Ветряная электрическая станция. Принцип работы двигателей ветряной электростанции

Стоит ли покупать ветрогенератор для дома? В регионах с повышенной ветреностью - это хорошее решение для получения энергии. Преимущества: бесплатно, экологически чисто, доступно, не требует топлива. Недостатки: непостоянство источника, шумно, долго окупается, цена.

Составляющие и принцип работы

Принцип ветрогенератора заключается в преображении кинетической энергии ветра в электрический ток. Поток воздуха приводит в движение крылья установки. Внутри турбины электромагнитная система преобразует полученную активность в электричество, которое аккумулируется в батарее.

С помощью инвертора ток из постоянного преобразуется в переменный. Затем он используется в быту и распределяется в доме.

Основными составляющими системы являются:

генератор;
лопасти;
мачта;
контроллер;
аккумуляторная батарея;
инвертор;
автоматический переключатель источника питания.

Дополнительно также может устанавливаться анемоскоп и датчик направления ветра. В домашних условиях могут не использоваться, чаще используется в станциях средней и большой мощности, в производственных масштабах.

Составляющие ветрогенератора

Генератор

Турбина установки вырабатывает переменный ток. С его помощью активность, получаемая от вращения крыльев, преобразуется в электричество. Электромагнитная установка внутри с помощью механического движения магнитов влияет на движение электронов в катушках.

Ток, которые вырабатывается в ходе этого взаимодействия, с помощью контроллера передается на аккумуляторную батарею. Количество вырабатываемой энергии зависит от скорости и силы, стабильности ветрового потока.

Лопасти

На мощность турбины влияет размер этих деталей.

При расчете для установки в доме, фиксируют потребление электричества в месяц. Умножают эту цифру на 12. При потреблении дома в 3600 кВт (300 в месяц) в регионе со средним значением – 5 м/с необходимо использовать длину не меньше 4 м.

AOE = (V3*D2)/7000 (кВт)

D – диаметр ветроколеса ротора,

AOE – сумма потребляемой энергии в год,
V – средняя скорость ветра в регионе.

Если же размер необходимо уменьшить, тогда нужен аппарат с большей мощностью. С помощью формулы можно посчитать (с погрешностью 20%) какую энергию можно получить. Необходимо умножить квадрат диаметра лопастей на куб средней скорости потоков, далее разделить полученное значение на 7000.

То есть если скорость в вашей местности приблизительно 4 м/с, а диаметр деталей 2 метра, тогда (4 3 *2 2)/7000=0,036 кВт электричества получится. Если ветер усилится до 5 м/с, тогда получится 0,071 кВт. Если средняя скорость ветра неизменна, тогда можно на мощность повлиять с помощью длины лопастей.

Если их длинна в два раза больше, тогда при той же скорости мощность увеличивается в 4 раза. Эти расчеты можно использовать при изготовлении станции своими руками.

В таблице представлены данные по расчетам:

		Скорость ветра м/с
		1	2	3	4	5	6	7
диаметр лопастей (м)	2	0,0005714	0,0045714	0,0154286	0,0365714	0,0714286	0,1234286	0,1960000
	3	0,0012857	0,0102857	0,0347143	0,0822857	0,1607143	0,2777143	0,4410000
	4	0,0022857	0,0182857	0,0617143	0,1462857	0,2857143	0,4937143	0,7840000

Турбина производительностью до 700 Ватт в месяц, с начальной скоростью ветра 2,5 м/с, и номинальной – 8, может выработать 120 кВт электричества при средней скорости - 6. Размер лопастей - 2,7 метра, количество - 3 шт. А налог при мощности от 0-1600 Вт даст месячную выработку в 230 кВт.

Самый распространенный это генератор мощностью 3000 Ватт с 3-мя крылами длинной 3,2 м. Его хватает, чтобы выработать 480 кВт, при скорости 6 м/с. Этого количества достаточно для обеспечения частного дома.

Мачта

Высота мачты влияет на высоту размещения источника получения тока. Чем выше, тем сила ветра стабильнее, а скорость выше. Мачты бывают различной формы. Одним из ключевых факторов безопасности установки является материал, из которого сделана мачта. При сильном ветре или урагане основная нагрузка приходится на эту часть. Опоры должны быть прочными и выдерживать большие нагрузки. Обслуживать высокие мачты проблематично.

Лучше всего для мачт подходят металлические жесткие трубы с сечением не меньше 11 см. Их устанавливают высотой от 5 до 7 м. При установке мачты из стальной трубы, необходимо сделать фундамент с диагональю вдвое превышающую высоту мачты. Для растяжек используют тросы не меньше 6 миллиметров в толщину с оцинковкой.

Так называемые фермные мачты имеют отдельные секции, которые изготавливаются из опорной трубы (обычно 3 штуки), соединенные между собой перемычками. Такие секции удобно использовать в дальнейшем, если необходимо увеличить или уменьшить высоту мачты. Они крепятся на болты, которые можно раскручивать и добавлять новые секции.

При установке мачты нужно учесть объекты на расстоянии до 300 метров, ветряк должен располагаться таким образом, чтобы они находились на метр ниже турбины. Ничто не должно мешать получить максимальную продуктивность.

Контроллер

Устанавливается для управления процессами и функциями. Этот механизм преобразовывает переменный ток в постоянный, который поступает на аккумуляторы. Также в контроллере осуществляется управление функциями поворота лопастей, защиты при сильном порывистом ветре.

Аккумуляторы

Батареи нужны для того, чтобы сохранять электричество, которое передает контроллер, и стабилизировать её. Напряжение, выходящее из батарей, стабильное и постоянное, в отличие от того, которое выходит из генератора. Также аккумуляторы позволяют использовать энергию, когда вращение отсутствует, и установка не работает.

Инвертор

Инверторы подразделяются на четыре вида:

трехфазный,
сетевой,
чистая синусоида,
модифицированная синусоида.

