Vše o větrných turbínách

Ke zlepšení životních podmínek lidstvo používá vodu, různé minerály. V poslední době jsou populární alternativní zdroje energie, zejména větrná energie. Díky tomu se lidé naučili přijímat dodávky energie pro domácí i průmyslové potřeby.

Vzhledem k tomu, že potřeba energetických zdrojů se každým dnem zvyšuje a zásoby obvyklých nosičů energie se snižují, je využívání alternativních zdrojů energie každým dnem stále aktuálnější. Vědci a konstruktéři v poslední době vytvářejí nové modely větrných turbín. Použití nejnovějších technologií zlepšuje kvalitativní vlastnosti jednotek a snižuje počet negativních aspektů v konstrukcích.

Větrný generátor je druh technického zařízení, které přeměňuje kinetickou energii větru na elektrickou energii.

Větrné generátory se používají na různých místech, obvykle na otevřených plochách, kde je potenciál větru největší. Stanice alternativních zdrojů energie jsou instalovány v horách, v mělkých vodách, na ostrovech a na polích. Moderní instalace mohou vyrábět elektřinu i při nízké síle větru. Díky této možnosti se větrné generátory používají k zásobování objektů různých kapacit elektrickou energií.

• Stacionární větrná farma může dodávat elektřinu soukromému domu nebo malému průmyslovému zařízení. Během nepřítomnosti větru se energetická rezerva akumuluje a poté se použije z baterie.

• Středně výkonné větrné turbíny lze použít na farmách nebo v domech, které jsou vzdálené od topných systémů. V tomto případě lze tento zdroj elektřiny využít pro vytápění prostor.

Větrný generátor je poháněn větrnou energií. Konstrukce tohoto zařízení by měla obsahovat následující prvky:

• lopatky turbíny nebo vrtule;
• turbína;
• elektrický generátor;
• osa elektrického generátoru;
• invertor, jehož funkcí je přeměna střídavého proudu na stejnosměrný;
• mechanismus, který otáčí lopatky;
• mechanismus, který otáčí turbínou;
• baterie;
• stožár;
• regulátor rotačního pohybu;
• tlumič;
• větrný senzor;
• stopka měřidla větru;
• gondola a další prvky.

Průmyslové jednotky mají napájecí skříň, ochranu před bleskem, otočný mechanismus, spolehlivý základ, zařízení pro hašení požáru a telekomunikace.

Větrný generátor je považován za zařízení, které přeměňuje větrnou energii na elektřinu. Předchůdci moderních jednotek jsou mlýny, které vyrábějí mouku z obilí. Schéma zapojení a princip činnosti generátoru se však prakticky nezměnily.

1. Díky síle větru se začnou otáčet lopatky, jejichž krouticí moment se přenáší na hřídel generátoru.
2. Otáčením rotoru vzniká třífázový střídavý proud.
3. Prostřednictvím ovladače je do baterie posílán střídavý proud. Baterie je nezbytná pro vytvoření stabilního provozu větrné turbíny. Pokud je přítomen vítr, jednotka nabíjí baterii.
4. K ochraně před hurikánem v systému výroby větrné energie existují prvky, které odvádějí větrné kolo od větru. To se děje složením ocasu nebo přibrzděním kola pomocí elektrické brzdy.
5. Chcete-li dobít baterii, budete muset nainstalovat ovladač. Mezi funkce posledně jmenovaného patří sledování nabíjení baterie, aby se zabránilo jejímu poškození. Pokud je to nutné, toto zařízení může přebytečnou energii vysypat na předřadník.
6. Baterie mají konstantní nízké napětí, ale ke spotřebiteli se musí dostat s výkonem 220 voltů. Z tohoto důvodu se do větrných generátorů instalují střídače. Ty jsou schopny přeměnit střídavý proud na stejnosměrný proud, čímž se jeho indikátor výkonu zvýší na 220 voltů. Není-li střídač instalován, bude nutné používat pouze zařízení, která jsou dimenzována na nízké napětí.
7. Transformovaný proud je posílán spotřebiteli k napájení topných baterií, osvětlení místností a domácích spotřebičů.

Klasifikace větrných elektráren je založena na následujících kritériích.

