Вітрогенератори

Державна освітня установа вищоїпрофесійної освіти

В«Казанський державний технологічнийуніверситет В»

Кафедра теоретичних основ теплотехніки

(ТОТ)

РЕФЕРАТ

з дисципліни

Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії

Вітрогенератори

Керівник,

доцент________ (Заріпов.З.І.)

(підпис із зазначенням дати підписання)

Виконавець,

студент групи2271-81___ (Ілалов Р.Р.)

(підписіз зазначенням дати підписання)

Казань2009

Зміст

1.Вступ

2.Типи вітрогенераторів

3.Компоненти вітроустановки

4.Вітрогенератори і навколишнє середовище

5. Проблемиексплуатації промислових вітрогенераторів

6.Висновок

1.Вступ

Ще в Давньому Єгипті затри з половиною тисячі років до нашої ери застосовувалися вітрові двигуни дляпідйому води і розмелювання зерна. За п'ятдесят з гаком століть вітряні млинимайже не змінили свій вигляд. Наприклад, в Англії є млин, побудованийв середині XVII ст. Незважаючи на свій похилий вік, вона справно працює іпо сей день. У Росії до революції налічувалося приблизно 250 тис.вітряних млинів, загальна потужність яких становила близько 1,5 млн. кВт. На нихрозмелювалося до 3 млрд. пудів зерна на рік.

Рис.1. Перська вітрянамлин

Рис.2. Грецькавітряк

З появою вітрянихмлинів, була полегшена одна з найважчих селянських робіт - обертанняважких кам'яних жорен, перетирають зерно в муку. Тепер це робив вітер,крутячи крила млина. Одна з перших вітряних млинів була знайдена в Персії -в ній крила були насаджені на ту ж вісь, що і жорна. Усім була хорошаперська млин, але от біда - вона могла працювати лише при сильномустійкому вітрі. Коли його пориви вщухали, обертати жорна доводилося постаринці - за допомогою биків, а то і рабів. І ось, приблизно шістсот роківназад, почалося будівництво млинів баштового типу з величезними крилами,розташованими горизонтально до поверхні землі. Одна з перших таких млинівз'явилася в Голландії, здавна славилася винахідливими майстрами. У 1745році якийсь Едмунд Лі ощасливив малюнків винаходом нового типу крил -дерев'яних каркасів, обтягнутих матерією. Вигадка виявилася настільки вдалою,що застосовується в вітряних млинах і зараз.

Рис.3. Вітрянамлин Едмунда Лі

Вітрякивиявилися прекрасними джерелами дармовий енергії. Не дивно, що зіЗгодом їх стали використовувати не тільки для розмелювання зерна. Вітряки оберталидискові пилки на великих лісопилках, піднімали вантажі на великі висоти,використовувалися для підйому води. Поряд з водяними млинами вони залишалися,практично, найпотужнішими машинами минулого. У тій же Голландії, наприклад,де вітряків було найбільше, вони успішно працювали до середини нашого століття.Частина їх діє і в даний час. Що цікаво, млини в середньовіччівикликали у деяких забобонний страх - настільки незвичними були навітьнайпростіші механічні пристосування. Мельникам приписували спілкування знечистою силою. Час йшов, і люди все частіше замислювалися про вітер як про джерелібезкоштовної енергії. Настав такий етап розвитку технології, коли сталибудувати електрогенератори. І в Данії в 1890 році побудували першийвітрогенератор для виробництва електрики. Такі вітрогенераторивстановлювалися у важкодоступних місцях, куди було незручно чи невигіднопередавати струм з звичайних електростанцій. Зрештою, вітрові турбіни сталидавати чверть всієї потрібної датської промисловості енергії. Між 1920 і 1930роками вітрові генератори стали з'являтися в Австралії та США. У 1937 році вКриму була побудована найбільша в світі, як говорили тоді, вітроелектричністанція. Вона дійсно була значних розмірів, але струм, якийвітрогенератор давав в електричну мережу Севастополя, потужністю своєї неперевищував 100 кВт.

Рис.4. Вітрогенератор вКаліфорнії

Росія має у своєму розпорядженнізначними ресурсами вітрової енергії, яка може бути використана внаступних регіонах: області: Архангельська, Астраханська, Волгоградська,Калінінградська, Камчатська, Ленінградська, Магаданська, Мурманська,Новосибірська, Пермська, Ростовська, Сахалінська, Тюменська; краю:Краснодарський, Приморський, Хабаровський; а також: Дагестан, Калмикія, Карелія,Комі, Ненецький автономний округ, Таймирський автономний округ, Хакасія, Чукотка,Якутія, Ямало-Ненецький автономний округ.