Трехфазный преобразует ток с напряжением 380 Вольт, подходит для использования оборудования на производстве. Сетевой инвертор позволяет установки работать без аккумуляторной батареи, однако стоимость такого инвертора в разы превышает даже стоимость самой ВЭУ.

Чистая синусоида подходит для любого типа электроприборов (медицинское, сетевое и другое оборудование) напряжение переменного тока 220 вольт. Модифицированная синусоида пригодна, при нечувствительном потреблении к качеству напряжения. Этим она отличается от чистой. Подходит для освещения, заряда устройств, обогревательных приборов и т.п.

Автоматический переключатель источника питания

АВР используют, если в электросети задействованы также , генераторы топлива, общественная сеть, другие альтернативные источники питания. Эта установка переключает источники питания, если один из них недоступен. Он может работать только с одним источником.

Виды ветряных электростанций

Существует несколько видов в промышленных масштабах по типу размещения: наземные, прибрежные, шельфовые, плавающие, парящие, горные.

В бытовом использовании более важными являются типы конструкций:

По количеству лопастей разделяют на двух, трёх и многолопастные ветрогенераторы.
По направлению оси вращения разделяются на вертикальные или горизонтальные. Преимуществом вертикальных является повышенная устойчивость конструкции. Преимуществом горизонтальных является большая выработка энергии.
Также разделяют по управлению шагом лопасти. Изменяемый позволяет регулировать диапазон рабочей скорости вращения крыльев. Но конструкция с таким типом дороже, тяжелее. Для использования в домашних условиях лучше брать с фиксированным шагом.
По типу изготовления материалов крыла бывают парусные или жесткие. Первые стоят дешевле, их проще изготовить самому, однако прочность их меньше, чем у жестких. Вторые изготавливают в основном из металла, пластика, стеклопластика. Такие лопасти служат дольше, и не требует частой замены. Если в районе ветра сильные, использовать парусные нерационально.
Спиралевидные. Недавно разработаны технологии, в которых используются спиралевидные, известные как ротор Онипко. Принцип их конструкции позволяет снизить шум, а также получить выработку энергии на самых низких высотах при минимальных потоках. Особая конструкция спиралевидной формы также позволяет избежать столкновения с птицами – частой проблемой ветряков. За счет увеличенной площади контакта с ветром, у спиральной конструкции появляется эффект увеличения и усиления мощности. Хвостовой стабилизатор отсутствует, поскольку ротор улавливает поток воздуха самостоятельно на горизонтальной оси. Могут изготавливаться из различных материалов (пластик, металл и др.). В Голландии подобные решения уже испытывают, турбина называется LiamF1. Они очень практичны в условиях небольшой скорости ветра. Такие конструкции могут вырабатывать от 125 до 200 кВт в месяц на максимальной мощности. Их размер не превышает полтора метра в диаметре, может быть поставлен на крыше дома или мачте. При этом показатель шума не превышает 45 децибел. Такая конструкция будет уместна, как дополнительный источник энергии в небольших городах с преимущественно низкими постройками.

Что нужно учесть при выборе

В первую очередь необходимо изучить карту ветров региона, чтобы понять целесообразность. Затем необходимо сделать расчёт количества потребляемой энергии домом. Исходя из этих цифр, уточняется какой аппарат, с каким размером лопастей подойдет для обеспечения данного запроса.

Также необходимо учитывать климатические особенности и выбрать правильный вид установки. В зонах повышенной турбулентности ставят агрегат с вертикальным вращением, эти конструкции более устойчивы и долговечны в таких зонах.

Горизонтальные проявят себя лучше на открытой местности или возвышенности, а также на побережье. Однако, шум, производимый этими установками, возможно, будет мешать соседям, поэтому устанавливать их стоит на открытой местности, такой как поле. В этих условиях КПД горизонтальных выше, чем у вертикальных.

Спиралевидные конструкции позволено устанавливать в регионах с низким показателем скорости ветра, а также в густонаселенных пунктах. Такие конструкции почти не издают шум (до 45 ДБ), безопасные для птиц, не занимают большие площади.

Ветрогенераторы часто используют как дополнительный источник энергии, в домах с установленной солнечной батареей. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить автономной энергией частные дома.

Изучив все вышеперечисленные критерии, стоит рассчитать экономический показатель окупаемости установки. За какой период времени установка окупится согласно действующим тарифам на электроэнергию. Даже при долгом сроке окупаемости от 5 лет важно отметить, что этот источник энергии в будущем не потребляет никакого топлива.

Устройство ветрогенератора

Цены

Цены на товары с различной мощностью зависят от производителя, комплекта поставки (генератор, аккумуляторы, инвертор и др.). Ценовые предложения колеблются в показателях:

0,5 кВт – 40-90 тыс. руб.,
1 кВт – 92-113 тыс. руб.,
2 кВт – 111-150 тыс. руб.,
3 кВт – 125 -195 тыс. руб.,
5 кВт – 282- 285 тыс. руб.

Замечания при строительстве своими руками

Если цены на ветряки слишком дорогие, можно сделать конструкцию своими руками. Чаще всего для экономии используют либо генератор от автомобиля, либо от стиральной машины. При использовании таких аппаратов чаще всего выбирают горизонтальный тип установки, в котором применяют 3-6 лопастей.

Важно учитывать расчёты указанные выше. Детали годятся из трубы ПВХ - доступны в любом строительном магазине, зачастую берут трубы для водоотведения канализации.

Готовые лопасти насаживают с помощью шкива на вал электродвигателя. С помощью деревянного бруса монтируют хвост и крепят с другой стороны вал. Для хвоста лучше взять лист алюминия. Бокс турбины нужно защитить от дождя либо кожухом, либо куском пластиковые трубы.

В нижней части устанавливается труба, которая в дальнейшем будет выполнять повороты механизма. Для мачты стоит использовать металлические трубы диаметром 32 миллиметра по длине от 3 до 4 метров.

Верхняя часть мачты является также поворотной втулкой, куда вставляется труба с двигателем. Внизу необходимо сделать опору с диаметром не меньше 60 сантиметров. На этой опоре установить U-образную трубопроводную арматуры посредине. Чтобы мачту получилось опускать, необходимо поставить тройник с поворотом.

Для изготовления электронных схем необходимы специальные знания, поэтому при отсутствии таковых следует купить контроллер и аккумуляторы. При необходимости также можно , этот прибор будет отслеживать напряжение, выходящее из ветрогенератора и поступающее на батарею. Электроника требует защиты от дождя и ветра. Лучше использовать удлинитель и перенести этот блок в защищенное место.

Устанавливать или нет

Целесообразность использования данного типа установок всегда очень индивидуально. Однозначно стоит устанавливать такой вид источника энергии в тех местах, где нет доступа к другим вариантам. Хорошо будет работать установка на прибрежных зонах или на холмах. В этих районах доступ к источнику энергии почти постоянный, поэтому даже покупка дорогой электростанции оправдает себя через несколько лет.

В условиях домашнего использования в средней полосе, где показатели ветра в среднем 4-6 м/с нужно учитывать ближайшие постройки. В деревне, где постоянно происходят перебои с электричеством, можно рассматривать ветряки как дополнительные станции.

Они помогут экономить, и получать электроэнергию, когда основной ресурс недоступен. При использовании крупных горизонтальных ветряков с большими лопастями нерационально ставить их в тех районах, где густонаселенные пункты.

В таких условиях лучше подойдут вертикальные генераторы или спиралевидные. Они не производят много шума. Их можно устанавливать даже в частных домах с близким соседством. Однако в этом случае ближайшие постройки могут влиять на производительность станции.

Проблему можно решить, дополнив сеть солнечными батареями. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить жилой дом электроэнергией.

Покупать или сделать своими руками - вопрос чисто финансовой стороны. Если есть средства на готовую установку, можно смело вкладывать в будущее, поскольку это вложение окупится в ближайшие годы.

Если же денег на покупку дорогого оборудования нет, но есть возможность собрать генератор своими руками, однозначно советуем установить ветряк дома самому. Он позволит сэкономить как минимум треть потребляемой энергии.

Генераторы от автомобиля нуждаются в перемотке катушек.
Любую мачту необходимо устанавливать на фундамент, поскольку она имеет большую массу и будет подвержена серьезным нагрузкам. Фундамент мачты должен быть не менее 1 м глубиной.
Изготавливая лопасти самостоятельно важно проверить балансировку. Если крыло тянет вниз, его можно сточить или отшлифовать.
При шторме или урагане должен быть предусмотрен механизм торможения. Чтобы конструкция не пострадала.
Аккумуляторы выбираются согласно потреблению и расходу электричества в доме. В день затишья помещение не должно остаться без питания.
Для долгого срока службы профилактика смазки подшипников необходима раз в 6 месяцев.
После первых двух недель использования агрегата, обязательно проверяют крепеж и натяжения , поскольку при работе детали имеют свойство расшатываться, следует снять конструкцию проверить и закрепить заново.

Установка ветряной электростанции на даче или в частном доме помогает решить множество проблем, связанных с электроснабжением. Данный агрегат способен перерабатывать и накапливать энергию ветра, используя ее во благо человека. Процесс изготовления ветряной электростанции достаточно простой - он требует минимального количества материалов и прежде всего желания достичь заданной цели. О том как сделать ветряную электростанцию для дома рассмотрим далее.

Ветряные электростанции для частного дома: особенности и характеристика

Ветряные электростанции предназначены для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. В соотношении с внешним видом и конструктивными особенностями ветряные электростанции для дома бывают расположенными:

горизонтально;
вертикально.

Первый вариант менее зависим от ветра, но отличается меньшей популярностью, нежели второй. Так как он способен работать лишь при сильном ветре, а для его запуска требуется наличие внешнего источника. Вертикальные ветряные электростанции способны функционировать более качественно и отличаются высоким КПД. Для их работы достаточно силы ветра в 2-4 м/с.

Среди основных компонентов ветровых электростанций следует отметить:

мачту, которая бывает простой, телескопической или монолитной;
редуктор - часть электростанции, на которой располагаются лопасти;
контейнер - подвижная часть ветроэлектростанции, которая двигается в соотношении с ветром;
генератор - прибор, который преобразует энергию.

Выбор конструкции и мощности ветряка напрямую зависит от особенностей его эксплуатации.

Более простыми являются приборы, мощностью до 300 Вт. Такие агрегаты способны легко поместиться даже в автомобиль. Для их установки достаточно одного человека, а мощность, которую они вырабатывают, достаточно для зарядки телефона, обеспечения освещения или работы телевизора. Данный вариант отлично подходит для семейного отдыха на даче, в лесу или на море.

С помощью 2, 5, 10 кВт ветровых электростанций осуществляется обеспечение целого дома электроэнергией. Если существует излишняя энергия, то она помещается в аккумуляторах, которые ее расходуют при слабом ветре или при его отсутствии.

Более мощные варианты ветровых электростанций, мощность которых составляет более двадцати киловатт, способны снабдить электроэнергией несколько домов, коттеджей или даже частное предприятие.

Ветряные электростанции фото:

Главным преимуществом ветровой электростанции является экологичность, ведь ее работа никак не влияет на окружающую среду. При этом, энергию получить достаточно легко, главное условие - наличие стабильного ветра.

Среди недостатков ветровых электростанций отмечают их зависимость от ветра. Для работы ветряка ветер должен иметь скорость минимум два метра в секунду. Для достижения номинальной мощности потребуется сила ветра в 10 м/с.

Чтобы накапливать электричество и использовать его во время отсутствия ветра используют аккумуляторы. Срок их службы составляет около 10 лет. Кроме того, использование мощных ветровых электростанций отличается высокой шумопроизводительностью, что снижает комфорт проживания вблизи данного агрегата.

Ветровая электростанция способна препятствовать нормальной работе телевизора, радио и других подобных приборов.

