Жел генераторлары. Құрылғы және түрлері. Операция және қолдану. Жел генераторларының негізгі түрлері: жел генераторларына арналған тік, көлденең генераторлар

Заманауи кинетикалық жел генераторы ауа ағындарының қуатын пайдаланып, оны электр энергиясына айналдыруға мүмкіндік береді. Осы мақсатта өнеркәсіпте де, жеке үй шаруашылығында да қолданылатын құрылғылардың зауыттық және үйде жасалған үлгілері бар.

Біз сізге осы түрдегі жел турбиналары қалай жобаланғанын айтып, құрылғының ерекшеліктерімен және дизайн нұсқаларымен таныстырамыз. Біз ұсынған мақалада жел электр станциясының күшті және әлсіз жақтары көрсетілген. Өз бетімен жұмыс жасайтындар осы жерден пайдалы диаграммалар мен құрастыру ұсыныстарын табады.

Жел генераторының жұмысы желдің кинетикалық энергиясын ротордың механикалық энергиясына айналдыруға негізделген, содан кейін ол электр энергиясына айналады.

Жұмыс принципі өте қарапайым: құрылғының осіне бекітілген пышақтардың айналуы ротор генераторының айналмалы қозғалыстарына әкеледі, осылайша электр энергиясын шығарады.

Жел энергиясы жаңартылатын энергияның ең перспективалы салаларының бірі болып табылады. Заманауи конструкциялар ауа ағындарының қуатын үнемді пайдалануға, оны электр энергиясын өндіруге пайдалануға мүмкіндік береді.

Алынған тұрақсыз айнымалы ток контроллерге «құйылады», онда ол батареяларды зарядтай алатын тікелей кернеуге айналады. Сол жерден қуат түрлендіргішке беріледі, онда ол тұтынушыларға берілетін 220/380 В индикаторы бар айнымалы кернеуге айналады.

Жел генераторының қуаты N=pSV 3 /2 формуласы бойынша есептелген ауа ағынының қуатына (N) тікелей тәуелді, мұндағы V - жел жылдамдығы, S - жұмыс аймағы, p - ауа тығыздығы.

Жел генераторының құрылғысы

Жел генераторларының әртүрлі нұсқалары бір-бірінен айтарлықтай ерекшеленеді.

Төмендегі диаграммада классикалық көлденең жел генераторының ішкі құрылымы көрсетілген. Мұндай модельдер көбінесе өнеркәсіпте де, күнделікті өмірде де қолданылады.

Өнеркәсіптік құрылғылар күрделі көпметрлі құрылым болып табылады, оларды орнату іргетасты қажет етеді, ал тұрмыстық модель ең аз құрамдас бөліктерден тұруы мүмкін (тұрақты ток электр қозғалтқышы 3-12В, электр конденсаторы 1000 мкФ 6В, кремний түзеткіш диод).

Әдеттегі орнату келесі компоненттерді қамтиды:

айнымалы ток генераторы (қуат жел ағындарының жылдамдығына байланысты);
генератордың білігіне айналуды беретін қалақтар (көбінесе олар редукторлармен және ротор жылдамдығын тұрақтандырғыштармен қосымша жабдықталған);
қалақтары бекітілген жел диірменінің мачтасы (бұл элементтер неғұрлым жоғары болса, соғұрлым олар жел энергиясын көбірек алады);
жел ағыны аз немесе мүлдем болмаған кезде оны пайдалануға мүмкіндік беретін энергияны сақтайтын батареялар. Батарея сонымен қатар генератордан берілетін электр энергиясын тұрақтандыру функциясын орындайды;
контроллер - генератордан алынған айнымалы кернеуді аккумуляторды зарядтау үшін қолданылатын тікелей кернеуге түрлендіргіш. Контроллер пышақтарды бұру арқылы басқарылады, бұл ауа ағындарының қайда қозғалатынын ескеруге мүмкіндік береді;
АТС – жел генераторын басқа энергия көздерімен (күн батареялары, электр желісі) байланыстыратын автоматты коммутациялық құрылғы;
жел бағытының сенсоры - қалақтардың жел ағынын табуын жеңілдететін құрылғы;
электр байланысында қолданылатын батареялардан тұрақты токты айнымалы кернеуге түрлендіруге арналған инвертор.

Пайдаланушы қажеттіліктерін жақсырақ қанағаттандыру үшін құрылғы әртүрлі түрлендіргіштермен жабдықталуы мүмкін:

төртбұрышты синус толқынын шығаратын инвертормен модификацияланған синус толқыны бар құрылғылар. Осы типтегі құрылғылар қыздыру элементтеріне, қыздыру шамдарына және желі сапасы талап етілмейтін басқа құрылғыларға жарамды;
үш фазалы электр желілеріне арналған үш фазалы кернеу түрлендіргіштері;
аса сезімтал жабдық үшін энергия өндіретін таза синус толқынды қондырғылар;
аккумуляторсыз жұмыс істей алатын желілік инверторлар. Мұндай құрылғылар электр энергиясының жалпы желіге тікелей түсуін қамтитын тізбектерге арналған.

Модельдерді таңдағанда, түрлендіргіштің түріне назар аударуды ұмытпаңыз.

Жел генераторларының түрлері

Жел турбиналарын жіктеу кезінде келесі сипаттамаларды ескеруге болады:

тағайындау;
дизайн ерекшеліктері;
пышақтардың саны;
олар жасалған материалдар;
айналу осі;
пропеллер қадамы.

Ең жиі қолданылатын екі классификацияны толығырақ қарастырайық.

Мақсаты бойынша жел генераторларының жіктелуі

Тағайындалуы бойынша әр түрлі жел қондырғыларының түрлері бар. Құрылғылардың негізгі сипаттамалары, мысалы, қуат, осыған байланысты.

Өнеркәсіптік жел турбиналары

Мұндай құрылғыларды ірі энергетикалық компаниялар немесе мемлекет өнеркәсіптік нысандарды электрмен қамтамасыз ету үшін орнатады. Қуаттылығы ондаған мегаватт болатын турбиналар әдетте жел аймақтарында (ашық төбелер, жағалаулар) орналасады.

Ондаған жел қондырғылары орнатылған жел электр станциялары тек құрлықта ғана емес, таяз суда да орналасқан. Алынған электр энергиясы әдетте өнеркәсіптік мақсатта қолданылады

Өндірілген электр энергиясы, әдетте, тікелей желіге түседі, ал қалақтардың айналу жылдамдығын тұрақтылық пен реттеу үшін жел турбиналары қосымша механизмдермен жабдықталған.

Коммерциялық жел генераторлары

Мұндай қондырғылар сатуға арналған электр энергиясын өндіру немесе қуатты электр желісі төмен (немесе электр желісі мүлдем жоқ) аймақтардағы өндірісті электрмен қамтамасыз ету үшін қолданылады. Мұндай жел электр станциялары әртүрлі қуаттарға ие болуы мүмкін электр генераторларының кластерінен тұрады.

Коммерциялық қондырғылардан алынатын энергияны тікелей электр желілеріне беруге немесе батареялардың үлкен массивін зарядтау үшін пайдалануға болады, ол жерде сақталады және желіні беру үшін түрлендіріледі.

Тұрмыстық жел құрылғылары

Төмен қуатты блоктар жеке пайдалану үшін пайдаланылады. Ережеге сәйкес, биіктігі 25 метрден аспайтын діңгектері бар жел қондырғыларын жер иелері биліктен рұқсатсыз орнатуы мүмкін, арнайы рұқсат алу керек;

Төмен және орташа қуатты жел диірмендері коттедждер, саяжайлар, саяжайлар және фермалар үшін электр энергиясының көзі бола алады.

Тұрмыстық жел генераторлары 12/24/48 В кернеуі бар батареяларды зарядтау үшін жарамды, оның энергиясы 220 Вольт кернеуге айналады. Мұндай құрылғылар орталықтандырылған электр желісінен алыс орналасқан шағын объектілерді электрмен жабдықтау мәселесін толық немесе ішінара шешуге мүмкіндік береді.

Жеке үйді энергиямен қамтамасыз ету үшін жел генераторын таңдау бойынша нұсқаулықпен, осы қызықты мәселеге арналған.

Жел турбиналары конструкцияларының түрлері

Дизайн ерекшеліктеріне байланысты құрылғыларды бірқатар санаттарға бөлуге болады, дегенмен барлық сорттар екі негізгі түрге бөлінеді: көлденең.

Классикалық көлденең жел турбиналары

Мұндай қондырғыларда (олар сондай-ақ пропеллер немесе қанат деп аталады) әдетте көлденең осьте орнатылған 3-5 қалақшаға ие. Жоғары жылдамдықпен айнала отырып, мұндай элементтер энергияның максималды мөлшерін алуға мүмкіндік береді (КИЕВ 0,4 дейін).

Сонымен қатар, өндірілетін электр энергиясының мөлшері көбінесе құрылғының биіктігіне байланысты (ол неғұрлым жоғары болса, нәтиже соғұрлым көп болады).

Көлденең жел турбинасы қалақтар арқылы тікелей ауа ағыны өтетін және осы элементтерден шағылысатын жерде қысым жоғарылағанда пайда болатын көтеруді пайдаланады.

Бұл құрылғылар әдетте өнеркәсіптік және коммерциялық мақсатта энергия өндірілетін жел электр станцияларында орнатылады, бірақ олар тұрмыстық мақсатта да жарамды.

