

Ветряные турбины обычно бывают либо белыми, либо очень бледно-серыми — идея состоит в том, чтобы сделать их визуально ненавязчивыми, насколько это возможно. Обсуждается, следует ли их перекрашивать в другие цвета, особенно в зеленый, в некоторых условиях, чтобы они лучше гармонировали с окружающей средой.

Насколько сильным должен быть ветер для работы ветряной турбины?

Ветровые турбины могут работать при любой скорости ветра — от очень слабой до очень сильной.Они генерируют около 80% времени, но не всегда на полную мощность. При очень сильном ветре они отключаются, чтобы предотвратить повреждение.

Где расположены ветряные электростанции?

Ветряные электростанции, как правило, располагаются в самых ветреных местах, чтобы максимально использовать энергию, которую они могут производить — вот почему вы с большей вероятностью увидите их на склонах холмов или на побережье. Ветряные электростанции, расположенные в море, называются оффшорными ветряными электростанциями, а расположенные на суше — наземными ветряными фермами.

Где была первая ветряная турбина и первая ветряная электростанция?

Самая первая ветряная турбина, вырабатывающая электричество, была создана профессором Джеймсом Блайтом в своем доме отдыха в Шотландии в 1887 году.Он был 10 метров в высоту и имел парусину.

Первая в мире ветряная электростанция открылась в Нью-Гэмпшире в США в 1980 году.

Вредны ли ветряные электростанции для птиц?

Дело в том, что Изменение климата представляет собой самую большую долговременную угрозу для птиц и других диких животных. И возобновляемые источники энергии, ключевыми компонентами которых являются ветряные турбины, необходимы для сокращения парниковых газов .

Британское благотворительное Королевское общество защиты птиц ( RSPB ) признает эту более широкую картину, заявляя: «Переход на возобновляемые источники энергии сейчас, а не через 10 или 20 лет, необходим, если мы хотим стабилизировать выбросы парниковых газов в атмосфера на безопасном уровне.”

Разработчики ветряных электростанций тесно сотрудничают с RSPB и местными экологическими группами в рамках процесса консультаций по выбору ветряных электростанций, чтобы продолжить рост наземной и морской ветроэнергетики, одновременно компенсируя любой потенциальный вред для птиц в результате утраты среды обитания, нарушения и столкновение.

В отчете США делается вывод о том, что влияние энергии ветра на популяции птиц относительно невелико по сравнению с падением жертвой кошек и столкновениями с высотными зданиями.

Сколько энергии в Великобритании вырабатывается ветром?

Узнайте, сколько энергии в Великобритании вырабатывается ветром, с помощью приложения National Grid ESO для Google Play или Apple iOS .

Как работают ветряные генераторы?

Как работают ветряные генераторы? Ветровые турбины обычно работают по простому принципу: вместо использования электричества для создания ветра, такого как вентилятор, ветряные турбины используют ветер для производства электричества.Ветер вращает похожие на пропеллер лопасти турбины внутри ротора, который вращает генератор для выработки электричества.

Как работают ветряные генераторы?

Скорость и характер ветрового потока значительно различаются по всему миру и зависят от растительности, водоемов и рельефа местности. Люди используют этот поток ветра или силу движения для многих целей: запускать воздушный змей, плавать под парусом и даже производить электричество. Термины «энергия ветра» и «энергия ветра» объясняют процедуру, с помощью которой ветер используется для производства механической энергии или электричества.Эта механическая энергия может использоваться для различных целей (например, перекачивания воды или измельчения зерна), или генератор может преобразовывать эту механическую энергию в электричество.

Как работают ветряные генераторы? (Ссылка: Renewableenergyhub.co.uk )

Ветряная турбина преобразует энергию ветра в электричество, используя аэродинамическую силу от лопастей ротора, которые действуют как лопасти винта вертолета или крыло самолета. Когда ветер движется поперек лопасти, давление воздуха на одну часть лопасти уменьшается.Разница в давлении воздуха в двух частях лопасти создает как силу сопротивления, так и подъемную силу.

