Как сделать ветрогенератор своими руками: устройство, принцип работы + лучшие самоделки

Задача

Максим Кузин, главный конструктор: “Интерес к ветровой энергетике у нас появился благодаря коллегам из УВЗ, рассказавшим о некоторых амбициозных задачах в этой отрасли и соответствующих им рыночным возможностям. Мы выработали несколько гипотез, провели исследовательскую работу, и сформировали набор характеристик, которым должна удовлетворять установка. Среди них – устойчивость к экстремальным климатическим и сейсмическим условиям, возможность применения от крайнего Севера до африканской пустыни, длительный ресурс, удобство транспортировки и легкость развертывания.

Безусловно создание нового продукта всегда сопряжено с трудностями. Традиционный фактор — время. Работать приходится в очень сжатых сроках, тем не менее предвосхищая и опережая задачи будущего, анализируя мировой опыт и объединяя его с потребностями и проблемами современности.

К идее применения гиперболоидных оболочек нас вдохновили работы российского инженера Владимира Григорьевича Шухова. Этой работой мы дали новый виток развития его трудов, переведя их из статичной плоскости в полноценную динамику”.

Вычислительные мощности для выполнения инженерных расчетов на суперкомпьютере “Минин” предоставлены нашими коллегами из ЦНИИ “Буревестник”.

Экономическое обоснование строительства ВЭС

В экономическом плане постройка домашней ветровой электростанции будет иметь смысл только при отсутствии других источников получения электричества. Это связано с финансовыми расходами, так как стоимость самой установки довольно большая, кроме того, ремонт и обслуживание требует постоянных расходов, а эксплуатационный срок конструкции составляет всего 20 лет в европейских условиях, а в нашей стране эксплуатация будет на треть ниже. По этой причине, применение ветряных электрических станций, с точки зрения экономики, не выгодно.

Однако, при отсутствии других вариантов получения электроэнергии или при наличии тех условий, при которых ветряные электростанции будут производительно вырабатывать электричество, то применение ветряных установок будет неплохим способом получения электричества.

Гидроаккумулирующая электростанция — единственный выход?

  Немецкий журнал «Шпигель» привел диаграмму, в которой сравниваются к.п.д. различных аккумулирующих устройств. На ней мы видим, что гидроаккумулирующие системы имеют очень низкий к.п.д, но они являются единственными устройствами пригодными для практического применения в энергосистемах. Как бы, ни был важен этот показатель, приходится считаться с реальной ситуацией в сетях. Все же лучше сберечь половину излишней энергии, чем ее всю выбросить в окружающую среду в виде перегретого пара, или не вырабатывать ее вообще, принудительно снижая мощность ветрогенераторов. Гидроаккумулирующие электростанции существуют уже давно, но, похоже, сегодня они приобретают  первостепенное значение.

  Со слов «Шпигеля», сейчас в Германии работают около 30 гидроаккумулирующих электростанций, большинство из них, конечно, очень маленькие, мощность их составляет от 1,7 до 200 МВт, но все же, их суммарная мощность составляет около 7 ГВт, что равно мощности 4-5 АЭС.>>>

Компоненты и расчеты

Стоимость постройки варьируется в самых широких пределах, в зависимости от выбранной конструкции ветряка и использованных компонентов. Есть два основных типа ветрогенераторов — с горизонтальной осью вращения (обязательно располагать на высоте, оптимально 25-35 м) и с вертикальной осью, которые допустимо размещать просто на уровне земли.

Кроме самого генератора для ветряков с горизонтальной осью вращения необходим ротор с лопастями, редуктор и поворотный хвост, а также защитный кожух. Все это, обычно, устанавливается на высокую мачту. Поскольку мачта, как правило, довольно массивное и высокое сооружение, под него придется закладывать фундамент, а также закреплять ее дополнительными тросами-растяжками.

Дополнительно к суммарной цене конструкции добавляется стоимость монтажа при помощи крана. Чтобы избежать строительства высокой и дорогой мачты, для небольших ветряков все чаще используют варианты конструкции с вертикальной осью вращения ротора, которые способны работать на меньшей высоте при скоростях ветра от 1 м/с. Но такие системы относительно новые, поэтому однозначной статистики их эксплуатации еще не накоплено. Они дают меньше электроэнергии, зато существенно дешевле и не такие шумные, их проще изготовить своими руками.