Тік жел турбиналары

Мұндай қондырғылардың жұмыс элементі айналмалы жел дөңгелегі болып табылады. Дизайн ерекшеліктеріне байланысты мұндай құрылымдар түрі бойынша ерекшеленеді («Баррель», «Савониус»).

Төмен КИЕВ индексіне (0,1-0,2) қарамастан, олар кеңінен қолданылады: тік қондырғылар турбулентті ауа ағындарында жұмыс істейді, сондықтан оларды қатты желдер сирек соғатын жерлерде де орналастыруға болады.

Тік жел генераторларының жұмысы желдің бағытына байланысты емес. Оларды орнату және пайдалану оңай, мұндай құрылғыларды жерге жақын орнатуға болады

Тік жел қондырғыларының тиімділігін арттыру үшін өндірушілер көбінесе олардың өлшемдік параметрлерін арттырады, бұл өзіндік құнының айтарлықтай өсуіне әкеледі. Мұндай қондырғылар өте нәзік болғандықтан, олар дауыл мен басқа да табиғи құбылыстардан жоғары қорғанысты қажет етеді.

«Ротор Дария» жел генераторлары

Мұндай құрылғылар тік жел турбиналарының санатына жатады, бірақ дизайнда айтарлықтай айырмашылықтар бар. Осындай мүмкіндіктердің арқасында шуды азайтуға қол жеткізіледі, сонымен қатар KIEV де жоғарылайды, бұл көлденең модельдердің өнімділігіне жақындайды.

1931 жылы француз авиаконструкторы Жорж Дарри ұсынған айналу осі ауаға перпендикуляр төмен қысымды турбина жел энергетикасында кең қолданыс тапты.

Мұндай конструкциялардың кемшілігі - іске қосу моменті төмен (тек екі жүздің болуына байланысты құрылғының өздігінен іске қосылуы қиын). Мәселені шешу үшін «Savonius + Darier» гибриді жиі қолданылады.

Желкенді жел қондырғылары

Мұндай қондырғылар үшін тік және көлденең жел қондырғыларын салу принципін қолдануға болады. Негізгі дизайн ерекшелігі - көптеген қалақтармен немесе желкендермен жабылған жел дөңгелегі, ал мұндай модельдерде аэродинамикалық профиль жоқ.

Желкенді жел генераторларының көптеген үлгілері бар, олар қалақтардың санымен, салмағымен және қуатымен ерекшеленеді. Құрылғыны таңдаған кезде осы параметрлердің барлығын ескеру қажет

Желкенді қондырғылар төмен жылдамдықпен және төмен тиімділікпен сипатталатынына қарамастан, олар халық шаруашылығында жиі қолданылады. Мұндай конструкцияларды орнату және пайдалану оңай, ал жоғары айналу моменті мен төмен жылдамдықтың үйлесімі әртүрлі пайдалы механизмдерді, мысалы, суды соруға арналған сорғыны тікелей басқаруға мүмкіндік береді.

Жел турбинасына арналған генератор

Жел турбиналары жұмыс істеу үшін кәдімгі үш фазалы генераторларды қажет етеді. Мұндай құрылғылардың дизайны автомобильдерде қолданылатын модельдерге ұқсас, бірақ үлкенірек параметрлерге ие.

Жел турбиналық аспаптарда үш фазалы статор орамасы (жұлдызша қосылымы) бар, одан үш сым шығып, айнымалы кернеу тікелей кернеуге түрленетін контроллерге барады.

Жел турбинасына арналған генератор роторы неодим магниттерінен жасалған: мұндай конструкцияларда электрлік қозуды пайдалану орынсыз, өйткені катушкалар көп энергияны тұтынады.

Айналымды арттыру үшін мультипликатор жиі қолданылады. Бұл құрылғы қолданыстағы генератордың қуатын арттыруға немесе орнату құнын төмендететін кішірек құрылғыны пайдалануға мүмкіндік береді.

Көбейткіштер жел дөңгелегін айналдыру процесі баяу жүретін тік жел генераторларында жиі қолданылады. Пышақтардың айналу жылдамдығы жоғары көлденең құрылғылар үшін көбейткіштер қажет емес, бұл дизайнның құнын жеңілдетеді және азайтады.

Жел генераторы мен жел турбинасын құрастыру және орнату ерекшеліктері біз ұсынатын мақалаларда егжей-тегжейлі сипатталған.

Жел генераторының артықшылықтары мен кемшіліктері

Жел турбиналарының артықшылықтары мен кемшіліктерін егжей-тегжейлі қарастырайық, өйткені жел турбинасын сатып алу немесе одан бас тарту туралы шешім оларға байланысты.

Жел құрылғыларының артықшылықтары

Жел энергиясын пайдаланатын құрылғылардың артықшылықтарына мыналар жатады:

Экологиялық таза.Қондырғылар қоршаған ортаға зиян келтірместен үздіксіз пайдалануға болатын жаңартылатын энергия көзін пайдаланады. Жел генераторлары өндіретін электр энергиясы жылу электр станцияларының энергиясын алмастырады, парниктік газдар шығарындыларын азайтады.
Жан-жақтылық. Жел электр станцияларын дерлік барлық жерде салуға болады: жазықтарда, тауларда, егістіктерде, аралдарда және тіпті таяз суларда. Жел энергиясы кәдімгі электр байланысын кеңейту қиын шалғай жерлерде әсіресе құнды. Жел генераторлары бұл жағдайда объектілерді энергиямен жабдықтауды орнатуға мүмкіндік береді, оның кездейсоқ факторлардан тәуелсіздігін қамтамасыз етеді (мысалы, отын уақытында жеткізілмейді).
Қолдану тиімділігі. Заманауи модельдер тіпті әлсіз желдің энергиясын өңдейді - ең төменгі шек 3,5 м/с құрайды. Осылайша, орталықтандырылған желіге қосымша электр энергиясын жеткізуге, сондай-ақ олардың қуатына қарамастан жекелеген объектілерді (аралдық немесе жергілікті) электрмен жабдықтауды ұйымдастыруға болады.
Дәстүрлі көздерге лайықты балама.Тұрақты жел электр станциялары тұрғын үйді немесе тіпті шағын өнеркәсіптік нысанды толығымен электрмен қамтамасыз ете алады. Бұл жағдайда турбина тыныш кезеңде пайдалануға арналған батареяларда қажетті электр қуатын жинақтайды.
Экономикалық.Электр энергиясының дәстүрлі көздерімен салыстырғанда (газ, шымтезек, көмір, мұнай) велосипед турбиналары энергия шығындарын айтарлықтай төмендете алады. Көптеген жағдайларда жел электр станциясын салу қолданыстағы қуат жүйелеріне қосылуға қарағанда арзанырақ.

Жел турбиналарын пайдалану отынды тасымалдау және сақтау шығындарын одан әрі 80%-ға дейін төмендететін қымбат дизельдік генераторларды пайдалануға балама бола алады.

Жел турбинасының орташа қуаты ең жоғары жүктемеден бірнеше есе ерекшеленеді. Жел генераторы белгілі бір аумаққа тән желдің орташа айлық жылдамдығында белгілі бір уақыт аралығында өндірілген энергия көлеміне ғана жауап береді.

Жел ресурстарын дәлірек бағалау үшін арнайы алынған деректерді (Weibull параметрлері) пайдалануға болады. Бұл көрсеткіштер белгілі бір аймаққа тән әртүрлі күшті желдердің таралуын көрсетеді. Қуаты ондаған МВт жел электр станцияларының жобаларын әзірлеу кезінде мұндай ақпаратты ескеру маңызды.

Жел турбинасы өндіретін қуат жел жылдамдығын үш есе арттыруға пропорционал. Демек, жел ағындары әлсіз болған кезде бұл көрсеткіш өте аз, бірақ олар күшейген кезде ол күрт артады. Жел бағыты мен жылдамдығының өзгермелілігіне байланысты жел турбинасының конструкциясына тұрақтандырушы компоненттер міндетті түрде қосылуы керек.

Жел генераторының қуатын есептеу ережелері мен формулалары, біз сізге өте пайдалы ақпаратпен танысуды ұсынамыз.

Шағын автономды жүйелерде олардың қызметін аккумуляторлар орындайды, олардың заряды жел генераторының қуаты жүктемеден асып кеткеннен кейін бірден арта бастайды.

Жүктеме ұлғайған сайын батарея зарядсыздануы мүмкін. Тұрмыстық блокты таңдау кезінде бұл мүмкіндікті ескеру маңызды, оның қуаты айлық немесе жылдық электр энергиясын тұтыну нормасына сәйкес келуі керек;

Жел ағындарын тиімді пайдалануға жел генераторының әртүрлі конструкциялары көмектесетінін атап өткен жөн.

Көлденең турбиналар жел көп болатын жазық жерлерде жақсы жұмыс істейді, ал тік турбиналар жерге төмен орналасқан турбулентті ағындары бар аймақтарда жақсы жұмыс істейді (жоғарғы төбелер, тау жоталары).