2. Типи верогенертаторов

Розроблено великукількість вітрогенераторів. Залежно від орієнтації осі обертання повідношенню до напрямку потоку вітрогенератори можуть бути класифікованінаступним чином (малюнок 5-7):

• з горизонтальною віссюобертання, паралельної напрямку вітрового потоку;

• з горизонтальною віссюобертання, перпендикулярної напрямку вітру (подібні водяному колесу);

• з вертикальною віссюобертання, перпендикулярної напрямку вітрового потоку .

Рис.5. Вітрогенераториз горизонтальною віссю обертання

Рис.6. Вітрогенераториз вертикальною віссю обертання з використанням сили опору і підйомноїсили

Рис.7. Вітрогенераториінших типів

Розроблені такожпристрої для перетворення енергії вітру в електроенергію без застосуваннярухомих частин. До них відноситься, наприклад, пристрій, в якому длявироблення електричної енергії на основі термоелектричного ефекту Томсоназастосовується процес охолодження у вітровому потоці.

а) Вітрогенератори згоризонтальною віссю обертання

Вітрогенератори згоризонтальною віссю обертання можуть використовувати для перетворення енергіївітру підйомну силу або силу опору. Пристрої, що використовують підйомнусилу, переважніше, оскільки вони можуть розвинути в кілька разів більшусилу, ніж пристрої з безпосередньою дією сили опору.Останні, крім того, не можуть переміщатися зі швидкістю, що перевищує швидкістьвітру. Внаслідок цього лопаті, на які діє підйомна сила(Вітроколеса), можуть бути більш швидкохідними (швидкохідність-відношенняокружної швидкості елемента поверхні до швидкості вітру) та мати кращеспіввідношення потужності і маси при меншій вартості одиниці встановленої потужності.

Вітроколесо може бутивиконано з різною кількістю лопатей; від однолопастний вітрогенераторів зконтрвагами до багатолопатеве (з числом лопатей до 50 і більше). Вітроколеса згоризонтальною віссю обертання виконують іноді фіксованими у напрямку,тобто вони не можуть обертатися відносно вертикальної осі, перпендикулярноїнапрямку вітру. Такий тип вітрогенераторів використовується лише за наявностіодного, пануючого напрямку вітру. У більшості ж випадків система, наякої укріплено вітроколесо (так звана голівка), виконується поворотною,орієнтується за напрямком вітру. У малих вітрогенераторів як правилозастосовуються для цієї мети хвостові оперення, у великих - орієнтацією управляєелектроніка.

Для обмеження частотиобертання вітроколеса при великій швидкості вітру використовується ряд методів, у томучислі установка лопатей у флюгерне ​​положення, використання клапанів,встановлених на лопатях або обертових разом з ними, а також пристрої длявиведення вітроколеса під вітру за допомогою бокового плану, розташованогопаралельно площині обертання колеса.

Лопаті можуть бутибезпосередньо закріплені на валу генератора, або ж обертаючий момент можепередаватися від його обода через вторинний вал до генератора, або інший робочоїмашині.

З малюнка 8 видно, яквстановлена ​​потужність Руст, що розвивається вітроколеса з горизонтальною віссюобертання, залежить від його розмірів.

Рис.8. Потужностівітрогенераторів різних розмірів при швидкості вітру 7,6 м/с

Перпендикулярненапрямок дії вітру на установки з горизонтальною віссю обертаннявиявилося малоефективним, оскі...льки також вимагає використання системорієнтації і порівняно складних методів знімання потужності, що веде до втрати їхефективності. Вони не мають переваг в порівнянні з іншими типамивітродвигунів з горизонтальною і вертикальною віссю обертання.

б) Вітрогенератори звертикальною віссю обертання

Такі ротори маютьважливі переваги перед вітрогенераторами з горизонтальним розташуванням осі.Для них відпадає необхідність у пристроях для орієнтації на вітер,спрощується конструкція і зменшуються гіроскопічні навантаження, що викликаютьдодаткові напруги в лопатях, системі передач та інших елементахустановок з горизонтальною віссю обертання.

До таких установоквідносяться пристрої з пластинами, чашоподібні або турбінними елементами, атакож роторами Савоніуса з лопатями S-подібної форми, на які дієтакож і підйомна сила. Пристрої такого типу володіють великим початковиммоментом, однак меншими швидкохідністю і потужністю в порівнянні із звичайнимротором.