Самыми главными составляющими любой ветроэлектростанции выступает генератор, устройство выпрямительного назначения, аккумулятор-батарея, инвертор, то есть преобразователь напряжения. Для осуществления общего контроля за работой устройства рекомендуется использование микропроцессорного контролера или простых логических схем.

Если планируется покупать ветровую электростанцию, то наиболее оптимальными вариантами станут устройства, имеющие низкий уровень начальной скорости ротора, скорости заряда батареи и выхода на рабочий процесс. Так как от широты восприятия рабочего диапазона ветра зависит количество энергии, которую воспроизводит установка.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

Среди преимущества использования ветровых электростанций отмечают:

1. Длительность применения ветровой энергии еще в древнеримские времена.

2. Экологичность и безвредность для окружающей среды.

3. Дешевизна получения качественной электроэнергии.

4. С помощью использования энергии ветра снижается расход электричества, вырабатываемого на ТЭС, поэтому выбросы парникового газа значительно снижаются.

5. Доступность, так как ветер присутствует в любом уголке всей планеты.

6. Размер ветряной турбины небольшой, поэтому для их установки не потребуется много места.

7. Особо востребованные ветровые установки в местах, которые отдалены от центрального электроснабжения, таких как леса, поля, моря или океаны.

8. Использование ветровой электростанции позволяет существенно снизить материальные расходы на оплату электроснабжения.

Несмотря на большое количество преимуществ, использование частных ветряных электростанций отличается такими недостатками:

1. Ветер отличается переменчивостью в разное время года в разных регионах поэтому кроме ветряной электростанции следует устанавливать накопительные устройства для электроэнергии, а их покупка - процесс весьма дорогостоящий. Кроме того, они требуют периодической замены.

2. Некоторым людям не нравится внешний вид ветряных электростанций и высокий уровень шума, который они производят.

3. Перед постройкой ветряной электростанции следует провести ряд исследований, направленных на определение силы и интенсивности ветра на определенной местности.

4. Цена на покупку ветровых электростанций довольно высокая, хотя и затраты со временем окупаются, первоначальный вклад довольно высокий.

5. Лопасти, которые находятся на ветряке приносят вред определенным насекомым и птицам, обитающих вблизи электростанции.

Сфера использования и виды ветряных электростанций для дома

Если мощность ветряной электростанции не превышает одного киловатта, то для изготовления ее корпуса требуется алюминиевый сплав. Поэтому, такие устройства характеризуются высокой тепловой отдачей и небольшим весом.

Чем ниже расчетная скорость ветра, тем выше уровень электроэнергии, которую преобразует ветряк. Тихоходный ветрогенератор позволяет не использовать редуктор, а, значит, шум, воспроизводимый ветряком уменьшается, а количество энергии - увеличивается.

Еще одним важным параметром ветряной электростанции выступает показатель энергоэффективности. Она зависит от размера, конструкции и уровня наклона лопастей. Если лопасти изготавливаются серийно, то их себестоимость снижается, а надежность находится на высоком уровне.

Минимальная мощность ветровой электростанции, применяемой в частном доме, составляет полкиловата. Если мощность ветряка будет меньше, этой энергии не хватит для полноценного функционирования здания.

Применение малых ветряков актуально в походе, на отдыхе или на яхте. Если рассматривать высокую шумопроизводительность ветряков и их вред для насекомых, то к установкам домашнего использования данные недостатки не относятся, так как данные только большие промышленные установки создают инфранизкочастотное колебание, вредное для вблизи обитающих животных.

Солнечно ветряная электростанция - общие сведения

Данный тип электростанций отличается более высокой выгодой, так как является комбинацией солнечных батарей с ветряком. Если на улице отсутствует солнце или ночью, работает ветряк. В другое время энергоснабжением занимаются солнечные батареи.

Таким образом, удается получить полную энергетическую независимость от центрального электроснабжения. Данные электростанции используют в регионах, с достаточно высокой интенсивностью солнечного и ветрового излучения.

В состав солнечно ветровой электростанции входит наличие:

ветрового генератора;
башни;
солнечных панелей;
солнечного контролера;
инвертора;
аккумуляторов гелиевого типа;
температурного батарейного датчика;
разного рода кабелей и соединителей.

Самодельная ветряная электростанция - особенности изготовления

Процесс сооружения ветряной электростанции следует начинать с крыльчатки, так как именно данный элемент отвечает за улавливание энергии ветра. Для изготовления лопастей следует приобрести фанеру или металлический лист. Кроме того, возможен вариант применения материалов, таких как дюралюминий или пластик.

Основные требования к лопастям:

легкость;
строгая симметричность;
отсутствие толчков во время вращения.

Учтите, что от количества лопастей не зависит конечный результат работы. То, если некоторые ветроустановки с тремя лопастями способны переработать такое же количество энергии, как и устройства, имеющие пять лопастей.

Самым оптимальным вариантом является сооружение ветряка с четырьмя лопастями. Обеспечить жесткость конструкции поможет шестимиллиметровая проволока, которой обрабатывают торцевые участки каждой лопасти. Данная процедура актуальна для изделий, изготовленных из металла. Если де лопасти у ветряка деревянные, то ее торцы пропитываются с помощью горячей олифы.

Для сооружения четырех крестовин, на которых фиксируются лопасти, следует использовать металлические полоски, размером 5х6 см. Срок их службы будет значительно дольше, чем у деталей изготовленных из дерева.

Вертикальной опорой для электростанции послужит стальная труба, минимальный диаметр которой составляет 30 см, а длина - 200 см. На нижнюю часть трубы крепятся два разных по диаметру шкива, таким образом, с помощью ремня, вращение передается к генератору.

Кроме того, следует обязательно позаботиться об укрытии всех элементов в коробке, выполненной из дерева или металла.

С помощью варочного аппарата, металлическая крестовина ротора приваривается к оси. Не забудьте тщательно измерить интервал между лопастями и осью. Когда роторная часть ветряка собрана, ее следует покрыть с помощью масляной краски.

