Tipos de motores eólicos. Projeto de geradores eólicos industriais de alta potência: dimensões de turbinas eólicas, características comparativas e aplicações industriais. Geradores para turbinas eólicas

Para economizar custos no fornecimento de eletricidade, geradores eólicos são instalados em fábricas e residências particulares. Neste artigo veremos as principais características, tipos e princípios de funcionamento dos geradores eólicos.

Projeto e princípio de funcionamento de um gerador eólico

Principais componentes de um gerador eólico:

1. Gerador - conversor de energia mecânica em energia elétrica. O gerador carrega as baterias. Quanto maior a velocidade do vento, mais rápido as baterias carregam.

2. As pás da turbina eólica são a parte do gerador eólico que fica exposta à força do vento e atua no eixo do gerador.

3. Mastro - dispositivo no qual o gerador e as pás são montados. A velocidade e estabilidade do gerador eólico dependem da altura do mastro.

Componentes adicionais do gerador eólico:

1. Controladores - um dispositivo de controle do gerador eólico responsável pela direção das pás, recursos de carregamento da bateria e proteção do gerador eólico. A principal função do controlador é converter energia variável em constante elétrica.

2. As baterias são dispositivos de armazenamento de energia, que são utilizados quando não há vento. Outra função da bateria é equalizar e estabilizar a energia gerada pelo gerador. Baterias recarregáveis fornecem energia.

3. Anemoscópios ou dispositivos de medição da direção do vento - coletam e processam dados sobre velocidade, direção e rajadas do vento. Os anemoscópios são instalados em geradores eólicos mais potentes, projetados para processar grandes quantidades de energia.

4. Os reguladores automáticos de energia são projetados para combinar gerador eólico, rede elétrica, gerador a diesel ou outras fontes de energia.

5. Inversores - dispositivos de conversão de corrente contínua em corrente alternada, destinados ao funcionamento de eletrodomésticos e eletrodomésticos.

Quando o vento atinge as pás do gerador eólico, o dispositivo gira. Durante a operação do gerador eólico, é gerada corrente alternada, que entra no controlador e é convertida em corrente contínua. DC carrega baterias que fornecem eletricidade uma casa particular ou uma grande empresa. Mas, para a operação da maioria dos aparelhos elétricos, alternados monofásicos ou corrente trifásica, que é formado no inversor.

Opções de utilização de gerador eólico no sistema de alimentação:

operação de moinho de vento com bateria em modo autônomo;
operação paralela de um gerador eólico utilizando baterias e painéis solares;
operação de gerador eólico com utilização paralela de gerador reserva (diesel, gasolina ou gás);
operação paralela de um gerador eólico e uma rede elétrica convencional.

Vantagens de usar um gerador eólico:

obtenção de eletricidade ecologicamente correta, segura e confiável,
redução nos custos de eletricidade;
operação silenciosa do dispositivo;

O gerador eólico produz maior quantidade de energia no outono ou inverno, quando há maior demanda de energia elétrica para aquecimento dos ambientes;
o preço dos geradores eólicos é muito inferior ao custo das fontes alternativas de eletricidade;
a capacidade do gerador eólico de operar em paralelo com outras fontes de eletricidade;
a capacidade de selecionar a potência de uma turbina eólica, dependendo do tipo de terreno e da quantidade de eletricidade necessária;
a possibilidade de utilização de geradores eólicos em iates ou navios;
Uma vez gasto em uma turbina eólica, o fornecimento de eletricidade é fornecido por pelo menos 20 anos.

Tipos de turbinas eólicas

Dependendo da localização das turbinas, os geradores eólicos são diferenciados:

tipo vertical,
tipo horizontal.

Um gerador eólico do tipo vertical possui uma turbina colocada verticalmente em relação à superfície da terra, e um horizontal é o oposto. Um gerador eólico vertical capta facilmente a mais leve brisa, enquanto um horizontal é mais poderoso na conversão de energia.

Tipos de geradores eólicos verticais:

1. A invenção do gerador eólico vertical pertence ao inventor sueco Savonius. Um moinho de vento vertical consiste em dois cilindros que possuem um eixo de rotação vertical. Independentemente da força e direção do vento, um moinho de vento vertical gira constantemente em torno de seu eixo. A principal desvantagem de um gerador eólico vertical é o uso incompleto da energia eólica. Durante a pesquisa, foi revelado que uma turbina eólica vertical utiliza apenas um terço da energia eólica.

2. Um moinho de vento vertical com rotor Darrieus foi inventado várias décadas depois do normal. Um gerador eólico rotativo possui duas ou três pás e um rotor. Os geradores eólicos com rotor são simples de fabricar e fáceis de instalar. A principal desvantagem de tal gerador eólico é que o rotor deve ser iniciado manualmente.

3. Um gerador eólico com eixo de rotação vertical e rotor helicoidal - possui pás torcidas. que garantem a rotação uniforme do gerador eólico. Vantagem: carga reduzida nos rolamentos, aumentando assim a vida útil do dispositivo. Desvantagens: alto custo, difícil instalação.

4. Um gerador eólico vertical com rotor multicamadas é o dispositivo mais eficiente para processar energia eólica. Possui um rotor complexo, que consiste em um grande número de pás.