Жел турбиналарының негізгі кемшіліктері

Сонымен қатар жел қондырғыларының жағымсыз жақтары да бар:

Жел күшінің шамасын алдын ала болжау қиын, өйткені ол жиі өзгереді. Осыған байланысты резервтік қуат көзін (күн батареялары, электр желісіне қосылу) қамтамасыз ету арқылы қауіпсіздік желісін қарастырған жөн.
Тік құрылғыларда қалақтардың негізгі ось айналасында айналуы кезінде орталықтан тепкіш күштердің әсерінен винт қалақтарының бұзылу қаупі бар. Осы әсердің нәтижесінде маңызды құрылымдық элементтер уақыт өте келе деформацияланып, бұзылып, механизм істен шығады.
Жел турбинасын бос кеңістікте орнатқан дұрыс, өйткені жақын маңдағы ғимараттар желді «жұмсақтап», «өлі» ауа аймағын құра алады.
Жел қондырғыларынан артық энергияны үнемдеу үшін жобаға аккумуляторларды және өндірілген электр энергиясын қолайлы тұтынушылық сипаттамалары бар токқа айналдыруға қызмет ететін басқа да қосымша құрылғыларды пайдалануды енгізу қажет.
Жұмыс кезінде жел генераторлары адамдарға ыңғайсыздық тудыратын және жануарларды қорқытатын шу шығарады. Сондай-ақ қондырғылардың қалақтары оларға қарай ұшатын құстардың өліміне әкелуі мүмкін.
Кейбір сарапшылардың пікірінше, жел қондырғылары радио және теледидар хабарларын қабылдауды нашарлатуы мүмкін.

Теріс аспектілерге мұндай қондырғылардың айтарлықтай жоғары құнын жатқызуға болады, бірақ энергия көзінің төмен құны бұл факторды айтарлықтай өтейді.

Қосылу схемалары және әдістері

Жел турбинасы автономды түрде жұмыс істей алатынына қарамастан, жел турбинасын күн панельдерімен, орталықтандырылған электр желісімен, дизельдік немесе газ энергиясының көздерімен біріктіретін біріктірілген схемаларды қолдану арқылы әлдеқайда жақсы нәтижелерге қол жеткізуге болады.

Автономды жұмыс. Бұл жағдайда бір қондырғы орнатылады, оның көмегімен жел энергиясы алынады және жинақталады, содан кейін ол тұтынушыларға қажет электр тогына айналады.

Диаграмма жел генераторын пайдаланудың ең қарапайым әдісін көрсетеді, оны қатты жел үнемі соғатын аймақтарда қолданған жөн.

Жел генераторын күн панельдерімен біріктіру. Біріктірілген опция электрмен жабдықтаудың сенімді және тиімді әдісі болып саналады. Жел болмаған кезде аккумулятор жұмыс істейді, ал бұлтты ауа-райында және түнде зарядтау жел турбинасынан жүзеге асырылады.

Орталықтандырылған электр желісінен алыс орналасқан жеке үй немесе ферма үшін тамаша нұсқа. Бұл біріктірілген схема жаңартылатын энергияның екі түрін пайдалануға мүмкіндік береді

Жел генераторы мен электр желісінің біріктірілген жұмысы. Жел турбинасын электрлік коммуникациялармен біріктіруге болады.

Бұл құрылым өнеркәсіптік және коммерциялық құрылғыларға тән. Электр коммуникацияларына қосылу тұрмыстық жел генераторларының кейбір үлгілері үшін де қарастырылған

Өндірілген электр энергиясы артық болса, орталықтандырылған желіге түседі, ал жетіспесе жалпы энергия жүйесінен электр тогын пайдалануға болады.

Жел генераторларын қолданудың нюанстары

Қазіргі уақытта жел қондырғылары халық шаруашылығының әртүрлі салаларында қолданылады. Әртүрлі қуаттылықтағы өнеркәсіптік үлгілерді мұнай-газ, телекоммуникация компаниялары, бұрғылау және геологиялық барлау станциялары, өндірістік объектілер және мемлекеттік мекемелер пайдаланады.

Жел турбинасын төтенше жағдайларда үздіксіз электрмен жабдықтауды қамтамасыз ету үшін ауруханалар мен басқа мекемелерде қосымша энергия көзі ретінде пайдалануға болады.

Әсіресе, катаклизмдер мен табиғи апаттар кезінде бұзылған электр энергиясын жедел қалпына келтіру үшін жел қондырғыларын пайдаланудың маңыздылығы ерекше атап өтіледі. Осы мақсатта жел генераторларын Төтенше жағдайлар министрлігінің бөлімшелері жиі пайдаланады.

Тұрмыстық жел қондырғылары коттедждік қауымдастықтар мен жеке үйлерде жарықтандыру мен жылытуды ұйымдастыруға, сондай-ақ фермалардағы экономикалық мақсаттарға өте ыңғайлы.

Кейбір тармақтарды ескеру қажет:

1 кВт-қа дейінгі құрылғылар желді жерлерде ғана жеткілікті мөлшерде электр қуатын бере алады. Әдетте, олар өндіретін энергия жарық диодты жарықтандыруды және шағын электронды құрылғыларды қуаттандыруға ғана жетеді.
Саяжайды (ауылдық үй) электрмен толық қамтамасыз ету үшін сізге қуаты 1 кВт-тан асатын жел генераторы қажет. Бұл көрсеткіш жарықтандыру құрылғыларын, сондай-ақ компьютер мен теледидарды қуаттандыруға жеткілікті, бірақ оның қуаты тәулік бойы жұмыс істейтін заманауи тоңазытқышты электрмен қамтамасыз ету үшін жеткіліксіз.
Коттеджді энергиямен қамтамасыз ету үшін сізге қуаты 3-5 кВт жел диірмені қажет болады, бірақ бұл көрсеткіш тіпті үйлерді жылыту үшін жеткіліксіз. Бұл функцияны пайдалану үшін сізге 10 кВт-тан басталатын қуатты опция қажет.

Модельді таңдағанда, құрылғыда көрсетілген қуат көрсеткішіне желдің максималды жылдамдығында ғана қол жеткізілетінін ескеру қажет. Осылайша, 300 В қондырғысы 10-12 м/с ауа ағынының жылдамдығында ғана көрсетілген энергия мөлшерін шығарады.

Жел генераторын өз қолдарымен жасағысы келетіндер үшін біз оны егжей-тегжейлі пайдалы ақпаратты қамтитын оны ұсынамыз.

Тақырып бойынша қорытынды және пайдалы бейне

Төмендегі бейнеде жел генераторының тұрмыстық үлгісінің жұмыс принципі мен дизайны туралы толық ақпарат берілген:

Жел генераторы электр энергиясын өндірудің тамаша көзі болып табылады, оны шалғай елді мекендердің тұрғындары ерекше бағалайды. Әртүрлі ресейлік және шетелдік кәсіпорындар жел құрылымдарының кең спектрін ұсынады, сонымен қатар тұрмыстық модельдер өз қолдарымен жасалуы мүмкін;

Төмендегі блокта пікірлеріңізді жазыңыз. Меншікке жел генераторын қалай салғаныңыз туралы немесе көршілеріңіздің жел турбинасы қалай жұмыс істейтіні туралы айтып беріңіз. Тақырып бойынша сұрақтар қойыңыз, пайдалы ақпаратпен және фотосуреттермен бөлісіңіз.

Жел генераторын таңдауды бастамас бұрын, олардың не екенін білейік. Сонымен, олар шартты түрде бөлінеді:

Карусель – олардың тік айналу осі бар;
Қанатты - көлденең айналу осі бар;

Карусель жел турбиналары

Негізгі артықшылығы - желдің жылдамдығы артқан кезде орнатудың бұл түрі тез тартымдылыққа ие болады, содан кейін оның айналу жылдамдығы әрдайым дерлік тұрақты және өзгермейді. Ол ешқандай қосымша құрылғыларды немесе жүйелерді қажет етпейді, өйткені ол «желдің қайдан соғып жатқанын» өзі анықтай алады. Айналмалы жел турбиналары төмен жылдамдықты болып табылады, бұл өте қарапайым электрлік қосылым тізбектерін, мысалы, асинхронды генераторы бар тізбекті пайдалануға мүмкіндік береді.

Бірақ көп жағдайда карусель қондырғыларында күшейткіш редукторлар - мультиплексорлар да қолданылады, бұл олардың тиімділігін айтарлықтай төмендетеді. Мультиплексорсыз жұмыс істеу өте қиын, өйткені төмен жылдамдықты көп полюсті генераторлар өте кең таралған емес.

Қалақшалы жел турбиналары

Олардың жеткілікті жоғары айналу жылдамдығы бар, бұл оларды редукторсыз (мультиплексорлар) электр тогының генераторларына қосуға мүмкіндік береді.

Бұл құрылғының қалақтары ауа ағынына тігінен перпендикуляр орналасқан. Бұған қол жеткізу үшін арнайы құрылғылар қолданылады - тұрақтандырғыштар. Сонымен қатар, жұмыс дөңгелегі жел турбиналары жел энергиясын пайдалану жылдамдығы жоғары. Әдетте, үш жүзден артық қондырғылар іс жүзінде қолданылмайды, бұл олардың айналу жылдамдығы қалақтардың санына кері пропорционалды болуына байланысты.

Өндірістің қарапайымдылығы, сондай-ақ жел диірменінің электр генераторымен тікелей қосылуын жеңілдететін айналу жылдамдығы жел генераторларының жеткілікті кең таралуына әкелді.