На земле, в помещении располагается инвертор для превращения постоянного тока от генератора в переменный, комплект аккумуляторов, разъединители и автоматические выключатели, нужные для перераспределения полученной электроэнергии и отключения устройства при аварийных ситуациях либо для ремонта.

Примерное количество энергии, вырабатываемое на протяжении года ветряком с горизонтальной осью вращения можно подсчитать по такой эмпирической формуле: E = 1.64 * D*D * V*V*V. Где: E — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодовая скорость ветра (м/сек). После этого подсчитываем количество и стоимость потребляемой вашим домом за год электроэнергии, а затем множим полученные цифры на 25-30 лет — оценочный срок службы ветряка. Исходя из этого, рассчитываем необходимый размер лопастей и примерную общую стоимость конструкции, в зависимости от стоимости компонентов.

Если мачту можно построить самостоятельно, то электрооборудование и сам ветряк целесообразно покупать серийные, заводской сборки. Хотя, народные умельцы не раз демонстрировали примеры самостоятельной постройки ветрогенераторов для дома на основе компонентов из других устройств (электрогенераторов автомобилей, промышленного оборудования, даже умудряются пускать в дело переделанные электродвигатели от бытовой техники), использовать самодельные лопасти ротора и хвостовое оперение.

Схемы, методики и советы несложно найти в интернете или специализированных технических журналах, но в таком случае вся ответственность за работоспособность и безопасность построенного ветрогенератора будет лежать только на вас.

Очевидно, что с увеличением диаметра лопастей ротора и высоты мачты и соответственно большей собираемой энергии ветра возрастает генерируемая мощность, но пропорционально растет окончательная стоимость конструкции.

По разным оценкам стоимость постройки небольшого ветрогенератора для дома составляет в пределах 2-8 тыс. долларов за 1 кВт электроэнергии. Если у вас дома нет централизованного электроснабжения, ветряк, скорее всего, будет стоить дешевле самостоятельной прокладки линии электропередач или топлива для дизель-генератора.

Если же он задумывался как средство экономии — считайте и делайте выводы о его необходимости для дома. Кстати, уже сейчас полученная на крупных промышленных ветрогенераторах электроэнергия за 1 кВт получается дешевле, чем электроэнергия, выработанная на классических тепловых электростанциях. Себестоимость электроэнергии на малых ветрогенераторах немного выше, но все последние годы она неуклонно снижается.

В любом случае, если сегодня ветряк окажется нерентабельным, не выбрасывайте сделанные своими руками расчеты — через некоторое время появление новых моделей генераторов с большими показателями КПД, изменение тарифов на электроэнергию могут кардинально изменить ваше предыдущее решение.

Также наблюдайте за ситуацией с зеленым тарифом, который применяется во многих странах. По этому тарифу электроэнергию, сгенерированную дома при помощи альтернативных источников, в том числе энергии ветра, можно возвращать в электросеть, получая за нее доплату. Появление в стране зеленого тарифа или изменение его ставки может существенно повлиять на время окупаемости ветряка и проносимую им экономию для дома.

Принцип работы установки

Для нормальной работы ветровой установки турбинного типа необходим ветер, дующий со скоростью от 2 м/с до 60 м/с. Принцип работы установки такой. Агрегат самостоятельно улавливает направление ветра, поворачивается в нужную сторону. Поток воздуха попадает на лопасти, вращает их. Воздушные массы сообщают кинетическую энергию движения лопастям, где она преобразуется в энергию механическую, вращающую ротор.

Турбина ветрогенератора Российской разработки проходит испытания

Вращение ротора продуцирует трехфазный ток, поступающий на генератор. Оттуда ток идет в контроллер, где происходит его выпрямление, далее он протекает через аккумуляторы, заряжает их, затем поступает на инвертор. Инвертор выпускает однофазный переменный ток, частота его колебаний 50 Герц для сетей напряжением 220 В, либо трехфазный ток напряжением 380 В, необходимый промышленным предприятиям, а также для питания нагрузки.

Как хранить энергию ветра

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра?