5. Os geradores eólicos ortogonais não requerem alta velocidade do vento. Para a operação de tal dispositivo, é adequada uma velocidade do vento de 0,7 m/s. Turbinas eólicas verticais ortogonais possuem características técnicas elevadas, rotação silenciosa do motor e um design interessante. O projeto de um gerador eólico ortogonal é baseado em um eixo de rotação vertical e em diversas pás localizadas a uma certa distância do eixo. Apesar de um grande número de vantagens, a turbina eólica ortogonal tem desvantagens:

pequenas linhas de nós de suporte de serviço;
as pás são mais massivas que as dos geradores eólicos convencionais;
O grande peso da unidade dificulta a instalação do dispositivo.

Os geradores eólicos horizontais têm maior eficiência. A principal desvantagem dos geradores eólicos horizontais é a necessidade de busca constante de vento por meio de um cata-vento, instalado separadamente do aparelho.

Os geradores eólicos horizontais são divididos em:

dispositivos de lâmina única - caracterizados por altas velocidades de rotação, baixo peso e design leve;
geradores eólicos de duas pás - semelhantes em design aos geradores eólicos de pá única, diferem apenas no número de pás;
turbinas eólicas de três pás têm potência máxima de cerca de 7 mW e são consideradas uma das mais populares entre os geradores eólicos destinados ao uso doméstico;
os geradores eólicos multipás possuem de quatro a cinquenta pás; esses dispositivos são utilizados para garantir o funcionamento das instalações de água;

Em relação ao número de pás, todos os aerogeradores são divididos em:

lâmina única,
duas lâminas,
três lâminas,
multilobado.

Com base nos materiais que compõem uma turbina eólica, existem:

geradores eólicos tipo vela,
Os geradores eólicos do tipo rígido são feitos de fibra de vidro ou metal.

Dependendo da característica do passo da hélice, os geradores eólicos são divididos em:

dispositivos de etapa medidos,
dispositivos de passo fixo.

Um gerador eólico de passo variável tem um design bastante complexo, mas ao mesmo tempo uma velocidade de rotação aumentada. Um gerador eólico de passo fixo é confiável e simples.

Todos os geradores eólicos são convencionalmente divididos em dois tipos:

geradores eólicos industriais;
geradores eólicos domésticos.

Turbinas eólicas industriais são usadas para gerar grandes quantidades de eletricidade. A instalação de um parque eólico composto por várias dezenas ou centenas de geradores eólicos requer um levantamento minucioso da área, que é realizado ao longo de um ou dois anos. Os geradores eólicos industriais permitem gerar eletricidade para fornecer eletricidade a várias dezenas de residências ou a uma determinada produção.

Um gerador eólico para uso doméstico pode reduzir significativamente os custos de eletricidade e garantir a independência da operação da rede elétrica geral.

1. Antes de escolher um gerador eólico, você deve determinar a potência e a finalidade funcional deste dispositivo.

2. Estudar cuidadosamente os tipos de aerogeradores e familiarizar-se com as condições climáticas da região onde está prevista a instalação do aerogerador.

3. Determinar potência de saída moinho de vento, que depende diretamente da potência do conversor (inversor). O segundo nome para potência de saída é carga de pico - a totalidade do número de dispositivos que funcionarão simultaneamente com o gerador eólico. Ou seja, a potência produzida é definida como a potência total da turbina eólica. Mesmo com um raro, mas grande consumo de eletricidade, você deve escolher um gerador eólico de alta potência. Para aumentar a potência, vários inversores devem ser instalados.

4. O tempo de operação contínua do dispositivo é determinado pela potência da bateria instalada no moinho de vento. Em tempo calmo, as baterias fornecem eletricidade ao ambiente.

5. A taxa de carregamento da bateria é determinada pela potência do dispositivo, velocidade do vento, altura de instalação e topografia da área onde o gerador eólico está instalado. Quanto maior a potência do gerador eólico, mais rápido as baterias carregam. Para consumo constante de eletricidade ou condições de vento fraco, escolha modelos de turbinas eólicas mais potentes. Para aumentar a taxa de carregamento da bateria, vários geradores devem ser conectados à turbina eólica.

6. Não se deve comprar muitas baterias quando o vento está fraco, pois o gerador eólico não terá tempo de carregar todas as baterias. Se as baterias não estiverem totalmente carregadas, isso leva ao seu rápido fracasso, portanto o número de baterias deve ser calculado a partir do consumo de energia de todos os aparelhos elétricos da casa.

7. Para comprar um moinho de vento, você deve prestar atenção ao fator principal - a energia gerada pelo aparelho. Este critério é especificado em especificações técnicas gerador de energia eólica.

8. Para determinar o consumo de energia da casa onde será instalado o aerogerador, deve-se consultar as contas de luz dos últimos 12 meses e derivar o fator de consumo de energia mínimo, médio e máximo.

9. Utilizando pesquisas da estação meteorológica mais próxima, descubra a velocidade média anual do vento no local proposto para instalação da turbina eólica. O funcionamento ideal do gerador eólico é garantido a uma velocidade do vento de 5 m/s.

10. É melhor instalar um gerador eólico como fonte de energia adicional emparelhado com um gerador a diesel ou gasolina.

11. Teste o gerador eólico em funcionamento, preste atenção ao nível de ruído e à necessidade de manutenção do aerogerador. Alguns geradores eólicos potentes têm um nível de ruído bastante alto, o que causa desconforto e problemas com os vizinhos.

12. Prazo médio a operação de um gerador eólico é de seis a sete anos.

13. É preferível dar preferência a um gerador eólico cujas pás sejam feitas de materiais duros: fibra de vidro ou metal.

14. Preste atenção ao funcionamento ideal do gerador eólico na velocidade média do vento, típica desta região.

15. Os geradores eólicos sem engrenagens são muito mais simples de instalar, fáceis de montar e não requerem manutenção adicional, enquanto os geradores eólicos sem engrenagens, apesar da complexidade de instalação, proporcionam maior potência e melhor qualidade de operação das turbinas eólicas.

16. Você não deve prestar atenção a esses slogans publicitários de que o gerador eólico tem um design aprimorado, levitação magnética ou um controlador grande, na maioria dos casos, essa publicidade visa conseguir mais dinheiro por um gerador eólico normal;

17. Ao adquirir um gerador eólico, exija ao comprador a garantia e o cumprimento de todas as obrigações do fabricante do gerador eólico. Por exemplo, a presença de fixadores é um kit gerador eólico, que inclui todos os componentes: inversores, geradores, baterias. Ao adquirir esses dispositivos de diferentes fabricantes, aumenta o risco de operação inadequada do gerador eólico.

18. Fórmula para calcular a potência de um gerador eólico: P = 0,5 * rho * S * Qua * V3 * ng * nb. P - potência do gerador eólico, rho - valor de designação da densidade do ar, S - valor da área de lançamento do rotor, Cp - coeficiente de ação aerodinâmica, V - valor da velocidade do vento, ng - eficiência do radiador, nb - se houver caixa de câmbio. Eficiência da caixa de velocidades.

19. O custo de um gerador eólico depende diretamente dos seguintes fatores:

número de lâminas,
energia da bateria,
energia do gerador,
número de inversores,
material da lâmina,
presença de uma caixa de câmbio,
potência nominal da turbina eólica,
tipo de gerador eólico: horizontal, vertical,
o material com o qual a instalação é feita,
disponibilidade de componentes adicionais.

Revisão dos fabricantes de geradores eólicos

Para comprar um gerador eólico, primeiro você precisa calcular a potência do gerador eólico e a eletricidade consumida. Depois de fazer os cálculos, preste atenção ao custo do moinho de vento.

As primeiras posições na produção de geradores eólicos são ocupadas pela Alemanha, Dinamarca e França. Há várias décadas, teve início a produção de geradores eólicos russos, que, em comparação com os modelos estrangeiros, necessitam de melhorias.

Vejamos os principais fabricantes populares de geradores eólicos para uso doméstico:

1. AEOLOS (Dinamarca)

Características dos geradores eólicos AEOLOS:

a empresa desenvolve geradores eólicos há mais de 35 anos;
a potência dos geradores eólicos verticais varia de 500 W a 500 kW;
potência das turbinas eólicas horizontais - 300-10.000 W;
âmbito de aplicação dos geradores eólicos: setor privado, agricultura, fornecimento de eletricidade a aldeias e escolas;
alto nível de geração de eletricidade;
a utilização de um gerador sem caixa de câmbio garante um alto nível de confiabilidade do aerogerador;
baixo custo de manutenção;
um alto nível de segurança é garantido pela função de monitoramento da posição do dispositivo gerador eólico;
Disponibilidade sistema eletrônico frenagem.

Características técnicas do AEOLOS H 1kW:

potência nominal: 1 kW;
valor de potência máxima: 1,5 kW;
tensão de saída: 48 V;
características das lâminas: 3 peças, material - fibra de vidro;
características do gerador: gerador trifásico do tipo magnetoelétrico que fornece corrente contínua;
eficiência: inferior a 0,95;
linhas de garantia: 5 anos;
vida útil máxima: 20 anos.

2. ENERCON (Alemanha)

Peculiaridades:

potência dos geradores eólicos ENERCON de 330 W a 7,58 MW;
presença de gerador de anel;
falta de transmissão;
atendendo aos padrões mundiais de qualidade: confiabilidade e durabilidade.

Características técnicas do ENERCON E80:

potência nominal: 80 kW;
altura da torre: 53 m;
velocidade nominal do vento: 12 m/s;
velocidade máxima do vento: 30 m/s;
número de lâminas: 3 peças;
diâmetro do rotor: 18 m.

3. AMPAIR (Reino Unido)

Características do escopo de uso:

barcos;
barcos;
sistemas de energia autônomos remotos.

Peculiaridades:

tamanho pequeno;
instalação fácil;
Possibilidade de instalação em espaço limitado;
alta qualidade e confiabilidade.

Características técnicas do Ampair 100:

potência nominal: 100 W;
tensão do gerador: 12 W;
características das lâminas: 6 peças;
velocidade do vento necessária: de 3 m/s;
custo: $ 2.700.

4. Vento Bom (Bélgica)

Peculiaridades:

Possibilidade de utilização em habitação privada, hotel, posto de gasolina, numa quinta;
elevado nível de qualidade europeia;
a fabricação de lâminas é belga;
a origem dos geradores é finlandesa;
Uma empresa alemã produz inversores e controladores;
testes e inspeção de cada turbina eólica;
rajadas máximas de vento 55 m/s;
O sistema de segurança é totalmente automatizado;
há frenagem aerodinâmica passiva;
As turbinas eólicas Fair Wind são usadas em conjunto com instalações de painéis solares;
Uma grande variação na potência ajudará você a selecionar uma turbina eólica para cada local individualmente.

