Generatory wiatrowe w Rosji: jak wybrać, zainstalować i uniknąć rozczarowania

Możliwość otrzymania darmowej energii elektrycznej przez wiatr przemawia do wielu właścicieli indywidualnych domów, ale pewna ich część zawodzi, jest rozczarowana tą metodą i pisze negatywne recenzje na różnych forach. Możesz jednak uniknąć błędów przy tworzeniu takich instalacji i jak najlepiej je wykorzystać.

Generator wiatrowy z obwodem elektrycznym i zasadami projektowania przypomina każdy inny generator elektryczny. Główna różnica polega na sposobie obracania wirnika ze względu na energię kinetyczną przepływów powietrza wychwytywanych przez łopatki aerodynamiczne.

Szacowane warunki lokalne

Prędkość i moc wiatru powinny niezawodnie obracać wirnik silnika, którego energia jest zużywana przez generator. Jeśli nie zostanie to zrobione, pozostaniesz bez prądu.

Przybliżone oszacowanie prawdopodobieństwa aktywnego wiatru będzie wspomagane przez średni roczny harmonogram dystrybucji wiatru. Pamiętaj tylko, że jest przeznaczony do wysokości 50 metrów od powierzchni ziemi. W rzeczywistych warunkach konieczne jest wprowadzenie poprawek.

Średni roczny wykres rozkładu wiatrów dla terytorium Rosji, określony dla wysokości 50 metrów (w celu zwiększenia kliknij na zdjęcie):

Bardziej szczegółowe informacje dla każdego obszaru można wyjaśnić pracownikom regionalnej stacji pogodowej i uwzględnić planowaną wysokość instalacji. Nie trzeba pytać ich o kierunek wiatru: generator wiatru obraca się automatycznie.

Wpływ terenu i pory roku

W zależności od pory roku wiatr wieje na różne sposoby. W niektórych obszarach może wystąpić długa przerwa.

Ponadto ciśnienie wiatru jest znacznie zmniejszone:

• las i pobliskie drzewa;

• sąsiednie domy i budynki;

• położenie konstrukcji w pozycji niskiej lub podwyższonej.

Do instalacji elektrowni wiatrowych najlepiej nadają się szczyty otwarte ze wszystkich stron. Wskazane jest podniesienie turbiny wiatrowej do maksymalnej dopuszczalnej wysokości. Lepiej jest użyć osobnego mocnego fundamentu i wieży z bezpiecznie przymocowanymi przedłużeniami, które zwiększają stabilność: przy silnym nacisku wiatru mogą wystąpić ogromne siły wywracające.

Poszczególni właściciele montują instalacje wiatrowe na dachu lub ścianie domu. To nie jest najlepsza opcja. Ma to zastosowanie do silników o niskiej mocy: konstrukcja budynku będzie stale wstrząsana przez zmieniające się obciążenia dynamiczne, a hałas obracającego się wirnika będzie przenoszony przez elementy budynku do pomieszczeń mieszkalnych.

Przykład: na płaskim dachu budynku sąsiedniego domu towarowego - dwupiętrowego budynku wykonanego z żelbetowych płyt przez dwa lata działała wieża z anteną operatora mobilnego MTS. Po pojawieniu się pęknięć między panelami, a dach zaczął przeciekać, antenę usunięto, a budynek poddano przeglądowi.

Wybór konstrukcji koła wiatrów

W całej historii ludzkości przetestowano ogromną liczbę urządzeń zasilanych energią wiatrową. Maksymalna wydajność (wysoka wydajność) jest nieodłączną częścią konstrukcji, które tworzą siłę podnoszenia, takich jak zakrzywione łopaty śmigieł silników lotniczych (pamiętaj słynne wyrażenie „Z śmigła”) lub silniki łodzi / statków umieszczone pod ostrymi kątami do nadchodzących przepływów powietrza / cieczy.

Aby wybrać model koła wiatrowego, konieczne jest nie tylko poznanie prędkości wiatru (V), ale także określenie konstrukcji łopatek wentylatora. Ich głównym wskaźnikiem jest obszar powierzchni zamiatanej (S), na którą wpływa przepływ wiatru.

Aby oszacować moc (N), którą wentylator może usunąć, stosuje się wzór: N = (SρV³)/2.

