Penjana angin kinetik: peranti, prinsip operasi, aplikasi

Penjana angin kinetik moden membolehkan anda memanfaatkan kuasa arus udara, mengubahnya menjadi elektrik.Untuk tujuan ini, terdapat model peranti buatan kilang dan buatan sendiri yang digunakan dalam industri dan dalam isi rumah persendirian.

Kami akan memberitahu anda bagaimana turbin angin jenis ini direka bentuk, dan memperkenalkan anda kepada ciri peranti dan pilihan reka bentuk. Artikel yang kami cadangkan menunjukkan kekuatan dan kelemahan loji kuasa angin. Do-it-yourselfers akan menemui gambar rajah berguna dan cadangan pemasangan di sini.

Prinsip operasi penjana angin

Operasi penjana angin adalah berdasarkan kepada perubahan tenaga kinetik angin kepada tenaga mekanikal pemutar, yang kemudiannya ditukar kepada elektrik.

Prinsip operasi agak mudah: putaran bilah yang dipasang pada paksi peranti membawa kepada pergerakan bulat penjana pemutar, dengan itu menjana elektrik.

Tenaga angin adalah salah satu sektor tenaga boleh diperbaharui yang paling menjanjikan. Reka bentuk moden memungkinkan untuk memanfaatkan kuasa arus udara secara kos efektif, menggunakannya untuk menjana elektrik

Arus ulang alik yang tidak stabil "mengalirkan" ke dalam pengawal, di mana ia ditukar kepada voltan langsung yang boleh mengecas bateri. Dari sana, kuasa dibekalkan kepada penyongsang, di mana ia diubah menjadi voltan bergantian dengan penunjuk 220/380 V, yang dibekalkan kepada pengguna.

Kuasa penjana angin secara langsung bergantung kepada kuasa aliran udara (N), dikira mengikut formula N=pSV³/2, di mana V ialah kelajuan angin, S ialah kawasan kerja, p ialah ketumpatan udara.

Peranti penjana angin

Pelbagai versi penjana angin berbeza dengan ketara antara satu sama lain.

Rajah di bawah menunjukkan struktur dalaman penjana angin mendatar klasik. Model sedemikian paling kerap digunakan dalam industri dan dalam kehidupan seharian.

Peranti industri adalah struktur berbilang meter yang kompleks, pemasangannya memerlukan asas, manakala model isi rumah boleh terdiri daripada komponen minimum (motor elektrik DC 3-12V, kapasitor elektrik 1000 uF 6V, diod penerus silikon).

Pemasangan biasa termasuk komponen berikut:

• penjana arus ulang alik (kuasa bergantung pada kelajuan aliran angin);
• bilah yang menghantar putaran ke aci penjana (selalunya ia juga dilengkapi dengan kotak gear dan penstabil kelajuan rotor);
• tiang kincir angin yang mana bilah dipasang (semakin tinggi unsur-unsur ini, lebih banyak tenaga angin yang boleh diterima);
• bateri yang menyimpan tenaga, membolehkan ia digunakan apabila terdapat sedikit atau tiada aliran angin. Bateri juga menjalankan fungsi menstabilkan tenaga elektrik yang dibekalkan daripada penjana;
• pengawal - penukar voltan ulang-alik yang diterima daripada penjana kepada voltan langsung, yang digunakan untuk mengecas bateri. Pengawal dikawal dengan memutarkan bilah, yang membolehkan anda mengambil kira di mana aliran udara bergerak;
• AVR ialah peranti pensuisan automatik yang menghubungkan penjana angin dengan sumber tenaga lain (panel solar, grid kuasa);
• penderia arah angin - peranti yang memudahkan bilah mencari aliran angin;
• penyongsang untuk menukar arus terus daripada bateri kepada voltan berselang-seli, yang digunakan dalam komunikasi elektrik.

