Provozní a konstrukční vlastnosti moderních typů větrných elektráren

Článek zkoumá princip fungování a konstrukční vlastnosti moderních větrných generátorů pro průmysl i soukromý sektor.

Od starověku se lidstvo snaží zkrotit vítr a dát ho do svých služeb. Nejprve existovaly plachetnice, které využívaly větrnou energii k pohybu, poté se v každodenním životě začaly používat větrné mlýny a nyní nastal čas využít větrnou energii ve větrných generátorech k výrobě elektrické energie, která slouží lidem.

V zahraničí se poměrně velká část elektřiny vyrábí ve větrných elektrárnách (VVE), což se, upřímně řečeno, nedá říct o Rusku a postsovětských zemích. Zde jednoznačně patříme k těm, kteří zaostávají.

Využití větrných elektráren v rozvinutých zemích nám umožňuje řešit nejen problémy autonomního napájení chalup, venkovských domů a letních chatových komunit, ale také problémy životního prostředí, protože při výrobě elektřiny z moderních větrných elektráren nedochází k žádnému znečištění životního prostředí.

Podívejme se na princip fungování a podrobněji na hlavní typy moderních větrných elektráren.

Princip fungování větrných turbín

Princip fungování jakékoli větrné elektrárny (VE) spočívá v přeměně kinetické energie proudění vzduchu pohybujícího se rovinou lopatek nebo turbín na elektrickou energii – pomocí elektrických generátorů. Nejběžnějším typem moderní větrné elektrárny je lopatková větrná elektrárna, která kombinuje lopatkové větrné generátory s horizontální osou otáčení a karuselové větrné generátory, u kterých je osa otáčení umístěna vertikálně. Tyto typy větrných generátorů si rozebereme podrobněji níže.

Konstrukce hlavních typů větrných generátorů

Každý generátor větrné energie se konstrukčně skládá ze základny, jinak nazývané stožár, rotačního zařízení s rotujícími lopatkami nebo větrné turbíny, generátoru – generujícího elektřinu a bateriového bloku. Každá větrná elektrárna musí mít také řídicí a převodní jednotku.

Co se týče počtu lopatek, větrné turbíny mohou být dvou-, tří- nebo vícelopatkové. Nejběžnější jsou třílopatkové turbíny. Aby se zabránilo předčasnému selhání větrných turbín, jsou větrné turbíny vybaveny systémem aeromechanické stabilizace frekvence otáčení jejich lopatek.

Elektrický generátor, který vyrábí elektřinu ve větrné elektrárně, je s její turbínou spojen přímo, kdy je osa otáčení větrné turbíny a generátoru stejná, nebo pomocí mechanického převodu, který přenáší rotační pohyby lopatek turbíny na elektrický generátor. V moderních větrných elektrárnách se používají především synchronní vícepólové, bezkartáčové generátory s permanentními magnety, které jsou konstrukčně vyrobeny ve zcela uzavřeném krytu a ze standardních prvků.

V závislosti na směru a „tlaku“ proudění vzduchu na lopatkách turbíny se může tato pomocí rotačního mechanismu instalace přeorientovat ve směru optimálním pro její efektivní provoz.

Funkčně je řídicí a převodní jednotka elektrické energie navržena tak, aby akumulovala elektrickou energii generovanou větrnou elektrárnou v jejích bateriích s následnou převodem z 12 V DC na 220 V AC pomocí „invertoru“.

Řídicí jednotka také umožňuje monitorovat a řídit proces nabíjení baterie, výkon elektrického generátoru atd.

Různé možnosti konfigurace moderních větrných elektráren, a to jak pro průmyslové využití, tak pro použití v soukromém sektoru, umožňují každému uživateli vybrat si nejoptimálnější variantu.

V současné době jsou na světě nejrozšířenější větrné turbíny s křídly, jejichž osa otáčení lopatek je rovnoběžná nebo vodorovná se směrem proudění vzduchu. O těchto větrných turbínách si povíme hlavně dále.

Větrná turbína s horizontální osou

Účinnost využití větrné energie u tohoto typu větrných generátorů dosahuje 48 %, což je mnohem více než u generátorů karuselového typu. Tento typ větrných generátorů může být dvou- nebo třílistý.

Zde je největší účinnosti zařízení dosaženo, když je vítr směrován kolmo k rovině otáčení lopatek generátoru. Proto i konstrukčně – tento typ „větrných turbín“ má zařízení, které umožňuje automatické otáčení oběžného kola generátoru kolmo ke směru větru. Výkon tohoto typu větrné elektrárny přímo závisí na rychlosti větru (jeho tlaku), stejně jako na průměru a ploše lopatek samotné větrné turbíny.

Rotační nebo karuselové větrné turbíny

Tento typ větrných generátorů má svislou osu otáčení s namontovaným kolem a k ní připevněnými plochami pro příjem větru. Významnou výhodou tohoto typu větrných elektráren je, že mohou pracovat beze změny polohy – v jakémkoli směru proudění vzduchu. Tento typ větrných generátorů je pomalý a tichý a jako generátory pro výrobu energie se používají nízkorychlostní, vícepólové elektrické generátory.

Moderní větrné turbíny s horizontální a vertikální osou otáčení

Jiné typy moderních větrných elektráren

Kromě toho se v poslední době objevily nejnovější vývoje větrných generátorů zásadně nových konstrukcí, které konstrukčně sestávají z nosné třípodpěrné základny umístěné na silném základu. Na základně je namontován prstencový generátor s vestavěným ložiskem a centrálním rotorem. Průměr prstence takového generátoru může dosáhnout velikosti více než 100 metrů. Takové větrné elektrárny se používají pro průmyslovou výrobu elektřiny.

Existují také provozované větrné farmy sestávající z několika desítek malých modulů větrných turbín, konstrukčně sjednocených do jednoho, zavedeného systému pro výrobu elektřiny.

Poměrně nedávno američtí specialisté vyvinuli a zavedli do průmyslové výroby malou větrnou elektrárnu s turbínou „Windgate“, určenou pro soukromý sektor. Kolo turbíny dosahuje průměru 1,8 metru a otáčí se na vodorovné ose. Konce lopatek takové turbíny mají permanentní magnety, v důsledku čehož máme ve skutečnosti velký rotor – rotující v jediném statorovém krytu instalace. Takové větrné turbíny Windgate lze dokonce namontovat na střechu soukromého domu nebo chaty a jsou velmi účinné a jejich cena se pohybuje přibližně 4,5–5 tisíc amerických dolarů.

Je třeba poznamenat, že konstrukce větrných elektráren se neustále zlepšuje, a proto se zlepšují i jejich technologické parametry a aerodynamika, a co je nejdůležitější, cena těchto ekologicky šetrných energetických jednotek budoucnosti se pro běžného spotřebitele stává méně „kousavou“.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Zjednodušte si výpočty elektrických obvodů, parametrů zařízení a dalších elektrotechnických úkolů s touto praktickou aplikací: Online kalkulačka elektrotechniky

Rozvíjejte své profesní dovednosti:

Vyberte si vhodný formát a témata!

Autonomní a záložní napájení pro vaše zařízení. Vhodné pro použití ve městě i na venkově, instalace na ploché střechy je možná.

Výrobek je dodáván na objednávku
Производитель
Dealan Energy LLC
Jmenovitý výkon
Výkon větrného generátoru
Napájení solárního systému
Napětí nabíjení baterie
Výstupní napětí
výstupní výkon
Orientace na vítr
není nutné
Počáteční rychlost větru
Jmenovitá rychlost větru
Rychlost větru bouře
Provozní teplota
Život
Země výroby
(čistý sinus) 50 Hz
Materiál čepele
Osa otáčení
vertikálně
Typ generátoru
3 fáze, neodymové magnety
Hladina hluku
ne více než 30 dB

Větrné a solární elektrárny řady GSk — to je jeden z pokrokových trendů naší společnosti. Tyto komplexy přeměňují větrnou a solární energii na elektrickou energii, která je využívána pro autonomní nebo automaticky zaváděné záložní napájení zařízení, bez použití paliva a napojení na stacionární sítě.

Charakteristickým rysem těchto stanic je skutečnost, že jsou mobilní, nevyžaduje výstavbu drahých a pracně náročných základů nebo výztuh pro instalaci, což umožňuje spotřebiteli ušetřit až 40 % konečných nákladů na stanici. Tento typ konstrukce také umožňuje kdykoli přesunout stanici na jiné místo. Pokud máte dočasné stavby nebo sezónní spotřebu energie, je to nepopiratelná výhoda.

Větrné turbíny řady GSk patří mezi nejbezpečnější a nejspolehlivější větrné turbíny na trhu. Rám stanice je bezpečnostní klec, která v nouzových situacích zabraňuje rozmetání trosek za její hranice, což potvrdily i nárazové testy. Pro větší bezpečnost provozu byly použity následující technologie:

• Elektromagnetické brzdění
• Nouzová aerodynamická brzda (ochrana před bouří)
• Ruční brzdění
• Montáž hřídele turbíny ve dvou bodech
• Použití zesílených hliníkových čepelí
• Dálkové monitorování a ovládání provozu GSM stanice (volitelné)

Efektivita a pohodlí. Pro přeměnu větrné energie využívají stanice GSk lopatky s unikátním profilem, které fungují na principu křídla letadla. Rotor se otáčí v důsledku vytváření vztlaku na lopatkách. Takové systémy umožňují stejně efektivní provoz jak při nízké rychlosti větru, která je typická pro střední Rusko, tak v podmínkách se silným větrem. Unikátní profil lopatek a vyvážený vícevrstvý rotor, vyvinutý ve spolupráci s akademikem V.M Lyatkherem, umožnil dosáhnout lepších ukazatelů energie než horizontální systémy, minimalizovat vibrace a prakticky snížit produkovaný hluk na nulu. Navíc tento systém nevyžaduje orientaci proti větru. Pro všechny větrné turbíny naší výroby jsme vyvinuli vysoce účinné bezpřevodové elektrické generátory s magnety vzácných zemin. To vše vám umožňuje používat větrné a solární elektrárny GSk pohodlně, bezpečně a s maximální účinností:

• V soukromých domech
• V městských oblastech
• Na veřejných místech
• V průmyslových zařízeních a farmách
• Na odlehlých místech, hraničních stanovištích, komunikačních zařízeních atd.

Individuální přístup ke každému klientovi. Naše společnost chápe, že neexistují dvě místa se stejnými vlastnostmi větru a slunečním zářením, a proto uplatňuje individuální přístup ke každému klientovi. Studujeme umístění stanice a potřeby klienta. Na základě těchto údajů jsou parametry rotoru, generátoru a lopatek upraveny pro maximálně efektivní provoz stanice. Doplňkové vybavení, baterie, měnič, regulátor se volí individuálně. Každá nová zakázka je samostatný projekt, do kterého investujeme veškeré své zkušenosti, znalosti a dovednosti k řešení zadaných úkolů.

Základní sada dodávky větrného generátoru GSk obsahuje:

Smontovaná větrná turbína (rám turbíny, hřídel, lopatky, příčky, bezpřevodový generátor na magnetech ze vzácných zemin), solární panely s výkonem 2000 W, na vyžádání i více než 2 kW.

Pro klasické schéma zapojení akumulačních stanic bude nutné dokoupit: regulátor, baterii, měnič, předřadný odpor, držák solárního panelu, stojan na větrnou turbínu.

Pro levnější přepravu jsou velká zařízení dodávána nesmontovaná. Možnosti platby a doručení naleznete zde.

Pokud je pro vás obtížné vybrat stanici, vyplňte dotazník, naši specialisté vyberou nejlepší variantu pro vaše zařízení.

Nabídky uvedené na webu nejsou veřejnou nabídkou, ale mají pouze informativní charakter. Konečnou cenu zařízení a služeb zajišťuje pracovník společnosti v návrhu zaslaném přímo zákazníkovi.

Průměrná výroba elektřiny za měsíc Větrné generátory řady GS, GSk

Celkové rozměry větrné a solární stanice GSk 1 – 3 kW

Typické složení větrné solární stanice GSk s bateriovým systémem ukládání energie:

Schéma provozu větrné solární stanice: