Jaký je účel větrné elektrárny?

Hledání alternativních způsobů získávání energie probíhá již řadu let. Jedním typem takového zařízení jsou větrné generátory, které jsou schopny vyrábět elektřinu pomocí větru. Princip fungování větrného generátoru je založen na schopnosti energie přecházet z jednoho typu na druhý.

Toto zařízení funguje následovně: vítr má kinetickou energii, kterou lze přeměnit na mechanickou energii rotoru. Dále zařízení přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii. Tímto způsobem můžete získat elektřinu zdarma. Výkon větrných elektráren se může pohybovat mezi 5-4500 kW. Dnes bylo vyvinuto zařízení, které je schopné vyrábět elektřinu i při velmi nízké rychlosti větru 4 m/s.

Princip fungování větrného mlýna je poměrně jednoduchý, takže takové zařízení lze vyrobit nezávisle. Využití tohoto zařízení poskytne možnost nejen ušetřit na nákladech za elektřinu, ale také jej prodat za podmínek „výkupního tarifu“ státu. Tento způsob výroby energie je vhodný pro jakékoli objekty umístěné v prostoru bez centralizovaného napájení nebo lze použít jako doplňkový zdroj. Je to optimální volba a umožňuje autonomně elektrifikovat jakýkoli objekt.

Vlastnosti zařízení větrného generátoru

Toto zařízení má lopatky, které jsou poháněny silou větru. Tato rotace spustí turbínu, která se také začne otáčet. Turbína začne vyrábět energii, jejíž výkon je dán silou větru. S rostoucí energií větru se zvyšuje i mechanická energie generovaná turbínou.

Konstrukce větrného generátoru se může lišit v přítomnosti nebo nepřítomnosti násobiče na rotoru. Pokud je k dispozici, přenáší se na něj energie z turbíny. Účelem multiplikátoru je urychlit rotaci osy. Instalace bez tohoto zařízení jsou efektivnější, protože nevytvářejí dodatečnou energii (pro urychlení rotace osy), a proto ji neplýtvají. K plnému fungování takového zařízení stačí větrná energie.

Princip fungování větrné elektrárny umožnil získat elektřinu alternativním způsobem a zajistit autonomii každého zařízení. Výkon tohoto zařízení je zcela určen velikostí jeho lopatek. Čím větší je jejich plocha, tím vyšší výkon lze získat pomocí principu fungování větrné turbíny.

Výkon větrných zařízení se vypočítá na základě kubické závislosti rychlosti proudění větru. Kubická závislost znamená, že pokud rychlost větru, podmíněně 6 m/s, poskytuje instalační výkon 100 W, pak zvýšení průtoku na 12 m/s povede k osminásobnému zvýšení výkonu – až 800 W.

Pokud je turbína malá, bude k výrobě vysokého výkonu zapotřebí velmi silný vítr. Pokud je turbína velká, je schopna dodat požadovaný výkon i při nízkých rychlostech větru.

Konstrukce větrné turbíny zcela určuje její schopnost generovat určité množství elektřiny za jednotku času v závislosti na rychlosti proudění větru.

Návrh větrných generátorů

Mnoho lidí se zajímá o to, jak funguje větrný generátor z hlediska jeho konstrukce, takže této problematice budeme věnovat zvláštní pozornost. Takové instalace zahrnují následující funkční jednotky:

• zařízení, které přeměňuje sílu větru na energii;
• dobíjecí baterie;
• střídač;
• regulátor nabíjení.

Zařízení, která přeměňují větrnou energii na elektrickou energii, zahrnují:

• turbína, tzn. rotor, který přeměňuje energii proudění větru na přímočarý pohyb;
• generátor, který přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii;
• stožár (tento konstrukční prvek může být „příhradového“ typu nebo trubkový);
• řídicí systém turbíny;
• multiplikátor (v závislosti na modelu);
• systém pohonu ocasu nebo azimutu;
• usměrňovač, který je nutný při použití alternátorů pro správné nabití baterie.

Pokud jde o výkon, všechna zařízení na výrobu větru jsou klasifikována do domácností, charakterizovaných výkonem 1-10 kW, a průmyslová – od 500 kW.

Úpravy zařízení na výrobu větru

Princip fungování větrné elektrárny umožnil vytvořit vybavení domácnosti, které se liší umístěním osy turbíny. V horizontálních verzích jsou rozdíly v systémech, které ovládají rotory. U azimutálního pohonu je směr větru pevně stanoven elektronicky. V závislosti na přijatých datech dojde k obratu od větru, pokud je jeho rychlost vyšší než jmenovitá.

Pokud je řídicí systém aeromechanický, jsou na lopatkách generátoru speciální pohyblivé prvky. Právě toto konstrukční řešení umožňuje měnit umístění roviny lopatek v závislosti na směru větru. To zajišťuje nejefektivnější provoz zařízení.

Větrné generátory charakterizované svislou osou jsou nízkoúčinná zařízení, která se v důsledku toho nedoporučuje používat. Mezi takové neefektivní vybavení patří:

• “Darrieus” je rotor, který je vhodný pouze pro použití jako anemoskop.
• „Savonius“ je rotor, jehož nevýhodou je stávající koeficient předstihu. Toto zařízení není schopno samovolně nastartovat, musí se roztočit. Pokud se tak nestane, bude možné přijímat elektřinu až poté, co vítr dosáhne rychlosti 10 m/s.

Nejrozšířenější jsou v dnešní době generátory větrných turbín s horizontální osou otáčení. To je způsobeno skutečností, že v takových instalacích není obtížné dosáhnout 30% faktoru využití energie proudění větru. Tato hodnota může být za určitých podmínek vyšší. Při svislé ose otáčení dosahuje tento koeficient v nejlepším případě 20 %. V důsledku toho je větrná energie využívána neefektivně.

Pokud porovnáme napájení z větrného generátoru a solárních modulů, tak podle schématu zapojení pro konkrétní stavbu jsou totožné. Proto v jednom takovém napájecím systému mohou být oba generátory. To vám umožní získat maximální množství elektřiny z alternativních zdrojů.

Vlastnosti použití větrného generátoru

Je třeba vzít v úvahu, že každých 10 metrů stoupání umožňuje získat rychlost větru o 1 m/s více. V souladu s tím výška stožáru přímo určuje, jak efektivně může generátorové zařízení pracovat. Také průměr rotoru ovlivní provozní účinnost, takže je vhodnější, aby byl velký.

Pro provoz zařízení je důležitá rychlost proudění větru. Při rychlosti 1,5 m/s se lopatky začnou otáčet. Výroba energie začíná, když rychlost větru dosáhne 3 m/s. U ukrajinských větrných generátorů je nominální rychlost větru 7-9 m/s. Takové zařízení je schopno pracovat při rychlosti proudění vzduchu až 52 m/s, což je asi 200 km/h.

Větrné generátory se vyznačují širokou škálou aplikací. Jsou instalovány v soukromých domácnostech, podnicích, izolovaných budovách a dalších zařízeních, která vyžadují autonomní napájení. Pro instalaci je vhodnější zvolit otevřené prostory. Mohou to být kopce, kopce a dokonce i mělké vody.

Zařízení na výrobu větru lze používat jednotlivě nebo ve skupině. U rozsáhlých objektů jsou taková zařízení kombinována do parků. Může být použit jako hlavní nebo doplňkový zdroj energie.

První taková zařízení se začala objevovat na konci 19. století a dnes nabyla zvláštního významu. Větrné elektrárny (WPP) se stávají perspektivním zdrojem obnovitelné energie, nelze se jim vyhnout v odlehlých a těžko dostupných oblastech a také tam, kde v blízkosti nejsou žádné hlavní sítě. Pochopíme, jak funguje větrná turbína, jak funguje větrná elektrárna a jaká existují provozní omezení a zda se vyplatí pořídit větrnou elektrárnu do soukromé domácnosti.

Jak fungují větrné generátory?

Lidstvo používá větrnou energii po tisíce let, staví větrné mlýny. Na stejném principu funguje větrná farma; pouze zařízení nevykonává mechanickou práci, ale slouží k výrobě elektřiny. Je třeba rozlišovat mezi větrným generátorem nebo větrnou turbínou – jedná se o větrnou elektroinstalaci, jediné zařízení a větrnou elektrárnu, mnoho větrných turbín spojených do jedné sítě.

Hlavními součástmi struktury jsou následující prvky:

• Rotor s aerodynamicky tvarovanými lopatkami.
• Převodovka (reduktor), která slouží jako převodový článek mezi rotorem a generátorem.
• Kryt, který slouží jako ochrana mechanických, elektrických a elektronických součástí systému větrné farmy.

Když se vítr pohybuje lopatkami připevněnými k podpěře; začnou se otáčet a roztáčet rotor generátoru. Takto vyrobená elektřina jde nejprve do střídače, kde se proud přemění ze stejnosměrného na střídavý, poté je dodávána do baterie, kde je k dispozici spotřebiteli.

Typy větrných elektráren

Moderní větrné turbíny na výrobu elektřiny se liší designem, velikostí, typem a modifikacemi. Mohou být klasifikovány podle následujících vlastností:

• Typ větrné turbíny. Je určeno směrem osy otáčení, vertikální nebo horizontální. Zařízení s horizontální osou otáčení jsou častější, protože jsou produktivnější. Vertikální analogy mají o něco menší produkci elektřiny, ale jsou stabilnější v kritických povětrnostních podmínkách.
• Počet lopatek. Otáčení provádí listová vrtule, zařízení se dvěma, třemi nebo více listy.
• Technické vlastnosti vrtule (způsob řízení listu). Hlavním parametrem je stoupání vrtule; závisí na úhlu lopatek vzhledem k rovině otáčení. Rozteč lopatek může být pevná nebo variabilní. První možnost je praktičtější: zařízení se snadněji ovládá a je méně náchylné k poruchám.

• Materiál čepele. Pevné pracovní lopatky jsou vyrobeny z polymerních kompozitů. Plachtění – vyrobeno z netkaných vrstvených materiálů, stejně jako plátno nebo plachta. Listy plachet jsou schopny změnit pracovní plochu; Jsou levnější, ale mají také nižší pevnost než polymerní produkty.

Z hlediska velikosti lze větrné elektrárny rozdělit do tří skupin:

• Výška průmyslových instalací, které tvoří pobřežní, pobřežní nebo pobřežní elektrárny, dosahuje až 200 m (rozpětí lopatek až 120 m). Takové větrné elektrárny, známé z působivých fotografií a natáčení, generují stovky megawattů elektřiny, která stačí na napájení stovek domácností.
• Střední větrné turbíny jsou určeny k napájení malých objektů: farem, soukromých domů. Vyrábějí maximálně 100 kW elektřiny, kterou lze využít jako doplňkový, záložní nebo hlavní zdroj energie.
• Nejmenší zařízení mají výkon ne více než 20-300 W. Kompaktní větrné elektrárny jsou vhodné pro dobíjení baterií; všude tam, kde se elektřina používá pravidelně a v malých množstvích.

Viz též:
Adresář firem, které se specializují na elektroinstalační práce jakékoli složitosti

Větrná farma pro soukromý dům: na co musíte myslet před nákupem

Myšlenka využití čisté energie doslova z ničeho nic je atraktivní pro majitele soukromých pozemků a dceřiných pozemků. Malé vzdušné elektrárny však nejsou vždy efektivní a je důležité si předem uvědomit, zda taková instalace ospravedlní pořizovací náklady. Kompaktní větrná farma se stane nákladově efektivní pouze v regionech s určitým zatížením větrem. Kromě toho musí být splněny některé další podmínky.

Větrné vyhlídky: výběr místa

Sny o malé stanici schopné zásobovat dům nebo pozemek mohou zůstat sny, pokud se v oblasti často nevyskytují větrné dny. Přijatelná ekonomická efektivita je zajištěna následujícími podmínkami:

• Vítr fouká mnoho dní. Pokud si nejste jisti povětrnostními podmínkami ve vaší oblasti, mapa zatížení větrem vám pomůže odstranit vaše pochybnosti. Ukazuje, kde větry vanou více či méně stabilně a kde jsou oblasti bezvětří. Kromě větrné mapy můžete také nahlédnout do archivu místní meteorologické stanice.

• Kvalita větru. Obecně platí, že aby se větrná farma stala ekonomicky životaschopnou, musí minimální průměrná roční rychlost větru začínat od 4-4,5 m/s (14,4-16,2 km/h).
• Stabilita větru. Ani za stabilního větrného počasí nebude vždy vyrobeno dostatek elektřiny. Produktivita je velmi závislá na změnách rychlosti větru. Je-li vítr nárazový a jeho síla kolísá v rozmezí 10 %, bude výroba elektřiny kolísat v rozmezí 25 %.

Místo pro instalaci větrného generátoru musí také splňovat určité podmínky; důležité jsou následující faktory:

• Otevřený prostor. Vítr vyvine maximální rychlost ve stepi, poblíž pobřeží, na kopci (například na vrcholu kopce).
• Žádné překážky. Návratnost větrné farmy se snižuje, pokud je instalována v blízkosti budov a stromů. Myslete dlouhodobě: mladé krátké stromy porostou, ale větrný mlýn ne.

Majitelé, jejichž náklady na elektřinu jsou neslušně vysoké nebo jejichž elektrické vedení se nachází daleko, uvažují o instalaci větrné elektrárny pro soukromý dům. I když chcete investovat peníze do větrného generátoru (a to je nákladná investice s nízkou návratností), musíte se ujistit, že jsou splněny následující podmínky:

• Je zde dostatek místa pro instalaci větrné turbíny.
• Místní správa umožňuje instalaci domácích větrných elektráren.
• Nebudete mít problémy se svými sousedy.

Větrný mlýn bude muset být umístěn daleko od sousedů a ti budou muset být předem informováni o vašich plánech, aby se v budoucnu vyhnuli hádkám a soudním sporům. Nejde jen o bezpečnost, ale také o hluk, který provozní zařízení vydává.

Standardní (velká) jednotka při plném zatížení generuje hluk 34-45 dB, což odpovídá hluku auta jedoucího po dálnici. Kompaktní zařízení nevydává větší hluk než klimatizace. Doporučená vzdálenost od velké větrné turbíny k obytným budovám je 30-40 m, pak hluk nezpůsobí nepohodlí.

Viz také:
Délka lopatky větrné turbíny

Velikost a výkon: jak porovnat různé větrné turbíny

Otázka velikosti větrné elektrárny je pro budoucího majitele nesmírně důležitá, neboť úzce souvisí s výkonem větrné turbíny. Přísně vzato, nejprve se musíte rozhodnout, jak výkonnou instalaci potřebujete, abyste nepřeplatili přebytek energie (pokud se nechystáte prodávat elektřinu).

Nejprve musíte zjistit, kolik energie vaše domácnost ročně spotřebuje. Můžete vzít spotřebu za poslední rok nebo vypočítat průměr za posledních několik let. Případně můžete vzít spotřebu za jeden měsíc a vynásobit 12. Výsledné číslo lze použít při výběru vhodného modelu větrné turbíny.

Pak musíte zhruba odhadnout, kolik elektřiny lze skutečně získat z konkrétního modelu větrného generátoru. V konceptech popisujících provoz zařízení je určitý zmatek. Například jmenovitý výkon je ten, který instalace (lopatky) vyvíjí. Tato hodnota se často (a chybně) používá při porovnávání různých modelů.

Chyba je v tom, že skutečný výkon, který se dostane ke spotřebiteli, je výkon střídače (konvertoru); Je to on, kdo přijímá energii z větrné turbíny a baterie. Skutečný výkon se neshoduje s nominálním výkonem, ale mění se v reálném čase po změnách rychlosti větru.

Problém pramení ze skutečnosti, že neexistuje jednotný průmyslový standard pro měření výkonu. To vede k tomu, že výrobci specifikují výstupní výkon při různých rychlostech větru.

Popis videa

Jak funguje větrná elektrárna, je v následujícím videu:

Průměr větrné turbíny, pracovní plocha lopatek a výkon jsou vzájemně propojené parametry. Pracovní plocha je úměrná druhé mocnině průměru a výkon (a tím i produkce energie) je naopak úměrný pracovní ploše. Vzhledem k tomu, že závislost je nelineární, je třeba to vzít v úvahu při porovnávání energetických schopností různých modelů větrných farem. Pokud se například průměry dvou větrných turbín liší 1,5krát, pak je výkon již 2,25krát (1,5×1,5).

Proto budou správné následující metody porovnání dvou větrných mlýnů:

• Pokud se porovná jmenovitý výkon, pak se hodnoty berou při stejných návrhových rychlostech větru.

• Pro posouzení skutečných možností je snazší odhadnout podle průměru větrné turbíny a výroby energie.

Je také důležité pochopit, že zařízení bude v průměru pracovat na třetinu svého navrženého výkonu, což bude přičítáno slabému nebo žádnému větru. To znamená, že pokud pro bezproblémové fungování soukromého domu potřebujete zdroj elektřiny s kapacitou 2-3 kW, pak bude vyžadována větrná farma s kapacitou 5-6 kW.

Abyste předešli zbytečným ztrátám energie, měli byste pečlivě zvolit umístění a velikost podpěry. Je žádoucí, aby konstrukce, na které je větrný generátor namontován, byla o dva až tři metry vyšší než okolní překážky v okruhu 200 (nebo raději více) metrů.

Popis videa

O účinnosti větrných turbín v následujícím videu:

Viz také:
Alternativní zdroje energie a co lze využít pro soukromý dům

Ceny větrných elektráren pro soukromý dům

Společnosti po celém světě se zabývají výrobou průmyslových, komerčních a domácích větrných generátorů; Největší producenti pocházejí z Dánska, Číny, USA, Německa, Indie a Španělska. Náklady na větrný generátor jsou ovlivněny místem jeho výroby a výkonem.

Zařízení s výkonem nižším než 100 kW jsou klasifikována jako malá větrná energie. Pokud výkon nepřesahuje 1 kW, pak se jedná o mikrovětrné zařízení, které lze použít například na jachtě nebo pro zásobování farmy vodou. Následující typy větrných elektráren jsou vhodné pro soukromé domácnosti nebo jako větrný generátor pro letní sídlo:

• Zařízení má výkon cca 3 kW (48V). Větrný generátor stojí 150-160 tisíc rublů. je schopna zajistit energii chatě průběžně, nebo jako doplňkový zdroj. Obvykle je v ceně stožár a ovladač.
• 5 kW (120V) zařízení. Vhodné pro regiony se stabilním větrem, s jistotou napájí velký dům plný domácích elektrických spotřebičů. Cena se pohybuje v rozmezí 320-360 tisíc rublů.
• 10 kW (240V) zařízení. Cena začíná od 600 do 670 tisíc rublů, zařízení poskytne elektřinu několika venkovským domům nebo farmě. Energie bude dostatek nejen pro potřeby domácnosti, ale i pro použití stavebního nářadí.

Popis videa

O 2,5 kW větrném mlýně pro domácnost v následujícím videu:

Viz také:
Autonomní napájení: typy a hlavní charakteristiky

Nejdůležitější znaky

Nákup větrné elektrárny pro letní dům, farmu nebo soukromý dům bude dobrým řešením, pokud nemáte možnost připojení k centralizovanému elektrickému vedení, nebo pokud chcete mít záložní zdroj elektřiny. Zařízení bude užitečné (účinné) v oblastech se stálým větrem.

Při porovnávání různých modelů větrných elektráren je nutné spoléhat na správné parametry: nehodnotit nominální, ale skutečný výkon. Před nákupem je důležité zajistit, abyste měli pro větrnou turbínu vhodné umístění a že vaši sousedé nebudou proti větrné turbíně nic namítat.