1. Počet lopatek. Aktuálně v prodeji můžete najít jednolistý, nízkolistý, vícelistý větrný mlýn. Čím méně lopatek má generátor, tím vyšší budou otáčky motoru.
2. Ukazatel jmenovitého výkonu. Stanice pro domácnost generují do 15 kW, semiindustriální - do 100 a průmyslové - více než 100 kW.
3. Směr osy. Větrné turbíny mohou být vertikální i horizontální, každý typ má své pro a proti.

Kdo si chce pořídit alternativní zdroj energie, může si koupit větrný generátor s rotorem, kinetickým, vortexovým, plachtovým, mobilním.

Existuje také klasifikace větrných generátorů podle jejich umístění. Dnes existují 3 typy jednotek.

1. Pozemní. Takové větrné mlýny jsou považovány za nejběžnější, jsou namontovány na kopcích, vyvýšeninách, předem připravených místech. Instalace takových instalací se provádí pomocí drahého zařízení, protože konstrukční prvky musí být upevněny ve vysoké výšce.
2. V pobřežní části moře a oceánu se budují pobřežní stanice. Činnost generátoru je ovlivněna mořským vánkem, díky kterému rotační zařízení vyrábí energii nepřetržitě.
3. Offshore. Větrné turbíny tohoto typu jsou instalovány na moři, obvykle ve vzdálenosti asi 10 metrů od břehu. Taková zařízení generují energii z běžného pobřežního větru. Následně jde energie speciálním kabelem na břeh.

Vertikální větrné turbíny se vyznačují svislou osou otáčení vzhledem k zemi. Toto zařízení je zase rozděleno do 3 typů.

• S rotorem Savounis. Konstrukce obsahuje několik půlválcových prvků. Rotace osy jednotky probíhá neustále a nezávisí na síle a směru větru. Mezi výhody tohoto generátoru patří vysoká vyrobitelnost, kvalitní rozběhový moment a také schopnost fungovat i při mírné síle větru. Nevýhody zařízení: nízká účinnost provozu lopatek, potřeba velkého množství materiálů ve výrobním procesu.

• S rotorem Darrieus. Na ose otáčení zařízení je umístěno několik lopatek, které mají dohromady tvar pásu.Za výhody generátoru jsou považovány absence nutnosti soustředit se na proudění vzduchu, absence obtíží ve výrobním procesu a jednoduchá a pohodlná údržba. Nevýhody jednotky jsou nízká účinnost, krátký cyklus generální opravy a špatný samostart.

• Se spirálovým rotorem. Větrný generátor tohoto typu je modifikací předchozí verze. Jeho výhody spočívají v dlouhé době provozu a nízkém zatížení mechanismů a podpůrných jednotek. Nevýhody jednotky jsou vysoké náklady na konstrukci, obtížný a složitý proces výroby lopatek.

Osa horizontálního rotoru v tomto zařízení je rovnoběžná se zemským povrchem. Jsou jednočepelové, dvoučepelové, tříčepelové a také vícečepelové, u nichž počet čepelí dosahuje 50 kusů. Výhodou tohoto typu větrného generátoru je vysoká účinnost. Nevýhody jednotky jsou následující:

• nutnost orientace podle směru proudění vzduchu;
• potřeba instalace vysokých konstrukcí - čím vyšší je instalace, tím výkonnější bude;
• potřeba základu pro následnou instalaci stožáru (to přispívá ke zvýšení nákladů na proces);
• vysoká hladina hluku;
• nebezpečí pro létající ptáky.

Lopatkové elektrocentrály mají podobu vrtule. V tomto případě lopatky přijímají energii proudu vzduchu a zpracovávají ji do rotačního pohybu.

Horizontální větrné turbíny mají oběžná kola s lopatkami, kterých může být určitý počet. Obvykle jsou 3 z nich. V závislosti na počtu lopatek se může výkon zařízení buď zvýšit nebo snížit. Jednoznačnou výhodou tohoto typu větrné turbíny je rovnoměrné rozložení zatížení na axiální ložisko. Nevýhodou jednotky je, že instalace takové konstrukce vyžaduje spoustu dalších materiálů a nákladů na práci.