Подъемная сила больше, чем сопротивление, и это заставляет ротор вращаться. Ротор прикреплен к генератору либо прямо (если это турбина с прямым приводом), либо внутри вала и последовательного расположения шестерен (или коробки передач), которые увеличивают скорость вращения и позволяют использовать генератор с физически меньшими размерами. Этот эффект аэродинамической силы вращает генератор для производства электричества.Посетите здесь, чтобы увидеть этот эффект теоретически.

Как ветряная турбина вырабатывает электричество?

Основным элементом ветряной турбины является генератор, преобразующий механическую энергию в электричество. С начала 20 века нам известно, что если повернуть проводник в магнитной среде, он производит электричество в соответствии с законом Фарадея. Итак, ветер обеспечивает крутящий момент и движение, а генератор делает все остальное.

Для промышленных турбин, подобных тем, которые вы можете увидеть на ветряных электростанциях, обычно имеется анемометр, присоединенный к панели управления.Турбина работает при скорости ветра более 8 миль в час, но система отключается со скоростью более 50 миль в час, чтобы предотвратить повреждение.

Wind Farm View (Ссылка: energy.gov )

Редуктор используется для изменения замедленного движения, которое мы видим от лопастей, вращающихся, на более быстрое движение оси, которая практически управляет генератором. Это один из самых дорогих компонентов системы, преобразующий скорость от 25 до 50 оборотов в минуту в тысячу оборотов в минуту.Это одна из областей, которую разработчики и исследователи стремятся создать более эффективно, чтобы более мощный электрический ток мог генерироваться на более медленных скоростях.

Привод рыскания обычно используется для поворота группы лопастей против встречного ветра, чтобы справиться с переменным направлением ветра. Генератор вырабатывает переменный ток, который подается в систему и используется для питания окружающих домов. Если вы хотите больше узнать о принципе работы генератора ветряных турбин, вам следует сначала взглянуть на их различные типы.

Типы ветряных генераторов

Когда мы хотим дать ответ на этот главный вопрос: «Как работают ветряные генераторы?», Мы должны более подробно изучить структуру различных типов. Ветряная турбина состоит из двух основных частей: лопасти ротора и генератора ветряной турбины или WTG. WTG — это электрическая система, используемая для производства электроэнергии. Электрический генератор с низкой частотой вращения используется для преобразования механической энергии вращения, производимой силой ветра, в полезную электроэнергию, чтобы обеспечить электричеством наши дома, и он лежит в основе любой ветроэнергетической системы.

Индукционный генератор (Ссылка: energy.gov )

Преобразование вращательной механической энергии, создаваемой лопастями ротора (представленных как первичный двигатель), в полезную электрическую энергию для использования в осветительных приборах и бытовом энергоснабжении или для зарядки аккумуляторов. эксплуатируется любым из следующих основных видов вращающихся электрических систем, обычно используемых в ветроэнергетических установках:

• Индукционная система переменного тока (AC), также представленная как генератор переменного тока
• Система постоянного тока (DC), также представленная как a Dynamo
• Синхронная система переменного тока (AC), также представленная как генератор переменного тока

Все эти электрические системы представляют собой электромеханические инструменты, которые работают на основе закона электромагнитной индукции Фарадея.То есть они работают с взаимодействием электрического тока и магнитного потока или потока заряда. Поскольку эта процедура является обратимой, та же система может использоваться как обычный электродвигатель для преобразования электрической энергии в механическую или как генератор, преобразующий механическую энергию обратно в электрическую.

Электрические системы, наиболее часто используемые для ветряных турбин, — это системы, работающие в качестве генераторов, при этом индукционные генераторы и синхронные генераторы обычно используются в более крупных установках ветряных турбин.Как правило, в самодельных или небольших ветряных турбинах обычно используется низкоскоростная система постоянного тока или динамо, поскольку они компактны, дешевы и намного проще в подключении.

Итак, имеет ли значение, какую электрическую систему мы можем использовать для создания энергии ветра? Лучшим ответом будет как «Нет», так и «Да», поскольку все зависит от формы настройки и приложения, которое вы хотите. Низковольтный выход постоянного тока от генератора или динамо-машины более старой формы может использоваться для зарядки батарей, тогда как более высокий синусоидальный тип переменного тока от генератора переменного тока может быть подключен непосредственно к местной сети.

