Принцип действия ветрогенератора. Виды ветрогенераторов

1.3. Принцип действия ветрогенератора. Виды ветрогенераторов

Принцип действия всех ветродвигателей один: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу генератора, вырабатывающего электроэнергию.

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Виды ветрогенераторов

Ветряки можно различать по:

— количеству лопастей;

— типу материалов лопастей;

— вертикальному или горизонтальному расположению оси установки;

— шаговому варианту лопастей.

По конструкции ветрогенераторы делятся по количеству лопастей, одно, двухлопастные, трехлопастные и многолопастные. Наличие большого числа лопастей позволяет вращать их очень малому ветру. Конструкцию лопастей можно разделить на жесткую и парусную. Парусные ветряки дешевле других, но нуждаются в частом ремонте

Ветрогенератор вертикального исполнения начинают вращаться при малом ветре. Им не нужен флюгер. Однако по мощности они уступают ветрякам с горизонтальной осью. Шаг лопастей ветрогенераторов может быть фиксированным или изменяемым. Изменяемый шаг лопастей дает возможность увеличивать скорость вращения. Эти ветряки дороже. Конструкции ветряка с фиксированным шагом надежны и просты.

Отличительная особенность и главное преимущество вертикального агрегата ветряного генератора — отсутствие жестких требований к высоте его установки, что заметно упрощает выбор места установки, процесс монтажа, последующее обслуживание механически подвижных частей. Воздушная турбина относится к тихоходной разновидности этой техники, может быть исполнена как

простейший классический ротор с минимумом тремя вертикально ориентированными лопастями;

двухрядный ротор, наличие внутреннего ряда регулируемых лопастей обеспечивает ему повышенный КПД)

ротор Дарье;

ротор Савониуса;

геликоидный ротор.

Более сложная форма трех последних типов турбин обеспечивает им меньшую материалоемкость.

Ветрогенераторы с горизонтальной ориентацией вала турбины приводятся во вращение пропеллером. Пропеллер может быть двух-, трех и многолопастным. Лопастям некоторых пропеллеров иногда придают довольно сложную форму для некоторого увеличения эффективности функционирования установки.

Работа ветрогенераторов во многом зависит от скорости ветра. Если говорить о нашей стране, то в ней не так много регионов, где скорость ветра находилась бы хотя бы на уровне 5-7метров в секунду.  Берутся данные в среднем  за        год.

Получается, что в подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с, поэтому изменчивость ветра может способствовать перебоям в подаче электроэнергии и это является одним из недостатков использования ветрогенераторов.

Ветрогенераторы имеют свои достоинства и недостатки, однако по сравнению с тем огромным ущербом природе, который наносят тепловые электростанции, вред от ветрогенераторов почти незаметен.

Преимущества

Ветростанции не загрязняют ни воздух, ни воду, ни почву и не производят твердые отходы. Ветроэнергетика замещает (экономит) органическое топливо, такое как уголь, нефть, газ, а также сокращает вероятность потерь топливных ресурсов при добыче и транспортировке.

Экологически чистая ветровая энергия может помочь снизить негативное влияние на природу от энергетики. Десять млрд. кВт·ч, которые вырабатываются на ветростанциях России, ежегодно предотвращают выбросы около 7 млн. тонн углекислого газа, 38000 тонн двуокиси серы и 25000 тонн окиси азота.

Недостатки

Неустойчивость работы и полная зависимость от силы ветра.

Ветряные турбины создают шум сравнимый с шумом автомобиля движущегося со скоростью 70 км/ч, что создает дискомфорт для людей и отпугивает животных.

Вращающиеся лопасти турбины представляют потенциальную опасность для некоторых видов живых организмов.

2. Практическая часть

Чтобы увидеть принцип работы ветрогенератора как альтернативного источника энергии, а также проверить возможные «минусы» работы ветрогенератора,  мы будем использовать электронный конструктор «Знаток» и бытовой фен.

Алгоритм работы

1. Собрать электрическую схему для проверки работы ветрогенератора.

2. Используя бытовой фен (он нам заменит ветер) – проверяем работоспособность ветрогенератора.

Ветрогенератор, под воздействием струи воздуха, начинает крутиться и энергия ветра преобразуется в электрическую энергию и вследствие чего лампочка, входящая в данную схему, загорается.

3. Заключение.

Изучив теоретические материалы и проверив принцип работы ветрогенератора можно сделать следующие вывод: изменяя направление и удаленность струи воздуха от фена, мы можем видеть, как меняется ситуация. Лампочка перестает зажигаться совсем или горит очень тускло.

Проверив работоспособность ветрогенератора, можно подтвердить, что одним из минусов использования ветряков:

 - непостоянство. Сила энергии ветра не постоянна, это вызывает колебания в выработке энергии. Ветер не всегда предсказуем, его даже может не быть несколько дней. Это означает, что ветряные турбины не производят одинаковое количество электроэнергии на протяжении всего времени.

 Иногда это приводит к полному отсутствию электричества.

Не смотря на недостатки использования ветрогенераторов, они все же достаточно активно используются как альтернативный источник энергии. Примером данного использования является ветропарк «Ульяновский» и самый современный в России ветроэнергетический комплекс на Дальнем Востоке в поселке Усть-Камчатск (Камчатский край).

4. Список литературы

1. Баскаков А.П. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Учебное пособие / А.П. Баскаков, В.А. Мунц. – М.: ИД Бастет, 2013. – 368 с.

2. Германович В.Т. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы / В.Т. Германович, А.В. Турилин. – СПб.: Наука и техника, 2014. – 318 с.

3. Кривченко И.В. Физика. 8 класс: учебник. / И.В. Кривченко. – М.: Бином. Лаборатория знаний, – 2015. – 152 с.

4. Максаковский В.П. Географическая картина мира Кн.1: Общая картина мира. Глобальные проблемы человечества / В.П. Максаковский. – М.: Дрофа, 2008. – 495 с.

5. Рязанцев В.Д. Большая политехническая энциклопедия / В.Д. Рязанцев. – М.: Мир и образование, 2011. – 707 с.

6. Сидорович В. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир / В. Сидорович. – М.: Альпина Паблишер, 2015. – 208 с.

7. https://obuchonok.ru/node/7174

8. https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2013/04/10/vetrogenerator-alternativnyy-istochnik-energii

9. www.nsportal.ru/ap/librari/nauchno-tehnicheskoe-tvorchestvo

10. http://uchit.net/catalog/Fizika/59449/

11. https://tcip.ru/blog/wind/printsip-dejstviya-i-raboty-vetrogeneratora.html