XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) – это прибор для превращения энергии ветра в электрическую. 

Сначала он превращает кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию. Мощность ветрогенератора может быть от 5 КВт до 4500 КВт. Современные устройства генерируют энергию даже очень слабого ветра – от 4 м/с.

Принцип преобразования энергии ветра: потоки ветра вращают лопасти ветрогенератора, проходят через турбину, приводит её в действие и она начинает вращаться. На валу турбины возникает энергия, которая будет пропорциональна ветровому потоку. Чем сильнее ветер, тем большее количество энергии возникает. Далее энергия передается по валу ротору на мультипликатор (если он есть), который её генерирует. Однако более продуктивными являются устройства без мультипликатора, который ускоряет вращение оси, потому что не создается и не растрачивается лишняя энергия, а скорости ветра вполне достаточно для оптимальной работы ветрогенератора.

Система ветряной электростанции состоит из (рис 1):

Рисунок 1. Устройство ветряной электростанции

ветрогенераторной установки;

контроллера заряда;

аккумуляторной батареи;

инвертора.

Конструкция ветряной установки (рис. 2):

Рисунок 2. Конструкция ветряной установки

Мачта (может быть трубчатого типа или «ферма»):

Турбина – это ротор, предназначенный для того, чтобы превратить энергию прямолинейного движения воздушного потока;

Система управления турбиной;

Генератор преобразовывает энергию ветра в электрическую;

Ланка передачи энергии (мультипликатор или сам вал);

Выпрямитель (поскольку зачастую в ветряках используются генераторы переменного тока для того, чтобы правильно зарядить аккумулятор или отправить энергию в сеть);

По мощности и области применения ветрогенераторы бывают:

промышленные (мощность от 500 КВт);

бытовые (мощность 0-10 КВт).

Устройства с мощностью от 10 до 500 КВт используются крайне редко.

По конструкции бытовые типы ветряков отличаются конструкцией ротора (турбины) (рис. 3):

С горизонтальной осью. Отличаются системой управления турбины (ротора), она может быть:

аэромеханической (на лопастях установлены специальный «закрилышки», которые меняю угол направления ветра: чем больше скорость ветра, тем больше угол атаки лопастей и наоборот). Меняя угол атаки, мы можем управлять турбиной как на малых, так и на больших скоростях для эффективной и правильной работы устройства.

с азимутальным приводом (электроника фиксирует скорость и направление ветра, поворачивает или отворачивает турбину от ветра, если скорость ветра превышает номинальную).

С вертикальной осью – это малоэффективные устройства, которые не рекомендовано использовать из-за ряда недостатков.
Они отличаются типом турбин:

ротор Савониуса (Savonius). Их недостатком является коэффициент опережения. Если скорость ветра 10 м/с, то законцовка турбины будет вращаться со скоростью 100 м/с, соответственно, коэффициент опережения – 10. Фактически ветряк не может самостоятельно стартовать, его нужно раскручивать и только после этого он начинает работать. Если этого не делать, то он начет вырабатывать энергию только при скорости ветра 10 м/с и больше.

ротор Дарье (Darrieus). Применяются разве что как анемоскопы, так как малоэффективные.

Рисунок 3. Типы ветрогенераторов

Сейчас широкое применение получили ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения (крыльчатые), благодаря тому, что у них коэффициент использования энергии ветрового потока (КИЭВ) легко достигает 30% и больше, а у ветрогенераторов с вертикальной осью вращения КИЭВ составляет около 20%. 

Литература

1. Беззубцева М.М., Волков В.С. Нетрадиционная и возобновляемая энергетика: конспект лекций для обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 «Агроинженерия», профиль «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». — СПб.: СПбГАУ, 2016. — 127 с.

2. В.В. Елистратов, А.А. Панфилов Проектирование и эксплуатация установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики. Ветроэлектрические установки. - СПб: Библиогр, 2011. - 114 с.URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=4875 (дата обращения: 15.12.2019).

3. Лабейш В.Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. - СПб: СЗТУ, 2003.