Существует несколько способов сохранения энергии:

• Простейший способ – ветряное колесо движет насос, который накачивает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока.
• Другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива.
• Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород. Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Решающим фактором, который определит, значителен ли будет вклад ветровой энергии в удовлетворение потребностей человечества в энергии, является возможность создания соответствующей технологии. Он связан в основном с национальной энергетической политикой, затратами и приемлемостью таких установок для населения.

Разрабатываются также ветроэнергетические установки единичной мощностью в диапазоне от 100 Вт до 5 МВт, предназначенные для выработки электроэнергии в составе существующих энергетических систем. В дополнение к традиционным направлениям освоения ветровой энергии обсуждался ряд других возможностей ее использования, а именно:

• производство удобрений с использованием ветровой энергии. В этом случае электроэнергии, выработанная ветроэнергетическим агрегатом, используется для получения электрических разрядов в воздушном потоке. Образующиеся при этом окислы азота поглощаются водой, превращаясь, в раствор азотной кислоты. Ведется исследование прототипов систем такого рода. Учитывая большую потребность мира в азотных удобрениях, создание первоначально небольших систем, основанных на этой принципе для производства удобрений в отдаленных районах, особенно на островах и в горах, могло бы обеспечить снижение расходов на их транспортировку;
• использование с помощью существующей технологий электролиза электроэнергии, вырабатываемой ветроэнергетическими установками, для производства водорода и кислорода;
• использование ветроэнергетических установок в районах с холодным климатом для производства сжатого воздуха, который затем подается по трубам на дно рек, где он выпускается через отверстия, чтобы воспрепятствовать замерзанию воды;
• использование ветровой энергии для производства сжатого воздуха. Этот подход может найти применение для аэрации прудов при разведении рыб, а также водоемов, испытавших неблагоприятные экологические воздействия.

• Перспективы развития нетрадиционной энергетики
• Использование солнечной энергии
• Биоэнергетика
• Малая гидроэнергетика
• Экономические задачи развития нетрадиционной энергетики

На что обратить внимание

При выборе ветровой электростанции следует обратить внимание на:

1. Тип ветрового генератора.

Ветровые генераторы бывают:

• Вертикального типа – когда ось вращения генератора расположена перпендикулярнопотокам ветра. Это малоэффективные устройства требующие устройства «хвостовиков» для ориентации в пространстве. При работе в группе — оказывают друг на друга отрицательное воздействие.

  Вертикальный ветрогенератор

• Горизонтального типа – когда ось генератора располагается параллельно к ветряным потокам. Генераторы данного типа способны работать при любом движении ветра, для них нет необходимости ориентировать в пространстве. Генераторы данного типа не требуют сооружения конструкций для поднятия над поверхностью земли, при работе в группе — эффективность работы повышается.

1. Количество и размер лопастей установки.
2. Конструкцию мачты и способ ее монтажа и крепления на месте размещения станции.
3. Наличие средств защиты установки от перегрузок, нагрева и коротких замыканий в электрических проводах и элементах схемы управления.

Совмещение конструкций ветрогенераторов с каркасами зданий

Существует и весьма перспективная группа ветряков, которые буквально интегрируются в корпуса высотных зданий. Такое решение имеет два преимущества – выгодные условия для «приема» потоков и сокращение пути доставки электроэнергии, поскольку конечным источником снабжения обычно и выступают потребители внутри здания. На данный момент интеграция ветроэнергетических установок этого типа чаще производится с помощью специальных аэродинамических цилиндров, которые крепятся на крышах небоскребов. Также развивается и концепция мини-пропеллеров, которые и вовсе могут размещаться в любой части высокого строительного объекта. Устройства буквально интегрируются в стены, после чего подключаются к общей системе энергоснабжения, выдавая небольшой, но стабильный объем энергии.

Парусный ветрогенератор

Если лопасти традиционных ветряков изготавливают из твердых материалов, то в парусном они наоборот — из материалов мягких. Подходит любая плотная ткань, например, брезент. Часто в таких конструкциях используется нетканые слоистые материалы. Внешне парусный ветрогенератор похож на большую детскую вертушку.

По конструкции парусные ветряки разделяются на два типа.