Características técnicas do Fair Wind F16:

potência nominal: 10 kW;
diâmetro da roda eólica: 4 m;
velocidade nominal do vento: 15 m/s;
velocidade mínima do vento: 3 m/s;
número de pás: 3 peças, em alumínio de aviação;
diâmetro do rotor: 18 m;
custo: $ 20.000.

5. Fuller Wind (EUA)

Peculiaridades:

ausência completa de lâminas;
compacidade de uso;
baixo custo em comparação com geradores eólicos clássicos;
a base do gerador eólico é a Turbina Tesla, que consiste em um grande número de discos metálicos separados por juntas de anel;
alto nível de produtividade elétrica.

6. Fortiss (Holanda)

Peculiaridades:

utilização: fornecimento de energia para residências, fornecimento de equipamentos de telecomunicações, sistemas de tratamento de água;
assegurar total independência das fontes industriais de eletricidade;
é possível utilizar conjuntamente turbinas eólicas e fontes de energia tradicionais;
fornecimento de energia estável e custos de eletricidade mais baixos;
simplicidade de design e facilidade de instalação de geradores eólicos;
possibilidade de utilização de painéis solares ou geradores a diesel;
baixo nível de ruído;
alto nível de segurança.

Características técnicas do Fortiss Montana 5.8:

características do gerador: gerador tipo magnético síncrono;
velocidade máxima do vento: 55 m/s;
número de lâminas: 3 peças;
velocidade do vento necessária: de 2,5 m/s;
Opções de sistema de freio: mecânico, elétrico;
custo: $ 20.000.

Usado com sucesso em países ocidentais, EUA, China. Para usar tais dispositivos, é necessário um vento bastante forte e estável, o que não é típico de todas as regiões.

Como funcionam os poderosos geradores eólicos industriais?

Existente agora poderosos geradores eólicos Eles têm quase o mesmo design. A base é um rotor horizontal com impulsor. O grande tamanho das pás cria uma grande área de resistência ao fluxo do vento, por isso normalmente são instaladas três. A massa dessas instalações é muito grande - uma das maiores instalações, Enercon E-126, pesa 6.000 toneladas. Com tais parâmetros, é necessário um vento bastante forte e uniforme.

Para iniciar a rotação, são utilizados motores elétricos especiais. A maioria dos modelos não possui dispositivo de orientação; eles se contentam com a instalação na direção predominante do fluxo. Os locais comuns de uso são regiões de estepe ou deserto, áreas costeiras ou de plataforma com ventos constantes e uniformes.

O projeto de um poderoso gerador eólico consiste nos seguintes elementos:

torre de apoio. Para amostras menores, este é o mastro. A torre possui formato cônico, o que contribui para maior estabilidade e distribuição uniforme de cargas. Fabricado no local, despejando sequencialmente concreto em fôrmas apropriadas. Na base existe uma poderosa plataforma de concreto, que é a base da fundação, garantindo imobilidade e estabilidade
gôndola. Esta é uma câmara dentro da qual estão localizados o compartimento do gerador e os dispositivos de transmissão de rotação. A ele também está acoplado um rotor, que é estruturalmente uma continuação da nacela e junto com ela forma uma forma aerodinâmica. A parte externa do rotor consiste em um cubo e pás. O cubo é uma carenagem central montada no eixo do gerador e usada para fixar as pás. A gôndola tem a capacidade de girar em torno da torre para instalação ao vento, que utiliza um motor elétrico assíncrono e um trem de engrenagens que circunda todo o topo da torre. Nem todos os modelos têm capacidade de rotação; para turbinas eólicas offshore operando em fluxos em duas direções opostas, esta função é opcional.
O gerador de turbina é um dispositivo do tipo anel. O rotor da turbina é estruturalmente combinado com o rotor do gerador, o que reduz perdas e reduz o consumo de material. Para tais estruturas, é de fundamental importância eliminar ao máximo as unidades de transmissão de rotação, substituindo-as por elementos sólidos únicos.

As lâminas são feitas de fibra composta especial com inclusões de aço. Dependendo do tamanho, são feitos inteiramente ou montados a partir de peças individuais. O design das pás permite alterar o perfil ou ângulo de rotação, permitindo ajustar a aerodinâmica de acordo com o regime do fluxo do vento.

Dependendo do tamanho, fabricante e finalidade do moinho de vento, pode haver alterações no design, acréscimos ou outros recursos exclusivos deste modelo.

Dimensões da turbina eólica

Geradores eólicos industriais de alta potência têm dimensões impressionantes. Assim, o já mencionado Enercon E-126 tem uma altura total de 198 m com envergadura de 128 m. A área que tais pás varrem é de 12.668 m 2.

Outras turbinas eólicas são dimensionadas para corresponder à energia que produzem. Existem modelos maiores e menores, mas todos são grandes e pesados. Ao mesmo tempo, a superfície da terra é ocupada apenas pela base do mastro; toda a área restante é adequada para uso na agricultura.

Vale ressaltar que poderosas turbinas eólicas não são lucrativas individualmente. Eles são mais frequentemente usados como parte de grandes usinas eólicas que ocupam áreas bastante grandes. Os complexos incluem dezenas e até centenas de instalações individuais, combinadas em um único sistema e fornecendo uma potência total de vários mW. Eles são criados em locais com ótimas condições de vento que podem garantir carga uniforme e desempenho estável do equipamento.