Wartość ρ jest gęstością mas powietrza.

Niektórzy sprzedawcy twierdzą, że wydajność poszczególnych turbin wiatrowych przy prędkościach powietrza do 3 m / s lub wielkości łopat, które opisują okrąg o promieniu ≤ 1,3 metra podczas pracy. Zastąp charakterystykę ich urządzeń powyższym wzorem: sprawdzasz wiarygodność takich oświadczeń reklamowych zgodnie z podstawowymi prawami fizyki.

Wiatr o prędkości ≤3m⁄sec nie może niezawodnie przekazywać energii do konwencjonalnego generatora wiatrowego. Ale w takich warunkach można użyć ostrzy o zwiększonym obszarze, który jest tworzony przez zwiększenie ich wymiarów - zwłaszcza długości 2 metrów. Jednak takie konstrukcje, ze względu na czterometrową rozpiętość, są bardziej odpowiednie dla zakładów przemysłowych.

Jeśli wrócimy do harmonogramu dystrybucji wiatrów i weźmiemy pod uwagę ich specyficzny wpływ na koło wiatrów (nie na wysokości 50 metrów), to jeśli natura wiatrów odpowiada strefie pomarańczowej (od 5 m / s) lub wyższej, Voronezh State University uzasadni koszty jego produkcji i instalacji.

Przy dużych prędkościach wiatru generowana moc gwałtownie wzrasta. W takich przypadkach konfigurowany jest tylko dowolny generator wiatrowy. W innych sytuacjach może nie spełniać swoich oczekiwań.

Wprowadzenie do specyfikacji producenta

Testowanie i sprawdzanie mocy generatora wiatrowego odbywa się w fabryce: tunel aerodynamiczny z regulowanym przepływem powietrza z wentylatorów stacjonarnych. Sprawdza to właściwości aerodynamiczne samolotu i wszystkich karoserii. Ale ta metoda nie odzwierciedla rzeczywistych warunków pracy elektrowni wiatrowej.

W tunelu aerodynamicznym wiatr wieje w jednym kierunku ze stałym wysiłkiem, ale w rzeczywistości zawsze zmienia się nieco zarówno pod względem prędkości, jak i kierunku. Obserwuj zachowanie zwykłego wiatrowskazu. Generator wiatrowy z niego bardzo różni się od efektów przyspieszenia i hamowania.

Aby to zrozumieć, wystarczy spróbować rozwinąć rękę za pomocą prostego łożyska (łopatki wiatrowskazów), a następnie wirnika generatora elektrycznego (lub silnika) wypełnionego uzwojeniami otoczonymi polami elektromagnetycznymi. Utworzony sprzeciw będzie musiał zostać pokonany nawet na biegu jałowym. Podczas podłączania obciążenia (w tym celu wszystko jest zrobione) konieczne jest zastosowanie większej mocy.

Zmiana ciśnienia wiatru

Nieznaczne podmuchy wiatru (silniejsze / słabsze) mają niewielki wpływ na prędkość wirnika, a wstrząsy wiatru - znacznie. Aby temu przeciwdziałać, stosuje się różne schematy tłumienia, w tym hamowanie i składanie elementów konstrukcyjnych.

Przykładem są generatory wiatrowe z wysokim położeniem stępki (koniec ogona). Podczas uderzenia burzy cała konstrukcja zostaje nagle przechylona z powrotem do dość dużego ciężaru.

Po zmniejszeniu ciśnienia wraca na swoje miejsce. W jednym podmuchu wiatru wieże wieży podwajają energię burzy. A jeśli taki generator wiatru jest przymocowany do budynku, wówczas odczuwa takie wstrząsy. Jak?

Elektromagnetyczny układ hamulcowy działa lepiej i bardziej miękko, co zamyka uzwojenia przy prędkościach krytycznych. Ale jest o wiele bardziej skomplikowane i kosztowne.

Zmiana kierunku wiatru

Wiatr może tworzyć podmuchy z różnych stron w płaszczyźnie poziomej. Wiele konstrukcji generatorów wiatrowych reaguje bardzo wrażliwie na takie obciążenia z powodu dużej powierzchni zamiatanej powierzchni łopat roboczych.

