Všetko o veterných turbínach

Na zlepšenie životných podmienok ľudstvo využíva vodu a rôzne minerály. V poslednej dobe sú populárne alternatívne zdroje energie, najmä veterná energia. Vďaka tomu sa ľudia naučili prijímať dodávky energie pre domáce aj priemyselné potreby.

Vzhľadom na to, že potreba energetických zdrojov každým dňom narastá a zásoby bežných nosičov energie sa zmenšujú, je využívanie alternatívnych zdrojov energie každým dňom čoraz aktuálnejšie. Vedci a dizajnéri v poslednej dobe vytvárajú nové modely veterných turbín. Použitie najnovších technológií umožňuje zlepšiť kvalitatívne charakteristiky jednotiek a znížiť počet negatívnych aspektov v konštrukciách.

Veterný generátor je druh technického zariadenia, ktoré premieňa kinetickú energiu vetra na elektrickú energiu.

Veterné generátory sa používajú na rôznych miestach, zvyčajne na otvorených priestranstvách, kde je potenciál vetra najväčší. Stanice alternatívnych zdrojov energie sú inštalované v horách, v plytkých vodách, na ostrovoch a na poliach. Moderné inštalácie dokážu vyrábať elektrinu aj pri nízkej sile vetra. Vďaka tejto možnosti sa veterné generátory používajú na dodávanie elektrickej energie do objektov rôznych kapacít.

• Stacionárne veterná farma môže poskytnúť elektrinu súkromnému domu alebo malému priemyselnému zariadeniu. Počas neprítomnosti vetra sa energetická rezerva akumuluje a potom sa použije z batérie.

• Stredne výkonné veterné turbíny možno použiť na farmách alebo v domoch, ktoré sú vzdialené od vykurovacích systémov. V tomto prípade je možné tento zdroj elektriny použiť na vykurovanie priestorov.

Veterný generátor je poháňaný veternou energiou. Konštrukcia tohto zariadenia by mala obsahovať tieto prvky:

• lopatky turbíny alebo vrtule;
• turbína;
• elektrický generátor;
• os elektrického generátora;
• invertor, ktorého funkciou je premena striedavého prúdu na jednosmerný;
• mechanizmus, ktorý otáča lopatky;
• mechanizmus, ktorý otáča turbínu;
• batéria;
• stožiar;
• regulátor rotačného pohybu;
• tlmič;
• veterný senzor;
• stopka merača vetra;
• gondola a ďalšie prvky.

Priemyselné jednotky majú rozvodnú skriňu, ochranu pred bleskom, výkyvný mechanizmus, spoľahlivý základ, zariadenie na hasenie požiaru a telekomunikácie.

Veterný generátor sa považuje za zariadenie, ktoré premieňa veternú energiu na elektrickú energiu. Predchodcami moderných jednotiek sú mlyny, ktoré vyrábajú múku z obilia. Schéma zapojenia a princíp činnosti generátora sa však prakticky nezmenili.

1. Vďaka sile vetra sa začnú otáčať lopatky, ktorých krútiaci moment sa prenáša na hriadeľ generátora.
2. Otáčaním rotora vzniká trojfázový striedavý prúd.
3. Cez ovládač sa do batérie posiela striedavý prúd. Batéria je potrebná na vytvorenie stabilnej prevádzky veterného generátora. Ak je prítomný vietor, jednotka nabíja batériu.
4. Na ochranu pred hurikánom v systéme výroby veternej energie existujú prvky na odklonenie veterného kolesa od vetra. To sa deje zložením chvosta alebo pribrzdením kolesa pomocou elektrickej brzdy.
5. Ak chcete dobiť batériu, budete musieť nainštalovať ovládač. Medzi funkcie posledne menovaného patrí sledovanie nabíjania batérie, aby sa zabránilo jej poruche. Ak je to potrebné, toto zariadenie môže vyhodiť prebytočnú energiu na predradník.
6. Batérie majú stále nízke napätie, no k spotrebiteľovi by sa malo dostať s výkonom 220 voltov. Z tohto dôvodu sú invertory inštalované vo veterných generátoroch. Tieto sú schopné premeniť striedavý prúd na jednosmerný prúd, čím sa jeho indikátor výkonu zvýši na 220 voltov. Ak nie je nainštalovaný menič, bude potrebné použiť iba tie zariadenia, ktoré sú dimenzované na nízke napätie.
7. Prevedený prúd sa posiela spotrebiteľovi na napájanie vykurovacích batérií, osvetlenie priestorov a prevádzku domácich spotrebičov.