Электр энергиясына жұмсалатын шығындарды үнемдеу мақсатында зауыттар мен жеке үйлерде жел генераторлары орнатылуда. Бұл мақалада жел генераторларының негізгі сипаттамаларын, түрлерін және жұмыс принциптерін қарастырамыз.

Жел генераторының конструкциясы және жұмыс істеу принципі

Жел генераторының негізгі компоненттері:

1. Генератор – механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіргіш. Генератор батареяларды зарядтайды. Жел жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, батареялар соғұрлым тезірек зарядталады.

2. Жел турбинасының қалақтары - жел генераторының жел күшіне ұшырайтын, содан кейін генератор білігіне әрекет ететін бөлігі.

3. Діңгек – генератор мен қалақшалар орнатылатын құрылғы. Жел генераторының жылдамдығы мен тұрақтылығы діңгек биіктігіне байланысты.

Жел генераторының қосымша компоненттері:

1. Контроллерлер - қалақтардың бағытына, аккумуляторды зарядтау ерекшеліктеріне және жел генераторын қорғауға жауапты жел генераторын басқару құрылғысы. Контроллердің негізгі қызметі айнымалы энергияны электрлік тұрақтыға түрлендіру болып табылады.

2. Батареялар – жел болмаған кезде қолданылатын энергияны сақтауға арналған құрылғылар. Аккумулятордың тағы бір функциясы - генератор шығаратын энергияны теңестіру және тұрақтандыру. Қайта зарядталатын батареялар қуат береді.

3. Анемоскоптар немесе жел бағытын өлшейтін аспаптар – желдің жылдамдығы, бағыты және екпіні туралы мәліметтерді жинау және өңдеу. Анемоскоптар үлкен көлемдегі энергияны өңдеуге арналған қуатты жел генераторларына орнатылады.

4. Автоматты қуат реттегіштері жел генераторын, электр желісін, дизель генераторын немесе басқа энергия көздерін біріктіруге арналған.

5. Инверторлар – тұрмыстық және электр аспаптарының жұмысына арналған тұрақты токты айнымалы токқа түрлендіруге арналған құрылғылар.

Жел генераторының қалақтарына жел соққанда, құрылғы айналады. Жел генераторының жұмысы кезінде айнымалы ток пайда болады, ол контроллерге түседі және тұрақты токқа айналады. Тұрақты ток батареяларды зарядтайды, олар жеке үйді немесе ірі кәсіпорынды электрмен қамтамасыз етеді. Бірақ көптеген электр құрылғыларының жұмыс істеуі үшін түрлендіргіште пайда болатын айнымалы бір фазалы немесе үш фазалы ток қажет.

Электрмен жабдықтау жүйесінде жел генераторын пайдалану нұсқалары:

автономды режимде аккумуляторы бар жел турбинасының жұмысы;
батареялар мен күн батареяларын пайдаланатын жел генераторының параллель жұмысы;
резервтік (дизельді, бензинді немесе газды) генераторды қатар қолданумен жел генераторының жұмысы;
жел генераторының және кәдімгі электр желісінің параллель жұмысы.

Жел генераторын пайдаланудың артықшылықтары:

экологиялық таза, қауіпсіз және сенімді электр энергиясын алу,
электр энергиясының құнын төмендету;
құрылғының дыбыссыз жұмысы;

Жел генераторы энергияның ең көп көлемін күзде немесе қыста, электр энергиясы бөлмелерді жылытуға сұранысқа ие болған кезде шығарады;
жел генераторларының бағасы электр энергиясының балама көздерінің құнынан әлдеқайда төмен;
жел генераторының электр энергиясының басқа көздерімен параллель жұмыс істеу мүмкіндігі;
жер бедерінің түріне және қажетті электр энергиясының мөлшеріне байланысты жел қондырғысының қуатын таңдау мүмкіндігі;
яхталарда немесе кемелерде жел генераторларын пайдалану мүмкіндігі;
Жел турбинасына жұмсалған соң, кем дегенде 20 жыл электрмен жабдықтау қамтамасыз етіледі.

Жел турбиналарының түрлері

Турбиналардың орналасуына байланысты жел генераторлары бөлінеді:

тік түрі,
көлденең түрі.

Тік типті жел генераторының турбинасы жер бетіне қатысты тігінен, ал көлденеңінен, керісінше. Тік жел генераторы шамалы желді оңай түсіреді, ал көлденең жел генераторы энергияны түрлендіруде күштірек.

Тік жел генераторларының түрлері:

1. Тік жел генераторының өнертабысы швед өнертапқышы Савониусқа тиесілі. Тік жел диірмені тік айналу осі бар екі цилиндрден тұрады. Желдің күші мен бағытына қарамастан, тік жел диірмені үнемі өз осінің айналасында айналады. Тік жел генераторының негізгі кемшілігі жел энергиясын толық пайдаланбау болып табылады. Зерттеу барысында тік жел турбинасы жел энергиясының үштен бір бөлігін ғана пайдаланатыны анықталды.

2. Дарри роторы бар тік жел диірмені әдеттегіден бірнеше онжылдықтар кейін ойлап табылды. Айналмалы жел генераторында екі немесе үш қалақ және ротор бар. Роторы бар жел генераторларын өндіру оңай және орнату оңай. Мұндай жел генераторының негізгі кемшілігі - роторды қолмен іске қосу керек.

3. Тік айналу осі және вертикальды роторы бар жел генераторы - бұралған қалақтары бар. жел генераторының біркелкі айналуын қамтамасыз ететін. Артықшылығы: мойынтіректерге жүктемені азайту, осылайша құрылғының қызмет ету мерзімін арттырады. Кемшіліктері: жоғары құны, қиын орнату.

4. Көпқабатты роторы бар тік жел генераторы жел энергиясын өңдеудің ең тиімді құрылғысы болып табылады. Оның күрделі роторы бар, ол көптеген қалақтардан тұрады.

5. Ортогоналды жел генераторлары желдің жоғары жылдамдығын қажет етпейді. Мұндай құрылғының жұмысы үшін желдің жылдамдығы 0,7 м/с қолайлы. Ортогональды тік жел турбиналары жоғары техникалық сипаттамаларға, дыбыссыз қозғалтқыштың айналуына және қызықты дизайнға ие. Ортогональды жел генераторының конструкциясы тік айналу осіне және осьтен белгілі бір қашықтықта орналасқан бірнеше қалақтарға негізделген. Артықшылықтардың көптігіне қарамастан, ортогональды жел турбинасының кемшіліктері бар:

сервистік қолдау түйіндерінің шағын желілері;
қалақтары кәдімгі жел генераторларына қарағанда массивті;
Құрылғының ауыр салмағы құрылғыны орнатуды қиындатады.

Көлденең жел генераторларының тиімділігі жоғары. Көлденең жел генераторларының негізгі кемшілігі - құрылғыдан бөлек орнатылған флюгерді пайдаланып желді үнемі іздеу қажеттілігі.

Көлденең жел генераторлары бөлінеді:

бір жүзді құрылғылар - жоғары айналу жылдамдығымен, салмағы аз және жеңіл конструкциясымен сипатталады;
екі қалақты жел генераторлары - конструкциясы бойынша бір қалақшалы жел генераторларына ұқсас, тек қана қалақтардың саны бойынша ерекшеленеді;
үш қалақты жел турбиналары шамамен 7 мВт ең жоғары қуатқа ие және үйде пайдалануға арналған жел генераторлары арасында ең танымал болып саналады;
көп қалақты жел генераторларының төрттен елуге дейін қалақтары бар, бұл құрылғылар су қондырғыларының жұмысын қамтамасыз ету үшін қолданылады;

Қалақтардың санына байланысты барлық жел генераторлары бөлінеді:

бір жүзді,
екі жүзді,
үш жүзді,
көп лобты.

Жел турбинасын құрайтын материалдардың негізінде мыналар бар:

желкенді жел генераторлары,
Қатты типтегі жел генераторлары шыны талшықтан немесе металдан жасалған.

Пропеллердің қадамдық сипаттамасына байланысты жел генераторлары бөлінеді:

өлшенген қадам құрылғылары,
тұрақты қадам құрылғылары.

Айнымалы жел генераторы өте күрделі дизайнға ие, бірақ сонымен бірге айналу жылдамдығы жоғарылайды. Тұрақты жел генераторы сенімді және қарапайым.

Барлық жел генераторлары шартты түрде екі түрге бөлінеді:

өнеркәсіптік жел генераторлары;
үйдегі жел генераторлары.

Өнеркәсіптік жел турбиналары үлкен көлемде электр энергиясын өндіру үшін қолданылады. Бірнеше ондаған немесе жүздеген жел генераторларынан тұратын жел паркін құру бір-екі жыл бойы жүргізілетін аумақты мұқият зерттеуді талап етеді. Өнеркәсіптік жел генераторлары бірнеше ондаған үйлерді немесе белгілі бір өндірісті электр қуатымен қамтамасыз ету үшін электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді.

Үйге арналған жел генераторы электр энергиясына шығындарды айтарлықтай төмендетеді және жалпы электр желісінің жұмысынан тәуелсіздікті қамтамасыз етеді.

1. Жел генераторын таңдамас бұрын, осы құрылғының қуаты мен функционалдық мақсатын анықтау керек.

2. Жел генераторларының түрлерін мұқият зерттеп, жел генераторын орнату жоспарланған аймақтың климаттық жағдайларымен танысыңыз.

3. Түрлендіргіштің (инвертордың) қуатына тікелей тәуелді жел диірменінің шығыс қуатын анықтаңыз. Шығу қуатының екінші атауы - ең жоғары жүктеме - жел генераторымен бір уақытта жұмыс істейтін құрылғылар санының жиынтығы. Яғни, шығарылатын қуат жел турбинасының жалпы қуаты ретінде анықталады. Сирек, бірақ үлкен электр энергиясын тұтынудың өзінде сіз жоғары қуатты жел генераторын таңдауыңыз керек. Қуатты арттыру үшін бірнеше инверторларды орнату керек.

4. Құрылғының үздіксіз жұмыс істеу уақыты жел диірменіне орнатылған батареяның қуатымен анықталады. Тыныш ауа райында батареялар бөлмені электрмен қамтамасыз етеді.

5. Аккумуляторды зарядтау жылдамдығы құрылғының қуатымен, жел жылдамдығымен, орнату биіктігімен және жел генераторы орнатылған аумақтың топографиясымен анықталады. Жел генераторының қуаты неғұрлым жоғары болса, батареялар соғұрлым тезірек зарядталады. Тұрақты электр энергиясын тұтыну немесе желдің төмен жағдайлары үшін қуаттырақ жел турбинасы үлгілерін таңдаңыз. Аккумуляторды зарядтау жылдамдығын арттыру үшін жел турбинасына бірнеше генераторды қосу керек.

6. Жел әлсіз кезде батареяларды көп сатып алмау керек, өйткені жел генераторы барлық батареяларды зарядтауға үлгермейді. Батареялар толық зарядталмаған болса, бұл олардың тез істен шығуына әкеледі, сондықтан батареялардың санын үйдегі барлық электр құрылғыларының қуат тұтынуынан есептеу керек.

7. Жел диірменін сатып алу үшін негізгі факторға - құрылғы шығаратын энергияға назар аудару керек. Бұл критерий жел генераторының техникалық сипаттамаларында көрсетілген.

8. Жел турбинасы орнатылатын үйдің электр қуатын тұтынуын анықтау үшін соңғы 12 айдағы электр энергиясының төлемдерін қарап, минималды, орташа және максималды энергия тұтыну коэффициентін алу керек.

9. Жақын жердегі метеостанцияның зерттеулерін пайдалана отырып, жел турбинасын орнатудың болжанған орнындағы орташа жылдық жел жылдамдығын анықтаңыз. Жел генераторының оңтайлы жұмысы 5 м/с жел жылдамдығында қамтамасыз етіледі.

10. Дизельдік немесе бензин генераторымен жұптастырылған қосымша қуат көзі ретінде жел генераторын орнату жақсы.

11. Жел генераторын жұмыс күйінде сынаңыз, шу деңгейіне және жел турбинасына техникалық қызмет көрсету қажеттілігіне назар аударыңыз. Кейбір қуатты жел генераторларында шу деңгейі айтарлықтай жоғары, бұл көршілермен ыңғайсыздық пен проблемаларға әкеледі.

12. Жел генераторының орташа қызмет ету мерзімі алты-жеті жыл.

13. Пышақтары қатты материалдардан жасалған жел генераторына артықшылық берген дұрыс: шыны талшық немесе металл.

14. Осы аймаққа тән желдің орташа жылдамдығында жел генераторының оңтайлы жұмысына назар аударыңыз.

15. Тісті беріліссіз жел генераторларын орнату әлдеқайда қарапайым, құрастыру оңай және қосымша техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді, ал редукторсыз жел генераторлары орнатудың күрделілігіне қарамастан, жел турбинасының жұмысының жоғарырақ қуаты мен сапасын қамтамасыз етеді.

16. Жел генераторының жақсартылған дизайны, магниттік левитациясы немесе үлкен контроллері бар мұндай жарнамалық ұрандарға назар аудармау керек, мұндай жарнама қарапайым жел генераторына көбірек ақша алуға бағытталған;

17. Жел генераторын сатып алу кезінде жел генераторын өндірушінің сатып алушы алдында кепілдік беруін және барлық міндеттемелерінің орындалуын талап ету. Мысалы, бекітпелердің болуы жел генераторының жиынтығы болып табылады, ол барлық компоненттерді қамтиды: инверторлар, генераторлар, батареялар. Бұл құрылғыларды әртүрлі өндірушілерден сатып алғанда, жел генераторының дұрыс жұмыс істемеу қаупі артады.

18. Жел генераторының қуатын есептеу формуласы: P = 0,5 * rho * S * Wed * V3 * ng * nb. P - жел генераторының қуаты, rho - ауа тығыздығының белгілеу мәні, S - роторды лақтыру аймағының мәні, Cp - аэродинамикалық әрекет коэффициенті, V - жел жылдамдығының мәні, ng - радиатордың тиімділігі, nb - беріліс қорабы бар болса. Беріліс қорабының тиімділігі.

19. Жел генераторының құны келесі факторларға тікелей байланысты:

пышақтардың саны,
батарея қуаты,
генератор қуаты,
инверторлар саны,
пышақ материалы,
беріліс қорабының болуы,
жел турбинасының номиналды қуаты,
жел генераторының түрі: көлденең, тік,
орнату жасалған материал,
қосымша компоненттердің болуы.

Жел генераторларын өндірушілерге шолу

Жел генераторын сатып алу үшін алдымен жел генераторының қуатын және тұтынылатын электр энергиясын есептеу керек. Есептеулерді жасағаннан кейін жел диірменінің құнына назар аударыңыз.

Жел генераторларын өндіруде бірінші орындарды Германия, Дания және Франция алады. Бірнеше онжылдықтар бұрын ресейлік жел генераторларын шығару басталды, ол шетелдік үлгілермен салыстырғанда жетілдіруді қажет етеді.

Үйге арналған жел генераторларының негізгі танымал өндірушілерін қарастырайық:

1. AEOLOS (Дания)

AEOLOS жел генераторларының ерекшеліктері:

компания жел генераторларын жасаумен 35 жылдан астам айналысады;
тік жел генераторларының қуаты 500 Вт-тан 500 кВт-қа дейін;
көлденең жел турбиналарының қуаты - 300-10000 Вт;
жел генераторларын қолдану аясы: жеке сектор, ауыл шаруашылығы, ауылдар мен мектептерді электрмен қамтамасыз ету;
электр энергиясын өндірудің жоғары деңгейі;
беріліс қорабы жоқ генераторды пайдалану жел қондырғысының сенімділігінің жоғары деңгейін қамтамасыз етеді;
техникалық қызмет көрсетудің төмен құны;
қауіпсіздіктің жоғары деңгейі жел генераторы құрылғысының жағдайын бақылау функциясымен қамтамасыз етіледі;
электронды тежеу жүйесінің болуы.

AEOLOS H 1kW техникалық сипаттамалары:

номиналды қуат: 1 кВт;
максималды қуат мәні: 1,5 кВт;
шығыс кернеуі: 48 В;
қалақтардың сипаттамалары: 3 дана, материал - шыны талшық;
генератордың ерекшеліктері: тұрақты токты қамтамасыз ететін үш фазалы магнитоэлектрлік типті генератор;
тиімділігі: 0,95-тен төмен;
кепілдік желілері: 5 жыл;
максималды қызмет мерзімі: 20 жыл.

2. ENERCON (Германия)

Ерекшеліктер:

ENERCON жел генераторларының қуаты 330 Вт-тан 7,58 МВт-қа дейін;
сақина генераторының болуы;
берудің болмауы;
әлемдік сапа стандарттарына сәйкес: сенімділік пен ұзақ мерзімділік.

ENERCON E80 техникалық ерекшеліктері:

номиналды қуаты: 80 кВт;
мұнара биіктігі: 53 м;
номиналды жел жылдамдығы: 12 м/с;
желдің максималды жылдамдығы: 30 м/с;
қалақтардың саны: 3 дана;
ротордың диаметрі: 18 м.

3. AMPAIR (Ұлыбритания)

Қолдану аясының сипаттамасы:

қайықтар;
қайықтар;
қашықтағы автономды қуат жүйелері.

Ерекшеліктер:

шағын өлшем;
оңай орнату;
Шектеулі кеңістікте орнату мүмкіндігі;
жоғары сапа және сенімділік.

Ampair 100 техникалық ерекшеліктері:

номиналды қуат: 100 Вт;
генератордың кернеуі: 12 Вт;
қалақтардың сипаттамалары: 6 дана;
желдің қажетті жылдамдығы: 3 м/с бастап;
құны: $2700.

4. Ашық жел (Бельгия)

Ерекшеліктер:

Жеке үйде, қонақ үйде, жанармай құю станциясында, фермада пайдалану мүмкіндігі;
еуропалық сапаның жоғары деңгейі;
пышақ өндірісі бельгиялық;
генераторлардың шыққан жері фин;
Неміс компаниясы инверторлар мен контроллерлерді шығарады;
әрбір жел қондырғысын сынау және тексеру;
желдің максималды екпіні 55 м/с;
Қауіпсіздік жүйесі толығымен автоматтандырылған;
пассивті аэродинамикалық тежеу бар;
Fair Wind жел турбиналары күн панельдерін орнатумен бірге қолданылады;
Қуаттың үлкен вариациясы әр учаске үшін жеке жел турбинасын таңдауға көмектеседі.

Fair Wind F16 техникалық ерекшеліктері:

номиналды қуат: 10 кВт;
жел дөңгелегі диаметрі: 4 м;
номиналды жел жылдамдығы: 15 м/с;
желдің минималды жылдамдығы: 3 м/с;
қалақтардың саны: 3 дана, авиациялық алюминийден жасалған;
ротордың диаметрі: 18 м;
құны: $20 000.

5. Толық жел (АҚШ)

Ерекшеліктер:

пышақтардың толық болмауы;
пайдаланудың жинақылығы;
классикалық жел генераторларымен салыстырғанда төмен құны;
жел генераторының негізі - сақиналы тығыздағыштармен бөлінген көптеген металл дискілерден тұратын Tesla турбинасы;
электр энергиясының өнімділігінің жоғары деңгейі.

6. Фортисс (Нидерланды)

Ерекшеліктер:

пайдалану: үйлерді электрмен жабдықтау, телекоммуникация құралдарын, су тазарту жүйелерін жеткізу;
электр энергиясының өнеркәсіптік көздерінен толық тәуелсіздігін қамтамасыз ету;
жел турбиналары мен дәстүрлі қуат көздерін бірлесіп пайдалануға болады;
тұрақты электрмен жабдықтау және электр энергиясының құнын төмендету;
конструкцияның қарапайымдылығы және жел генераторларын орнатудың қарапайымдылығы;
күн батареяларын немесе дизельдік генераторларды пайдалану мүмкіндігі;
төмен шу деңгейі;
қауіпсіздіктің жоғары деңгейі.

Fortiss Montana 5.8 техникалық ерекшеліктері:

генератордың сипаттамалары: синхронды магнитті типті генератор;
желдің максималды жылдамдығы: 55 м/с;
қалақтардың саны: 3 дана;
желдің қажетті жылдамдығы: 2,5 м/с бастап;
Тежеу жүйесінің нұсқалары: механикалық, электрлік;
құны: $20 000.

Жел дөңгелектерінің барлық қол жетімді конструкцияларының арасында бір-бірінен түбегейлі ерекшеленетін екі үлкен топ бар. Бұл да дизайн. Екі топтың да өзіндік ерекшеліктері, артықшылықтары мен кемшіліктері бар және көптеген ерекшеліктері мен нақты қасиеттері бар. Айналмалы (тік) үлгілерді, ең көп топты қарастырайық.

Айналмалы жел генераторы дегеніміз не?

айналмалы қозғалысты қабылдауға арналған құрылғы болып табылады.Мұндай құрылымдардың айналу осі тігінен орналасқан, бұл айналу физикасын айтарлықтай өзгертеді және құрылғыға көптеген мүмкіндіктерді береді:

тік құрылымдарды желге бағыттаудың қажеті жоқ. Кез келген бағытта қозғалатын ағын құрылғының пышақтарына бірдей әсер етеді
ағынның әсері қалақтардың жұмыс және кері жақтарында бір уақытта пайда болады, бұл жұмыс дөңгелегі тиімділігін біршама төмендетеді
жел генераторларының тік түрлері өнеркәсіптік энергия өндіру үшін пайдаланылмайды, негізінен жеке мақсаттарда қолданылады

Тік құрылымдардың ең маңызды ерекшелігі ағындық күштің қолдану векторы болып табылады. Көлденең жұмыс доңғалақтары үшін жел күші көлбеу бетке түсіп, ығысуда жұмыс істейтін болса, онда вертикальды құрылғылар көпшілігінде фронтальды бағытта қалақшаға бағытталған импульс алады, бұл ағын энергиясын барынша пайдалануға мүмкіндік береді.

Бұл жағдайда пайдалы әсермен бір мезгілде ағын сонымен қатар пышақтың артқы жағымен байланысқа түседі, бұл айналуды тежейтін қарсы күш тудырады. Бұл көлденең турбиналармен салыстырғанда тік турбиналардың тиімділігінің төмен болуының себебі.

Сырттай, роторлық құрылымдардың көпшілігі балалар карусельіне ұқсайды - олар тік осьтің айналасында орналасқан, 2 немесе одан да көп нөмірленген. Пышақтардың пішіні әртүрлі болуы мүмкін, тігінен орнатылған арықтардың ұқсастығынан айналу шеңберіне тігінен тангенциалды орналасқан ұшақ қанаты түріндегі жазықтықтарға дейін.

Барлық сорттардың өз атаулары бар, олардың көпшілігі бұрыннан әзірленген және бір-бірінің модификациялары мен интерпретациялары болып табылады.

Артылықшылықтар мен кемшіліктер

Айналмалы құрылымдардың бірқатар артықшылықтары бар:

құрылымды желге бағыттаудың қажеті жоқ. Бұл жел диірменінің механизмін айтарлықтай жеңілдетеді және оның сенімділігін арттырады.
құрылғылар жер бетінен төмен орналасқан жел ағындарын қабылдауға қабілетті. Олар турбуленттіліктен қорықпайды. Бұл жөндеуді немесе техникалық қызмет көрсетуді қиындататын биік діңгектерді пайдалануды болдырмауға мүмкіндік береді
Берілген нақты шарттарға ең қолайлы құрылғыны қамтамасыз ету үшін тік конструкциялардың көптеген түрлері бар
тік құрылғылар өз қолыңызбен жасау үшін ең қолайлы болып табылады

Айналмалы жел генераторларының кемшіліктеріне мыналар жатады:

көлденең құрылғылармен салыстырғанда тиімділігі төмен
дөңгелектер айтарлықтай ауыр, бұл олардың айналуын қиындатады, әсіресе жеңіл желдерде
дауыл немесе қатты жел кезінде қондырғылар бұзылудан қорғауды қажет етеді

Айналмалы жел диірмендерінің ең маңызды артықшылығы - сынықтардан өздігінен өндіру мүмкіндігі.

Айта кетерлігі, бұл айналмалы қондырғылардың өнеркәсіптік үлгілері салыстырмалы түрде аз, әзірлемелердің көпшілігі әлі де жобалар, жұмыс сызбалары күйінде. Бұл ресейлік өндірушілер тарапынан жел энергиясына қызығушылықтың әлсіздігімен және Ресейдегі жаппай сатып алушы үшін қол жетімсіз шетелдік модельдердің жоғары бағасымен түсіндіріледі.

Құрылғылардың түрлері

Айналмалы қондырғылардың көптеген түрлері бар. Ең танымалдарына мыналар жатады:

ортогональды ротор
гелиоцентрлік ротор
Дарья роторы
және т.б.

Дизайндардың көпшілігі өткен ғасырдың басында жасалған, бірақ айналмалы жел диірмендерін қамтитын тұрмыстық қондырғыларға қызығушылықтың төмен болуына байланысты кеңінен қолданылмады. Еуропада үлкен қондырғыларды пайдалануды талап ететін үлкен қуаттылыққа деген қажеттілік өсті.

Үлкен роторлы құрылғылар үлкен тыныштық массасына және жел ағынына айтарлықтай қарсылыққа байланысты жұмыс істемейді. Сондықтан құрылыстың көлденең түрлеріне басымдық берілді, өйткені олар тиімдірек.

Ресейде жел энергиясына деген көзқарас бастапқыда қолданбалы және маңызды емес деп саналды. Қуатты, ағынды өзендердің көптігі жел энергиясын пайдаланудан әлдеқайда тиімді, ең болмағанда технологияның қазіргі даму деңгейінде су энергетикасын дамытуға мүмкіндік берді.

Жел генераторларына деген қызығушылық соңғы онжылдықтарда пайда болды және желі ресурстарының жетіспеушілігінен және желілердің жалпы тозуына байланысты. Үйді немесе жылжымайтын мүлікті қамтамасыз ету үшін жеке мақсаттарда пайдалануға жарамдылығын көрсеткен көптеген әзірлемелер мен үйде жасалған құрылғылар пайда болды.

Айналмалы жел генераторы тиімді ме, жоқ па?

Айналмалы құрылғыларды энергиямен жабдықтаудың кез келген басқа нұсқаларымен салыстырғанда тек артықшылықтар тұрғысынан қарастыруға болады. Егер желілік энергия мен айналмалы жел генераторларын салыстыратын болсақ, онда желілер айқын жеңіске жетеді. Олар энергияны тұрақты түрде қамтамасыз етеді және желдің болуына немесе жылдамдығына әсер етпейді. Жалғыз кемшілік - желілік инфрақұрылымның жалпы тозуы, ескірген жабдық және тұтынушылардың өсуіне байланысты жиі болатын үзілістер.

Айналмалы қондырғыларды күн батареяларымен салыстырғанда қарастыратын болсақ, олардың тәулік уақытынан немесе ауа-райынан тәуелсіздігін атап өтуге болады. Бола тұра жиі күн панельдері мен жел турбиналарын біріктіредікем дегенде бір дереккөз қолжетімді болатын себептер бойынша.

Электр желісіне қосылуға мүмкіндігі жоқ үй шаруашылықтары немесе шалғай ауылдар үшін артықшылықтар туралы айтудың қажеті жоқ, өйткені салыстыратын ештеңе жоқ. Жағдай қарапайым - не энергия жоқ, не бар.