Untuk memenuhi keperluan pengguna dengan lebih baik, peranti ini boleh dilengkapi dengan pelbagai jenis penyongsang:

• peranti dengan gelombang sinus diubah suai penyongsang yang menghasilkan gelombang sinus persegi. Peranti jenis ini sesuai untuk elemen pemanasan, lampu pijar dan peranti lain yang tidak memerlukan kualiti rangkaian;
• penyongsang voltan tiga fasa direka untuk rangkaian elektrik tiga fasa;
• unit gelombang sinus tulen yang menghasilkan tenaga untuk peralatan yang lebih sensitif;
• penyongsang rangkaian yang boleh beroperasi tanpa bateri. Peranti sedemikian direka untuk litar yang melibatkan tenaga elektrik yang memasuki terus ke rangkaian umum.

Apabila memilih model, pastikan anda memberi perhatian kepada jenis penyongsang.

Jenis-jenis Penjana Angin

Apabila mengklasifikasikan turbin angin, ciri-ciri berikut boleh diambil kira:

• pelantikan;
• ciri reka bentuk;
• bilangan bilah;
• bahan dari mana ia dibuat;
• paksi putaran;
• padang kipas.

Mari kita lihat lebih dekat pada dua klasifikasi yang paling biasa digunakan.

Klasifikasi penjana angin mengikut tujuan

Terdapat jenis turbin angin yang berbeza tujuannya. Ciri-ciri utama peranti, sebagai contoh, kuasa, bergantung pada ini.

Turbin angin industri

Peranti sedemikian dipasang oleh syarikat tenaga besar atau negeri untuk membekalkan elektrik kepada kemudahan perindustrian.Turbin, dengan kapasiti berpuluh-puluh megawatt, biasanya terletak di kawasan angin (bukit terbuka, pantai).

Ladang angin, di mana berpuluh-puluh turbin angin dipasang, terletak bukan sahaja di darat, tetapi juga di air cetek. Elektrik yang terhasil biasanya digunakan untuk tujuan industri

Elektrik yang dihasilkan, sebagai peraturan, masuk terus ke rangkaian, manakala untuk kestabilan dan peraturan kelajuan putaran bilah, turbin angin dilengkapi dengan mekanisme tambahan.

Penjana Angin Komersil

Pemasangan sedemikian digunakan untuk menjana elektrik untuk dijual atau membekalkan tenaga elektrik kepada pengeluaran di kawasan yang mempunyai rangkaian elektrik berkuasa rendah (atau tiada grid elektrik langsung). Loji kuasa angin sedemikian terdiri daripada sekumpulan penjana elektrik, yang boleh mempunyai kapasiti yang berbeza.

Tenaga daripada pemasangan komersil boleh disalurkan terus ke utiliti elektrik atau digunakan untuk mengecas pelbagai besar bateri, di mana ia disimpan dan ditukar untuk menyuap grid.

Peranti angin isi rumah

Unit kuasa rendah digunakan untuk kegunaan persendirian. Mengikut peraturan, turbin angin dengan tiang kurang daripada 25 meter tinggi boleh dipasang oleh pemilik tanah tanpa kelulusan pihak berkuasa; untuk tiang yang lebih tinggi, kebenaran khas mesti diperolehi.

Kincir angin dengan kuasa rendah dan sederhana boleh berfungsi sebagai sumber tenaga elektrik untuk kotej, dacha, rumah desa, dan ladang

Penjana angin isi rumah sesuai untuk mengecas bateri dengan voltan 12/24/48V, tenaga yang diubah menjadi voltan 220 Volt.Peranti sedemikian memungkinkan untuk menyelesaikan sepenuhnya atau sebahagian masalah bekalan kuasa ke objek kecil yang terletak jauh dari grid kuasa terpusat.

Dengan garis panduan untuk memilih penjana angin untuk membekalkan tenaga kepada rumah persendirian baca artikelberdedikasi untuk isu yang menarik ini.

Jenis reka bentuk turbin angin

Berdasarkan ciri reka bentuknya, peranti juga boleh dibahagikan kepada beberapa kategori, walaupun semua jenis dibahagikan kepada dua jenis utama: menegak dan mendatar.

Turbin angin mendatar klasik

Pemasangan sedemikian (ia juga dipanggil kipas atau sayap) biasanya mempunyai 3-5 bilah yang dipasang pada paksi mendatar. Berputar pada kelajuan tinggi, elemen sedemikian membolehkan anda memperoleh jumlah tenaga maksimum (KIEV sehingga 0.4).

