Классы, конструктивные особенности и схема работы ветрогенераторов

Природные энергетические ресурсы Земли неуклонно уменьшаются, что приводит к постоянным поискам человечества все новых, альтернативных и возобновляемых источников энергии, обеспечивающих его проживание, как в настоящем, так и в будущем. Одним из таких альтернативных и возобновляемых источников энергии – является энергия, заключенная в силе ветра.

Первая ветряная турбина, использующая для выработки электричества энергию ветра – была построена в Дании в конце позапрошлого века. С тех пор человечество энергию ветра использует постоянно, а особенно в труднодоступных районах, где невозможно применение других источников получения энергии. Конечно же, применение энергии ветра идет не в таких масштабах, как нам бы хотелось этого.

В чем же заключается принцип работы ветрогенератора по выработке электричества?

Здесь все происходит достаточно просто. Ветер, своим напором приводит во вращение колесо с лопастями, которое посредством редуктора, передает полученный крутящий момент к валу генератора ветроустановки. Вал с ротором ветрогенератора, вращаясь в его статоре – вырабатывает нам постоянный электрический ток.

Аккумуляторная батарея, состоящая из одного или нескольких аккумуляторов и входящая в конструкцию ВЭС (ветровой электрической станции) – выступает в качестве накопителя «лишней», неиспользуемой на данное время электроэнергии, которая отдается пользователям в случае необходимости, к примеру, во время отсутствия ветра. Блок преобразователя напряжения (инвертор), своей функцией имеет преобразование электрического постоянного тока, в ток переменный, с напряжением силовой сети 220В и частотой 50Гц.

Современная промышленность выпускает ветроустановки (ВЭУ) от самых маленьких, к примеру, G-60 с пятью лопастями диаметром всего 0,75м и весом всего 9кг с мощностью порядка 60Вт, до больших промышленных ветроустановок, с диаметром их колес порядка 60м.

А сейчас перейдем к основным принципам, использующимся при классификации ветрогенераторов.

Классификация ветрогенераторов по оси вращения.

Относительно расположения оси вращения своего ротора – ветрогенераторы бывают с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

• Наиболее популярны в мире ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения ротора, когда эта ось располагается параллельно земной поверхности. Такой тип ветрогенераторов, в народе называют «ветряные мельницы». Ось таких ветрогенераторов, в автоматическом режиме поворачивается в сторону ветра, даже при его небольшой силе.
• Лопасти турбины ветрогенератора с вертикальной осью вращения, вертятся в плоскости, перпендикулярной, плоскости земной поверхности. Здесь поворота самой турбины по направлению ветра не требуется, поскольку ветер с любых возможных направлений в любом случае турбину будет вращать. При любом направлении ветра – у турбины с вертикальной осью вращения работает лишь половина ее лопастей, направленных к ветру, из-за чего, у таких генераторов, фактически теряется их половина мощности.

ВЭУ с вертикальной осью вращения достаточно просты в установке и техническом обслуживании, поскольку их генератор и редуктор – размещаются на поверхности земли. К недостаткам генераторов с вертикальной осью вращения следует отнести их дорогостоящий монтаж и достаточно большую территорию, занимаемую таким генератором, сравнительно с генератором, у которого ось вращения горизонтальная.

Относительно областей применения генераторов с разными осями вращения лопастей, то следует сказать, что ветровые электрогенераторные установки с горизонтальной осью вращения – больше используются для промышленной выработки электроэнергии, хотя их немало и в частном секторе у населения. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения – в основном используются для выработки электроэнергии в котеджных поселках и небольших частных хозяйствах.

Классификация ветрогенераторов по количеству лопастей.

Ветрогенераторы по количеству лопастей бывают двухлопастными, трехлопастными и многолопастными, где число лопастей турбины составляет порядка 50 штук, и более.

Ветроустановки многолопастные используют там, где необходим сам факт наличия большого количества оборотов у ее турбины, к примеру, для привода насоса по перекачке воды и пр. С целью выработки электроэнергии, подобные ветроустановки, фактически не используются.

Классификация по применяемому материалу изготовления лопастей.

Здесь выделяются следующие классы ветрогенераторов:

• Парусные генераторы или «парусники».
• Генераторные установки с жесткими лопастями.

Отметим, что лопасти парусные – значительно проще и дешевле в изготовлении, нежели лопасти жесткие – изготовленные из металла или стеклопластика.

Лопасти парусного типа населением почти не применяется, поскольку материал обтяжки таких лопастей, требует своей замены практически после каждого «серьезного» ветра.

Классификация ветроустановок по шагу винта.

Относительно этого показателя, то все ветрогенераторные установки имеют фиксированный и изменяемый шаг винта. Понятно, что изменяемый шаг винта ветровой установки ведет к значительному увеличению диапазона оптимальных скоростей вращения ее лопастей. Но, в тоже время, механизм, обеспечивающий у ветрогенераторов эти функции, достаточно сложен и металлоемок – что в значительной степени ведет к удорожанию самой конструкции ветрогенератора, а также к снижению ее надежности в работе.

Заключение

Напоследок, делая небольшое резюме изложенному нами материалу скажем, что конструкций и классификаций энергетических ветровых установок в мире множество. Поэтому, любому из нас, для их оптимального выбора в свое хозяйство – необходимы соответствующие знания, которые мы и стараемся вам предоставить в наших статьях.