Пристрій для перетворення кінетичної енергії потоку вітру в механічну енергію обертання ротора з подальшим її перетворенням на електричну енергію, – це і є вітроенергетична установка (вітрогенератор) або скорочено ВЕУ.
Їх можна поділити на три категорії: промислові, комерційні та побутові (які для приватного використання).
Промислові зазвичай встановлюються державою чи великими енергетичними корпораціями. Їх об’єднують у мережі, де сукупність кількох вітроенергетичних установок, зібраних у одному чи кількох місцях називаються – вітряна електростанція (скорочено ВЕС). Єдина важлива вимога для ВЕС – високий середньорічний рівень вітру.
Потужність сучасних вітрогенераторів сягає 8 МВт. Вона залежить від потужності повітряного потоку (Ν), що визначається швидкістю вітру і площею, що ометається Ν=ρSV³/4, де: V – швидкість вітру, ρ – щільність повітря, S – ометаемая площа.
Принцип роботи
Вітрогенератор – це щогла, нагорі якої розміщується контейнер з генератором та редуктором. До осі редуктора вітряної електростанції прикріплено лопаті. Контейнер електростанції повертається залежно від напряму вітру.
Якщо коротко принцип роботи можна подати так.
Потоки вітру обертають лопаті: проходять через турбіну, приводить її в дію і починає обертатися. На валу турбіни виникає енергія, яка пропорційна вітровому потоку. Чим сильніший вітер, тим більше енергії виникає. Далі енергія передається валом ротору на мультиплікатор (якщо він є), який її генерує. Враховується, що продуктивнішими є пристрої без мультиплікатора, який прискорює обертання осі, тому що не створюється, а природно і не витрачається зайва енергія, при цьому швидкості вітру цілком достатньо для оптимальної роботи вітрогенератора. Генератор перетворює механічну енергію на електричну.
Потужність вітрогенератора вимірюється «площею турбіни, що омітається». Чим більший розмір лопат, тим більшу потужність він створює.
Тому, якщо розмір турбіни не великий, то потрібен дуже сильний потік вітру, щоб потужність була високою, і навпаки – велика турбіна може видавати ту ж потужність за слабкого вітру.
Але для того, щоб робота вітрогенератора була збалансованою та видавала потрібну кількість енергії, потрібно на етапі проектування правильно розрахувати всі необхідні параметри вітряної електростанції.
Пристрій
ВЕУ складається з:
- Вітротурбіни, встановленої на щоглі з розтяжками і ротором, що розкручується, або лопатями;
- Електрогенератор;
отримана електроенергія надходить у:
- Контролер заряду акумуляторів, підключений до акумуляторів (зазвичай на 24 В)
- Інвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц), підключений до електромережі
Промислова вітрова установка складається з наступних деталей:
- Фундамент
- Силова шафа, що включає силові контактори та ланцюги управління
- Вежа
- Сходи
- Поворотний механізм
- Гондола
- Електричний генератор
- Система стеження за напрямом та швидкістю вітру (анемометр)
- Гальмівна система
- Трансмісія
- Лопаті (як правило, три, оскільки ротори з двома лопатями піддаються великим навантаженням у момент, коли пара лопат вертикальна, а більше трьох лопат створюють надлишковий опір повітря)
- Система зміни кута атаки лопаті
- Обтічник
А також у наявності: система пожежогасіння, телекомунікаційна система для передачі даних про роботу, система блискавкозахисту та привід живлення.