• Круговой с треугольными парусными лопастями
• С парусным колесом, тоже круговым

Парусный ветрогенератор с треугольными лопастями

Треугольные парусные лопасти обычно делают равнобедренными, но во многих случаях их форма подбирается индивидуально — под ветровые нагрузки местности, где они установлены. Парусный ветряк начинает работать при скорости ветра в 5 м/сек. КПД у него выше, чем у большинства лопастных ветряков, но при этом он не лишен многих недостатков. Так при перемене ветра «парусник» останавливается и ему необходимо время чтобы раскрутиться в новом направление ветропотока.

Другой недостаток — недолговечность самих «парусов». Они часто рвутся, выходят из строя и требуют полной замены.
Считается, что этих недостатков лишен круговой парусный генератор. Его КПД в два раза выше, чем у генератора с парусными лопастями. Внешне он похож на спутниковую тарелку и отличается от привычных генераторов тем, что не имеет никаких вращающихся лопастей, цилиндров или роторов. Этот генератор вибрирует под напором или порывами ветра, своими колебаниями передавая механическую энергию на генератор.

Генератор с ротором Дарье

Еще один роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения. Его легко определить по внешнему вид — три плоские лопасти-полоски, закрепленные концами внизу и вверху оси. В профиль такой ветряк похож на куриное яйцо. Простота устройства — просто плоская, обычно металлическая полоска, из которой делают лопасти, удешевляет конструкцию ветряка с ротором Дарье. Его можно устанавливать прямо на земле. Соответственно все необходимое оборудование тоже. Такие агрегаты часто становятся объектами самостоятельного изготовления — обычно для снабжения электроэнергией дач, небольших сельских домов или как дополнительный источник электроэнергии.

Но не обходится без недостатков. Из-за высоких нагрузок на лопасти и ось вращения, роторный ветрогенератор Дарье быстро выходят из строя. Двухлопастные варианты при стабильной скорости ветра, практически не раскручиваются. Чуть лучше раскручиваются трехлопастные Дарье. Но чтобы его запустить, нужен сильный порыв ветра, либо раскрутить его вручную. Поэтому есть смысл устанавливать конструкцию Дарье только в регионах со стабильными порывистыми ветрами.

Ветряная турбина с редуктором.

За последние несколько десятилетий технологии ветряных турбин заметно продвинулись, что привело к появлению ветряных турбин с регулируемой скоростью и многоступенчатой ​​коробкой передач.

Этот тип турбины имеет редуктор между низкоскоростным ротором и электрическим генератором с более высокой скоростью вращения (обычно это относительно стандартный асинхронный генератор с двойной подачей).

Целью редуктора является увеличение скорости вращения ротора перед его подачей на генератор.

Для этого типа ветряных турбин лопасти вращаются с помощью вала, соединенного через редуктор с генератором.

Например, для выработки электроэнергии в случае ветротурбины мощностью 1 МВт коробка передач увеличивает скорость вращения лопастей с 15 до 20 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту.

Рисунок 1. Иллюстрация ветротурбины с редуктором.

Этот тип ветротурбины представляет собой сложную задачу для проектировщиков из-за нагрузки и условий окружающей среды, необходимых для работы коробки передач.
Мощность генерируется с помощью крутящего момента ротора; однако большие силы также прикладываются ротором турбины к трансмиссии.

Для предотвращения концентрации напряжений и отказов конструкторы должны отрегулировать редуктор так, чтобы он выдерживал нагрузки.

Уплотнения и системы смазки должны работать в широком диапазоне температур; в противном случае грязь и влага будут накапливаться внутри коробки передач.