Кроме того, выходное напряжение и потребность в энергии полностью зависят от имеющихся у вас приборов и от того, как вы хотите их использовать. Кроме того, они связаны с местом расположения генератора ветровой турбины: будет ли источник ветра поддерживать его непрерывное вращение в течение длительных периодов времени, или скорость генератора и, следовательно, его выходная скорость будут уменьшаться и увеличиваться с изменениями текущего ветра.

Производство электроэнергии

Генератор ветряной турбины — это то, что производит электричество путем преобразования механической энергии в электрическую.Давайте здесь будем точными; они не производят энергии и не производят больше электрической энергии, чем количество механической энергии, используемой для перемещения лопастей ротора. Чем выше «энергия» или электрическая нагрузка, предъявляемая к системе, тем больше механической нагрузки требуется для вращения ротора. Вот почему генераторы бывают разных размеров и вырабатывают разное количество электроэнергии.

В случае «ветряного генератора», ветер толкает прямо против лопастей турбины, что преобразует линейное движение ветра во вращательное, что необходимо для вращения ротора генератора, и чем сильнее он толкает, тем больше электроэнергии может быть произведено.Тогда жизненно важно иметь соответствующую модель лопасти ветряной турбины, чтобы извлекать из ветра как можно больше энергии.

Все электрические турбогенераторы работают за счет воздействия магнитного поля на электрическую катушку. Когда электроны движутся внутри электрической катушки, вокруг нее создается магнитная среда. Точно так же, когда магнитное поле проходит мимо катушки с проволокой, в катушке возникает напряжение, как это объясняется законом магнитной индукции Фарадея, заставляющим электроны двигаться.

Простой генератор, использующий магнитную индукцию

Затем мы можем увидеть, что, пропуская магнит через одиночный виток провода, напряжение, вводимое как ЭДС (электродвижущая сила), индуцируется через петлю провода на основе магнитного поля. системы. Когда в проволочной петле возникает напряжение, электрический ток в случае потока электронов начинает течь по петле, создавая электричество.

Простой генератор, использующий магнитную индукцию (Ссылка: Renewableenergyhub.co.uk )

Но что, если бы вместо простой отдельной проволочной петли, как показано, у нас было бы несколько петель одного размера, соединенных вместе, чтобы создать катушку из проволоки? Конечно, в этом случае при той же величине магнитного поля может быть получено гораздо больше напряжения и, следовательно, тока.

Это связано с тем, что магнитный поток разрезает большее количество проводов, создавая более высокую ЭДС, и это основной принцип закона электромагнитного воздействия Фарадея, и система переменного тока использует этот принцип для преобразования механической энергии, такой как движение ветряной турбины или гидротурбина, в электрическую энергию, генерирующую синусоидальную форму волны.

Итак, мы видим, что есть три основных требования для производства электроэнергии, а именно:

• Катушка или расположение проводников
• Настройка магнитного поля
• Относительное движение между полем и проводниками

Тогда чем быстрее катушка с проволокой циркулирует, тем выше скорость модификации, при которой магнитный поток сокращается катушкой, и тем выше создаваемая ЭДС в катушке. Точно так же, если магнитный поток создается сильнее, созданная ЭДС улучшится при той же скорости вращения.В результате наведенная ЭДС пропорциональна Φ и N. Где «Φ» — это поток магнитного поля, а «N» — скорость вращения. Кроме того, полярность создаваемого напряжения зависит от направления магнитных проводов потока и направления движения проводника.

Существуют две основные формы электрического генератора и генератора переменного тока: генератор с возбужденным полем и генератор на постоянных магнитах с обеими формами, включая две основные части: ротор и статор.

Ротор — это часть системы, которая «вращается». Опять же, ротор может иметь движущиеся выходные катушки или определенные типы постоянных магнитов. Статор является «стационарным» компонентом системы и может иметь либо набор постоянных магнитов в рамках своей модели, либо набор электрических обмоток, генерирующих электромагнит. Обычно генераторы и генераторы переменного тока, используемые для генераторов ветряных турбин, объясняются тем, как они создают свой магнетизм, постоянные магниты или электромагниты.

Практических преимуществ и недостатков обеих форм нет. Большинство бытовых ветряных генераторов, представленных на рынке, используют постоянные магниты в конструкции турбогенератора, что создает необходимое магнитное поле при движении системы, хотя в некоторых действительно используются электромагнитные катушки.

Установка ветряной турбины в жилых помещениях (Ссылка: Renewableenergyhub.co.uk )

Эти высокопрочные магниты обычно изготавливаются из редкоземельных материалов, таких как самарий, кобальт (SmCo) или неодимовое железо (NdFe), что устраняет необходимость в обмотках возбуждения. для создания фиксированного магнитного поля, что позволяет создать более простую и прочную конструкцию.Обмотки намотанного поля имеют то преимущество, что их магнетизм (и, следовательно, энергия) согласовывается с различной скоростью ветра, но для создания необходимого магнитного поля требуется дополнительный источник энергии.

Теперь мы понимаем, что электрический генератор поддерживает средство преобразования энергии между механической нагрузкой, создаваемой лопастями ротора, выступающими в качестве первичного двигателя, и некоторыми другими электрическими нагрузками. Механическое соединение ветрогенератора с лопастями ротора выполнено с основным валом, который может быть либо простым прямым приводом, либо за счет использования редуктора для уменьшения или увеличения скорости генератора относительно скорости движения лопастей.

Использование редуктора позволяет лучше согласовать скорость генератора со скоростью турбины, но недостатком использования редуктора является то, что как механическая часть она подвержена износу, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности устройства. . Однако прямой привод может быть проще и эффективнее, но подшипники ротора и вал генератора подвергаются общей массе и вращательной нагрузке лопастей ротора.

Кривая выходной мощности ветряного генератора

Итак, форма ветряного генератора, необходимого для особого местоположения, зависит от мощности ветра и характеристик самой электрической системы.Все ветряные турбины имеют особые характеристики, связанные со скоростью ветра.

Кривая выходной мощности ветряного генератора (Ссылка: alternate-energy-tutorial.com )

Генератор или генератор не вырабатывают выходную мощность, пока его скорость вращения не превысит заданную скорость ветра, когда нагрузка ветра на Лопасти ротора достаточны для преодоления трения, а лопасти ротора достаточно точны, чтобы генератор начал вырабатывать полезную энергию.

Выше этой скорости включения генератор должен создавать мощность, соответствующую кубу скорости ветра (К.V ³ ), пока он не достигнет своей потенциальной номинальной выходной мощности.

Выше этой номинальной скорости мощность ветра на лопастях ротора приближается к оптимальной прочности электрической системы, и генератор вырабатывает свою максимальную или номинальную выходную энергию по мере достижения окна номинальной скорости ветра. Если скорость ветра имеет тенденцию улучшаться, генератор ветряной турбины останавливается при значении отключения, чтобы предотвратить электрические и механические повреждения, что приведет к нулевому производству электроэнергии. Тормозом, предотвращающим повреждение системы, может быть электрический датчик скорости или механический регулятор.

Купить ветрогенератор, такой как ветряные генераторы мощностью 400 Вт, для зарядки аккумуляторов — непростая задача, и есть несколько особенностей, которые следует учитывать. Цена только одна из них. Обязательно выберите электрическую систему, соответствующую вашим требованиям. Если вы устанавливаете конфигурацию с подключением к сети, выберите генератор сетевого напряжения переменного тока. Если вы настраиваете аккумуляторное устройство, поищите систему постоянного тока для зарядки аккумулятора. Также учитывайте механическую структуру генератора, включая размер и вес, рабочую скорость и защиту от окружающих.

Чтобы узнать больше о «Как работают ветряные генераторы», или получить больше информации о ветроэнергетике о различных доступных ветроэнергетических системах, или изучить недостатки и преимущества энергии ветра, щелкните здесь.

Основы ветроэнергетики | NREL

Ветер возникает, когда поверхность земли неравномерно нагревается солнцем. Энергия ветра
можно использовать для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне для улавливания наибольшего количества энергии.На высоте 100 футов (30 метров) и более они могут воспользоваться более быстрым
и менее бурный ветер. Турбины улавливают энергию ветра своим пропеллером.
лезвия. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор .

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, карман низкого давления
воздух образуется на подветренной стороне лопасти.Затем воздушный карман низкого давления вытягивает
лезвие к нему, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт . Сила подъемника на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, направленная против ветра.
передняя сторона клинка, которая называется , лобовое сопротивление . Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, и
вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Исследования ветроэнергетики

NREL в основном проводятся в кампусе Флэтайронс, недалеко от Боулдера, Колорадо.

Ветряные турбины коммунального назначения на ветряной электростанции Сидар-Крик в Гровере, штат Колорадо. Фото Денниса Шредера / NREL

Плавающая морская ветряная турбина VolturnUS с полупогружной плавучей ветроустановкой
Платформа, Университет штата Мэн, часть консорциума DeepCWind. Фотография из Университета штата Мэн

Наземная ветроэнергетика

Ветряные турбины могут использоваться как автономные приложения или их можно подключать к
электросети или даже в сочетании с фотоэлектрической системой (солнечными элементами).За
коммунальные (мегаваттные) источники энергии ветра, большое количество ветряных турбин
обычно строятся близко друг к другу, чтобы сформировать ветряную электростанцию ​​ , также называемую ветровой электростанцией . Некоторые поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные электростанции для снабжения электроэнергией своих потребителей.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи.
Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины.
как способ сократить свои счета за электричество.

Распределенная энергия ветра

Малые ветровые системы также обладают потенциалом в качестве распределенных энергоресурсов. Распространено
энергоресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства энергии.
которые могут быть объединены для улучшения работы системы подачи электроэнергии.
Для получения дополнительной информации о распределенном ветре посетите Управление ветроэнергетических технологий Министерства энергетики США.

Морская ветроэнергетика

Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль в США. Америки
первая оффшорная ветряная электростанция, расположенная в Род-Айленде, у побережья острова Блок,
был запущен в декабре 2016 года. Отчет Министерства энергетики о ветровом видении показывает, что к 2050 году морской ветер будет доступен во всех прибрежных регионах страны.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о ветровой энергии посетите следующие ресурсы:

Основы ветроэнергетики
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Карты и данные по ветроэнергетике
DOE’s WINDExchange

Как работают ветряные турбины
U.S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики.

Малые ветроэнергетические системы
Программа энергосбережения Министерства энергетики США

Американская ассоциация ветроэнергетики

Energy Kids Wind Basics
Управление энергетической информации США Energy Kids

Все, что вам нужно знать о ветроэнергетике

Что такое ветряная турбина?

Ветряная турбина — это полная противоположность вентилятора.Вместо того, чтобы использовать электричество для создания ветра, они используют ветер для создания электричества. Под воздействием ветра (это не обязательно должен быть сильный ветер) лопасти вращаются. Это движение вращает ротор, который вращает генератор, это движение создает кинетическую энергию, которая затем используется для создания электричества.

Как работает ветряная турбина?

Проще говоря, ветряные турбины работают от ветра (который может составлять всего 3-5 метров в секунду). Затем ветер вращает лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор и вырабатывает электричество.

Если вы когда-нибудь управляли воздушным змеем или управляли лодкой, вы знаете, что ветер несет большую силу. Конечно, в использовании энергии ветра нет ничего нового — ветряные мельницы использовались во всем мире для измельчения муки или силового оборудования на протяжении сотен лет. А ветряные лодки существуют уже тысячелетия.

Итак, энергии ветра много, но как другие жирные кислоты участвуют в выработке электроэнергии с помощью ветряных турбин?

Выбор лучшего места

Как и многие природные источники энергии, они редко бывают последовательными на 100%.Ветер может падать, дуть слишком сильно или становиться порывистым — все это плохо для ветряных турбин. Поэтому очень важно найти правильное место, где сила ветра максимально предсказуема.

Ветер подвержен влиянию ландшафта: холмов, долин, лесов и зданий. Все они отклоняют и изменяют доступную мощность, поэтому плоские, высокие и непрерывные места лучше всего подходят для ветряных турбин. Вот почему существует множество оффшорных ветряных электростанций, и поэтому вы увидите турбины, расположенные на вершинах холмов.

Страны с плоскими ландшафтами, такие как Бельгия и Нидерланды, являются хорошими местами для ветряных электростанций, поскольку здесь очень мало элементов, способных прервать поток ветра.

Лицом к ветру

Каждая ветряная турбина имеет датчик, определяющий направление сильнейшего ветра. В обтекаемой конструкции за лопастью (называемой гондолой) размещена механика, которая поворачивает верхнюю часть конструкции, помещая лопасти в идеальное положение для сильнейшего ветра. Когда ветер слишком сильный, у турбин есть тормоз, чтобы замедлить роторы, избегая повреждений.

Как работает ветряная турбина — схема и руководство

Схема ветряной турбины выше представляет собой вид сбоку ветряной турбины с горизонтальной осью и лопастями турбины слева. Большинство современных ветряных турбин построены с горизонтальной осью, подобной той, что показана на рисунке.

Эта фигура также представляет собой обычную ветровую турбину, что означает, что для эффективной работы турбины носовая часть и лопасти турбины должны быть обращены к ветру.

Чтобы узнать больше о том, как работают ветряные турбины, можно начать с просмотра диаграммы выше и изучить каждый компонент ветряной турбины.

Пошаговое описание каждой части ветряной турбины на диаграмме выше:

(1) Обратите внимание на рисунок, что направление ветра дует вправо, а носовая часть ветряной турбины обращена к ветру.

(2) Носовая часть ветряной турбины имеет аэродинамическую конструкцию и обращена к ветру.

(3) лопастей ветряной турбины прикреплены к носовой части и ротору и начинают вращаться при большой скорости ветра.

(4) Главный вал турбины — это то, что соединяет вращающиеся лопасти с внутренними механизмами машины. Вал турбины вращается вместе с лопастями и является механизмом, передающим вращательную / механическую энергию лопаток к электрическому генератору.

(5) Тормоз установлен для предотвращения механического отказа от сильного ветра и высоких скоростей вращения. Он также может останавливать турбину, когда в ней нет необходимости.

(6) Коробка передач используется для увеличения частоты вращения вала турбины.Коробка передач работает как шестерни на велосипеде: при переключении передач меняются и скорости вращения. Затем он передает энергию вращения валу высокоскоростной турбины и генератору.

(7) Вал высокоскоростной турбины соединяет коробку передач и генератор. Это высокие скорости вращения — вот что вращает турбогенератор.

(8) Турбогенератор является наиболее важной частью работы ветряной турбины.Турбинный генератор — это то, что преобразует механическую энергию ветра в электрическую, используя вращающую силу, передаваемую от шестерен и вала турбины.

(9) Анемометр — это прибор для измерения скорости ветра. Обычно они устанавливаются, чтобы дать команду контроллеру остановить или запустить турбину при определенных условиях скорости ветра.

(10) Контроллер устанавливается в случае, если скорость ветра достигает нежелательной скорости, анемометр может дать команду контроллеру задействовать тормоз и остановить вращающиеся лопасти.Контроллер также используется для запуска вращения лопастей и ротора при низкой скорости ветра.

(11) Флюгер — это прибор, который измеряет направление ветра. Флюгер важен для ветряных турбин, которые должны быть обращены к ветру для правильной работы.

(12) Привод рыскания , , , в механизме, который получает данные от флюгера и дает команду ветряной турбине вращаться лицом к ветру.

(13) Двигатель рыскания — это устройство, которое физически вращает турбину в направлении ветра или в соответствии с инструкциями привода рыскания.

(14) Турбинная башня содержит проводку, чтобы генератор мог подавать электричество в трансформатор или батарею, которая в конечном итоге распределяет полезную электроэнергию. Башня также является важной структурной опорной системой, которая удерживает турбину высоко в воздухе, где скорость ветра более желательна.

(15) Как ветряная турбина хорошо работает на улице и при сильных скоростях ветра, так это потому, что все компоненты построены наверху турбинной башни и надежно размещены внутри турбины гондола . Башня и гондола ветряной турбины обычно изготавливаются из цилиндрической стали и могут либо поддерживаться растяжками и растяжками, либо стоять отдельно, используя решетчатое опорное основание.

Опять же, эта диаграмма показывает пример ветряной турбины с горизонтальной осью, направленной против ветра, которая может быть сделана из стали и потенциально иметь высоту в несколько этажей.Принцип работы ветряной турбины требует не только большой инженерной мысли, но также требует вдумчивого анализа и стратегии для поиска желаемых мест с достаточной скоростью ветра.