Станина - довольно важный элемент ветряной электростанции, так как именно на нее крепится установка. Поэтому станина должна быть мощной и обеспечивающей прочность крепления.

Для фиксации четырех точек соприкосновения с поверхностью следует провести их заливку с помощью бетонного раствора.

Если сила ветра не будет превышать 10 м/с, то мощность ветряка составит около 1 кВт. Учтите, что ветрогенератор должен быть снабжен с помощью аккумулятора, в котором будет храниться энергия, используемая в безветренную погоду.

Ветряная электростанция должна располагаться на открытой местности, вдали от деревьев, предпочтительно на возвышенности.

Ветряная электростанция своими руками: выбор генератора

От типа генератора, используемого для переработки энергии, зависит КПД ветровой установки. Довольно высокой популярностью отличаются устройства асинхронного типа. Принцип их работы состоит в несовпадении момента вращения ротора с вращением статорного магнитного поля. Ветер обеспечивает вращение ротора генераторной установки, когда вышеприведенные поля между собой не совпадают, происходит образование дополнительной электрической энергии. Поэтому, КПД ветряка увеличивается.

Затраты на покупку данного генератора вполне себя окупают его высокой производительностью. В сравнении с обычными генераторами, устройства асинхронного типа отличаются более низким весом, более высокой мощностью и доступной стоимостью.

Они не нуждаются в дополнительном источнике питания, так как у них нету электрических щеток, которые требуют периодической замены в процессе работы обычного генератора.

Принцип работы асинхронных двигателей состоит в следующем. В процессе движения ротора с помощью ветра, статор находится под воздействием магнитного поля. Каждая обмотка статора подключена к конденсатору, поэтому происходит появление небольшого количества тока. Он и заряжает конденсатор. Далее происходит образование магнитного поля, воздействующего на вторую обмотку, которая способствует еще более сильному заряду конденсатора. Ротор насыщается и самостоятельно производит энергию.

Асинхронный ветрогенератор, при скорости ветра в 4 метра за секунду способен произвести электричество, мощностью в 3 кВт.

Среди преимущества данного генератора следует отметить:

простоту в эксплуатации;
материальную и техническую доступность;
наличие постоянного устойчивого тока;
получение высокой мощности за небольшие деньги.

Среди преимущества синхронных генераторов следует отметить наличие устойчивого и стабильного напряжения. Но в то же время, данные генераторы отличаются необходимостью в периодической замене щеток и высокой стоимостью.

Асинхронные же генераторы довольно просты в работе, кроме того, они не подвержены возникновению короткого замыкания.

В процессе изготовления ветровой электростанции своими руками наилучшим вариантом станет использование автомобильного генератора, который станет отличным прибором, преобразовывающим энергию ветра в электричество.

Ветряные электростанции видео:

Использовать силу ветра в своих интересах человечество научилось давно. Если на заре прогресса люди не имели представления о массовом перемещении воздуха по земной поверхности, то использовать силу ветра в качестве тягловой силы научились сразу же с появлением первых кораблей. Логичным продолжением дела использования ветра на благо человека стали ветряные мельницы.

Следующий виток заинтересованности в контроле над воздушными массами и приспособлении их к служению человеку произошел на стыке XIX и XX веков. Тогда появился инструмент, преобразующий силу ветра в энергию, то есть ветряная электростанция. Как и во все времена, поводом к ее созданию послужило стремление экономить. В данном случае традиционные топливные ресурсы, которые, оставаясь популярными, постоянно росли в цене.

С расцветом промышленности ветряные мельницы постоянно модифицировались и к XXI веку приобрели тот узнаваемый вид, который безошибочно отличит от прочих агрегатов даже ребенок.

Но узнать что-либо по внешнему виду – это одно, а понять, как это работает, – совсем другое. Восполним этот пробел.

Принцип действия ветряной электростанции

Ветряная , или инвертор, имеет принцип действия, идентичный с другими ветровыми установками: сила ветра вращает лопасти ветряного колеса, которое передает крутящий момент на вал генератора посредством системы передач. В зависимости от конструкции энергия ветра передается также на электрогенератор или водяной насос.

Знакомый с основами физики человек без труда сообразит, что количество вырабатываемой энергии прямо пропорционально величине диаметра ветрового колеса и размеру его лопастей. Чем больше ветра одновременно будет воздействовать на лопасть, тем сильнее происходит отдача в виде электроэнергии.

Одними размерами решение вопроса получения максимальной отдачи не ограничивается. Воздушные потоки на разной высоте ведут себя неодинаково. Вблизи земли их сила снижается, и скорость замедляется из-за с ландшафта, тормозящего перемещение ветра. Чем выше находится ветряное колесо, тем мощнее поток воздуха, попадающий на него.

Конструкция ветровых электростанций

Ошибочно было бы полагать, что внешне инвертор выглядит исключительно как ветряная мельница на менее обширном основании. В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС:

пропеллерные. Вращающийся вал в данном случае расположен горизонтально относительно направления ветра. Лопасть-стабилизатор с обратной стороны ветрового колеса позволяет всей конструкции перемещать его по направлению ветра. Самый экономичный из всех разновидностей ВЭС. Скорость вращения таких агрегатов обратно пропорциональна количеству лопастей, поэтому оптимальное их число – три штуки. Имеют самый высокий КПД (0,48) энергии ветра;
барабанные;
карусельные.

В обоих случаях вал, вращающий лопасти, расположен вертикально. Данный тип инверторов монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).

У таких электростанций вращающий момент существенно выше пропеллерных. КПД колеблется в диапазоне от 0,10 до 0,15.

Массовое применение инверторов в настоящее время является панацеей сразу от нескольких современных болезней цивилизации (о них чуть ниже). В то же время работа ветряных электростанций зависит от множества факторов, на которые человек повлиять не в состоянии.

Проблемы, связанные с работой ветровых электростанций

Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра . Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести инверторы из строя.

Вывод можно сделать только один: за достижение колоссального экономического эффекта от использования воздушных потоков человечество платит зависимостью от их капризов, труднопрогнозируемых и совершенно непредсказуемых по времени. Напрашивается вопрос о целесообразности их использования и монтажа вообще. Зачем людям такой недобросовестный и непунктуальный помощник, к тому же еще и дикий? Ответ заключен в истории цивилизации, которая уже давно просчитала все.

Выгоды и недостатки ветряных электростанций

Достоинства ВЭС

Простота конструкции.
Несложный по строению агрегат способен эксплуатироваться людьми без специального образования. Принцип действия понятен всем освоившим курс физики на уровне школы. Вопросов по работе не возникнет.
Возобновляемость (неиссякаемость) источника энергии.
Получение электроэнергии посредством использования био- или синтетического топлива зависит от наличия этого самого топлива. Малейшие перебои с поставками делают все ТЭЦ бесполезными. Ветер же повсеместно и постоянно напоминает о своем присутствии. Он исчезнет только вместе с воздухом.
Экономичность.
Получение электроэнергии подобным способом является наглядным пособием мечты каждого бизнесмена – получение максимальной прибыли с минимальными вложениями. Мощность одной ВЭС колеблется в диапазоне от 10 до 1000 Вт и эти параметры зависят только от делового чутья ее собственника.
Безальтернативность в особенных случаях.
Районов, не освоенных человеком, на планете практически не осталось, чего нельзя сказать о снабжении этих мест всем необходимым (в первую очередь – энергией). Труднопроходимые горные участки, тайга, Заполярье или пустыня – всюду доставка электроэнергии обычными способами растянется на месяцы, если не годы. Наличие ветряных электростанций решает эту проблему раз и навсегда.
Экологичность.
Любое производство, основанное на переработке топлива в энергию, выбрасывает в атмосферу огромные объемы вредных здоровью примесей. Бичом нашей планеты на протяжении многих лет является возникновение парниковых зон, уничтожающих все живое. Инверторы же не ухудшают экологию и способствуют поддержанию климата и здоровья человека.
Доступность.
Ветер дует везде. Он может иметь разные величины значения относительно уровня моря или иных параметров. Но одно остается неизменным – он есть.
Компактность.
Инверторы имеют небольшой вес. Их легко транспортировать и монтировать как вдали от цивилизации, так и буквально среди урбанистических центров крупнейших мегаполисов, где идет яростная борьба за каждый свободный квадратный метр площади.
Независимость внешняя и внутренняя.
Как бы смешно ни звучало на первый взгляд, наличие развитой сети ветряных электростанций служит снижению зависимости небольших государств от монополистов нефтегазового рынка. Если спроецировать ситуацию на меньший масштаб, то при эксплуатации ВЭС для собственных бытовых нужд хозяин такой ветроустановки менее подвержен риску изменения своего бюджета из-за роста цен на топливо.

Недостатки ВЭС

Недостатки ветровых электростанций носят больше субъективный, нежели объективный характер, тем не менее их нужно учитывать в каждом конкретном случае монтажа установок.

Зависимость от ветра.
Ветер иногда может отсутствовать, или его сила будет недостаточна. Это приведет к полной остановке подачи электричества и к связанным с этим проблемам.
Стартовая стоимость.
Оборудование ВЭС стоит денег, и одномоментная перестройка хозяйства под получение электричества из воздуха затратна. Помимо самих станций, требуются накопители энергии – аккумуляторы, которые имеют ограниченный срок эксплуатации.
Шум вблизи жилых объектов.
Шум присутствует вблизи домов, но он создает дискомфорт только в случае одновременной работы большого количества ВЭС. В основном шумят мощные электростанции.
Изменение природного ландшафта.
С точки зрения эстетики, конечно, обилие мачт с вращающимися лопастями не добавляет красоты окружающей природе. Вопрос в том, что внешне уродует природу сильнее.
Радио- и телепомехи.
Случаи препятствий работе теле- и радиоприемников зафиксированы, их статистика постоянно изучается.
Большие площади.
Если установка компактных ВЭС выгодна в городе, полностью заменить биотопливо в сельской местности возможно лишь в случае массового использования инверторов. Для этого необходима их установка в больших количествах, что приводит к использованию больших площадей.

Как видно из предоставленной информации, существенных достоинств ветровые электростанции имеют гораздо больше, чем недостатков. Взвесив все, произведя все необходимые расчеты и убедившись в необходимости использования ВЭС, задаешься вопросом, где же взять эти самые ветроустановки.

Производители ветряных электростанций

Основные игроки на этом рынке из Европы. Это Германия (Repower, Siemens, Nordex, Enercon – эта компания занимает второе место в мире), Дания (Vestas – мировой лидер рынка), Испания (Ecotechnia, Gamesa).

В число мировых лидеров также входят США (GeneralElectric) Япония (Mitsubishi), Индия (Suzlon).

Все эти компании производят оборудование, имеющее мощность от 0,5 до 6 000 кВт.

В России одними из крупных частных производителей ВЭС являются ООО «Ветро Свет», ООО «Сапсан-Энергия», «ЛМВ Ветроэнергетика», ООО «СКБ Искра», ООО «ЭнерджиВинд» и др. Также их производство ведется и на промышленных мощностях предприятий ВПК.

Вы хотите знать ?

Если вы любите самые современные решения в интерьере, в том числе и в освещении, то эта вам понравится.

Вам необходимо полностью осмыслить проблему экологии на нашей планете? Полезный материал по ссылке.

География применения ветряных электростанций

Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.

В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.

Северная и Южная Америка повсеместно использует энергию ветра на протяжении десятилетий и в сфере фермерского хозяйства активно вытесняет традиционные виды получения электричества. В США сосредоточена пятая часть всей энергии мира, получаемой из ветра.

В последние годы Россия активно включилась в процесс сооружения ВЭС, и на сегодняшний момент можно говорить о запуске таких заслуживающих внимания объектов, как.