Klasifikácia veterných elektrární je založená na nasledujúcich kritériách.

1. Počet lopatiek. Momentálne v predaji nájdete jednolistý, nízkolistý, viaclistový veterný mlyn. Čím menej lopatiek má generátor, tým vyššie budú otáčky motora.
2. Ukazovateľ menovitého výkonu. Stanice pre domácnosť generujú do 15 kW, polopriemyselné - do 100 a priemyselné - viac ako 100 kW.
3. Smer osi. Veterné turbíny môžu byť vertikálne aj horizontálne, každý typ má svoje pre a proti.

Tí, ktorí chcú získať alternatívny zdroj energie, si môžu kúpiť veterný generátor s rotorom, kinetickým, vortexovým, plachtovým, mobilným.

Existuje aj klasifikácia veterných generátorov podľa ich umiestnenia. Dnes existujú 3 typy jednotiek.

1. Terestriálne. Takéto veterné mlyny sa považujú za najbežnejšie, sú namontované na kopcoch, vyvýšeninách, vopred pripravených miestach. Inštalácia takýchto inštalácií sa vykonáva pomocou drahého zariadenia, pretože konštrukčné prvky musia byť upevnené vo vysokej výške.
2. V pobrežnej časti mora a oceánu sa budujú pobrežné stanice. Prevádzku generátora ovplyvňuje morský vánok, vďaka ktorému rotačné zariadenie vyrába energiu 24 hodín denne.
3. Offshore. Veterné turbíny tohto typu sú inštalované na mori, zvyčajne vo vzdialenosti asi 10 metrov od brehu. Takéto zariadenia vyrábajú energiu z bežného vetra na mori. Následne energia ide na breh cez špeciálny kábel.

Vertikálne veterné turbíny sa vyznačujú zvislou osou otáčania vzhľadom k zemi. Toto zariadenie je zase rozdelené do 3 typov.

• S rotorom Savounis. Konštrukcia obsahuje niekoľko polvalcových prvkov. Rotácia osi jednotky prebieha neustále a nezávisí od sily a smeru vetra. Výhodou tohto generátora je vysoká výrobnosť, kvalitný rozbehový moment, ako aj schopnosť fungovať aj pri miernej sile vetra. Nevýhody zariadenia: nízka efektívnosť prevádzky lopatiek, potreba veľkého množstva materiálov vo výrobnom procese.

• S rotorom Darrieus. Na osi otáčania zariadenia je umiestnených niekoľko lopatiek, ktoré majú spolu tvar pásu.Za výhody generátora sa považuje absencia potreby sústrediť sa na prúdenie vzduchu, absencia ťažkostí vo výrobnom procese a jednoduchá a pohodlná údržba. Nevýhody jednotky sú nízka účinnosť, krátky cyklus generálnej opravy a zlé samoštartovanie.

• So špirálovým rotorom. Veterný generátor tohto typu je modifikáciou predchádzajúcej verzie. Jeho výhody spočívajú v dlhej dobe prevádzky a nízkej záťaži mechanizmov a podporných jednotiek. Nevýhody jednotky sú vysoké náklady na konštrukciu, ťažký a zložitý proces výroby čepelí.

Os horizontálneho rotora v tomto zariadení je rovnobežná so zemským povrchom. Sú jednočepeľové, dvojčepeľové, trojčepeľové a tiež viacčepeľové, v ktorých počet čepelí dosahuje 50 kusov. Výhodou tohto typu veterného generátora je vysoká účinnosť. Nevýhody jednotky sú nasledovné:

• potreba orientácie podľa smeru prúdenia vzduchu;
• potreba inštalácie vysokých konštrukcií - čím vyššia je inštalácia, tým výkonnejšia bude;
• potreba základu pre následnú inštaláciu stožiara (to prispieva k zvýšeniu nákladov na proces);
• vysoká hladina hluku;
• nebezpečenstvo pre letiace vtáky.

Lopatkové elektrocentrály majú tvar vrtule. V tomto prípade lopatky prijímajú energiu prúdu vzduchu a spracovávajú ju do rotačného pohybu.

Horizontálne veterné turbíny majú obežné kolesá s lopatkami, ktorých môže byť určitý počet. Zvyčajne sú 3 z nich. V závislosti od počtu lopatiek sa výkon zariadenia môže zvýšiť alebo znížiť. Jednoznačnou výhodou tohto typu veternej turbíny je rovnomerné rozloženie zaťaženia na axiálne ložisko. Nevýhodou jednotky je, že inštalácia takejto konštrukcie vyžaduje veľa dodatočných materiálov a nákladov na prácu.