Минусы ветровых электростанций

Идеальных устройств не существует в принципе. Это касается и ветровых установок, обладающих специфическими недостатками:

Существенные инвестиционные вложения в ветряные электростанции на первоначальном этапе. Хотя они и снижаются, их нельзя полностью сбрасывать со счетов при планировании.
Непостоянство и непредсказуемость силы и направления ветровых потоков, вызывающих колебания в количестве выработанной энергии. Иногда ветер может отсутствовать в течение нескольких дней, и потребители полностью остаются без электричества.
Движущиеся элементы ветряных установок нередко убивают пролетающих рядом птиц и летучих мышей. Особую опасность они представляют в периоды массовых миграций. Таким образом, определенный вред экологии все-таки наносится, хотя он и не носит системного характера.
Работа ветрогенераторов сопровождается постоянными шумами низкой частоты и практически неслышным инфразвуков. Эти минусы ветряных электростанций, превращаясь в отрицательные факторы, негативно воздействуют на человека, вызывая усталость и дискомфорт. В некоторых случаях лопасти, вращаясь с высокой скоростью, могут привести к радиолокационным помехам, искажению телевизионных сигналов.
Затраты на размещение достаточно высокие из-за дорогой аренды земли

При использовании большого количества ветровых электростанций, этот фактор приобретает важное значение в расчетах себестоимости электроэнергии.

Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

Геотермальные электростанции (ГТЭС)

Волновая электростанция (ВЭС)

Портативная солнечная электростанция

Приливные электростанции (ПЭС)

Ветрогенераторы и электростанции своими руками

Есть ли смысл вкладывать деньги в это устройство?

Да, но только в местах, где средняя (в течение года) скорость ветра составляет от 8 метров в секунду. Лопасти некоторых больших по размерам ветрогенераторов способны приходить в движение, даже если скорость ветра составляет всего 4 м/с. При этом максимальный коэффициент полезного действия достигается при скорости ветра в 12 м/с.

Мощность устройства, имеющего три лопасти, рассчитывается по следующей формуле:

— P=0,6·(¶r2)v3где,1. P – расчетная мощность, кВТ; 2. r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м; 3. v – средняя скорость, м/с; 4. ¶=3,14. 

Установка ветрогенераторов осуществляется в пустынных местах, долинах, в морях: везде, где со стабильным постоянством дует ветер. 

Виды

Крыльчатые

В наиболее распространённых крыльчатых лопасти ветроколеса (рис. 1, а) расположены перпендикулярно к горизонтальному валу и повернуты под углом к плоскости вращения ветроколеса, которая при работе должна быть перпендикулярна к направлению ветра.

1. Схемы устройства ветряных двигателей: а — крыльчатый; б — карусельный; в — барабанный.

Коэффициент использования энергии ветра крыльчатых — достигает 0,42, в среднем равен 0,30.

Карусельные

Карусельные ветряки имеют ветроколесо с вертикальным валом, ось которого параллельна лопастям (рис. 1, б). При работе такого ветряка лопасти, лежащие по одну сторону от вала, прикрывают ширмой. Эти двигатели тихоходны, имеют большой вес, их коэффициент использования не более 0,10.

Двигатели, работающие по этому же принципу, но имеющие полуцилиндрические лопасти, закреплённые на вертикальном валу, называются роторными; их коэффициент использования энергии ветра достигает 0,18.

Такое же устройство, как у карусельных двигателей, но с горизонтальным валом (рис. 1, в), имеют двигатели барабанного типа, обладающие теми же недостатками, что и карусельные (тихоходны и тяжелы).

Рис. 2. Много лопастный ветряной двигатель мощностью 6,5 л. с. для подъёма воды поршневым насосом.

Крыльчатые

Крыльчатые — имеют ветроколесо, закреплённое на горизонтальном валу, вращающемся в 2 подшипниках, смотированных в головке.

Вращение ветроколеса передаётся вертикальному валу через пару конических шестерён (верхний редуктор). Головка может поворачиваться вокруг вертикальной оси и монтируется на башне, высота которой должна быть достаточной для выноса ветроколеса выше окружающих препятствий.

У основания башни вертикальный вал соединяется с нижним редуктором, от которого приводятся в действие машины, потребляющие энергию. Установка ветроколеса на ветер производится давлением ветра на хвост, а у очень мощных — вспомогательными ветрячками — виндрозами, горизонтальный вал которых перпендикулярен валу главного двигателя.

Виндрозы, вращаясь, поворачивают головку через зубчатую передачу до тех пор, пока сами не выйдут из-под ветра, поставив под ветер, ветроколесо.

Мощность ветряка изменяется пропорционально кубу скорости ветра и ограничивается при высоких скоростях ветра (8—14 м/сек) с помощью регулирующих механизмов. У современных применяется автоматическое регулирование скорости вращения выводом ветроколеса из-под ветра или поворотом его лопасти (или части её) около оси маха крыла.