Lebih-lebih lagi, jumlah tenaga elektrik yang dijana sebahagian besarnya bergantung pada ketinggian peranti (semakin tinggi, semakin besar hasilnya).

Turbin angin mendatar menggunakan lif, yang berlaku apabila tekanan meningkat pada titik di mana aliran udara terus melalui bilah dan dipantulkan daripada unsur-unsur ini.

Peranti ini biasanya dipasang di ladang angin di mana tenaga dijana untuk kegunaan industri dan komersial, tetapi ia juga sesuai untuk kegunaan domestik.

Penyelesaian yang menarik untuk kincir angin mendatar ialah model dengan satu bilah; pilihan foto berikut akan membiasakan anda dengan ciri-cirinya:

Turbin angin menegak

Elemen pengendalian pemasangan sedemikian ialah roda angin berputar. Oleh kerana ciri reka bentuk mereka, struktur sedemikian berbeza mengikut jenis ("Barrel", "Savonius").

Pemilihan foto berikut akan memperkenalkan anda kepada prinsip turbin penjana menegak Savonius:

Walaupun indeks KIEV rendah (0.1-0.2), ia digunakan secara meluas: pemasangan menegak beroperasi pada aliran udara bergelora, jadi ia boleh diletakkan walaupun di kawasan di mana angin kencang jarang bertiup.

Operasi penjana angin menegak tidak bergantung pada arah angin. Ia mudah dipasang dan dikendalikan, dan peranti sedemikian boleh dipasang berhampiran dengan tanah

Untuk meningkatkan kecekapan turbin angin menegak, pengeluar sering meningkatkan parameter dimensi mereka, yang membawa kepada peningkatan yang ketara dalam kos. Memandangkan pemasangan sedemikian agak rapuh, ia memerlukan peningkatan perlindungan daripada taufan dan fenomena semula jadi yang lain.

Penjana angin "Rotor Daria"

Peranti sedemikian tergolong dalam kategori turbin angin menegak, tetapi mempunyai perbezaan yang ketara dalam reka bentuk. Terima kasih kepada ciri sedemikian, pengurangan hingar dicapai, dan KIEV juga meningkat, yang menghampiri prestasi model mendatar.

Sebuah turbin tekanan rendah dengan paksi putaran berserenjang dengan udara, yang dicadangkan pada tahun 1931 oleh pereka pesawat Perancis Georges Darrieus, telah menemui aplikasi luas dalam tenaga angin.

Kelemahan reka bentuk sedemikian adalah tork permulaan yang rendah (disebabkan kehadiran hanya dua bilah, sukar untuk peranti dimulakan sendiri). Untuk menyelesaikan masalah, hibrid "Savonius + Darier" sering digunakan.

Pemasangan angin belayar

Untuk pemasangan sedemikian, prinsip membina kedua-dua turbin angin menegak dan mendatar boleh digunakan. Ciri reka bentuk utama ialah roda angin yang diliputi dengan banyak bilah atau layar, manakala model sedemikian tidak mempunyai profil aerodinamik.

Terdapat banyak model penjana angin belayar, yang berbeza dalam bilangan bilah, berat dan kuasa. Semua parameter ini harus diambil kira apabila memilih peranti

Walaupun fakta bahawa pemasangan belayar dicirikan oleh kelajuan rendah dan kecekapan rendah, ia sering digunakan dalam ekonomi negara.Reka bentuk sedemikian mudah dipasang dan dikendalikan, dan gabungan tork tinggi dan kelajuan rendah membolehkan anda memacu terus pelbagai mekanisme berguna, contohnya, pam untuk mengepam air.

Galeri berikut akan memperkenalkan anda kepada salah satu model turbin angin belayar yang dilaksanakan dalam amalan:

Penjana untuk turbin angin

Turbin angin memerlukan penjana tiga fasa konvensional untuk beroperasi. Reka bentuk peranti sedemikian adalah serupa dengan model yang digunakan pada kereta, tetapi mempunyai parameter yang lebih besar.

