2.1 Вітрогенератор. Будова вітрогенеротора. Його складові.
Вітрогенератор (вітроелектрична установка або скорочено ВЕУ) - пристрій для перетворення кінетичної енергії вітру в електричну. Вітрогенероелектричні устаноки складаються з шести основних компонентів:
Лопасті – обертаються під дією вітру і приводять в рух генератор. Виконуються з скловолокна або металу (алюміній, сплави). Більшість вітрогенераторів мають трьохлопастні вітроколеса. Генератор – пристрій що генерує електричний струм. Приводиться в рух за допомогою лопастей що обертаються під дією вітру. Більшість вітрогенераторів виробляє постійний струм різної напруги (залежно від моделі генератора) від 12 до 380В. Щогла (мачта) - для нормальної роботи вітрогенератора необхідно його розмістити вище за усі інші об’єкти(дерева, будинки). Для цього використовують мачти. Залежно від потреби вони можуть бути різної висити та конструкції. Шафа керування - здійснює контроль та управління над всіми важливими процесами вітрогенератора (заряд батарей, поворот лопастей), виконує захисні функції Акумулятори - пристрої для збереження згенерованої електроенергії. Підбираються залежно від конкретного об’єкту та типу споживачів. Інвертори - перетворюють електроенергію постійного струму, що зберігається в акумуляторних батареях в електроенергію змінного струму.
Будова промислового вітрогенератора:
-
Фундамент,
-
Силова шафа, що включає силові контактори й ланцюги керування,
-
Вежа,
-
Сходи,
-
Поворотний механізм,
-
Гондола,
-
Електричний генератор,
-
Система спостереження за напрямком і швидкістю вітру (анемометр),
-
Гальмівна система,
-
Трансмісія,
-
Лопаті,
-
Система зміни кута атаки,
-
Ковпак ротора,
-
Система пожежогасіння,
-
Телекомунікаційна система для передачі даних про роботу вітрогенератора,
-
Система захисту від блискавки.
Додаток 2
Будова малої вітряної установки:
-
Ротор
-
Лопаті
-
Вітротурбіна
-
Щогла
-
Контролер заряду
-
Акумулятори
-
Інвертор (12 В → 220 В)
-
Електромережа
Домашній вітрогенератор:
-
Ротор
-
Лопаті
-
Вітротурбіна
-
Щогла
-
Контролер заряду
-
Акумулятори
-
Інвертор (12 В → 220 В)
-
Електромережа
Додаток 3
2.2 Типи вітрогенераторів.
Існують два основних типи турбін: із вертикальною віссю обертання (Додаток 4.1) та з горизонтальною (Додаток 4.2).
Вертикальновісьові турбіни працюють при низьких швидкостях вітру, але мають низьку ефективність. Тому вертикальновісьові турбіни зустрічаються досить рідко і використовуються, як правило, у домашніх системах.
Вітрогенератор з вертикальною віссю обертання менш популярні, але цілком заслуговують на окрему увагу. В деяких випадках вони актуальніші. Вертикальні ВЕУ також бувають швидкохідні та тихохідні.
Такі вітрогенератори будуються в США, Канаді, Англії, Японії і ФРН. Вони прості в експлуатації і блискуче справляються з приземними потоками, що міняються. При збільшенні швидкості вітру система вмить нарощує силу тяги, після чого автоматично стабілізує швидкість обертання. Що стосується особливостей вертикальних механізмів, карусельні вітродвигуни тихохідні, а це дозволяє використовувати прості електричні схеми, без ризику ушкодження агрегату при випадковому пориві вітру. Ортогональний тип перспективний для великої енергетики. Правда, ці розробки мають один істотний недолік - подібно із старими літаками, тобто для "зльоту" конструкції їй потрібний "розгін". А саме, для переходу апарату з режиму двигуна в режим генератора, до нього необхідно підвести енергію, розкрутивши його до певних аеродинамічних параметрів.
Ще один тип вертикольновісьових установок - ортогональні (Додаток 5.1)
На думку фахівців, ортогональні вітроустановки це доля великої енергетики. Основна особливість цих установок, це необхідність примусового запуску. Лопаті цієї конструкції мають профіль такій же як у крила літака, який перш ніж спертися на подйомну силу крила повинен спочатку розбігтися. У випадку з ортогональною вітроустановкою, її спочатку необхідно розкрутити до необхідної швидкості, для того що б вона перейшла в режим генерації.
Є так само ортогональні вітрогенератори із горизонтальною віссю обертання (Додаток 5.2). Пристрій може акумулювати повітряні потоки з будь-якого напрямку, перетворюючи вітер в електроенергію.
Одним із недоліків традиційних вітряків з горизонтальною віссю обертання є необхідність періодично повертати лопаті, підлаштовуючись під напрямок вітру. Система IMPLUX, що розробляється протягом кількох років сінгапуро-австралійською компанією KATRU, обладнана вертикально-осьовим пропелером.
«Вловлювати» вітер пристрою допомагає захисний корпус, що має вузькі отвори по периметру між розташованими під кутом пластинами (як у деяких повітрезабірниках або системах вентиляції).
IMPLUX не має потреби в балансуванні лопатевого механізму і є безпечним для птахів, що пролітають повз. Він може легко інтегруватися в електромережу багатоповерхового будинку або бізнес-центру (для приватних домоволодінь 4-метрова конструкція великувата).
Потужність установки-прототипу невелика: 2 кВт. Надалі планується довести цей показник до 4-10 кВт. Повністю забезпечити енергетичні потреби будинку вітрогенератор не зможе, однак скоротити витрати на електроенергію він цілком здатний. Вітряк нещодавно був випробуваний у Сінгапурі, а його продажі повинні початися в середині 2012 року. Вартість виробу поки невідома.
Крім вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання існують ВЕУ з горизонтальною віссю обертання. Вони є більш популярними.
Вітрогенератори з горизонтальною віссю обертання можуть використовувати для перетворення енергії вітру підйомну силу чи силу опору. Пристрої, що використовують підйомну силу, переважно, оскільки вони можуть розвинути в кілька разів більшу силу, ніж пристрої з безпосередньою дією сили опору. Останні, крім того, не можуть пересуватися зі швидкістю, що перевищує швидкість вітру. Внаслідок цього лопаті, на які діє підйомна сила (вітроколеса), можуть бути більш швидкохідними (швидкохідність - відношення окружної швидкості елемента поверхні до швидкості вітру) і мати краще співвідношення потужності і маси при меншій вартості одиниці встановленої потужності. Вітроколесо може бути виконано з різною кількістю лопатей; від однолопастних вітрогенераторів з контрвантажами до багатолопатеве (з числом лопатей до 50 і більше). Вітроколеса з горизонтальною віссю обертання виконують іноді фіксованими за напрямком, тобто вони не можуть обертатися щодо вертикальної осі, перпендикулярної напрямку вітру. Такий тип вітрогенераторів використовується лише при наявності одного, пануючого напрямку вітру. У більшості ж випадків система, на якій укріплено вітроколесо (так звана голівка), виконується поворотною, орієнтованою за напрямком вітру. У малих вітрогенераторів як правило застосовуються для цієї мети хвостові оперення, у великих - орієнтацією керує електроніка. Для обмеження частоти обертання вітроколеса при великій швидкості вітру використовується ряд методів, в тому числі установка лопатей у флюгерне положення, використання клапанів, встановлених на лопатах або обертових разом з ними, а також пристрої для виведення вітроколеса з-під вітру за допомогою бічного плану, розташованого паралельно площині обертання колеса. Лопаті можуть бути безпосередньо закріплені на валу генератора, або ж обертаючий момент може передаватися від його обода через вторинний вал до генератора, або інший робочій машині.