Ветро-электрические установки (ВЭУ) преобразовывают энергию перемещения атмосферных масс, которая в той или иной мере имеется в наличии в любой точке земного шара, непосредственно в электричество. Именно на этом основывается положительный экономический и экологический эффект от использования ветровых турбин.

Преимущества ветровой энергетики

Современные технологические решения позволяют производить ветровые генераторы мощностью от нескольких КВт до сотен МВт . То есть ВЭУ могут обеспечивать электроэнергией, как целые промышленные районы, так и отдельные жилые коттеджи. Кроме чисто экономических преимуществ ветряная энергетика имеет еще одно неоспоримое преимущество – она оказывает значительно более низкое давление на экологию и биосферу Земли. Поэтому на авторитетном сайте «Альтернативная энергетика» (http://altenergiya.ru/) справедливо подтверждается глубокие мысли Вернадского В. В., высказанные еще в средине ХХ века:

…продажи ветряных электростанций небольшой мощности, которые способны использовать энергию ветра практически в любых регионах (даже там, где недостаточно силы ветра для промышленного использования), постоянно возрастают. Прогнозируется, что подобные альтернативные источники энергии будут применяться все шире, как в государственном, так и частном порядке, пока окончательно не вытеснят традиционную энергетику, основанную на органическом топливе

К экономическим плюсам бытовой ветряной энергетики (установки, мощностью 3 – 15 КВт) можно отнести следующие факторы:

Неисчерпаемость источника энергии;
Экологическая чистота энергии;
Быстрота возведения ветряной установки;
Короткий срок окупаемости капитальных вложений;
Не требуется специальных площадок для монтажа оборудования.

Недостатком небольших ВЭУ является практически один фактор — прямая зависимость вырабатываемой мощности от напора воздушного потока, который в большинстве регионов Земли не отличаются стабильностью. Поэтому для стабильного и качественного энергоснабжения бытовой техники требуется такое дополнительное оборудование, как аккумуляторы и полупроводниковые выпрямительные установки .

Изучение энергетического потенциала территории

Заглядывая в будущее ХХI столетие, безальтернативность пути развития ветровой энергетики очевидна. Потому в передовых странах проводятся исследования потенциала территорий на предмет использования их для возведения крупных ВЭУ.

Станции альтернативной энергетики обычно занимают большие площади. Соответственно в первую очередь обращается внимание на такие местности, которые даже в далекой перспективе не могут быть вовлечены в другую экономическую деятельность:

Пустыни;
Горные возвышенности;
Шельфовые зоны;
Прибрежные зоны морей и океанов, и другие.

В частности, на популярном интернет ресурсе windypower.blogspot.com/p/blog-page_8642.html дается такая информация:

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного-двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта

Мощности промышленных ветровых электростанций

Промышленные ВЭУ бывают самой разной мощности в зависимости от энергетического потенциала конкретной территории. Современные технологии позволяют массово производить даже не стандартизированное генераторное оборудование со сроком окупаемости 3 – 5 лет .

На сегодня самая крупная наземная ВЭС расположена на перевале Техачапи, что в Калифорнии. Ее полная мощность, соизмеримая с мощностью крупных тепловых электростанций, уже ныне составляет 1550 МВт . В дальнейшем планируется довести установленную мощность ВЭС АЛЬТА до 3000 МВТ. На ней используются ветровые турбины 1.5 и 3.0 МВт.

Державы, которые владеют большими шельфовыми зонами, активно развивают шельфовою ветроэнергетику. В этой области лидируют Дания и Великобритания. Такие ВЭУ устанавливаются в 10 – 50 км от берега в море с небольшими глубинами и отличаются большой эффективность, потому что там дуют постоянные морские ветра. Самой большой ВЭС среди эксплуатируемых в шельфовых зонах мира является великобританская станция London Array с рабочей мощность в 630 МВт.

Развиваются также такие экзотические типы ВЭС, как плавающие и парящие. Пока что это установки с одним или не большой группой генераторов мощностью по 40 – 100 КВт каждый. Но со временем планируется довести мощность агрегатов на плавающих электростанциях до 6.3 МВт. В частности к таким мощностям уже вплотную подошли датские и итальянские фирмы.

ВЭС для обеспечения электричеством коттеджей и объектов малого бизнеса и цены на них.

Для того, чтобы полностью покрыть нужды загородного дома, не большой фермы, ресторана или маркета, достаточно иметь установку мощностью в 20 или даже меньше КВт. Для жилого дома, например, номинальная мощность генератора выбирается с расчета 1КВт на 12 м2 площади, если зимняя температура не опускается ниже 18С при среднесуточной скорости ветра 6.3 м/с и более.

Стоимость электростанции для бытовых нужд и малого бизнеса зависит от номинальной мощности электрогенератора и составляет около 50 тыс. рублей на 1 КВт для ВЭС до 3 КВт, 40 тыс. рублей/КВт – для ВЭС до 10 КВт и около 30 тыс. рублей/КВт – для ВЭС свыше 10 КВт.

Окупаемость автономной электростанции составляет в пределах 5 – 7 лет, так 1 КВт установленной номинальной мощности генератора за год может выработать столько энергии, которая эквивалентна сжиганию 2 тонн высококачественного угля . В частности ВЭУ «ЭСО-0020» номинальной электрической мощностью 20 кВт, представленная на сайте «Учебные материалы ВГУЭС (http://abc.vvsu.ru/) имеет следующие параметры:

Себестоимость электроэнергии – 0.02 долл. / КВтч;
Годовая выработка эл. энергии — более 70000 КВтч;
Срок окупаемости – до 7 лет;
Срок службы – 20 лет.

Видео

Ветряная электростанция для дома является примером альтернативной энергетики. Это оптимальное решение для объекта, на котором отсутствует централизованная подача электроэнергии, а провести линии электропередач к дому слишком дорого. Станция повышенной мощности позволяет полностью удовлетворить все энергетические потребности. Рассмотрим особенности ветрогенераторов для частного дома, их классификацию, особенности обслуживания и самостоятельную установку.