Generátory větrných turbín jsou v současnosti považovány za nejúčinnější. Důvodem je optimální kombinace ploch lopatek s jejich konfigurací. Mezi výhody bezlopatkového provedení patří vysoká účinnost, nízká hlučnost, která je způsobena malými rozměry zařízení. Kromě toho se tyto jednotky nezhroutí při silném větru a nepředstavují nebezpečí pro ostatní a ptáky.

Větrný mlýn turbínového typu se používá ve městech a obcích, lze jej použít k osvětlení soukromého domu a letní chaty. Takový generátor nemá prakticky žádné nevýhody.

Hlavní výhodné vlastnosti větrných generátorů jsou následující:

• bezpečnost životního prostředí - provoz zařízení nepoškozuje životní prostředí a živé organismy;
• nedostatek složitosti v designu;
• snadnost použití a správy;
• nezávislost na elektrických sítích.

Mezi nevýhody těchto zařízení odborníci rozlišují následující:

• vysoká cena;
• možnost splatit až po 5 letech;
• nízká účinnost, nízký výkon;
• potřeba drahého vybavení.

Zařízení na výrobu energie z větru mohou mít různé velikosti. Jejich síla závisí na velikosti větrného kola, výšce stožáru a rychlosti větru. Největší jednotka má sloup dlouhý 135 m, průměr jeho rotoru je 127 m. Jeho celková výška tak dosahuje 198 metrů. Velké větrné turbíny s vysokou výškou a dlouhými lopatkami jsou vhodné pro poskytování energie malým průmyslovým podnikům, farmám. Kompaktnější modely lze instalovat doma nebo v zemi.

V současné době vyrábí pochodový typ větrného mlýna s lopatkami o průměru 0,75 a 60 metrů. Podle odborníků by rozměry generátoru neměly být velkolepé, protože malá přenosná instalace je vhodná pro výrobu malého množství energie. Nejmenší model jednotky je vysoký 0,4 metru a váží necelé 2 kilogramy.

Dnes je výroba větrných turbín zavedena v mnoha zemích světa. Na trhu najdete modely a jednotky ruské výroby z Číny. Z domácích výrobců jsou nejoblíbenější tyto firmy:

• "Větrné světlo";
• Rkraft;
• SKB Iskra;
• Sapsan-Energia;
• "Větrná energie".

Zahraniční výrobci elektrocentrál jsou také velmi populární:

• Goldwind - Čína;
• Vestas – Dánsko;
• Gamesa – Španělsko;
• Suzion – Indie;
• GE Energy – USA;
• Siemens, Enercon - Německo.

Je však třeba si uvědomit, že použití takových větrných generátorů znamená použití drahých oprav a náhradních dílů, které je téměř nemožné najít v domácích obchodech. Náklady na jednotky na výrobu energie obvykle závisí na konstrukčních prvcích, kapacitě a výrobci.

Chcete-li vybrat správný větrný generátor pro letní chatu nebo dům, musíte vzít v úvahu následující.

1. Výpočet výkonu instalovaných elektrických spotřebičů, které budou připojeny v místnosti.
2. Výkon budoucí jednotky s přihlédnutím k bezpečnostnímu faktoru. Ten neumožní přetížení generátoru ve špičce.
3. Klima území. Srážky mají negativní dopad na výkon zařízení.
4. Účinnost zařízení, která je považována za jeden z nejdůležitějších ukazatelů.
5. Indikátory hluku, které charakterizují větrnou turbínu během provozu.

Kromě všech výše uvedených skutečností by měl spotřebitel vyhodnotit všechny parametry instalace a přečíst si o ní recenze.

Pro zvýšení účinnosti provozu větrného generátoru bude nutné změnit jeho provozní schopnosti a charakteristiky v pozitivním směru. Za prvé se vyplatí zvýšit účinnost citlivosti oběžného kola na relativně slabý a nestabilní vítr.

Jedná se o jakousi jednostrannou membránu pro proudění vzduchu, která volně prochází větrem jedním směrem. Membrána je nepropustnou bariérou pro pohyb vzduchových hmot v opačném směru.