У 1920 р. у ФранціїДарині запропонував новий тип ротора, інтенсивною розробкою якого почализайматися з 1970 р. Зараз вітрогенератор Дарині може розглядатися вЯк основного конкурента вітрогенераторів крильчатого типу.

Ротор Дар'є відноситься доВітрогенератори, що використовують підйомну силу, яка з'являється на вигнутихлопатях, які мають в поперечному перерізі профіль крила. Ротор має порівняноневеликий початковий момент, і більшу швидкохідність, в силу цього -щодо велику питому потужність, віднесену до його маси або вартості.Такі ротори мають різну форму (О¦-, О”-, ОҐ-і ромб-образну)з однією, двома або більшим числом лопатей.

Крила пропелераповинні бути легкими і в той же час досить міцними. Вони робляться здерева, сталі або штучних матеріалів - таких як фіберглас.

Сучаснівітрогенератори звичайно, більш продуктивні ніж вітряки. Кількістьвироблюваного ними електрики залежить від сили вітру та площі лопатейпропелерів. Наприклад, збільшуючи вдвічі площа лопатей, можна отримативчетверо більше електрики.

Малі та середнівітрові турбіни як правило постачають електрикою острови або невеликівіддалені поселення. У США, наприклад, вітрогенератор на острові КаттіханкАйленд, розташованому неподалік від узбережжя штату Массачусетс, виробляєдостатньо енергії для постачання двохсот чоловік - всього населення острова. Внашій країні вітрогенератори застосовуються, в основному, на півночі - на Кольськомупівострові, в Якутії і навіть на антарктичних наукових станціях.

Сьогодні в США,Великобританії, Данії і Канаді виробляються вітрові турбіни потужністю 1 МВтелектроенергії (цього вистачає, щоб миттєво закип'ятити 500 чайників). Самівеликі вітрогенератори в світі - англійська LS-1 на острові Оркні іамериканська MOD5-B на Гавайських островах. Лопаті англійської турбіни маютьрозмах 60 метрів, вона виробляє приблизно 3 МВт електроенергії.Американська ще більше: розмах лопатей 96 метрів.

Однак навряд чи вітроваенергетика буде розвиватися по шляху гігантизму. Швидше, майбутнє належитьсереднім турбін, більш зручним у виробництві та експлуатації. Як би не буливеликі і потужні сучасні вітрогенератори, вони поки що не можуть повністюзабезпечити потреби великих міст. Невеликі вітрові електростанціїуспішно діють у багатьох країнах світу. У США, наприклад, де безліч ферм імалих міст розташовано у важкодоступній місцевості, всіляко заохочуєтьсябудівництво вітрогенератор в 1,5 кіловата. На одному з Північно-Фризькихостровів в Німеччині вже багато років працює установка для опріснення морськоїводи, а на острові Пельворм навіть створений полігон для випробувань різних моделейвітроустановок. У нашій країні вітрогенератори малої потужності успішнозастосовуються в південних тваринницьких господарствах для механізації підйому води.Практика показала, що використання їх обходиться в 4 рази дешевше, ніжвикористання дизельних двигунів, і в 10 разів дешевше підвозу водиавтомобілями.

Мінливість силивітру вимагає надійної акумуляції (збереження) енергії на періоди затишку.Однак існуючі акумулятори електроенергії дуже дорогі і можуть працювати зхорошою віддачею лише з малими вітрогенераторами. Внаслідок цього енергію вітрукраще акумулювати в самому продукті, який вона виробляє, - в змеленогоборошні, подрібнених кормах, воді, що наповнила водонапірну башту. Все цепідвищує цінність застосування вітрової енергії саме в сільському господарстві.

Одна з перевагвітроустановок полягає в тому, що вони діють як би в унісон з нашимипотребами. У більшості регіонів земної кулі найбільш сильні вітру дмуть восениі на початку зими - як троянд тоді, коли людина найбільше потребує у світлі татеплі. І навпаки, часи затишшя - в основному влітку - збігаються з періодамискорочення споживання енергії (ми говоримо, зрозуміло, про побутове споживанні).Але це та інші гідність виглядають блідувато в порівнянні з основнимнедоліком: щоб збільшити потужність вітроустановки, треба нарощувати розмірлопатей, тобто, важкою конструкцію. Однак тоді для роботивітрогенератора буде потрібно ще більша швидкість вітру, а значить, звузятьсярайони застосування установки. Зачароване коло.

Також є такірізновиди:

Вітрогенератори

Вітрогенераторбезшумний, інерційний з вертикальним ротором, що використовує в своїй роботіпринцип магнітної левітації - це єдино правильне вкладення грошей вперіод світової економічної кризи для повного автономного забезпеченняелектроенергією, опаленням, ГВП.

