Ветряные электростанции | Устройство и принцип работы

17 Mar 2021

С каждым днем растет потребность в энергетических ресурсах, а запасы привычных нам носителей энергии сокращаются, то с каждым днем использование альтернативных источников энергии становится всё более актуальным.

Генерировать электричество из энергии ветра – возможно. Объем электрической мощности напрямую зависит от особенностей местности, в которой вы проживаете.

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.

Где же используются ветрогенераторы?

Обычно ветрогенераторы используются на открытых территориях, так как там потенциал ветра самый большой. Но с каждым годом современные установки совершенствуются и могут производить выработку электричества даже при небольшой силе ветра. По функциональности электростанции ветряные можно разделить на 3 типа, стационарные и передвижные, или мобильные. Стационарные установки высокой мощности требуют проведения целого комплекса подготовительных работ. Даже в безветренную погоду, они способны накапливать достаточное для использования количество электроэнергии.

Передвижные электростанции относительно нетребовательные, то есть они проще по конструкции, соответственно их легче устанавливать и просто эксплуатировать. Чаще всего они используются для питания электроприборов или в путешествиях.

Ветроэлектростанции различают по конструкции на крыльчатые и  роторные. Ветрогенераторы традиционной схемы, или крыльчатые ветрогенераторы, представляют лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Ветроагрегат вращается с максимальной скоростью, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха. Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ветрогенераторов намного выше, чем у других ветряков, поэтому они занимают 90% рынка.

Роторные ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, могут работать при любом направлении ветра, в отличие от крыльчатых, не изменяя своего положения. Когда ветровой поток усиливается, карусельные ветряные электростанции быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения ветроколеса стабилизируется.

 По месту установки ветрогенераторы бывают:

• Оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
• Плавающие. Располагаются на расстоянии 10-15 км от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе;
• Наземные. Данный вид наиболее распространенный, они устанавливаются на возвышенностях;
• Прибрежные. Строятся в прибрежной зоне океанов и морей, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры.

    По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые.

Из чего состоит ВЭС?

Сам по себе ветрогенератор, независимо от мощности и других различных технических характеристик, никогда не сможет обеспечить бесперебойное питание подключенных к нему электроприборов. Скорость ветра – неравномерна. Объем мощности, вырабатываемой ветрогенератором в течение суток, может значительно меняться.

Классическая схема ветрогенераторов, которая сможет обеспечивать питание потребителей даже в тихую и безветренную погоду, должна иметь компоненты, такие как:

• ветрогенератор – установка, которая преобразовывает энергию ветра в электричество;
• аккумуляторная батарея – позволяет накапливать электроэнергию во время работы ветряка и отдавать ее потребителям, когда ВГ перестает вырабатывать электричество;
• инвертор – устройство, которое служит для преобразования постоянного тока напряжением 12В в бытовой ток – 220В, обладающий заданной частотой;
• контроллер – устройство, которое преобразует переменный ток, в ток постоянный.

На сегодняшний день в Европе растет количество вложений в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников. Строение ветроэлектростанций  непрерывно развивается, аэродинамические и электрические показатели становятся намного лучше, чем были, снижаются потери. По оценкам многих экономистов, ветряные электростанции для дома, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.

 

Ветрогенераторы

Центр материаловедения разрабатывает, проектирует, изготавливает,  поставляет и устанавливает ветрогенераторы и ветрогенераторные энергетические установки (ВЭУ)  торговой марки ДОМ — комплексные автономные системы обеспечения энергоснабжением — ветрогенераторы разных мощностей по индивидуальным заказам.
Ветрогенераторы ДОМ WG предназначены для обеспечения бесперебойным источником электрической энергии небольших и больших объектов, таких как – особняки, коттеджи, загородные дома, отели, дачные участки, пасеки, туристические лагеря, фермерские хозяйства, производственные цеха или там, где отсутствует подача электроэнергии.

Одного ветрогенератора вполне достаточно для автономного функционирования придорожного магазина, небольшого отеля, ресторана, кафе. Но ветрогенераторы или ветрогенераторная установка в комплексе с солнечным коллектором для геолиосистемы горячего водоснабжения полностью обеспечат вашу энергетическую независимость, бесшумные ветрогенераторы создатут современный комфорт и нормальные энергетические условия функционирования объекта.
Вы можете заказать у нас ветрогенераторы разной мощности, полную систему ВЭУ ветро энергетической установки и даже систему: ветрогенераторы с системой горячего водоснабжения на солнечных коллекторах.Ветрогенераторы ДОМ WG предназначены для обеспечения бесперебойным источником электрической энергии для коттеджей, загородных домов, отелей, дачных  участков, пасек, туристических лагерей, фермерских хозяйств, мест, где отсутствует поставка электроэнергии. Надежные Ветрогенераторы — это простой способ получить электроэнергию в таком количестве и тогда, когда нужно Вам. Комплексное решение запросов заказчика по ветрогенератору или ветрогенераторной энергетической установки: поставка, проектирование, установка, сервисное обслуживание.

Ветрогенератор ( ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Ветрогенераторы ДОМ WG предназначены для обеспечения безперебойным источником электрической энергии для коттеджей, загородных домов, отелей, дачних участков, пасек, туристических лагерей, фермерских хозяйств, мест, где отсутствует подача электроенергии.
Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и домашние (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

Строение малой ветряной установки

• Ротор, лопасти, ветротурбина
• Генератор (как правило это синхронный трёхфазный с возбуждением от постоянных магнитов напряжением =24 В)
• Мачта с растяжками
• Контроллер заряда аккумуляторов
• Аккумуляторы (необслуживаемые на 24 В)
• Инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц)
• Сеть

Строение промышленной ветряной установки

• Фундамент
• Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
• Башня
• Лестница
• Поворотный механизм
• Гондола
• Электрический генератор
• Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
• Тормозная система
• Трансмиссия
• Лопасти
• Система изменения угла атаки лопасти
• Колпак ротора
• Система пожаротушения
• Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора
• Система молниезащиты

Типы ветрогенераторов

Существуют два основных типа ветротурбин: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной. Вертикальноосевые ветрогенераторы работают при низких скоростях ветра, но имеют малую эффективность. Поэтому вертикальноосевые системы встречаются достаточно редко и применяются, как правило, в домашних системах.

В Украине индустрия  ветрогенераторов для дома активно развивается. Уже сейчас за вполне умеренные деньги можно приобрести ветряную установку и на долгие годы обеспечить энергонезависимость своему загородному дому. Обычно для обеспечения электроэнергией небольшого дома вполне достаточно установки номинальной мощностью 1 кВт при скорости ветра 9 м/с. Если местность не ветреная, ветрогенератор можно дополнить фотоэлектрическими элементами или дизель-генератором. Источники будут замечательно друг друга дополнять.

 На нижеследующих фотографиях представлены некоторые примеры элементов ветрогенераторов и моменты их сборки.

Детальная характеристика ветрогенератора WG-1000 номинальной мощности 1000 Вт
Ветрогенератор	Номинальная мощность  (Вт) 1000 Напряжение (В) 48 Диаметр ротора (м) 2. 9 Стартовая скорость ветра (м/с) 2 Номинальная скорость ветра (м/с) 9 Максимально допустимая скорость (м/с) 35 Торможение лопастей ветрогенератора (защита от ветра) механика Номинальное количество оборотов (об/мин) 400 Материал ветрогенератора алюминий Материал лопастей ветрогенератора стекловолокно Количество лопастей 3
График зависимости мощности ветрогенератора (вт) от скорости ветра (м/с)	График зависимости среднемесячной  мощности ветрогенератора (вт) от среднегодовой скорости ветра (м/с)

Ветрогенераторы WG-1000 1000 ВТ предназначены  для   обеспечения  источником  электрической энергии небольших объектов, таких как — дачные участки, пасеки, туристические лагеря, фермерские хозяйства, или там, где отсутствует сетевая подача электрической энергии.   Максимальная мощность, которая может быть достигнута ветрогенератором, составляет 180 — 450 Квт на месяц для среднегодовых скоростей ветра 3-6 м/с, и 450 — 550 Квт на месяц для среднегодовых скоростей ветра 6 — 9 м/с.

Оптимальная конфигурация ВЭУ (ветро энергетической установки) состоит из:
— Ветрогенератора номинальной/максимальной мощности — 1000 Вт / 1420 Вт
— Инвертора мощности 2000 кВт
— Аккумуляторных батарей (в количестве 4 шт.) 12 В емкостью 200 А*час, которые  способны аккумулировать 9,6 кВт*час электроэнергии
— Мачты-фермы ветрогенератора высотой 18 м.

Минимальная рабочая конфигурация ВЭУ (ветро энергетической установки) состоит из:
— Ветрогенератора номинальной/максимальной мощности — 1000 Вт / 1420 Вт
— Инвертора мощностью 1000 кВт
— Аккумуляторных батарей (в количестве 4 шт.) 12 В емкостью 40 А*час, которые  способны аккумулировать 1,92 кВт*час электроэнергии
— Мачты на растяжках для ветрогенератора высотой 6 м.

По договоренности из заказчиком возможно индивидуальное изготовление  мачты ветрогенератора желаемой конструкции и высоты.

Ветрогенераторы WG-2000 2000 ВТ предназначены для обеспечения источником электрической энергии небольших объектов, таких как — дачные участки, пасеки, туристические лагеря, фермерские хозяйства, или там, где отсутствует сетевая подача электрической энергии.   Максимальная мощность ветрогенератора, которая может быть достигнута, составляет 370 — 910 Квт в месяц для среднегодовых скоростей ветра 3- 6 м/с, и 910 — 1070 Квт в месяц для среднегодовых скоростей ветра 6 — 9 м/с.

Оптимальная конфигурация ВЭУ (ветро энергетической установки) состоит из:
— Ветрогенератора номинальной/максимальной мощности — 2000 Вт / 3000 Вт
— Инвертора мощностью 4000 кВт
— Аккумуляторных батарей в количестве 10 шт. 12 В емкостью 200 А*час, которые способные аккумулировать 24 кВт*час электроэнергии
— Мачты-фермы ветрогенератора высотой 18 м.

Минимальная рабочая конфигурация ВЭУ (ветро энергетической установки) состоит из:
— Ветрогенератора номинальной/максимальной мощности —  2000 Вт / 3000 Вт
— Инвертора мощностью 2000 кВт
— Аккумуляторных батарей в количестве 10 шт. 12 В емкостью 40 А*час, которые  способны аккумулировать 4,8 кВт*час электроэнергии
— Мачты ветрогенератора на растяжках высотой 9 м.

По договоренности из заказчиком возможно индивидуальное изготовление  мачты ветрогенератора желаемой конструкции и высоты.

Ветрогенераторы WG-5000 5000 Вт презначен для обеспечения источником электрической энергии коттеджей, дачних участков, больших фермерских хозяйств, средних производств, или там где отсутствует сетевая подача электрической энергии. Максимальная мощность, которая может быть достигнута составляет 810 — 1870 Квт в месяц для среднегодовых скоростей ветра 3- 6 м/с, и 1890 — 2310 Квт в месяц для среднегодовых скоростей ветра 6 — 9 м/с.

Оптимальная конфигурация ВЭУ (ветро энергетической установки) состоит из:
— Ветрогенератора номинальной/максимальной мощности — 5000 Вт / 7000 Вт
— Инвертора мощностью 5000 кВт
— Аккумуляторных батарей в количестве 20 шт. 12 В емкостью 200 А*час,  которые  способны аккумулировать 48 кВт*час электроэнергии
— Мачты-фермы ветрогенераторов высотой 18 м.

Оптимальная конфигурация ВЭУ (ветро энергетической установки) состоит из:
— Ветрогенератора номинальной/максимальной мощности — 5000 Вт / 7000 Вт
— Инвертора мощностью 5000 кВт
— Аккумуляторных батарей в количестве 20 шт. 12 В емкостью 100 А*час, которые способны аккумулировать 24 кВт*час электроэнергии
— Мачты ветрогенератора на ростяжках высотой 12 м.

По договоренности из заказчиком возможно индивидуальное изготовление  мачты ветрогенератора желаемой конструкции и высоты.

Как работает ветряная турбина

Министерство энергетики

20 июня 2014 г.

От крупных ветряных электростанций до небольших турбин, питающих один дом, ветряные турбины по всему миру вырабатывают чистую электроэнергию для различных нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно мощностей ветровой энергетики, чтобы генерировать достаточно электроэнергии для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к будущему экологически чистой энергии.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для производства механической энергии насчитывает тысячелетия. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для движения лодок по реке Нил. Американские колонисты полагались на ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачки воды и рубки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую, возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоят из трех лопастей, закрепленных на башне из трубчатой ​​стали. Реже встречаются разновидности с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать более высокие скорости ветра, характерные для больших высот.

Турбины улавливают энергию ветра своими пропеллерными лопастями, которые действуют так же, как крыло самолета. Когда дует ветер, на одной стороне лопасти образуется карман воздуха низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает лопасть к себе, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт. Подъемная сила намного больше, чем сила ветра, действующая на переднюю сторону лопасти, что называется сопротивлением. Сочетание подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивает скорость вращения ротора примерно с 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины производить электричество переменного тока.

Корпус обтекаемой формы, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины, обычно включая шестерни, ротор и генератор, которые находятся внутри корпуса, называемого гондолой. Некоторые гондолы, расположенные на вершине башни турбины, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Другим ключевым компонентом является контроллер турбины, который удерживает скорость ротора от превышения 80 км/ч, чтобы избежать повреждений от сильного ветра. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивную графику выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Существует два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью расположены либо против ветра (ветер бьет по лопастям раньше, чем башню), либо по ветру (ветер бьет по башне раньше, чем лопасти). Ветряные турбины также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы удерживать ротор по направлению к ветру, когда его направление меняется.

Хотя существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и выше) в той же степени, что и ветряные турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью подразделяются на две основные конструкции:

• Турбины с тяговым усилием или турбины Савониуса обычно имеют роторы со сплошными лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
• Лифтовые турбины, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые из них имеют форму взбивалки). Windspire — это турбина на подъемной силе, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветровых технологий Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Применение ветряных турбин

Ветряные турбины используются в различных целях — от использования морских ветряных ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

• Крупные ветряные турбины, чаще всего используемые коммунальными службами для подачи электроэнергии в сеть, от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Эти турбины коммунального масштаба часто группируются вместе в ветряных электростанциях для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивая достаточно энергии для десятков тысяч домов.
• Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно находятся рядом с местами, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, рядом с домами, телекоммуникационными антеннами или водонасосными станциями. Небольшие турбины иногда подключают к дизельным генераторам, батареям и фотогальваническим системам. Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где подключение к коммунальной сети недоступно.
• Оффшорные ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, устойчивых ветров, возникающих у береговых линий. Технический ресурсный потенциал ветров над прибрежными водами США достаточен для производства более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующую мощность нынешней электроэнергетической системы США. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это открывает большие возможности для обеспечения электроэнергией густонаселенных прибрежных городов. Чтобы воспользоваться огромными оффшорными ветроэнергетическими ресурсами Америки, Департамент инвестирует в три демонстрационных проекта офшорных ветроэнергетики, предназначенных для развертывания офшорных ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году9.0042

Будущее ветряных турбин

Чтобы обеспечить будущий рост ветровой промышленности США, Программа Министерства энергетики США по ветру работает с отраслевыми партнерами над повышением надежности и эффективности технологии ветряных турбин, а также снижением затрат. Исследовательские усилия программы помогли увеличить средний коэффициент мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 год. Затраты на энергию ветра были снижены с более чем 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 19От 80 до менее 6 центов/кВтч сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

Ветряные турбины дают уникальную возможность использовать энергию там, где она больше всего нужна населению нашей страны. Это включает в себя потенциал морского ветра для обеспечения электроэнергией населенных пунктов вблизи береговой линии, а также способность наземного ветра поставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким уровнем выбросов углерода.

Департамент энергетики продолжает работу по развертыванию ветровой энергии в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и надежной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

Присоединяйтесь к нам сегодня для нашей ветряной турбины Twitter Часы работы в 14:00. ЕТ.

Чтобы принять участие в обсуждении, заранее отправьте свои вопросы в социальных сетях с помощью #HowEnergyWorks или по электронной почте [email protected].

ПРОГОЛОСУЙТЕ СЕЙЧАС, чтобы решить, какую тему «Как работает энергия» мы рассмотрим дальше!

Дэниел Вуд
еще этого автора

Для запросов СМИ:

(202) 586-4940 или DOENews@hq. doe.gov

Подробнее читайте на странице новостей

energy.gov

Ветряная турбина — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Ветряная турбина. ^[1]

Ветряные турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными турбинами. ^[2]

Компоненты турбины

Рис. 2. Иллюстрация компонентов ветряной турбины (нажмите, чтобы увеличить). ^[3]

Современные ветряные турбины бывают разных размеров, но все типы, как правило, состоят из нескольких основных компонентов: как крылья самолета. Одна сторона лезвия изогнута, а другая плоская. Ветер движется быстрее вдоль изогнутой кромки, создавая разницу в давлении с обеих сторон лопасти. Лопасти «толкаются» воздухом, чтобы выровнять разницу давлений, заставляя лопасти вращаться. ^[5]

Башня – Лопасти и гондола устанавливаются на вершине башни. Башня сконструирована таким образом, чтобы удерживать лопасти несущего винта над землей при идеальной скорости ветра. Башни обычно находятся на высоте 50-100 м над поверхностью земли или воды. Оффшорные мачты обычно крепятся ко дну водоема, хотя ведутся исследования по разработке мачты, которая плавает на поверхности. ^[2]

Визуализация турбины

У компании MidAmerican Energy есть отличное видео о конструкции ветряной турбины , для просмотра нажмите здесь.

Видео ниже, созданное UVSAR, подробно показывает детали турбины.

Для дальнейшего чтения

• Ветер
• Электричество
• Ветряная электростанция
• Генератор
• Механическая энергия
• Или исследовать случайную страницу

Ссылки

2. ↑ ^{2.0 2.1} Управление ветроэнергетических технологий (29 ноября 2018 г.). How Wind Turbines Work [Онлайн] Доступно: https://www.energy.gov/eere/wind/how-do-wind-turbines-work
3. ↑ Wikimedia Commons [онлайн], доступно: https://upload.