Instrumen turbin angin mempunyai belitan stator tiga fasa (sambungan bintang), dari mana tiga wayar keluar dan pergi ke pengawal, di mana voltan ulang-alik ditukar kepada voltan terus.

Rotor penjana untuk turbin angin diperbuat daripada magnet neodymium: dalam reka bentuk sedemikian adalah tidak sesuai untuk menggunakan pengujaan elektrik, kerana gegelung menggunakan banyak tenaga

Pengganda sering digunakan untuk meningkatkan perolehan.Peranti ini membolehkan anda meningkatkan kuasa penjana sedia ada atau menggunakan peranti yang lebih kecil, yang mengurangkan kos pemasangan.

Pengganda lebih kerap digunakan dalam penjana angin menegak, di mana proses putaran roda angin lebih perlahan. Untuk peranti mendatar dengan kelajuan putaran bilah tinggi, pengganda tidak diperlukan, yang memudahkan dan mengurangkan kos reka bentuk.

Spesifikasi pemasangan dan pemasangan penjana angin daripada mesin basuh dan turbin angin daripada penjana kereta diterangkan secara terperinci dalam artikel yang kami cadangkan.

Kebaikan dan keburukan penjana angin

Mari kita pertimbangkan secara terperinci kelebihan dan kekurangan turbin angin, kerana keputusan untuk membeli atau meninggalkan turbin angin bergantung kepada mereka.

Kelebihan peranti angin

Kelebihan peranti yang menggunakan tenaga angin termasuk:

• Kemesraan alam sekitar. Pemasangan menggunakan sumber tenaga boleh diperbaharui yang boleh digunakan secara berterusan tanpa menyebabkan kerosakan kepada alam sekitar. Elektrik yang dijana oleh penjana angin menggantikan tenaga loji kuasa haba, mengurangkan pelepasan gas rumah hijau.
• serba boleh. Loji kuasa angin boleh dibina hampir di mana-mana: di dataran, di gunung, di ladang, di pulau dan juga di perairan cetek. Tenaga angin amat berharga di tempat terpencil yang sukar untuk melanjutkan komunikasi elektrik konvensional. Penjana angin dalam kes ini memungkinkan untuk mewujudkan bekalan tenaga untuk objek, memastikan kebebasannya daripada faktor rawak (contohnya, bahan api tidak dihantar tepat pada masanya).
• Kecekapan penggunaan. Model moden memproses tenaga angin walaupun lemah - had minimum ialah 3.5 m/s.Dengan cara ini, adalah mungkin untuk membekalkan elektrik tambahan ke rangkaian berpusat, serta mengatur bekalan kuasa ke objek individu (pulau atau tempatan) tanpa mengira kuasa mereka.
• Alternatif yang sesuai untuk sumber tradisional. Loji kuasa angin pegun boleh membekalkan elektrik sepenuhnya kepada bangunan kediaman atau kemudahan perindustrian kecil. Dalam kes ini, turbin akan mengumpul bekalan elektrik yang diperlukan dalam bateri, bertujuan untuk digunakan semasa tempoh tenang.
• Jimat. Berbanding dengan sumber tenaga elektrik tradisional (gas, gambut, arang batu, minyak), turbin basikal boleh mengurangkan kos tenaga dengan ketara. Dalam banyak kes, membina ladang angin adalah lebih murah daripada menyambung kepada sistem kuasa sedia ada.

Penggunaan turbin angin boleh menjadi alternatif kepada penggunaan penjana diesel yang mahal, seterusnya mengurangkan kos pengangkutan dan penyimpanan bahan api sehingga 80%.

Kuasa purata turbin angin berbeza beberapa kali daripada beban puncak. Penjana angin hanya bertanggungjawab untuk jumlah tenaga yang dihasilkan dalam tempoh masa tertentu pada ciri kelajuan angin purata bulanan bagi kawasan tertentu.

Untuk penilaian sumber angin yang lebih tepat, anda boleh menggunakan data terbitan khas (parameter Weibull). Penunjuk ini mencerminkan taburan angin dengan ciri kekuatan yang berbeza bagi kawasan tertentu. Adalah penting untuk mengambil kira maklumat tersebut apabila membangunkan projek ladang angin dengan kapasiti berpuluh-puluh MW.