Вітрогенераторивиготовляються різної потужності від 500Вт-25кВт.

Коженротор проходить серію регулювань і центрування, тому в майбутньому потрібнобезперебійна робота двох магнітів, виконаних із спеціальних сплавівнеодимові магніти. Вони спроектовані, вироблені і випробувані в різнихкліматичних умовах.

Додостоїнствам вітрогенераторів можна віднести самостарт (на швидкості 1.5 м/с) ісамораскрутку на швидкості вітру 3.5 м/сек, плавну роботу за рахунок зсувулопатей закріплених на верхній кришці вітрогенератора щодо монолітнозакріпленого короба. Лопаті зафіксовані на верхній кришці генератора.легко зміщається щодо тіла завдяки неодіумовим магнітів, ширяючимиодин над одним (ці магніти виконують роль підшипників). через відсутністьтертя між магнітами, лопатям легко розкрутити кришку генератора до якої звнутрішньої сторони приєднані також неодіумовие магніти. Між полюсамияких при ковзанні знаходяться мідні котушки.

Малівітрогенератори

Домалої вітроенергетики відносяться установки потужністю менше 100 кВт. Установкипотужністю менш 1 кВт відносяться до мікро-вітряної енергетики. Вони застосовуються наяхтах, с/г фермах для водопостачання і т. д.

Малівітрогенератори можуть працювати автономно, тобто без підключення до загальноїелектричної мережі.

Будовамалої вітряної установки:

-Ротор,лопаті, вітротурбіна

-Генератор(Як правило це синхронний трифазний з порушенням від постійних магнітівнапругою = 24 В)

-Щоглаз розтяжками

-Контролерзаряду акумуляторів

-Акумулятори(Необслуговувані на 24 В)

-Інвертор(= 24 В -> ~ 220 В 50Гц)

-Мережа

Вважається,що застосування малих вітрогенераторів в побуті малоцелесообразно через:

-Високоївартості інвертора ~ 50% вартості всієї установки (застосовується дляперетворення змінного або постійного струму одержуваного від вітрогенераторав ~ 220В 50Гц (і синхронізації його по фазі із зовнішньою мережею при роботігенератора в паралель))

-Високоївартості акумуляторних батарей ~ 25% вартості установки (використовується вЯк джерело безперебійного живлення при відсутності або пропажі зовнішньогомережі)

-Длязабезпечення надійного електропостачання до такої установці іноді додаютьдизель-генератор, який можна порівняти за вартістю з усією установкою.

ВНині, незважаючи на зростання цін на енергоносії, собівартістьелектроенергії не становить скільки-небудь значну величину в основноїмаси виробництв на тлі інших в...итрат. Ключовим для споживача залишаєтьсянадійність і стабільність електропостачання.

Основнимифакторами призводять до подорожчання енергії одержуваної від вітрогенераторівє:

-Необхідністьотримання електроенергії промислового якості ~ 220В 50 Гц (застосовуєтьсяінвертор)

-Необхідністьавтономної роботи протягом деякого часу (застосовується акумулятори)

-Необхідністьтривалої безперебійної роботи споживачів (застосовується дизель-генератор)

ВНині найбільш економічно доцільно одержання за допомогою вітрогенераторівНЕ електричної енергії промислового якості, а постійного або змінногоструму (змінної частоти) з подальшим перетворенням його з помощю ТЕНів втепло, для обігріву житла і отримання гарячої води. Ця схема має кількапереваг:

Опаленняє основним енергоспоживачів будь-якого будинку в Росії.

Схемавітрогенератора і керуючої автоматики кардинально спрощується.

Схемаавтоматики може бути в самому простому випадку побудована на декількох тепловихреле.

Вяк акумулятор енергії можна використовувати звичайний бойлер з водою дляопалення та гарячого водопостачання.

Споживаннятепла не так вимогливо до якості та безперебійності, температуру повітря вприміщенні можна потдержівать в широких діапазаонах 19-25 В° С - в бойлерахгарячого водопостачання - 40-97 В° С без шкоди для споживачів.

Найбільшперспективними регіонами для розвитку малої вітроенергетики вважаються регіониз вартістю електроенергії більш [fde_1327662571_7213571626_1327662571_1261357276_8952], 1 за кВт В· год Собівартістьелектроенергії, виробленої малими вітрогенераторами в 2006 р. в СШАстановила за кВт В· год AWEA очікує, що в найближчі 5 роківВітряніВ

3. Компоненти

Донаступні елементи: