Опис і характеристики різних типів вітрогенераторів, їх сильні і слабкі сторони і застосування в різних областях.
Зміст:
- Введення
- Розрахунок
- Види
- Вибір моделі
- Новітні розробки
до змісту ?
Введення
Турбота про навколишнє середовище і про власному гаманці спонукала світлі уми людства до винаходу і впровадження нових методів виробництва енергії, джерелом для якої слугували б невичерпні ресурси: сонце, вода і вітер. Використання кожного такого джерела має свої переваги і недоліки, але найбільш доступною та ефективною вважається енергія вітру.
Звичайно, природа накладає певні обмеження на використання вітрогенераторів, і матеріальні витрати на вироблення 1 кВт електрики від енергії сонця і вітру приблизно порівнянні. Але в північних широтах, особливо в прибережних регіонах, використання вітрогенераторів поза конкуренцією.
Питання доцільності встановлення впирається в середню швидкість вітру в регіоні. Починаючи з 4 м/с встановлення вітрогенератора вважається доцільною, а при 9-12 м/с він працює з максимальним ККД. Але потужність вітрогенератора залежить не тільки від швидкості вітрового потоку (схема 1), але і від діаметра ротора і площі лопатей (схема 2).
до змісту ?
Розрахунок
Якщо відома середня швидкість вітру, то маніпулюючи величинами діаметра гвинта або його площі, можна вивести відповідну потужність установки, яка необхідна.
Р = 2D*3V/7000, кВт, де
P — потужність;
D — діаметр гвинта, м;
V — швидкість вітру в м/с.
Дана формула розрахунку ефективності вітрогенератора справедлива виключно для крильчатого — горизонтального типу.
до змісту ?
Види
На даний момент в серійному виробництві існує 2 виду вітрогенераторів:
Але вони мають серйозний недолік — тихохідний. Для його подолання застосовують підвищують редуктори, що дещо знижує ККД.
Переваги:
- Більша швидкість обертання, це дозволяє з’єднуватися з генератором, що збільшує ККД;
- Простота виготовлення;
- Велика різноманітність моделей.
Недоліки:
- Високий рівень шумового та ультразвукового забруднення. Це може бути небезпечно для здоров’я людей. Тому генеруючі промислові потужності розташовують у безлюдних місцях;
- Необхідність застосовувати стабілізатор і пристрої наведення на потік вітру;
- Швидкість обертання знаходиться в зворотній пропорції до кількості лопатей, тому в промислових моделях рідко використовують більше трьох лопатей.
Роботи з подолання останнього недоліку ведуться вже досить давно. Було розроблено і випущено кілька невеликих моделей вітрогенераторів. Їх ККД досить високий для свого класу потужності, через оригінального будови лопаті.
Площа опору вітру в такій моделі мінімальна, вона може працювати при силі вітру 2 м/с і видавати при цьому 30 Вт. Але враховуючи, що на тертя та інші втрати, в моделях такого класу, йде до 40% енергії, що залишилися 18 Вт не вистачить навіть на освітлення однією лампочкою. Для використання на дачі або в приватному будинку потрібно, щось серйозніше.
до змісту ?
Вибір моделі
Вартість комплекту вітрогенератора, інвертора, щогли, ШАВРа — шафи автоматичного включення резерву, безпосередньо залежить від потужності і ККД.
Максимальна потужність кВт
Діаметр ротора м
Висота щогли
м
Номінальна швидкість м/с
Напруга
Вт
0,55
2,5
6
8
24
2,6
3,2
9
9
120
6,5
6,4
12
10
240
11,2
8
12
10
240
22
10
18
12
360
Як бачимо для повного або часткового забезпечення садиби електрикою необхідні генератори великої потужності, встановити які самостійно досить проблематично. У будь-якому випадку високі капітальні вкладення і необхідність провадження робіт з монтажу щогли за допомогою спецтехніки істотно знижують популярність вітрових енергетичних систем для приватного використання.
Існують переносні вітрогенератори малої потужності, які можна взяти з собою в подорож. Ці моделі компактні швидко монтуються на місцевості, не вимагають особливого догляду, і дають достатньо енергії, для комфортного відпочинку на природі.
І хоч максимальна потужність такої моделі всього 450 Вт, цього достатньо для освітлення всього кемпінгу і дає можливість використовувати побутові електроприлади далеко від цивілізації.
Для середніх і малих підприємств установка декількох вітрових генеруючих станцій могла б дати істотну економію в енерговитратах. Безліч європейських фірм займаються виробництвом продукції такого типу.
Це складні інженерні системи, які потребують профілактики і обслуговування, але їх номінальна потужність така, що може перекрити потреби всього виробництва. Для прикладу в Техасі на найбільшій вітроелектростанції в США всього 420 таких генераторів виробляють за рік 735 мегават.
до змісту ?
Новітні розробки
Прогрес не стоїть на місці, і нові розробки піднімають ефективність вітрогенераторів на нову висоту, в буквальному сенсі. Однією з найбільш трудозатратных частин при створенні вітрової електростанції був монтаж наземних систем: щогли, генератора, ротора, лопатей. На малих висотах, біля землі вітрові потоки не постійні, а підйом генеруючих потужностей на велику висоту, робить щоглу занадто складною і дорогою конструкцією.
Тепер цього можна уникнути. Компанія Makani Power розробила літаючий вітрогенератор — крило, запустивши який на велику висоту 550 м, можна отримати до 1 МВт електроенергії на рік.