Tamanhos grandes significam preços elevados de equipamentos. Assim, o custo da turbina Enercon E-126 é de 11 milhões de euros. Você pode calcular aproximadamente o custo de uma usina eólica inteira, os custos operacionais e os custos de entrega e instalação de tais gigantes. Conseqüentemente, o custo da energia é bastante alto e a vida útil é relativamente baixa - cerca de 20 anos.

Potentes geradores eólicos: características comparativas

Os parâmetros de moinhos de vento poderosos dependem diretamente de sua potência. O tipo de projeto para todos os modelos é quase o mesmo, pois a aerodinâmica das pás, ideal para instalações de alta potência, deve corresponder exatamente a esta configuração. Portanto, só é possível comparar as proporções do impulsor de um dispositivo específico. É muito mais fácil considerar a potência das instalações, pois é mais importante para qualquer cálculo e pode dizer muito mais ao potencial usuário.

Os carros-chefe nessa direção são as conhecidas empresas Siemens, Enercon, Vestas e muitas outras. A competição entre eles é muito acirrada, pois a demanda é limitada, os erros são inaceitáveis. Daí a mais alta qualidade do equipamento, um mecanismo de operação bem funcional de todos os componentes e conjuntos. Vale ressaltar que a demanda por aparelhos grandes é bem menor do que por aparelhos menos produtivos. O preço do equipamento não permite sua ampla distribuição em todos os lugares;

Usinas eólicas industriais

A operação de várias centenas de grandes turbinas eólicas pode gerar grandes quantidades de energia. A criação de usinas eólicas permitiu solucionar problemas de fornecimento de energia em regiões que não têm oportunidade de construir hidrelétricas ou usinas nucleares.

Vale ressaltar que a proibição da construção de usinas nucleares em diversas regiões do mundo e a falta de outras oportunidades foram os motivos do surgimento de muitos parques eólicos, embora os parâmetros operacionais e econômicos dos aerogeradores sejam inferiores aos opções mais tradicionais de geração de energia. Além disso, a energia eólica é reconhecida como uma área amiga do ambiente, que também desempenhou um papel significativo no desenvolvimento da indústria.

Recentemente, duas tendências paralelas foram observadas:

aumento no número de instalações poderosas combinadas em grandes estações
crescente interesse em fontes privadas que permitem a existência autônoma sem o uso de recursos de rede

Surge uma situação competitiva quando grandes investimentos em grandes complexos deixam de ser cobertos pelas receitas deles e as pequenas instalações tornam-se cada vez mais lucrativas e convenientes. O futuro mostrará qual sistema se tornará o mais difundido e eficaz.

Descrição e características Vários tipos geradores eólicos, seus pontos fortes e lados fracos e aplicação em vários campos.

Cálculo

Se a velocidade média do vento for conhecida, então manipulando os valores do diâmetro da hélice ou de sua área, é possível obter a potência adequada da instalação necessária.

P = 2D*3V/7000, kW, onde
P - potência;
D - diâmetro do parafuso em m;
V - velocidade do vento em m/seg.

Esta fórmula de cálculo da eficiência de um gerador eólico é válida exclusivamente para o tipo horizontal.

Tipos

No momento, existem 2 tipos de geradores eólicos em produção em massa:

Mas eles têm uma séria desvantagem - baixa velocidade. Para superar isso, são utilizadas caixas de câmbio elevadoras, o que reduz um pouco a eficiência.

Vantagens:

Alta velocidade de rotação, permite a conexão a um gerador, o que aumenta a eficiência;
Facilidade de fabricação;
Grande variedade de modelos.

Imperfeições:

Alto nível de poluição sonora e ultrassônica. Isto pode ser perigoso para a saúde das pessoas. Portanto, as capacidades de geração industrial estão localizadas em locais desabitados;
A necessidade de utilização de estabilizador e dispositivos de orientação do fluxo de vento;
A velocidade de rotação é inversamente proporcional ao número de lâminas, portanto os modelos industriais raramente utilizam mais de três lâminas.

O trabalho para superar esta última desvantagem já vem acontecendo há algum tempo. Vários pequenos modelos de geradores eólicos foram desenvolvidos e produzidos. Sua eficiência é bastante elevada para sua classe de potência, devido à estrutura original da lâmina.

A área de resistência ao vento neste modelo é mínima; ele pode operar com uma força de vento de 2 m/s e produzir 30 W. Mas considerando que até 40% da energia é gasta em atrito e outras perdas nos modelos dessa classe, os 18 W restantes não são suficientes nem para iluminar com uma lâmpada. Para uso em uma casa de campo ou em uma casa particular, você precisa de algo mais sério.

Seleção de modelo

O custo de um conjunto de gerador eólico, inversor, mastro, SHAVR - gabinete de transferência automática depende diretamente da potência e eficiência.

Potência máxima kW	Diâmetro do rotor m	Altura do mastro	Velocidade nominal m/s	Tensão
0,55	2,5	6	8	24
2,6	3,2	9	9	120
6,5	6,4	12	10	240
11,2	8	12	10	240
22	10	18	12	360

Como você pode ver, para fornecer eletricidade total ou parcialmente à propriedade, são necessários geradores de alta potência, que são bastante problemáticos de instalar por conta própria. Em qualquer caso, os elevados investimentos de capital e a necessidade de instalação do mastro com equipamento especial reduzem significativamente a popularidade dos sistemas de energia eólica para uso privado.

Existem geradores eólicos portáteis de baixa potência que você pode levar em uma viagem. Esses modelos são compactos, instalados rapidamente no local, não requerem cuidados especiais e fornecem energia suficiente para um passatempo confortável na natureza.

