Устройство для преобразования кинетической энергии потока ветра в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию, — это и есть ветроэнергетическая установка (ветрогенератор) или сокращенно ВЭУ.
Их можно разделить на три категории: промышленные, коммерческие и бытовые (которые для частного использования).
Промышленные обычно устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Их объединяют в сети, где совокупность нескольких ветроэнергетических установок, собранных в одном или нескольких местах называются – ветрянная электростанция (сокращенно ВЭС). Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра.
Мощность современных ветрогенераторов достигает 8 МВт. Она зависит от мощности воздушного потока (Ν), определяемой скоростью ветра и ометаемой площадью Ν=ρSV³/4, где: V — скорость ветра, ρ — плотность воздуха, S — ометаемая площадь.
Принцип работы
Ветрогенератор — это мачта, наверху которой размещается контейнер с генератором и редуктором. К оси редуктора ветряной электростанции прикреплены лопасти. Контейнер электростанции поворачивается в зависимости от направления ветра.
Если кратко принцип работы можно представить следующим образом.
Потоки ветра вращают лопасти: проходят через турбину, приводит её в действие и она начинает вращаться. На валу турбины возникает энергия, которая будет пропорциональна ветровому потоку. Чем сильнее ветер, тем большее количество энергии возникает. Далее энергия передается по валу ротору на мультипликатор (если он есть), который её генерирует. Учитывается, что более продуктивными являются устройства без мультипликатора, который ускоряет вращение оси, потому что не создается, а естественно и не растрачивается лишняя энергия, при этом скорости ветра вполне достаточно для оптимальной работы ветрогенератора. Генератор превращает механическую энергию в электрическую.
Мощность ветрогенератора измеряется «ометаемой» площадью турбины. Чем больший размер лопастей, тем большую мощность он создает.
Поэтому, если размер турбины не большой, то нужен очень сильный поток ветра, чтобы мощность была высокой, и наоборот – большая турбина может выдавать ту же мощность при более слабом ветре.
Но для того, чтобы работа ветрогенератора была сбалансированной и выдавала нужное количество энергии, нужно на этапе проектирования правильно рассчитать все необходимые параметры ветряной электростанции.
Устройство
ВЭУ состоит из:
- Ветротурбины, установленной на мачте с растяжками и раскручиваемой ротором либо лопастями;
- Электрогенератора;
полученная электроэнергия поступает в:
- Контроллер заряда аккумуляторов, подключенный к аккумуляторам (обычно на 24 В)
- Инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц), подключенный к электросети
Промышленная ветровая установка состоит из следующих деталей:
- Фундамент
- Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
- Башня
- Лестница
- Поворотный механизм
- Гондола
- Электрический генератор
- Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
- Тормозная система
- Трансмиссия
- Лопасти (как правило, три, поскольку роторы с двумя лопастями подвергаются большим нагрузкам в момент, когда пара лопастей вертикальна, а больше трёх лопастей создают избыточное сопротивление воздуха)
- Система изменения угла атаки лопасти
- Обтекатель
А также в наличии: система пожаротушения, телекоммуникационная система для передачи данных о работе, система молниезащиты и привод питча.