Dalším způsobem zvýšení účinnosti větrné turbíny je použití difuzorů nebo ochranných uzávěrů, které odříznou proudění od protilehlého povrchu. Každá z možností má své výhody i nevýhody. Jsou však v každém případě účinnější než tradiční model.

Větrný generátor je drahý. Pokud jej chcete nainstalovat na svém území, stojí za to zvážit následující body:

• dostupnost vhodného terénu;
• výskyt častých a silných větrů;
• nedostatek jiných alternativních zdrojů energie.

V opačném případě větrná elektrárna nepřinese očekávaný výsledek. Vzhledem k tomu, že poptávka po alternativní energii se každým rokem zvyšuje a nákup větrného mlýna je hmatatelnou ranou do rodinného rozpočtu, můžete se pokusit vyrobit jednotku vlastníma rukama s následnou instalací. Výroba větrné turbíny může být založena na neodymových magnetech, převodovce, lopatkách a jejich absenci.

Větrná turbína má spoustu výhod. Proto s velkou touhou a přítomností elementárních návrhářských schopností může téměř každý řemeslník postavit stanici na výrobu elektřiny na svém místě. Za nejjednodušší verzi zařízení je považována větrná turbína se svislou osou. Ten nevyžaduje podporu a vysoký stožár a postup instalace se vyznačuje jednoduchostí a rychlostí.

Chcete-li vytvořit větrný generátor, budete muset připravit všechny potřebné prvky a upevnit modul na zvoleném místě. Jako součást domácího vertikálního generátoru energie je přítomnost takových prvků považována za povinnou:

• rotor;
• čepele;
• axiální stožár;
• stator;
• baterie;
• střídač;
• ovladač.

Čepele mohou být vyrobeny z lehkého pružného plastu, protože jiné materiály se mohou vlivem vysokého zatížení poškodit a zdeformovat. Nejprve je třeba z PVC trubek vyříznout 4 stejné díly. Poté musíte z plechu vyříznout několik půlkruhových úlomků a upevnit je podél okrajů trubek. V tomto případě by měl být poloměr čepele 69 cm.V tomto případě bude výška čepele dosahovat 70 cm.

K sestavení rotorového systému potřebujete 6 neodymových magnetů, 2 feritové kotouče o průměru 23 cm, lepidlo pro lepení. Magnety by měly být umístěny na prvním kotouči s přihlédnutím k úhlu 60 stupňů a průměru 16,5 cm.Podle stejného schématu je druhý kotouč sestaven a magnety jsou nality lepidlem. Pro stator je potřeba si připravit 9 cívek, na každou namotáte 60 závitů měděné kabeláže o průměru 1 mm. Pájení musí být provedeno v následujícím pořadí:

• začátek první cívky s koncem čtvrtého;
• začátek čtvrté cívky s koncem sedmé.

Druhá fáze je sestavena podobným způsobem. Dále je vyrobena forma z překližkové desky, jejíž dno je pokryto skelným vláknem. Fáze z pájených cívek jsou namontovány nahoře. Konstrukce se naplní lepidlem a nechá se několik dní slepit všechny díly. Poté můžete začít spojovat jednotlivé prvky větrného generátoru do jednoho celku.

Pro sestavení konstrukce do horního rotoru by měly být vytvořeny 4 otvory pro čepy. Spodní rotor je instalován magnety nahoru na držáku. Poté je třeba umístit stator s otvory potřebnými pro montáž držáku. Čepy by měly spočívat na hliníkové desce a poté je zakryjte druhým rotorem s magnety dolů.

Pomocí klíče je nutné otáčet čepy tak, aby rotor klesal rovnoměrně a bez trhání. Když je obsazeno správné místo, vyplatí se odšroubovat čepy a odstranit hliníkové desky. Na konci práce musí být konstrukce upevněna maticemi a nesmí být pevně utažena.

Jako stožár je vhodná pevná kovová trubka o délce 4 až 5 metrů. K němu je přišroubován předem sestavený generátor. Poté je rám s lopatkami upevněn ke generátoru a konstrukce stožáru je instalována na plošinu, která je předem připravena. Poloha systému je fixována vzpěrou.

Následující video poskytuje přehled domácího větrného mlýna.