Generátory veterných turbín sa v súčasnosti považujú za najúčinnejšie. Dôvodom je optimálna kombinácia plôch lopatiek s ich konfiguráciou. Medzi výhody bezlopatkovej konštrukcie patrí vysoká miera účinnosti, nízka hlučnosť, ktorá je spôsobená malými rozmermi zariadenia. Okrem toho sa tieto jednotky nezrútia pri silnom vetre a nepredstavujú nebezpečenstvo pre ostatných a vtáky.

Veterný mlyn turbínového typu sa používa v mestách a obciach, môže sa použiť na osvetlenie súkromného domu a letnej chaty. Takýto generátor nemá prakticky žiadne nevýhody.

Hlavné výhodné vlastnosti veterných generátorov sú tieto:

• environmentálna bezpečnosť - prevádzka zariadení nepoškodzuje životné prostredie a živé organizmy;
• nedostatok zložitosti v dizajne;
• jednoduchosť používania a riadenia;
• nezávislosť od elektrických sietí.

Medzi nevýhody týchto zariadení odborníci rozlišujú:

• vysoká cena;
• možnosť splatiť až po 5 rokoch;
• nízka účinnosť, nízky výkon;
• potreba drahého vybavenia.

Zariadenia na výrobu energie z vetra môžu mať rôzne veľkosti. Ich výkon závisí od veľkosti veterného kolesa, výšky stožiara a rýchlosti vetra. Najväčšia jednotka má stĺp dlhý 135 m, pričom priemer jeho rotora je 127 m. Jeho celková výška teda dosahuje 198 metrov. Veľké veterné turbíny s veľkou výškou a dlhými lopatkami sú vhodné na poskytovanie energie malým priemyselným podnikom, farmám. Kompaktnejšie modely môžu byť inštalované doma alebo v krajine.

V súčasnosti vyrábajú pochodový typ veterného mlyna s lopatkami s priemerom od 0,75 do 60 metrov. Podľa odborníkov by rozmery generátora nemali byť veľkolepé, pretože malá prenosná inštalácia je vhodná na výrobu malého množstva energie. Najmenší model jednotky je vysoký 0,4 metra a váži menej ako 2 kilogramy.

Dnes je výroba veterných turbín etablovaná v mnohých krajinách sveta. Na trhu nájdete modely a jednotky vyrobené v Rusku z Číny. Z domácich výrobcov sú najobľúbenejšie tieto firmy:

• "Vietor-Svetlo";
• Rkraft;
• SKB Iskra;
• Sapsan-Energia;
• "Veterná energia".

Zahraniční výrobcovia elektrických generátorov sú tiež veľmi populárni:

• Goldwind - Čína;
• Vestas – Dánsko;
• Gamesa – Španielsko;
• Suzion – India;
• GE Energy – USA;
• Siemens, Enercon - Nemecko.

Je však potrebné pripomenúť, že používanie takýchto veterných generátorov znamená použitie drahých opráv, ako aj náhradných dielov, ktoré je takmer nemožné nájsť v domácich obchodoch. Náklady na jednotky na výrobu energie zvyčajne závisia od konštrukčných prvkov, kapacity a výrobcu.

Ak chcete vybrať ten správny veterný generátor pre letnú chatu alebo dom, musíte vziať do úvahy nasledujúce.

1. Výpočet výkonu inštalovaných elektrických spotrebičov, ktoré budú pripojené v miestnosti.
2. Výkon budúcej jednotky, berúc do úvahy bezpečnostný faktor. Ten neumožní preťaženie generátora v špičkovej situácii.
3. Klíma územia. Zrážky majú negatívny vplyv na výkon zariadenia.
4. Účinnosť zariadenia, ktorá sa považuje za jeden z najdôležitejších ukazovateľov.
5. Indikátory hluku, ktoré charakterizujú veternú turbínu počas prevádzky.

Okrem všetkých vyššie uvedených skutočností by mal spotrebiteľ vyhodnotiť všetky parametre inštalácie a prečítať si o nej recenzie.

Na zvýšenie efektívnosti prevádzky veterného generátora bude potrebné zmeniť jeho prevádzkové schopnosti a charakteristiky v pozitívnom smere. Po prvé, stojí za to zvýšiť účinnosť citlivosti obežného kolesa na relatívne slabý a nestabilný vietor.

Ide o akúsi jednostrannú membránu na prúdenie vzduchu, ktorá voľne prechádza vetrom jedným smerom. Membrána je nepriepustnou bariérou pre pohyb vzdušných hmôt v opačnom smere.

Ďalším spôsobom zvýšenia účinnosti veternej turbíny je použitie difúzorov alebo ochranných uzáverov, ktoré oddeľujú prúdenie od protiľahlého povrchu. Každá z možností má výhody aj nevýhody. V každom prípade sú však efektívnejšie ako tradičný model.

Veterný generátor je drahý. Ak ho chcete nainštalovať na svojom území, stojí za to zvážiť nasledujúce body:

• dostupnosť vhodného terénu;
• prevalencia častých a silných vetrov;
• nedostatok iných alternatívnych zdrojov energie.

V opačnom prípade veterná elektráreň neprinesie očakávaný výsledok. Keďže dopyt po alternatívnej energii sa každý rok zvyšuje a kúpa veterného mlyna je hmatateľnou ranou pre rodinný rozpočet, môžete sa pokúsiť vyrobiť jednotku vlastnými rukami s následnou inštaláciou. Výroba veternej turbíny môže byť založená na neodymových magnetoch, prevodovke, lopatkách a ich absencii.

Veterná turbína má množstvo výhod. Preto s veľkou túžbou a prítomnosťou základných dizajnérskych schopností môže takmer každý remeselník postaviť stanicu na výrobu elektriny na svojom mieste. Za najjednoduchšiu verziu zariadenia sa považuje veterná turbína so zvislou osou. Ten nevyžaduje oporu a vysoký stožiar a postup inštalácie sa vyznačuje jednoduchosťou a rýchlosťou.

Na vytvorenie veterného generátora budete musieť pripraviť všetky potrebné prvky a upevniť modul na zvolenom mieste. Ako súčasť domáceho vertikálneho generátora energie sa prítomnosť takýchto prvkov považuje za povinnú:

• rotor;
• čepele;
• axiálny stožiar;
• stator;
• batéria;
• invertor;
• ovládač.

Čepele môžu byť vyrobené z ľahkého pružného plastu, pretože iné materiály sa môžu vplyvom vysokého zaťaženia poškodiť a zdeformovať. Najprv je potrebné odrezať 4 rovnaké časti z PVC rúr. Potom musíte z plechovky vystrihnúť niekoľko polkruhových úlomkov a pripevniť ich pozdĺž okrajov rúrok. V tomto prípade by mal byť polomer časti čepele 69 cm.V tomto prípade výška čepele dosiahne 70 cm.

Na zostavenie rotorového systému potrebujete 6 neodýmových magnetov, 2 feritové kotúče s priemerom 23 cm, lepidlo na lepenie. Magnety by mali byť umiestnené na prvom disku, berúc do úvahy uhol 60 stupňov a priemer 16,5 cm Podľa rovnakej schémy je druhý disk zostavený a magnety sú naliate lepidlom. Pre stator si treba pripraviť 9 cievok, na každú naviniete 60 závitov medených vodičov s priemerom 1 mm. Spájkovanie sa musí vykonávať v nasledujúcom poradí:

• začiatok prvej cievky s koncom štvrtej;
• začiatok štvrtej cievky s koncom siedmej.

Druhá fáza je zostavená podobným spôsobom. Ďalej sa vytvorí forma z preglejkovej dosky, ktorej spodok je pokrytý sklolaminátom. Fázy zo spájkovaných cievok sú namontované na vrchu. Štruktúra je naplnená lepidlom a ponechaná niekoľko dní na lepenie všetkých častí. Potom môžete začať spájať jednotlivé prvky veterného generátora do jedného celku.

Na zostavenie konštrukcie v hornom rotore by sa mali vytvoriť 4 otvory pre kolíky. Spodný rotor je inštalovaný magnetmi nahor na držiaku. Potom je potrebné umiestniť stator s otvormi potrebnými na montáž držiaka. Kolíky by mali spočívať na hliníkovej platni, potom zakryte druhým rotorom s magnetmi dole.

Pomocou kľúča je potrebné otáčať čapy tak, aby rotor klesal rovnomerne a bez trhania. Keď sa zaujme správne miesto, stojí za to odskrutkovať kolíky a odstrániť hliníkové platne. Na konci práce musí byť konštrukcia upevnená maticami a nie pevne utiahnutá.

Ako stožiar je vhodná pevná kovová rúra s dĺžkou 4 až 5 metrov. K nemu je priskrutkovaný predmontovaný generátor. Potom je rám s čepeľami pripevnený ku generátoru a konštrukcia stožiara je inštalovaná na plošine, ktorá je vopred pripravená. Poloha systému je fixovaná výstužou.

Nasledujúce video poskytuje prehľad domáceho veterného mlyna.