E embora a potência máxima deste modelo seja de apenas 450 W, isso é suficiente para iluminar todo o parque de campismo e permite utilizar eletrodomésticos longe da civilização.

Para as médias e pequenas empresas, a instalação de várias estações geradoras de energia eólica poderia proporcionar poupanças significativas nos custos de energia. Muitas empresas europeias estão envolvidas na produção de produtos deste tipo.

São sistemas de engenharia complexos que requerem prevenção e manutenção, mas sua potência nominal é tal que pode cobrir as necessidades de toda a produção. Por exemplo, no Texas, no maior parque eólico dos Estados Unidos, apenas 420 desses geradores geram 735 megawatts por ano.

Ultimos desenvolvimentos

O progresso não pára e novos desenvolvimentos elevam a eficiência dos geradores eólicos a novos patamares, literalmente. Uma das partes mais trabalhosas na criação de uma usina eólica foi a instalação dos sistemas de solo: mastro, gerador, rotor, pás. Em baixas altitudes, perto do solo, os fluxos de vento não são constantes e aumentar a capacidade de geração para grandes altitudes torna o mastro muito complexo e caro.

Agora isso pode ser evitado. A empresa Makani Power desenvolveu um gerador eólico voador - uma asa que, quando lançada a uma altitude de 550 m, pode produzir até 1 MW de eletricidade por ano.

Exaustão constante recursos naturais leva ao fato de que recentemente a humanidade tem estado ocupada na busca por fontes alternativas de energia. Hoje, é conhecido um número bastante grande de tipos de energia alternativa, um dos quais é o uso da energia eólica. A energia eólica é utilizada pelas pessoas desde a antiguidade, por exemplo, na operação de moinhos de vento. O primeiro gerador eólico (turbina eólica), utilizado para produzir eletricidade, foi construído na Dinamarca em 1890. Tais dispositivos começaram a ser utilizados nos casos em que era necessário fornecer eletricidade a uma área de difícil acesso.

Princípio de funcionamento do gerador eólico:

O vento gira uma roda com pás, que transmite torque ao eixo do gerador por meio de uma caixa de engrenagens.
O inversor executa a tarefa de converter a corrente elétrica contínua recebida em corrente alternada.
A bateria foi projetada para fornecer tensão à rede na ausência de vento.

A potência de uma turbina eólica depende diretamente do diâmetro da roda eólica, da altura do mastro e da força do vento. Atualmente, os geradores eólicos são produzidos com diâmetros de pá de 0,75 a 60 m ou mais. A menor de todas as turbinas eólicas modernas é a G-60. O diâmetro do rotor, que possui cinco pás, é de apenas 0,75 m; a uma velocidade do vento de 3 a 10 m/s, pode gerar uma potência de 60 W e seu peso é de 9 kg; Esta instalação é utilizada com sucesso para iluminação, carregamento de baterias e operação de equipamentos de comunicação.

Todos os geradores eólicos podem ser classificados de acordo com vários princípios:

Eixos de rotação.
Número de lâminas.
O material do qual as lâminas são feitas.
Passo da hélice.

Classificação por eixo de rotação:

Horizontal.
Vertical.

Esquema de trabalho

Os mais populares são os geradores eólicos horizontais, cujo eixo de rotação é paralelo ao solo. Este tipo é denominado "moinho de vento", cujas pás giram contra o vento. O projeto de geradores eólicos horizontais fornece rotação automática a parte da cabeça (em busca do vento), além de girar as pás para aproveitar o vento de baixa força.

As turbinas eólicas verticais são muito menos eficientes. As pás dessa turbina giram paralelamente à superfície da terra em qualquer direção e força do vento. Como, em qualquer direção do vento, metade das pás da roda eólica gira sempre contra ele, o moinho perde metade da sua potência, o que reduz significativamente a eficiência energética da instalação. Porém, este tipo de turbina eólica é mais fácil de instalar e manter, pois sua caixa de engrenagens e gerador estão localizados no solo. As desvantagens de um gerador vertical são: instalação cara, custos operacionais significativos e também o fato de que a instalação de tal turbina eólica requer muito espaço.

Os geradores eólicos horizontais são mais adequados para a produção de eletricidade em escala industrial; são utilizados no caso de criação de um sistema de usinas eólicas. Os verticais são frequentemente utilizados para as necessidades de pequenas propriedades privadas.

Classificação por número de lâminas:

Duas lâminas.
Três lâminas.
Multi-lâminas (50 ou mais lâminas).

Com base no número de lâminas, todas as instalações são divididas em duas, três e múltiplas lâminas (50 ou mais lâminas). Para gerar a quantidade necessária de eletricidade, não é necessário girar, mas atingir o número necessário de revoluções.

Cada pá (adicional) aumenta a resistência total da roda eólica, o que dificulta o alcance da velocidade de operação do gerador. Assim, as instalações multipás realmente começam a girar em velocidades de vento mais baixas, mas são utilizadas nos casos em que o próprio fato da rotação é importante, como, por exemplo, no bombeamento de água. Geradores eólicos com grande número de pás praticamente não são utilizados para gerar eletricidade. Além disso, não é recomendável instalar caixa de câmbio neles, pois isso complica o projeto e também o torna menos confiável.

Classificação de acordo com os materiais da lâmina:

Geradores eólicos com pás rígidas.
Geradores eólicos à vela.

Deve-se notar que as pás das velas são muito mais simples de fabricar e, portanto, mais baratas que o metal rígido ou a fibra de vidro. No entanto, essas poupanças podem resultar em custos inesperados. Se o diâmetro da roda eólica for de 3 m, então a uma velocidade do gerador de 400-600 rpm, a ponta da pá atinge uma velocidade de 500 km/h. Levando em consideração que o ar contém areia e poeira, este fato é um teste sério mesmo para lâminas duras, que, em condições estáveis de operação, requerem a substituição anual do filme anticorrosivo aplicado nas extremidades das lâminas. Se você não atualizar o filme anticorrosivo, a lâmina dura começará gradualmente a perder suas características de desempenho.

As pás do tipo vela não requerem substituição uma vez por ano, mas imediatamente após ocorrer o primeiro vento forte. Portanto, a alimentação autônoma, que exige confiabilidade significativa dos componentes do sistema, não considera o uso de pás do tipo vela.

Classificação por passo da hélice:

Passo da hélice fixo.
Passo da hélice variável.

É claro que o passo variável da hélice aumenta a faixa de velocidades operacionais efetivas do gerador eólico. No entanto, a introdução deste mecanismo leva a uma complicação do design da pá, a um aumento no peso da roda eólica e também reduz a confiabilidade geral da turbina eólica. A consequência disso é a necessidade de reforço da estrutura, o que leva a um aumento significativo no custo do sistema não só durante a aquisição, mas também durante a operação.

Os geradores eólicos modernos são produtos de alta tecnologia cuja potência varia de 100 a 6 MW. Turbinas eólicas de design inovador permitem utilizar de forma económica a energia do vento mais fraco – a partir de 2 m/s. Com a ajuda de geradores eólicos, hoje é possível resolver com sucesso problemas de fornecimento de energia para instalações insulares ou locais de qualquer capacidade.

Entre todos os designs de rodas eólicas disponíveis, existem dois grandes grupos que são fundamentalmente diferentes entre si. Estes também são designs. Ambos os grupos possuem características, vantagens e desvantagens próprias, e possuem muitas características e propriedades específicas. Consideremos amostras rotativas (verticais), o grupo mais numeroso.

O que é um gerador eólico rotativo?

é um dispositivo para receber movimento rotacional. O eixo de rotação de tais estruturas está localizado verticalmente, o que altera significativamente a física da rotação e confere ao dispositivo muitos recursos:

estruturas verticais não precisam ser apontadas na direção do vento. O fluxo que se move em qualquer direção afeta igualmente as lâminas do dispositivo
o impacto do fluxo ocorre simultaneamente nos lados de trabalho e reverso das pás, o que reduz um pouco a eficiência do impulsor
tipos verticais de geradores eólicos não são utilizados para geração de energia industrial, sendo utilizados principalmente para fins privados

A característica mais significativa das estruturas verticais é o vetor de aplicação da força de fluxo. Se para os impulsores horizontais a força do vento incide sobre uma superfície inclinada e trabalha em cisalhamento, então os dispositivos verticais em sua maioria recebem um impulso direcionado à pá no sentido frontal, o que permite que a energia do fluxo seja aproveitada ao máximo.

Neste caso, simultaneamente ao efeito benéfico, o fluxo também entra em contato com a parte posterior da lâmina, o que cria uma força contrária que inibe a rotação. Esta é a razão da menor eficiência das turbinas verticais em comparação às horizontais.

Externamente, a maioria das estruturas do rotor se assemelha a um carrossel infantil - elas estão localizadas em torno de um eixo vertical, numeradas de 2 ou mais. O formato das pás pode ser diferente, desde a semelhança de calhas instaladas verticalmente até planos em forma de asa de avião, localizados verticalmente tangenciais ao círculo de rotação.

Todas as variedades têm nomes próprios, a maioria delas foram desenvolvidas há muito tempo e são modificações e reinterpretações umas das outras.

Vantagens e desvantagens

As estruturas rotativas têm uma série de vantagens:

não há necessidade de apontar a estrutura na direção do vento. Isto simplifica muito o mecanismo do moinho de vento e aumenta sua confiabilidade.
dispositivos são capazes de receber correntes de vento localizadas abaixo da superfície da terra. Eles não têm medo da turbulência. Isto permite evitar o uso de mastros altos, que dificultam reparos ou manutenção
Existem muitas variedades de estruturas verticais que permitem obter o máximo dispositivo adequado para estas condições específicas
dispositivos verticais são os mais convenientes de fazer você mesmo

As desvantagens dos geradores eólicos rotativos incluem:

menos eficiente em comparação com dispositivos horizontais
os impulsores são bastante pesados, o que os torna difíceis de girar, principalmente com ventos fracos
em caso de furacão ou ventos fortes, as instalações precisam de proteção contra destruição

A vantagem mais significativa dos moinhos de vento rotativos é a possibilidade de autoprodução a partir de materiais improvisados.

Vale ressaltar que existem relativamente poucos modelos industriais de unidades rotativas, a maior parte dos empreendimentos ainda está em estado de projetos, desenhos de trabalho. Isso se explica pelo fraco interesse pela energia eólica por parte dos fabricantes russos e pelos altos preços dos modelos estrangeiros, inacessíveis ao grande comprador na Rússia.

Tipos de dispositivos

Existem muitos tipos de unidades rotativas. Os mais famosos incluem:

rotor ortogonal
rotor heliocêntrico
Rotor Daria
etc.

A maioria dos projetos foi criada no início do século passado, mas não foi amplamente utilizada devido ao baixo interesse em instalações domésticas, que incluíam moinhos de vento rotativos. Na Europa, havia uma necessidade crescente de maior capacidade, o que exigia a utilização de grandes instalações.

Grandes dispositivos de rotor são inoperantes devido à grande massa de repouso e à resistência significativa ao fluxo do vento. Portanto, foi dada primazia aos tipos de construção horizontais, por serem mais eficientes.

Na Rússia, a atitude em relação à energia eólica era inicialmente puramente científica e a direção era considerada aplicada e não de grande importância; A abundância de rios caudalosos e caudalosos tornou possível o desenvolvimento da energia hidroeléctrica, que é muito mais eficiente do que a energia eólica, pelo menos no actual nível de desenvolvimento tecnológico.

O interesse pelos geradores eólicos surgiu literalmente nas últimas décadas e é causado pela falta de recursos de rede e pela deterioração geral das redes. Apareceu grande número desenvolvimentos, dispositivos caseiros, que demonstraram a sua adequação para uso privado para fornecer uma casa ou propriedade.

Um gerador eólico rotativo é lucrativo ou não?

Os dispositivos rotativos só podem ser considerados do ponto de vista dos benefícios em comparação com quaisquer outras opções de fornecimento de energia. Se compararmos a energia da rede e os geradores eólicos rotativos, as redes vencerão claramente. Eles fornecem energia de forma estável e não são afetados pela presença ou velocidade do vento. A única desvantagem são as interrupções frequentes que ocorrem devido à dilapidação geral da infraestrutura de rede, equipamentos desatualizados e ao crescimento dos consumidores.

Se considerarmos as instalações rotativas em comparação com as baterias solares, podemos notar a sua independência da hora do dia ou do clima. Em que frequentemente combinado painéis solares e turbinas eólicas por motivos de que pelo menos uma fonte estará disponível.

Para os agregados familiares ou aldeias remotas que não têm capacidade de ligação à rede eléctrica, não faz sentido falar em benefícios, uma vez que não há nada que se compare. A situação é simples - ou não há energia ou existe.

Montagem faça você mesmo

Comprar um moinho de vento pronto e fabricado em uma fábrica está além das possibilidades da maioria dos usuários em potencial. Mesmo os modelos chineses relativamente baratos são bastante caros e os modelos europeus têm um preço várias vezes superior. Considerando a vida útil relativamente curta das instalações - cerca de 25 anos - fica claro que a compra de kits prontos não é uma opção adequada para o usuário russo.

A solução para o problema é autoprodução gerador eólico rotativo. Ao usar materiais improvisados, é bem possível mantê-lo dentro de um valor relativamente baixo, 20.000 rublos serão suficientes para tudo. Esta circunstância tem provocado um aumento na produção de diversos modelos de aerogeradores, o que tem um efeito positivo no desenvolvimento do campo como um todo e no desenvolvimento de características de design diferentes tipos de turbinas eólicas rotativas.

Para criar um gerador eólico funcional, são necessários materiais apropriados. Alguns elementos do kit deverão ser adquiridos. Por exemplo, baterias e alguns dispositivos (controlador de carga ou inversor) que você mesmo não consegue montar também terão que ser adquiridos.

Quase todos os elementos do impulsor podem ser criados a partir de materiais improvisados. O gerador pode ser utilizado pronto, por exemplo, motor de roda, gerador de carro ou trator. Pode ser refeito motor assíncrono, ou monte um gerador axial usando ímãs de neodímio. A abundância de opções contribui para o desenvolvimento de dispositivos caseiros na Rússia, muitos dos quais cumprem com sucesso suas tarefas na prática e contribuem para a movimentação da energia eólica entre a população.

Instruções

Antes de iniciar o trabalho, você deve decidir sobre a escolha do projeto do moinho de vento. Os modelos de maior sucesso, capazes de fornecer energia a um número suficientemente grande de consumidores, são considerados unidades carrossel, popularmente apelidadas de “barrel-raking”. Eles consistem em várias lâminas, semelhantes a metades de barris de metal cortadas longitudinalmente, montadas verticalmente em torno do eixo de rotação.

Na verdade, você pode usar barris cortados, mas a melhor solução seria fazer as pás em chapa de alumínio para tornar o impulsor mais leve.

O eixo é montado nos cubos e o impulsor é montado na extremidade superior saliente. Para limitar a velocidade de rotação durante rajadas repentinas de vento, geralmente são utilizados limitadores centrífugos, que são pesos suspensos em correntes. À medida que a velocidade de rotação aumenta, aumentam a pressão nas pás e dobram-nas, reduzindo a área afetada pelo fluxo e, consequentemente, a velocidade de rotação.

Instalação do geradorÉ realizado diretamente no eixo na parte inferior ou por meio de uma correia em V em uma plataforma de suporte separada. Recomenda-se instalar uma capa protetora para proteger o dispositivo contra chuva ou neve, poeira e outras influências indesejáveis.

O moinho de vento está instalado em uma colina. Não são necessários mastros altos para tais estruturas, no entanto, tais dispositivos são frequentemente encontrados nos telhados das casas. Esta é uma opção indesejável, uma vez que as vibrações provenientes do funcionamento de um moinho de vento ainda não foram totalmente eliminadas, o que pode gerar alguns transtornos para os moradores da casa.

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