Kuasa yang dijana oleh turbin angin adalah berkadar dengan tiga kali ganda kelajuan angin.Akibatnya, penunjuk ini sangat kecil apabila aliran angin lemah, tetapi apabila ia meningkat, ia meningkat dengan mendadak. Disebabkan oleh kebolehubahan arah dan kelajuan angin, komponen penstabil mesti disertakan dalam reka bentuk turbin angin.

Peraturan dan formula untuk mengira kuasa penjana angin diberikan di sini, kami mengesyorkan agar anda membiasakan diri dengan maklumat yang sangat berguna.

Dalam sistem autonomi kecil, fungsinya dilakukan oleh bateri, caj yang mula meningkat sebaik sahaja kuasa penjana angin melebihi beban.

Apabila beban bertambah, bateri mungkin dicas. Adalah penting untuk mengambil kira ciri ini apabila memilih unit isi rumah; kuasanya mesti sepadan dengan kadar penggunaan elektrik bulanan atau tahunan

Perlu diingatkan bahawa penggunaan aliran angin yang berkesan difasilitasi oleh pelbagai reka bentuk penjana angin.

Turbin mendatar berfungsi dengan baik di kawasan rata yang mempunyai banyak angin, manakala turbin menegak berfungsi lebih baik di kawasan dengan aliran bergelora didapati rendah ke tanah (bukit atas, banjaran gunung).

Kelemahan utama turbin angin

Pada masa yang sama, turbin angin juga mempunyai sisi negatifnya:

• Magnitud daya angin sukar untuk diramalkan terlebih dahulu, kerana ia sering berubah. Oleh sebab itu, adalah dinasihatkan untuk mempertimbangkan jaring keselamatan dengan menyediakan sumber tenaga sandaran (panel solar, sambungan ke rangkaian elektrik).
• Peranti menegak menghadapi risiko kemusnahan bilah kipas disebabkan oleh kesan daya emparan apabila bilah berputar mengelilingi paksi utama. Akibat kesan ini, elemen struktur penting menjadi cacat dan musnah dari masa ke masa, dan mekanisme gagal.
• Adalah lebih baik untuk memasang turbin angin di ruang bebas, kerana bangunan berdekatan boleh "melembapkan" angin, membentuk zon udara "mati".
• Untuk menjimatkan tenaga berlebihan daripada turbin angin, adalah perlu untuk memasukkan dalam reka bentuk penggunaan bateri dan peranti tambahan lain yang berfungsi untuk menukar tenaga elektrik yang dijana kepada arus dengan ciri pengguna yang sesuai.
• Apabila beroperasi, penjana angin menghasilkan bunyi yang boleh menyebabkan ketidakselesaan kepada orang ramai dan menakutkan haiwan. Bilah-bilah pemasangan juga boleh menyebabkan kematian burung yang terbang ke arahnya.
• Menurut beberapa pakar, turbin angin boleh merendahkan penerimaan siaran radio dan televisyen.

Aspek negatif juga boleh termasuk kos yang agak tinggi bagi unit tersebut, namun, kos rendah sumber tenaga sebahagian besarnya mengimbangi faktor ini.

Gambar rajah dan kaedah sambungan

Walaupun turbin angin boleh beroperasi secara autonomi, hasil yang lebih baik boleh dicapai menggunakan skema gabungan yang menggabungkan turbin angin dengan panel solar, grid kuasa berpusat, diesel atau sumber tenaga gas.

Operasi autonomi. Dalam kes ini, satu pemasangan dipasang, dengan bantuan tenaga angin yang ditangkap dan terkumpul, yang kemudiannya ditukar kepada arus elektrik yang diperlukan oleh pengguna.

Rajah menunjukkan cara paling mudah untuk menggunakan penjana angin, yang dinasihatkan untuk digunakan di kawasan yang angin kencang sentiasa bertiup.

Menggabungkan penjana angin dengan panel solar. Pilihan gabungan dianggap sebagai kaedah bekalan kuasa yang boleh dipercayai dan cekap. Jika tiada angin, bateri akan hidup panel solar, dan dalam cuaca mendung dan pada waktu malam, pengecasan berlaku daripada turbin angin.

Pilihan ideal untuk rumah persendirian atau ladang yang terletak jauh dari grid kuasa berpusat. Skim gabungan ini membolehkan penggunaan dua jenis tenaga boleh diperbaharui

Operasi gabungan penjana angin dan grid kuasa. Turbin angin boleh digabungkan dengan komunikasi elektrik.

Susunan ini adalah tipikal untuk peranti industri dan komersial. Sambungan kepada komunikasi elektrik juga disediakan untuk beberapa model penjana angin isi rumah

Sekiranya terdapat lebihan elektrik yang dihasilkan, ia pergi ke rangkaian berpusat, dan jika terdapat kekurangan, adalah mungkin untuk menggunakan arus elektrik dari sistem tenaga umum.

Nuansa menggunakan penjana angin

Pada masa ini, turbin angin digunakan dalam pelbagai sektor ekonomi negara. Model industri dengan kapasiti yang berbeza-beza digunakan oleh minyak dan gas, syarikat telekomunikasi, stesen penggerudian dan penerokaan geologi, kemudahan pengeluaran dan agensi kerajaan.

Turbin angin boleh digunakan sebagai sumber tenaga tambahan di hospital dan institusi lain untuk memastikan bekalan kuasa berterusan dalam situasi kecemasan

Terutama yang patut diberi perhatian ialah kepentingan menggunakan turbin angin untuk memulihkan segera elektrik yang rosak semasa bencana alam dan bencana alam. Untuk tujuan ini, penjana angin sering digunakan oleh unit Kementerian Situasi Kecemasan.

Turbin angin isi rumah sesuai untuk mengatur pencahayaan dan pemanasan di komuniti kotej dan rumah persendirian, serta untuk tujuan ekonomi di ladang.

Terdapat beberapa perkara yang perlu dipertimbangkan:

• Peranti sehingga 1 kW boleh menyediakan jumlah elektrik yang mencukupi hanya di tempat berangin.Biasanya, tenaga yang mereka jana hanya cukup untuk menyalakan lampu LED dan kuasa peranti elektronik kecil.
• Untuk membekalkan elektrik sepenuhnya kepada dacha (rumah desa), anda memerlukan penjana angin dengan kuasa lebih daripada 1 kW. Penunjuk ini cukup untuk menghidupkan lekapan lampu, serta komputer dan TV, tetapi kuasanya tidak mencukupi untuk membekalkan elektrik ke peti sejuk moden yang beroperasi sepanjang masa.
• Untuk menyediakan tenaga ke pondok, anda memerlukan turbin angin dengan kapasiti 3-5 kW, tetapi angka ini tidak akan mencukupi untuk memanaskan rumah. Untuk menggunakan fungsi ini, anda memerlukan pilihan yang berkuasa, bermula dari 10 kW.

Apabila memilih model, anda harus mengambil kira bahawa penunjuk kuasa yang ditunjukkan pada peranti dicapai hanya pada kelajuan angin maksimum. Oleh itu, pemasangan 300V akan menghasilkan jumlah tenaga yang ditentukan hanya pada kelajuan aliran udara 10-12 m/s.

Bagi mereka yang ingin membina penjana angin dengan tangan mereka sendiri, kami tawarkan artikel seterusnya, yang menyediakan maklumat berguna secara terperinci.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik ini

Video di bawah memberikan maklumat terperinci tentang prinsip operasi dan reka bentuk model isi rumah penjana angin:

Penjana angin adalah sumber pengeluaran tenaga elektrik yang sangat baik, yang akan sangat dihargai oleh penduduk kawasan terpencil. Pelbagai perusahaan Rusia dan asing menawarkan pelbagai jenis struktur angin, sebagai tambahan, model isi rumah boleh dibuat dengan tangan anda sendiri.

Sila tulis komen di blok di bawah. Beritahu kami tentang cara anda membina penjana angin pada harta tanah anda, atau tentang cara turbin angin jiran anda berfungsi.Tanya soalan, kongsi maklumat berguna dan foto mengenai topik tersebut.