Generatory wiatrowe zaczynają powtarzać ruch obciążenia wiatrem, ale mając znaczną masę, oś kierunku wiatru przechodzi przez bezwładność i dochodzi do znacznie większych kątów ugięcia.

Przy znacznych podmuchach wiatru może osiągnąć prostopadły kierunek lub prześlizgnąć się przez nie i zatrzymać się w przeciwnym kierunku niż wiatr. Koło wiatrowe zatrzyma się, powróci do pierwotnego położenia i przejdzie do trybu pracy. W takich sytuacjach układ tłumienia drgań (jeśli występuje) nie działa dobrze.

Wiatrowskaz nie jest również od razu instalowany w tym kierunku, ale jego masa jest znacznie mniejsza, a wysiłki włożone w procesy elektromagnetyczne nie są stosowane.

Ochrona odgromowa

Z jakiegoś powodu zapominają o tym lub pamiętają to jako ostatnie. Ale na próżno. Lokalizacja konstrukcji metalowych na dużych wysokościach, a nawet wytwarzanie elektryczności podczas burzy, stwarza warunki wstępne do przyciągania potencjałów błyskawic.

Łatwiej jest przemyśleć projekt ochrony odgromowej i stworzyć ją wraz z instalacją generatora wiatrowego niż później, aby dokonać modyfikacji.

Typowy zespół obwodów wiatrowych stacji domowej

Konieczne jest określenie ostatecznego projektu generatora wiatrowego z uwzględnieniem zadań zużycia energii elektrycznej. Schemat podłączenia obciążenia powinien pomóc.

Uproszczony schemat domowej elektrowni z baterią słoneczną i generatorem wiatrowym (kliknij zdjęcie, aby powiększyć):

Konieczne jest rozpoczęcie wyboru generatora wiatrowego zgodnie z generowaną mocą na zasadach opisanych w artykule „Elektrownie słoneczne dla domu”. Przeczytaj ten artykuł, a zrozumiesz, że stacje wiatrowe i słoneczne działają na tych samych algorytmach.

Należy pamiętać, że takie stacje mogą idealnie pasować do ogólnego schematu i wzajemnie się uzupełniać, pracując w połączeniu z tym samym sprzętem zasilającym: falownik, kontroler i baterie może pracować z dowolnego źródła: paneli słonecznych, wiatru.

Pod pewnymi warunkami jest to ekonomicznie wykonalne. Chociaż możesz zrezygnować z baterii słonecznej i pracować tylko z generatora wiatrowego. Wybór należy do ciebie.

Niektóre źródła zalecają stosowanie generatora wiatrowego bez sterownika i baterii do zasilania elementów grzewczych ogrzewających wodę w kotłach lub żarówkach. W tym pomyśle jest dojrzałe ziarno: schemat jest znacznie uproszczony. Ale filamenty nichromowe w stanie zimnym mają niski opór czynny, który po prostu bocznikuje zaciski wyjściowe generatora. Ten punkt należy wziąć pod uwagę przy każdym uruchomieniu takiego obwodu: włączyć urządzenie podgrzewające.

Możliwe problemy

Podczas pracy generatora wiatrowego mogą wystąpić:

• naruszenie wytrzymałości mocowania fundamentu lub mechanicznych rozstępów. Należy je okresowo sprawdzać;

• oblodzenie ciała i ostrzy w chłodne dni prowadzi do pojawienia się dodatkowej masy, co powoduje zwiększone obciążenia i zmniejsza wydajność systemu;

• pogorszenie stateczności z powodu naruszenia prędkości obrotowej (zmiana prędkości wiatru), co jest najbardziej typowe dla generatorów asynchronicznych;

• pożar w obwodzie elektrycznym z uszkodzeniem izolacji.

Najlepsi światowi producenci generatorów wiatrowych

Sprzęt tych firm niezawodnie się sprawdził, dlatego ma wysoki koszt. Jednak na początkowym etapie rozwoju energii wiatrowej możesz spróbować wykonać podobny projekt własnymi rękami. Umiejętności zdobyte podczas jego wdrażania pomogą ocenić potencjał obciążeń wiatrem na danym obszarze bez dużych kosztów finansowych.