Количество электроэнергии, вырабатываемой современной электростанций для дома, зависит, прежде всего, от погодных условий, а также от времени года. Как правило,

Если скорость ветра соответствует номинальной скорости преимущественного количества моделей ветряных генераторов — 8 м/сек — то с единицы площади можно получить около 307 Вт.

Ветряная электростанция для дома имеет конструкцию, которая состоит из генератора с аккумуляторной батареей, а также выпрямительного устройства с инвертором, необходимым для преобразования напряжения в стандартные 220 В. Все блоки контролируют используя микропроцессорный контроллер либо другую логическую схему.

Какие бывают

Ветряные генераторы отличаются друг от друга конструкциями , которые делятся на две группы:

с вертикальным и
горизонтальным расположением ротора.

Генераторы вертикального типа считаются менее экономичными. Они имеют большую материалоемкость, но компактные и могут функционировать при широком диапазоне скоростей ветра.

Второй тип характеризуется гораздо высшим КПД и меньшей материалоемкостью . Однако, для ветряных генераторов с горизонтальным расположением ротора требуются мачты большей высоты, поэтому такие ветрогенераторы обладают достаточно сложной механической конструкцией и не так удобны при обслуживании.

По мощности:

Где должен размещаться ветрогенератор

Огромную роль играет место, в котором будет находиться ветряная электростанция.

Не стоит устанавливать ветроэлектростанцию рядом с домами или деревьями, это не позволит получить полную отдачу от используемого ветряка.

Размещая ветрогенератор необходимо принимать во внимание несколько обстоятельств:

Наибольшей силой характеризуется ветер на вершинах холмов, среди степи, возле береговой линии, а также в других местах, где нет различных зданий и больших деревьев.
Следует проинформировать соседей о подключении данной электростанции, чтобы в будущем избежать проблем.
Рекомендуемое расстояние установления ветряка —примерно 300 м от домов соседей.

Не нужно рассчитывать на то, что генератор будет постоянно вырабатывать необходимое количество энергии. Это объясняется тем, что в одном и том же месте скорость ветра может сильно меняться, и это влияет и на количество энергии: если сила ветра колеблется в пределах 10%, то ресурсы производимого электричества может уменьшиться или увеличиться почти на 25%.

Сколько шума производит ветроэлектростанция?

Относительно шумности ветряков следует отметить, что этот недостаток характерен для крупнейших мегаваттных ветряных электростанций. Их лопасти в процессе работы создают инфранизкочастотные колебания. Как правило, их устанавливают на большом расстоянии от населённых пунктов. Ветряки с небольшой мощностью создают низкий шум только при сильном ветре, который не очень превышает естественный фон. Нормой является шум не больше 40 децибел.

Обслуживание ветряной электростанции

Профессиональное обслуживание ветрогенераторов представляет собой целый комплекс работ, к которым относятся:

Обследование электрической станции;
Очистка ветряка от загрязняющих материалов и его помывка;
Косметический ремонт;
Монтаж генератора;
Ремонт деформированных лопастей.

«Умные штуки» помогут сэкономить электричество в доме: .
О том, как диммеры помогают управлять освещением дома дистанционно мы писали .
Еще одно удобство «Умного дома» — для включения и выключения света.

Безопасность

Как и любая другая система, ветряная электростанция может быть небезопасной для человека. В этом случае угрозы связаны с установкой, функционированием и обслуживанием ветряков.

Так, если стопор в генераторе не срабатывает, то он может вращать лопасти до того времени, пока не воспламенится либо же не разрушится. Такие случаи фиксируются довольно редко. В некоторых случаях пожар на гондолах тушится не до конца, поэтому выделяется токсический дым, а также внизу возникает вторичный пожар. Однако, современные модели оснащены специальными автоматическими системами пожаротушения.

На протяжении зимы на лопастях образуется ледяная корка, которая опадает при работе и служит причиной локализованной остановки генератора. Множество моделей имеют большое количество пассивных , останавливающих работу даже при самых незначительных нарушениях.

Какую ветряную электростанцию станцию выбрать

На сегодняшний день на рынке представлен огромный ассортимент ветряных электростанций. Однако выделяют несколько наиболее популярных вариантов:

Американская станция «Windtronics» от компании «Honeywell Wind Turbine»;
Генератор «Eddy».

Специалисты не советуют устанавливать чисто ветряную систему, поэтому в большинстве случаев станция состоит из ветрогенератора с солнечными панелями, инвертера и контроллера заряда, а также аккумулятора.

Цена на малую систему может колебаться в пределах от 90 тысяч до 2,5 миллиона рублей.

Стоимость электростанции зависит от её мощности.

Ветровые электростанции для дома своими руками

Ветрогенератор должен состоять из пяти частей:

Генератор;
Лопасти;
Установка, превращающая ветер в энергию;
Башня для поднятия установки и «ловли» ветра;
Батареи с электронной системой управления.

Для изготовления домашнего генератора можно использовать старый мотор от компьютера с ленточным приводом. Магниты постоянного тока отлично работают.

Для лопастей в домашних условиях подбираются трубы ПВХ. Лучше брать те, которые изготовлены из пластикового материала. Необходимо следить, чтобы размер диаметра был 1/5 от длины трубы. После того как возле её основания будет срезан небольшой квадрат, а в углу просверлено отверстие, следует сгладить края деталей.

Дальше нужно на крепком диске сделать отверстия и с помощью болтов закрепить лопасти. Турбину можно установить на деревянной подставке, предварительно рассчитав её длину. В качестве башни для установки можно использовать железную трубу с небольшим диаметром, а основание сделать из фанеры. С целью защиты дерева от гнили его следует покрыть краской.

Электронную систему управления также можно сделать собственными руками или же купить. Затем все части следует собрать в одно целое и запустить в работу.