Мощность крыльчатых не зависит от числа лопастей, а зависит только от диаметра ветроколеса, профиля и формы лопастей. Многолопастные (рис. 2) имеют большой начальный вращающий момент, но тихоходны. Ветряки с малым числом лопастей (рис. 3) имеют малый вращающий момент и быстроходны.

Наиболее распространены двигатели с мощностью от 3 до 30 квт. В отдельных ветроэлектрических станций достигают мощности в сотни киловатт. Основным препятствием к широкому применению является непостоянство силы ветра по времени, приводящее к необходимости производства продукта в запас (помол зерна, заготовка кормов, пиломатериалов и др., подъём воды в водонапорную башню) или запасания энергии в электрических аккумуляторах, которые дороги и применяются только в установках малой мощности. Применение ветродвигателей целесообразно в районах, удалённых от электрических сетей (села, Арктика и др.).

Эффективность

Оценить энергетическую эффективность агрегата определённого типа и конструкции, сравнить её с показателями подобных двигателей довольно просто. Необходимо определить коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ). Рассчитывается он как отношение мощности, полученной на валу ветродвигателя, к мощности ветрового потока, действующего на поверхность ветроколеса.

Коэффициент использования энергии ветра для различных установок составляет от 5 до 40%. Оценка будет неполной без учёта затрат на проектирование и строительство объекта, количества и стоимости генерируемой электроэнергии. В альтернативной энергетике срок окупаемости затрат на ветродвигатель является важным фактором, но также обязателен учёт полученного экологического эффекта.

Гидроаккумулирующая электростанция в отработанных шахтах Рура.

 В журнале Шпигель я натолкнулся на интересную статью об использовании остановленных шахт района Рура в качестве резервуара для гидроаккумулирующих электростанций. На первый взгляд идея абсурдная, но руководители местного концерна RAG так не думают. Суть ихнего проекта такова: в нужное время с поверхности земли на глубину более тысячи метров подается вода, которая вращает турбину, которая вырабатывает электроэнергию, которая восполняет провалы графика выработки ветроэнергетических установок (ВЭУ) и солнечных батарей. Когда нет потребности в энергии, эту воду поднимают с глубины на поверхность в сооружаемое на поверхности искусственное озеро. Нужно заметить, что насосы и коммуникации для откачки воды уже существуют, они выполняли эту функцию на протяжении всего периода работы шахт

Хочу обратить внимание на огромный перепад высот 1200 метров в этой конкретной станции, это в 30 раз больше, чем перепад моей родной Днепровской ГЭС. То есть, каждый кубометр воды будет производить в 30 раз больше электроэнергии и емкость озера не будет такой огромной, как озера имени Ленина, извините на слове

Да и работать на полную мощность она будет только короткое время, а то и никогда, это как решит автоматизированная система, главное, чтобы запас по мощности существовал, это залог стабильной работы энергосистемы.>>>

Тип ветровой турбины с прямым приводом.

Для устранения отказов редукторов и потерь в передаче, производители разработали ветряные турбины без редукторов.

Этот тип ветряных турбин был введен в 1991 году и известен как ветряные турбины с переменной скоростью вращения.

Технология прямого привода является основой для ветряных турбин с прямым приводом; как показано на рисунке ниже, синхронный генератор питается напрямую от ротора.

Скорость генератора ветряной турбины с прямым приводом эквивалентна скорости ротора, потому что ротор подключен непосредственно к генератору.

Поскольку скорость вращения генератора низкая, конструктивное расположение нескольких магнитных полюсов в генераторе позволяет достичь соответствующей высокой выходной частоты.

Существуют две категории ветрогенераторов: генераторы с постоянными магнитами (PMG) и синхронные генераторы (EESG).

В EESG нет постоянных магнитов, изготовляемых из редких материалов, таких как неодим, извлечение которого может нанести вред окружающей среде.
С другой стороны, PMG имеют ряд преимуществ, таких как высокая эффективность с устранением потери поля, в дополнение к тому, что они небольшие и легкие по сравнению с EESG. PMG обычно используются в небольших ветряных турбинах, но также могут использоваться в крупных мегаваттных установках.