DIY құрастыру

Зауытта өндірілген дайын жел диірменін сатып алу әлеуетті пайдаланушылардың көпшілігінің мүмкіндіктерінен тыс. Тіпті салыстырмалы түрде арзан қытайлық модельдер айтарлықтай қымбат, ал еуропалық модельдердің бағасы бірнеше есе жоғары. Орнатулардың салыстырмалы түрде қысқа қызмет ету мерзімін - шамамен 25 жылды ескере отырып, дайын жинақтарды сатып алу ресейлік пайдаланушы үшін қолайлы нұсқа емес екені белгілі болады.

Мәселенің шешімі айналмалы жел генераторын өздігінен өндіру. Импровизацияланған материалдарды пайдаланған кезде оны салыстырмалы түрде төмен мөлшерде ұстау әбден мүмкін, барлығына 20 000 рубль жеткілікті болады; Бұл жағдай жел қондырғыларының әртүрлі үлгілерін өндірудің артуына себеп болды, бұл жалпы кен орнының дамуына және айналмалы жел турбиналарының әртүрлі үлгілерінің конструктивтік ерекшеліктерін дамытуға оң әсер етеді.

Жұмыс істейтін жел генераторын жасау үшін тиісті материалдар қажет. Жинақтың кейбір элементтерін сатып алуға тура келеді. Мысалы, өзіңіз жинай алмайтын батареялар мен кейбір құрылғыларды (заряд реттегіші немесе инвертор) да сатып алу қажет болады.

Жұмыс дөңгелегінің барлық дерлік элементтерін сынықтардан жасауға болады. Генераторды дайын пайдалануға болады, мысалы, доңғалақ қозғалтқышы, автомобиль немесе трактор генераторы. Асинхронды қозғалтқышты қайта жасауға немесе неодим магниттерін пайдаланып осьтік генераторды жинауға болады. Опциялардың көптігі Ресейде үйде жасалған құрылғылардың дамуына ықпал етеді, олардың көпшілігі іс жүзінде өз міндеттерін сәтті орындап, жел энергиясының халық арасында қозғалысына ықпал етеді.

Нұсқаулар

Жұмысқа кіріспес бұрын, жел диірменінің дизайнын таңдау туралы шешім қабылдау керек. Көптеген тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз етуге қабілетті ең сәтті модельдер «баррель-тырмалау» деген лақап атпен танымал карусель қондырғылары болып саналады. Олар айналу осінің айналасында тігінен орнатылған металл бөшкелердің бойлық кесілген жартыларына ұқсас бірнеше пышақтардан тұрады.

Сіз шынымен кесілген бөшкелерді пайдалана аласыз, бірақ жұмыс дөңгелегін жеңілдету үшін пышақтарды алюминий парақтан жасау ең жақсы шешім болады.

Білік хабтарға орнатылады, ал жұмыс дөңгелегі проекциялық жоғарғы ұшына орнатылады. Желдің кенет екпіні кезінде айналу жылдамдығын шектеу үшін әдетте тізбектерге ілінген салмақтар болып табылатын центрифугалық шектегіштер қолданылады. Айналу жылдамдығы артқан сайын, олар пышақтарға қысымды арттырады және оларды бүктейді, ағынның әсер ететін аймағын және сәйкесінше айналу жылдамдығын азайтады.

Генераторды орнатуОл тікелей төменгі бөліктегі білікке, немесе бөлек тірек платформасындағы V-белдік жетегі арқылы жүзеге асырылады. Құрылғыны жаңбырдан немесе қардан, шаңнан және басқа да қажетсіз әсерлерден қорғау үшін қорғаныс қақпағын орнату ұсынылады.

Жел диірмені төбеде орнатылған. Мұндай құрылымдар үшін жоғары діңгектер қажет емес, алайда мұндай құрылғылар көбінесе үйлердің шатырларында кездеседі. Бұл қалаусыз нұсқа, өйткені жел диірменінің жұмысындағы діріл әлі толық жойылмаған, бұл үйдің тұрғындары үшін біршама қолайсыздықтар тудыруы мүмкін.

Жел энергетикасы бүкіл әлемде белсенді дамып келеді және бұл қазіргі уақытта баламалы энергияның ең перспективалы бағыттарының бірі екені бұрыннан жасырын емес. 2014 жылдың ортасына қарай әлемдегі барлық орнатылған жел қондырғыларының жалпы қуаты 336 гигаваттты құрады, ал ең үлкен және ең қуатты тік үш қалақты жел турбинасы Vestas-164 орнатылып, 2014 жылдың басында Данияда іске қосылды. Оның қуаты 8 мегаваттқа жетеді, ал қалақтардың аралығы 164 метрді құрайды.

Қалақтарды және жалпы жел турбиналарын жасаудың бұрыннан қалыптасқан технологиясына қарамастан, көптеген энтузиастар технологияны жақсартуға, оның тиімділігін арттыруға және жағымсыз факторларды азайтуға ұмтылуда.

Белгілі болғандай, жел ағынының энергияны пайдалану коэффициенті ең жақсы жағдайда 30% жетеді, олар айтарлықтай шулы және түнде жердегі ауа қабатының температурасын арттыра отырып, жақын маңдағы аумақтардың табиғи жылу балансын бұзады. Олар құстар үшін де өте қауіпті және айтарлықтай аумақтарды алып жатыр.

Қандай баламалар бар? Шындығында, заманауи өнертапқыштардың шығармашылығында шек жоқ және көптеген әртүрлі баламалар ойлап табылды.

Саладағы ең ерекше және көрнекті 5 баламалы жел турбинасы дизайнын қарастырайық.

2010 жылдан бері Массачусетс зерттеу институтында негізі қаланған американдық Altaeros Energies компаниясы жел генераторларының жаңа буынын жасаумен айналысады. Жел генераторларының жаңа түрі кәдімгі жел генераторлары жете алмайтын 600 метрге дейінгі биіктікте жұмыс істеуге арналған. Дәл осындай биіктікте ең күшті желдер үнемі соғады, олар жер бетіне жақын желдерден 5-8 есе күшті.

Генератор көлденең осьте үш жүзді турбина орнатылған гелиймен толтырылған дирижабльге ұқсас үрленетін құрылым болып табылады. Мұндай жел генераторы 2014 жылы Аляскада шамамен 300 метр биіктікте 18 ай бойы сынақтан өткізу үшін іске қосылды.

Әзірлеушілер бұл технология электр қуатын киловатт-сағатына 18 центтен өндіретінін айтады, бұл Аляскадағы жел қуатының әдеттегі құнының жартысы. Болашақта мұндай генераторлар дизельдік электр станцияларын алмастыра алады, сонымен қатар проблемалық аймақтарда қолдануды таба алады.

Болашақта бұл құрылғы тек қуат генераторы ғана емес, сонымен қатар метеостанцияның бір бөлігі және сәйкес инфрақұрылымнан алыс аймақтарды интернетпен қамтамасыз етудің ыңғайлы құралы болады.

Орнатқаннан кейін мұндай жүйе персоналдың болуын талап етпейді, үлкен аумақты алмайды және дерлік үнсіз. Оны қашықтан басқаруға болады және тек 1-1,5 жылда бір рет техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді.

Біріккен Араб Әмірліктерінде жел электр станциясының ерекше дизайнын жасаудың тағы бір қызықты шешімі жүзеге асырылуда. Абу-Дабиден алыс емес жерде Мадсар қаласы салынуда, онда олар әзірлеушілер «Windstalk» деп аталатын ерекше жел электр станциясын салуды жоспарлап отыр.

Бұл жобаның дизайнын жасап жатқан Нью-Йорктегі Atelier DNA дизайнерлік компаниясының негізін қалаушы негізгі идея табиғатта электр энергиясын өндіруге қызмет ете алатын кинетикалық модельді табу екенін және мұндай модельдің табылғанын айтты. Әрқайсысының биіктігі шамамен 55 метр, ені 20 метрлік бетон негіздері бар 1203 көміртекті талшықты сабақтар бір-бірінен 10 метр қашықтықта орнатылады.

Сабақтар резеңкемен нығайтылады және ені негізінде шамамен 30 см, ал жоғарғы жағында 5 сантиметрге дейін тар болады. Әрбір сабақта электродтардың ауыспалы қабаттары және қысымға ұшыраған кезде электр тогын тудыратын пьезоэлектрлік материалдан жасалған керамикалық дискілер болады.

Сабақтар желде тербелгенде, дискілер қысылып, электр тогын тудырады. Жел турбинасының қалақтарынан шу, құстардың өлімі, желден басқа ештеңе жоқ.

Бұл ой батпақта тербеліп жатқан қамысты байқаудан туды.

Atelier DNA компаниясының Windstalk жобасы Мадсардың демеушілігімен өткен Land Art Generator байқауында жаңартылатын көздерді пайдалана отырып энергия өндіре алатын халықаралық өнер туындысын таңдау үшін екінші орын алды.

Бұл ерекше жел станциясы алып жатқан аумақ 2,6 гектарды құрайды, ал қуат осындай аумақты алып жатқан кәдімгі жел генераторына сәйкес келеді. Жүйе дәстүрлі механикалық жүйелерге тән үйкеліс шығындарының болмауына байланысты тиімді.

Әрбір діңдің негізінде Кембриджде (Массачусетс штаты) жасалған Левант Пауэр жүйесіне ұқсас амортизаторлар мен цилиндрлер жүйесін пайдалана отырып, өзектен айналу моментін түрлендіретін генератор болады.

Жел тұрақты болмағандықтан, жинақталған энергия жел болмаған кезде де пайдалануға болатындай қуат сақтау жүйесі пайдаланылады, деп түсіндірді жобада жұмыс істейтін қызметкерлер.

Әрбір діңдің жоғарғы жағында жарық диодты шам болады, оның жарықтығы желдің күші мен қазіргі уақытта өндірілетін электр қуатына тікелей байланысты болады.

Windstalk ретсіз тербеліс қозғалысымен жұмыс істейді, бұл элементтерді әдеттегі қалақшалы жел генераторларына қарағанда бір-біріне жақынырақ орналастыруға мүмкіндік береді.

Мұхит ағыстары мен толқындарының энергиясын түрлендіру үшін Wavestalk атты ұқсас жоба әзірленуде, онда ұқсас жүйе су астында төңкеріліп тұратын болады.

Тунистің Saphon Energy компаниясы жасаған жоба Windstalk сияқты қалақсыз жел генераторы болып табылады, бірақ бұл жолы құрылғы желкенді дизайнға ие.

Пішіні спутниктік антеннаға ұқсайтын бұл дыбыссыз генератор сафониялық деп аталады. Оның айналмалы бөліктері жоқ және құстар үшін мүлдем қауіпсіз. Генератор экраны желдің әсерінен алға-артқа жылжып, гидравликалық жүйеде діріл тудырады.

Жобаның мақсаты жел ағынын пайдалану бойынша жел генераторларының жұмысын жақсарту болып табылады. Жел сөзбе-сөз желкенге бекітілген, ол оның әсерінен алға-артқа жылжиды, бұл ретте қалақтар, роторлар, берілістер жоқ. Бұл өзара әрекеттесу поршеньдердің көмегімен көбірек кинетикалық энергияны механикалық энергияға айналдыруға мүмкіндік береді.

Энергияны гидравликалық аккумуляторларда сақтауға немесе генератор арқылы электр энергиясына айналдыруға немесе оның көмегімен қандай да бір механизмді айналдыруға айналдыруға болады. Егер кәдімгі жел генераторларының ПӘК 30% болса, бұл желкенді генератор 80% қамтамасыз етеді. Оның тиімділігі қалақ тәрізді жел диірмендерінен 2,3 есе асып түседі.

Қымбат құрамдас бөліктердің жоқтығына байланысты, жел турбинасында (қалақтар, хабтар, редукторлар) сияқты, Saphonian жағдайында жабдықтың құны 45% -ға дейін төмендейді.

Сафонианның аэродинамикалық пішінінің артықшылығы бар, турбулентті жел ағындары желкеннің денесіне аз әсер етеді, ал аэродинамикалық күш тек артады. Турбуленттіліктен жел турбиналары қалалық жерлерде пайдаланылмайды, бірақ Сафониандықты сонда да қолдануға болады. Сонымен қатар, зиянды акустикалық және діріл факторлары минимумға дейін азаяды. Saphon Energy компаниясы инновацияны дамытудағы күш-жігері үшін KPMG марапатына ие болды.

Жел энергиясын пайдаланудың тағы бір революциялық тәсілін Калифорниядан келген ынталы өнертапқыш 2008 жылы енгізді. Шағын қалаларға арналған үлкен жел генераторлары 30 қабатты ғимараттың өлшемі, ал қалақтары Boeing 747 қанатының өлшеміне жетеді.

Бұл алып генераторлар, әрине, көп қуат шығарады, бірақ мұндай жүйелерді өндіру, тасымалдау және орнату күрделі және қымбат. Осыған қарамастан сала жыл сайын 40 пайыздан астам өсіп келеді. Калифорниялық Даг Селсам өзінің өршіл мақсатын қояр алдында дәл осылай ойлады. Ол аз материалды пайдаланып көбірек энергия алуға әбден болады деп шешті.

Бір генераторға қосылған бір білікке ондаған немесе бірнеше ондаған шағын роторларды орнату арқылы Даг ақыры мақсатына жетті. Ол ұзын біліктің бір ұшын генераторға қосты, ал екінші ұшын гелий шарларында ауаға ұшырды. Жүйе күткендей жұмыс істеді.

Даг оқулықтарда бір бұрандалы турбинаның максималды нәтиже алу үшін жеткілікті екенін оқыды, бірақ Даг оның күмәні болды. Ол басқаша ойлады: роторлар неғұрлым көп болса, соғұрлым жел энергиясын пайдалануға болады.

Егер әрбір ротор дұрыс бұрышта орналасса, онда әрбір ротор өз желін алады және бұл генерацияның тиімділігін арттырады.

Әрине, бұл физиканы қиындатады, өйткені енді біз әрбір ротордың оның жанында орналасқан ротордың ағынын ғана емес, өз ағынын ұстайтынына көз жеткізуіміз керек еді. Желге қатысты біліктің оңтайлы бұрышын және роторлар арасындағы тамаша қашықтықты анықтау қажет болды. Және, сайып келгенде, табысқа аз материалды пайдалану арқылы қол жеткізілді.

2003 жылы өнертапқыш Калифорния энергетикалық комиссиясынан 3000 ватт жеті роторлы турбинаны жасау үшін 75 000 доллар грант алды. Тапсырма сәтті аяқталды және Даг Селсам өзінің 2000 ватт қос роторлы турбиналарының 20-дан астамын бірнеше үй иелеріне сатты. Ол бұл құрылғыларды қала сыртындағы гаражында салған.

Дагтың идеясы оны коммерциялық әлемде үлкен етуге әлеуеті бар бірнеше идеялардың бірі болды. Селсам екі ротордың тек бастамасы екенін айтады. Ол бір күні аспан бойынша бір мильге созылған көп роторлы турбиналарды көреді.

Кеңсесі Нидерландының Роттердам қаласында орналасқан Архимед тұрғын үйлердің шатырларына тікелей орнатуға болатын ерекше жел қондырғыларының өзіндік тұжырымдамасын ойлап тапты.

Жоба авторларының пікірінше, шуы аз тиімді дизайн шағын үйді толықтай электр қуатымен қамтамасыз ете алады, ал мұндай генераторлар кешені олармен бірге жұмыс істей отырып, үлкен ғимараттың сыртқы энергия көздеріне тәуелділігін толығымен нөлге дейін төмендете алады. электр энергиясы. Жаңа жел турбиналары Liam F1 деп аталады.

Диаметрі 1,5 метр және салмағы шамамен 100 келі болатын шағын турбинаны тұрғын үйдің кез келген қабырғасына немесе шатырына орнатуға болады. Әдетте, террассалы шатырлардың биіктігі 10 метрді құрайды, елдегі жел әрдайым дерлік оңтүстік-батыс болып табылады. Бұл шарттар турбинаны шатырға дұрыс орналастыру және жел энергиясын тиімді пайдалану үшін жеткілікті.

Мұнда кәдімгі жел турбиналарының екі мәселесі шешіледі: кәдімгі қалақшалы турбиналардың шуы және көлемді жабдықты орнатудың жоғары құны. Кәдімгі жел генераторларымен орнату шығындары жиі өтелмейді. Лиам турбинасының шу деңгейі шамамен 45 дБ және бұл жаңбыр шуынан да тыныш (ормандағы жаңбыр шуы 50 дБ).

Пішіні ұлу қабығы тәрізді, турбина флюгер тәрізді желде айналып, ауа ағынын басып, жылдамдығын азайтып, бағытын өзгертеді. Компания директоры Маринус Миремета инновациялық турбинаның тиімділігі жел энергетикасындағы теориялық тұрғыдан қол жетімді максималды тиімділіктің 80% жетеді деп мәлімдейді. Және бұл қазірдің өзінде жеткілікті.

Нидерландыда орташа отбасы жылына 3300 кВт/сағ электр энергиясын тұтынады. Әзірлеушілердің айтуынша, бұл энергияның жартысы желдің жылдамдығы кемінде 4,5 м/с болғанда бір Liam F1 турбинасы арқылы қамтамасыз ете алады.

Осындай үш турбинаны үйдің төбесіндегі үшбұрыштың шыңдарына қоюға болады, сонда турбиналардың әрқайсысы желмен қамтамасыз етіледі және олар бір-біріне кедергі жасамайды, керісінше, бір-біріне көмектеседі.

Егер турбулентті ағындар бар қалада орнату туралы айтатын болсақ, онда өндіруші көрші үйлердің қабырғалары жел ағындарына кедергі келтірмейтіндей етіп қала шатырларында орнатылған жел генераторларын сәл көтеруді, оларды тіректерге орнатуды ұсынады.

Жаңа турбинаның болжалды құны орнатуды қосқанда 3 999 еуроны құрайды. Құрылғының өлшемі бір метрден асатындықтан, оны пайдалану үшін арнайы лицензия қажет болуы мүмкін, сондықтан соңғы шара ретінде компания диаметрі 0,75 метр мини-Лиам турбиналарын шығарады.

Өндірушілер өз турбиналарын тек тұрғын үйлер мен өндірістік ғимараттарды электрмен жабдықтау үшін ғана емес, сонымен қатар теңіз кемелерін электрмен жабдықтау үшін де пайдалануды жоспарлап отыр.

Көріп отырғаныңыздай, жел генераторларын өндірушілердің көптеген қызықты баламалары бар.