Вітрогенератор турбінного типу пристрій та принцип роботи

Енергія вітру – безкоштовна, відновлювана, безпечна енергія. Установкою, що перетворює енергію повітряних потоків електричну або теплову називають вітрогенератор. Більшість сучасних вітряних установок мають порівняно низький ККД (до 30%) та високу вартість виробництва.

Проект турбіни вітрогенератора

Головними завданнями всіх вчених, які займаються проблемами вітроенергетики, є зниження вартості виробництва вітряків, підвищення їхнього ККД та потужності.

Класифікація

Вітрогенератори поділяються за розташуванням осі обертання на конструкції з:

вертикальною віссю (перпендикулярної землі);
горизонтальною віссю (паралельній землі).

За матеріалами, з яких виробляють лопаті, вітряки класифікуються на:

За кількістю лопат поділяється на:

генератори з двома лопатями;
генератори з трьома лопатями;
багатолопатеві генератори, з числом лопатей від 50-ти.

За типом гвинтового кроку розрізняють генератори з:

постійним кроком;
змінним кроком.

За типом конструкції:

Промислові вітряки будують переважно з горизонтальною віссю обертання і жорсткими лопатями.

Вітрова турбіна Liam F1 Urban виробляє ККД 80%

Вітрильники вітрильники і генератори з вертикальними осями обертання часто встановлюють для постачання енергією приватних будинків і малих будівель.

Вітротурбінна установка – вітрогенератор, турбіна якого має циліндричну форму з встановленими всередині неї лопатями. По суті, це вітряк із горизонтальною віссю обертання, краї лопатей якого захищені циліндром.Відрізняється простою, надійною конструкцією, великим, у порівнянні з лопатевими вітряками, ККД.

Принципова відмінність

Вітрова турбіна є циліндричним контуром. Усередині контуру розташовуються лопаті, що обертають. Складається конструкція з:

турбіни;
зовнішнього чи внутрішнього обтічника;
обтічника вузла генератора турбіни;
гондоли;
генератора;
інвертор;
акумулюючого модуля;
блок управління;
динамічного вузла кріплення.

Вітряки даного типу характеризуються відсутністю незахищених лопатей обертання, а також системи, призначеної для їх регулювання та орієнтування на напрямок вітру. Це підвищує надійність, безпеку конструкції. Циліндрична форма обтічника самостійно розгортається, уловлюючи вітер, а обтічник, що працює як сопло, підвищує потужність установки.

Вітрогенератор з турбіною протилежного обертання

Залежно від необхідної потужності та призначення конструкція може мати безліч модифікацій. Наприклад, для виготовлення турбіни можуть використовуватися різні матеріали. Варіюватися можуть геометричні розміри, спосіб розміщення (на опору, ферму та ін.). Можливе додаткове оснащення модулями сонячних батарей.

Прототип вітрогенератора турбінного типу для бізнесу

Вітротурбінні агрегати випускають побутового та промислового призначення.

Принцип роботи установки

Для нормальної роботи вітрової установки турбінного типу необхідний вітер, що дме зі швидкістю від 2 до 60 м/с. Принцип роботи установки такий. Агрегат самостійно вловлює напрямок вітру, повертається в потрібну сторону. Потік повітря попадає на лопаті, обертає їх.Повітряні маси повідомляють кінетичну енергію руху лопатям, де вона перетворюється на енергію механічну, що обертає ротор.

Турбіна вітрогенератора української розробки проходить випробування.

Обертання ротора продукує трифазний струм, що надходить на генератор. Звідти струм йде в контролер, де відбувається його випрямлення, далі він протікає через акумулятори, заряджає їх потім надходить на інвертор. Інвертор випускає однофазний змінний струм, частота його коливань 50 Герц для мереж напругою 220, або трифазний струм напругою 380, необхідний промисловим підприємствам, а також для живлення навантаження.

Переваги турбінної вітроустановки

Вітрогенератор турбінної конструкції має істотні переваги над вітряками інших конструкцій.

Висока чутливість до вітру. Мінімальна швидкість вітру для приведення лопатей протягом від 2 м/с; вітрякам іншого типу потрібна швидкість вітру від 4 м/с.
Генератор здатний працювати при ураганних швидкостях вітру (до 60 м/с). Більшість інших вітряків працює до 25-30 м/с.
Коефіцієнт корисної дії вітряного турбогенератора майже вдвічі перевищує ККД вітряка, що має незахищені лопаті. За рахунок сопельної конструкції обтічника, турбінний вітряк значно потужніший за агрегати інших конструкцій.
Турбоустановка безпечна для птахів та кажанів. Вітряки з відкритими лопатями часто стають причиною загибелі тварин, що літають, які не здатні визначити межі небезпечної зони. Вітроустановку турбінної конструкції кажани та птиці ідентифікують як єдину перешкоду та успішно її огинають.
Вітряки більшості конструкцій виробляють багато шуму, за певних швидкостей вітру генерують інфразвук, тому їх не можна ставитипоблизу житлових будинків, ферм, лісових господарств. Турбінні установки не продукують інфразвук, згубний для людей та тварин. Їх можна встановлювати поряд із житловим будинком. Турбінні вітряки не провокують штучну міграцію тварин.
Найменша, порівняно з лопатевими, вартість виробництва. Виготовлення вільних лопат – складний, дорогий процес. Їхня відсутність помітно здешевлює і спрощує виробництво установки.
Легкість та швидкість монтажу. Комплектуючі турбогенератори виробляють на заводі; там же здійснюється складання основних блоків. Установка включає лише компонування, з'єднання блоків, кріплення до опори. Монтаж відбувається за допомогою стандартних витягів.
Легкість обслуговування. Сервісне обслуговування турбінних вітряків значно простіше і дешевше, ніж лопатевих. При правильній експлуатації установки, періодичному грамотному сервісному обслуговуванні термін експлуатації досягає 50 років.
Вітросилова установка турбінного типу, на відміну від класичних вітряків, не заважає льотчикам та диспетчерам льотних служб, не виявляється радарами ППО, не створює загрози національній безпеці.

Галузь застосування

Максимального ККД вітротурбінний генератор досягає поблизу природних водойм через майже цілорічний рух повітря та високу чутливість до вітру. І також його встановлюють у містах, селищах. Конструкція установки дозволяє користуватися генератором для автономного чи комбінованого освітлення приватних будинків та дач.

Корисний вітрогенератор у населених пунктах, що розташовані далеко від міст, райцентрів, де часто трапляються перебої з електрикою. Вітротурбінну установку можна використовувати поблизу аеродромів, військових полігонів. Залишаючись невидимою для радарів, вона не несенебезпеки для пілотів та систем національної безпеки.