Рисунок 2. Иллюстрация ветротурбины с прямым приводом.

Однако из-за высоких требований к крутящему моменту ветряные турбины с прямым приводом мощностью до 7-10 МВт требуют значительно более массивных и тяжелых генераторов.

В этом случае лучше выбрать одноступенчатую или двухступенчатую коробку передач, так как она намного меньше, легче и обеспечивает те же преимущества, что и генератор с прямым приводом.

Поскольку традиционные генераторы имеют цилиндрическую форму, синхронные генераторы с постоянными магнитами обеспечивают лучшую посадку прямого привода благодаря своей конструкции «пончик».

 Однако для достижения требуемого высокого крутящего момента необходимо увеличить эффективное вращательное движение постоянного магнита.

В конечном счете, это означает, что диаметр генератора должен быть достаточно большим.

Рис. 3. Испытание ветродвигателя с прямым приводом на крупнейшем в мире испытательном комплексе приводных цепей ветротурбин в университете Клемсона. 

Преимуществом турбин с прямым приводом является высокий КПД синхронных генераторов на постоянных магнитах.

Важным фактом является то, что из-за непоследовательности ветра турбины часто работают при частичной нагрузке.

Эффективность генератора ПМ превосходит даже в этих условиях, потому что он продолжает работать почти до номинальных значений.

Здесь добавлены некоторые преимущества в рамках расширенных функций управления, которые обеспечивают пользователям высокий выход энергии, тихую работу и долгосрочную надежность и доступность.

Поскольку ветряные турбины с прямым приводом не имеют редуктора, снижается механический шум, а также уменьшается количество вращающихся деталей.

Кроме того, этот тип ветряной турбины имеет один главный подшипник для узла ротора и генератора, что дополнительно снижает количество подвижных деталей, а также расходы на техническое обслуживание и ремонт.

Достоинства турбинной ветроустановки

Ветрогенератор турбинной конструкции имеет существенные преимущества над ветряками иных конструкций.

1. Высокая чувствительность к ветру. Минимальная скорость ветра для приведения лопастей в движение от 2 м/с; ветрякам иного типа нужна скорость ветра от 4 м/с.
2. Генератор способен работать при ураганных скоростях ветра (до 60 м/с). Большинство других ветряков работает до 25-30 м/с.
3. Коэффициент полезного действия ветряного турбогенератора почти вдвое превышает КПД ветряка, имеющего незащищенные лопасти. За счет сопельной конструкции обтекателя, турбинный ветряк значительно мощнее агрегатов иных конструкций.
4. Турбоустановка безопасна для птиц и летучих мышей. Ветряки с открытыми лопастями часто становятся причиной гибели летающих животных, которые не способны определить границы опасной зоны. Ветроустановку турбинной конструкции летучие мыши и птицы идентифицируют как единое препятствие и успешно ее огибают.
5. Ветряки большинства конструкций производят много шума, при определенных скоростях ветра генерируют инфразвук, поэтому их нельзя ставить вблизи жилых домов, ферм, лесных хозяйств. Турбинные установки не продуцируют инфразвук, губительный для людей и животных. Их можно устанавливать рядом с жилым домом. Турбинные ветряки не провоцируют искусственную миграцию животных.
6. Меньшая, по сравнению с лопастными, стоимость производства. Изготовление свободных лопастей – сложный, дорогостоящий процесс. Их отсутствие заметно удешевляет и упрощает производство установки.
7. Легкость и быстрота монтажа. Комплектующие турбогенератора производят на заводе; там же осуществляется сборка основных блоков. Установка включает лишь компоновку, соединение блоков, крепление ее к опоре. Монтаж происходит при помощи стандартных подъемников.
8. Легкость обслуживания. Сервисное обслуживание турбинных ветряков значительно проще и дешевле, чем лопастных. При правильной эксплуатации установки, периодическом грамотном сервисном обслуживании, срок эксплуатации достигает 50 лет.
9. Ветросиловая установка турбинного типа, в отличие от классических ветряков, не мешает летчикам и диспетчерам летных служб, не обнаруживается радарами ПВО, не создает угрозы национальной безопасности.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине