Вітрогенератор

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Вітрогенератори промислової вітроелектростанції

Вітрогенератор (вітрова турбіна) — пристрій для перетворення кінетичної енергії вітру на електричну, що складається з вітрової турбіни, електрогенератора та допоміжного обладнання. Виробництво вітрогенераторів належить до складних та наукоємких виробництв.

Історія[ред. | ред. код]

Вітрова турбіна Джеймса Блата, 1891 рік

Протягом століть енергія вітру використовувалася для подрібнення зерна на вітряних млинах і для перекачування води. Вітряне колесо Герона Александрійського стало однією з перших вітроенергетичних машин в історії[1]. Вітряки з'явилися в Персії (нині Іран) близько 500—900 року н. е.[2], а в Європі — у середні віки. Перші історичні дані про їх використання в Англії відносяться до XI або XII століть.

Вдосконалені вітряки були описані хорватським винахідником Фаустом Веранчичем. У своїй книзі «Machinae Novae» (1595) він описав вітрові турбіни з вертикальною віссю з вигнутими або V-подібними лопатями.

Перша електрогенеруюча вітрова турбіна, яка заряджала електричну батарею і використовувалася для освітлення заміського будинку у Марікірку, була сконструйована в липні 1887 року шотландським академіком Джеймсом Блатом.

Типи вітрогенераторів[ред. | ред. код]

Типи за областю використання[ред. | ред. код]

За областю використання вітрогенератори умовно можуть бути поділені як для промислового, приватного та спеціального призначення.

Промислові вітрогенератори встановлюються державними органами або енергетичними компаніями. Потужність сучасних промислових вітрогенераторів досягає 8 МВт[3]. Як правило, такі генератори об'єднують у мережу. Основна відмінність вітроелектростанцій від теплових електростанцій — повна відсутність сировини та відходів. Створення таких електростанцій економічно доцільне в районах з високим середньорічним значенням швидкості вітру або у віддалених від промислових електромереж районах.

Вітрогенератори приватного призначення мають відносно невелику потужність (звичайно до декількох кіловат) та використовуються разом з стаціонарною електромережею як джерела додаткової енергії, або як складові (разом з сонячними панелями, акумуляторними батареями, інверторами) в системах автономного електрозабезпечення. Такі генератори є популярним об'єктом аматорського конструювання.

Вітрогенератори спеціального призначення використовуються для автономного електрозабезпечення окремих технологічних об'єктів: туристичних стоянок, вітрильних гоночних яхт тощо. Такі генератори мають малу потужність (звичайно до десятків ват) і часто використовуються без інверторів — як джерела постійного струму для підзарядки акумуляторних батарей (в тому числі — батарей мобільних пристроїв через USB-адаптери).

Типи за конструкцією вітрової турбіни[ред. | ред. код]

За конструкцією вітрової турбіни вітрогенератори поділяються на апарати з горизонтальною та вертикальною віссю (яка не обов'язково повинна бути вертикальною).

Апарати з горизонтальною віссю[ред. | ред. код]

Принцип дії. Вітер обертає ротор. Добута у вітротурбіні електроенергія передається на контролер заряду. Інвертор перетворює напругу на контактах акумулятора на придатну до використання 220 Вт 50 Гц


Апарати з вертикальною віссю[ред. | ред. код]

Апарати з вертикальною віссю не вимагають пристроїв орієнтації відносно напрямку вітру. Довгий час суттєвим недоліком таких турбін у порівнянні з турбінами з горизонтальною віссю, крутний момент яких залишається незмінним протягом одного обороту, було те, що лопаті вертикальних турбін при обертанні створюють періодичні імпульси, що призводить до додаткових навантажень на елементи їх конструкції. В подальшому цей недолік був усунутий шляхом гвинтового повороту лопаток турбіни (Турбіна Горлова тощо).

Вертикальновісьові турбіни зустрічаються досить рідко і використовуються, як правило, у домашніх системах через порівняно низький рівень шуму при роботі. Проте існують проекти застосування таких генераторів у шельфових електростанціях[4].

Конструкція[ред. | ред. код]

Конструкція малого вітрогенератора[ред. | ред. код]

Домашній вітрогенератор

До складу малого вітрогенератора звичайно входять такі конструктивні елементи та пристрої: ротор з лопатями, щогла. Додатково також можуть використовуватись контролер заряду, акумулятор, інвертор, система відведення при сильному вітрі тощо.

Конструкція промислової вітряної установки[ред. | ред. код]

Будова промислового вітрогенератора
  1. фундамент,
  2. силова шафа, що включає силові контактори й ланцюги керування,
  3. вежа,
  4. сходи,
  5. поворотний механізм,
  6. гондола,
  7. електричний генератор,
  8. система спостереження за напрямком і швидкістю вітру (анемометр),
  9. гальмівна система,
  10. трансмісія,
  11. лопаті,
  12. система зміни кута атаки,
  13. ковпак ротора,
  • система пожежогасіння,
  • телекомунікаційна система для передачі даних про роботу вітрогенератора,
  • система захисту від блискавки.

Промисловий вітрогенератор зводиться за 10-15 дні, але вимагає отримання дозволів на будівництво, що може зайняти значний час для проведення експертиз та оформлення дозвільних документів. Для зведення вітрогенератора потрібна спеціальна техніка, оскільки у потужних турбінах гондола встановлюється на висоті близько 50 метрів.

Під час експлуатації промислових генераторів можуть виникнути певні проблеми:

  • Зледеніння лопатей та інших частин вітрогенератора. Зледеніння може досить суттєво знизити ефективність роботи вітряка та унеможливлює його встановлення поблизу доріг або населених пунктів в районах з можливим обмерзанням.
  • Удари блискавок, які можуть призвести до загоряння вітрогенератора. На сучасних вітряках ця проблема вирішена завдяки використанню композитних матеріалів.
  • Виникнення пожежі при збільшенні тертя рухомих частин вітряка в умовах значних перерв між технічними оглядами турбіни. Для зменшення збитків сучасні вітрогенератори облаштовуються система контролю температури та автоматичного пожежогасіння.

«Забруднення» навколишнього середовища[ред. | ред. код]

Галерея[ред. | ред. код]

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

Посилання[ред. | ред. код]

Література[ред. | ред. код]

  • Аеродинаміка вітродвигунів = Aerodynamic theory of wind Turbines : Навч. посіб. / Є. Р. Абрамовський. – Д. : Наука і освіта, 2008. – 242 c. – Обклад. і текст англ. мовою.