Сколько энергии вырабатывают ветряные турбины?

В 1919 году немецкие физики Альберт Бетц обнаружили, что ни одна ветряная турбина не может физически улавливать более 59,3% кинетической энергии ветра. Простой способ объяснить это: если бы ветряная турбина когда-либо улавливала 100% ветра, не было бы ветра, проходящего через другую сторону лопастей ветряной турбины.Если нет ветра, проходящего через другую сторону, то, согласно физическому закону движения ветра, больше не будет места для ветра, проходящего через переднюю часть ветряной турбины, что сделает ее бесполезной. 3)

Отметьте взаимосвязь каждой переменной из уравнения и то, как она связана с работой ветряной турбины.Площадь лопасти ротора (A) имеет прямую положительную связь с выходной мощностью, а скорость ветра (v) имеет положительную кубическую зависимость с выходной мощностью.

Количество электроэнергии, которое может генерировать ветровая турбина, в основном зависит от размера турбины, площади, охватываемой лопастями турбины, плотности воздуха и скорости ветра. Общая конструкция ветряной турбины также имеет решающее значение для того, насколько эффективно лопасти могут улавливать ветер.

Небольшие ветряные турбины, используемые для лодок, караванов или небольших машин, обычно производят от 250 до 100 киловатт ветровой электроэнергии.Некоторые из самых больших ветряных турбин в мире производят около 7 мегаватт электроэнергии.

Важно помнить, что скорость ветра непостоянна, поэтому теоретическая выработка электроэнергии, которую может производить ветровая турбина, представляет собой максимальный потенциал выработки энергии, который редко достигается. Фактическая энергия, производимая ветряной турбиной, когда выражается в соотношении с теоретическими ожиданиями ветровой турбины, называется коэффициентом мощности.

Ветряная турбина мощностью 10 киловатт в районе со скоростью ветра около 12 миль в час будет производить около 10 киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что примерно соответствует количеству, необходимому для снабжения электричеством среднего домохозяйства.

Ветряная турбина мощностью 5 мегаватт может производить около 15 миллионов киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что может обеспечить электроэнергией более 1000 домашних хозяйств.

Заключение: Ветряная турбина работает только тогда, когда дует ветер, и понимание того, как работает ветряная турбина, означает понимание аэродинамики ветра и лопастей, а также знание того, как турбогенератор создает электричество. По своей сути, ветряная турбина работает, позволяя ветру вращать турбогенератор.

Ветряная турбина — Energy Education

Рисунок 1. Ветряная турбина. ^[1]

Ветряные турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными. ^[2]

Детали турбины

Рисунок 2. Иллюстрация компонентов ветряной турбины (щелкните, чтобы увеличить). ^[3]

Современные ветряные турбины бывают разных размеров, но все типы обычно состоят из нескольких основных компонентов: ^[4]

• Лопасти ротора — Лопасти ротора ветряной турбины работают по тому же принципу, что и крылья самолета.Одна сторона лезвия изогнута, а другая плоская. Ветер быстрее течет по изогнутому краю, создавая разницу в давлении с обеих сторон лезвия. Лопасти «толкаются» воздухом, чтобы уравновесить разницу давлений, в результате чего лопасти вращаются. ^[5]
• Гондола — Гондола содержит комплект шестерен и генератор. Поворотные лопасти связаны с генератором шестернями. Шестерни преобразуют относительно медленное вращение лопастей в скорость вращения генератора примерно 1500 об / мин. ^[5] Затем генератор преобразует энергию вращения лопастей в электрическую энергию.
• Башня — лопасти и гондола установлены на вершине башни. Башня сконструирована таким образом, чтобы удерживать лопасти ротора от земли и при идеальной скорости ветра. Башни обычно находятся на высоте 50-100 м над поверхностью земли или воды. Морские башни обычно крепятся к дну водоема, хотя исследования по разработке башни, плавающей на поверхности, продолжаются. ^[2]

Визуализация турбины

MidAmerican Energy Company имеет отличное видео о конструкции ветряной турбины , для просмотра щелкните здесь.

Видео ниже, созданное UVSAR, подробно показывает детали турбины.