Để sử dụng năng lượng gió, bạn sẽ cần những chi tiết này:

• cánh gió – nắm bắt luồng gió, truyền xung tới máy phát điện gió;
• máy phát điện và bộ điều khiển gió – góp phần chuyển đổi xung thành dòng điện một chiều;
• pin – lưu trữ năng lượng;
• biến tần - giúp chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều.

Thiết kế và các loại nhà máy điện gió

Nhà máy điện gió là một trong những lựa chọn để sản xuất năng lượng thay thế. Năng lượng gió là loại năng lượng tái tạo, cùng với năng lượng mặt trời, nhiệt điện… Tiềm năng của năng lượng gió tất nhiên kém hơn năng lượng mặt trời nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu năng lượng hiện đại của nhân loại. Hiệu suất của các nhà máy điện gió thấp, cao nhất là 30%. Tuy nhiên, việc xây dựng của họ vẫn tiếp tục và chúng được coi là một loại hình lắp đặt năng lượng khá hứa hẹn.

Một trang trại gió bao gồm một số lượng máy phát điện nhất định được lắp ráp lại với nhau. Các trang trại gió lớn bao gồm tới 100 máy phát điện gió độc lập trở lên. Trong tài liệu bạn cũng có thể tìm thấy cái tên ─ trang trại gió. Cần phải nói ngay rằng những nhà máy điện như vậy chỉ có thể được xây dựng ở một số khu vực nhất định trên hành tinh. Ở những nơi này, tốc độ gió trung bình tối thiểu phải là 4,5 mét/giây.

Điều đáng chú ý là thông tin tiêu chuẩn từ các nhà khí tượng học không phù hợp khi đánh giá tính khả thi của việc xây dựng trang trại gió. Rốt cuộc, các nhà khí tượng học thu thập thông tin về gió ở độ cao lên tới 10 mét so với bề mặt Trái đất. Ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, các bản đồ đặc biệt về nguồn năng lượng gió được nhà nước tạo ra hoặc có sự tham gia của nhà nước.

Ví dụ về điều này bao gồm bản đồ gió và mô hình máy tính WEST của Canada. Việc này được thực hiện bởi Bộ Tài nguyên và Bộ Phát triển nước này. Với thông tin này, các doanh nhân có thể lên kế hoạch xây dựng trang trại gió ở bất kỳ đâu tại Canada. Liên Hợp Quốc đã lập bản đồ gió cho 19 quốc gia đang phát triển vào năm 2005.

Máy phát điện gió hoạt động như một phần của nhà máy điện gió được lắp đặt trên nhiều ngọn đồi có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. Và đây không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên, vì tốc độ gió càng lớn khi bạn ở càng cao so với bề mặt hành tinh. Do đó, máy phát điện gió hoạt động trên các tháp đặc biệt có chiều cao từ 30 đến 60 mét. Khi lập kế hoạch cho một trang trại gió, sự hiện diện của cây cối, các tòa nhà lớn, v.v. cũng được tính đến. Tất cả những điều này cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ gió.

Ngoài ra, khi xây dựng các nhà máy điện như vậy phải tính đến yêu cầu bảo vệ môi trường và tác động đến con người. Rốt cuộc, rất nhiều tiếng ồn phát ra từ việc lắp đặt như vậy. Các nước châu Âu từ lâu đã thông qua luật hạn chế mức ồn tối đa của các nhà máy điện gió. Vào ban ngày, con số này không được vượt quá 45 dB và vào ban đêm ─ 35 dB. Việc lắp đặt như vậy phải được đặt ở khoảng cách ít nhất 300 mét so với các tòa nhà dân cư. Ngoài ra, các nhà máy điện gió hiện đại cũng ngừng hoạt động khi chim di cư.

Các trang trại gió thường chiếm một không gian rộng lớn. Để xây dựng, các khu vực có dân cư thưa thớt và không tham gia vào hoạt động kinh tế được sử dụng. Trong số đó có:

• Vùng ven biển;
• Cái kệ;
• Sa mạc;
• Núi.

Nhà máy điện gió bao gồm các máy phát điện gió đứng độc lập. Chúng ta hãy xem nhanh thiết kế của họ. Nó bao gồm các thành phần và bộ phận sau:

• Rotor có lưỡi dao. Chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng quay. Thông thường, cánh quạt có ba cánh. Cánh của tuabin gió hiện đại có thể dài tới 30 mét. Trong hầu hết các trường hợp, chúng được làm bằng polyester, được gia cố bằng sợi thủy tinh. Tốc độ quay của lưỡi dao trung bình là 10─24 vòng/phút;
• Hộp số. Nhiệm vụ của nó là tăng tốc độ quay trục từ 10-24 vòng/phút từ rôto lên 1,5-3 nghìn vòng/phút ở đầu vào máy phát điện. Ngoài ra còn có thiết kế máy phát điện gió trong đó rôto được nối trực tiếp với máy phát điện;
• Máy phát điện. Nó chuyển đổi năng lượng quay thành điện năng;
• Cánh gió thời tiết và máy đo gió. Chúng nằm ở mặt sau của vỏ máy phát điện gió. Nhiệm vụ của họ là thu thập dữ liệu về tốc độ và hướng gió. Dữ liệu thu được được sử dụng để tăng sản lượng điện. Thông tin này được hệ thống điều khiển sử dụng để khởi động và dừng tuabin cũng như giám sát tuabin khi nó đang chạy. Cơ chế này quay bộ định tuyến theo hướng gió tối đa. Máy phát điện gió bắt đầu hoạt động ở tốc độ gió khoảng 4 mét/giây và tắt khi tăng trên 25 m/giây;
• Tòa tháp. Nó được sử dụng để lắp đặt máy phát điện gió ở độ cao. Chiều cao của máy móc hiện đại đạt tới 60 - 100 mét;
• Máy biến áp. Nó được thiết kế để chuyển đổi điện áp theo yêu cầu của mạng điện. Theo quy định, nó được đặt ở chân tháp hoặc được tích hợp vào đó.

Các loại nhà máy điện gió

• Duyên hải. Các nhà máy điện như vậy được xây dựng cách bờ biển một khoảng cách ngắn. Có gió thổi từ biển hoặc đại dương vào bờ biển. Nguyên nhân là do nước và đất nóng lên không đều. Ban ngày gió di chuyển từ bờ hồ vào bờ, ban đêm thì ngược lại từ bờ về phía nước.
• Đất. Đây là loại nhà máy điện gió phổ biến nhất, trong đó máy phát điện gió được lắp đặt ở nhiều độ cao khác nhau. Hơn nữa, việc xây dựng một máy phát điện gió trên các địa điểm đã chuẩn bị trước mất khoảng 2 tuần. Cần nhiều thời gian hơn đáng kể cho việc phê duyệt xây dựng từ các cơ quan quản lý. Việc xây dựng những nhà máy điện như vậy ở những vùng rất xa rất khó khăn vì việc lắp đặt chúng đòi hỏi phải có thiết bị nâng hạng nặng. Điều này có nghĩa là cần phải có đường vào. Ngoài ra, nhà máy điện phải được đấu nối vào mạng điện bằng cáp;
• Ngoài khơi. Những trang trại gió này được xây dựng cách bờ biển vài chục km. Ưu điểm của chúng là không chiếm không gian trên đất liền, không nghe được và hiệu quả cao hơn. Loại nhà máy điện này được xây dựng ở những nơi có độ sâu nông. Chúng được lắp đặt trên nền móng được làm bằng cọc đóng vào đất biển. Cáp ngầm được sử dụng để truyền tải điện vào lưới điện. Loại trang trại gió này đắt hơn so với lựa chọn trên bờ. Chúng đòi hỏi nền móng chắc chắn hơn và nước biển thường dẫn đến sự ăn mòn nhanh chóng các kết cấu kim loại. Khi xây dựng nhà máy điện loại này sử dụng tàu tự nâng;
• Nổi. Đây là loại nhà máy điện gió hiếm gặp. Khái niệm này từng được phát triển bởi kỹ sư Liên Xô Egorov (1930). Chiều cao lắp đặt của các máy phát điện gió như vậy là vài trăm mét so với mặt đất. Công suất của các tuabin như vậy là 30-40 kilowatt. Để nâng máy phát điện gió lên độ cao như vậy, người ta sử dụng một lớp vỏ bơm hơi không cháy chứa đầy khí heli. Dây thừng có độ bền cao được sử dụng làm chất dẫn điện được tạo ra;
• Nổi. Máy phát điện gió nổi đã xuất hiện tương đối gần đây. Về mặt cấu trúc, chúng là những bệ lớn với một tòa tháp kéo dài vài chục mét dưới nước. Và tòa tháp cao gần như tương tự trên mặt nước. Để ổn định hệ thống như vậy trên mặt nước, người ta sử dụng vật liệu dằn làm bằng đá và sỏi. Để ngăn tháp bị trôi, người ta sử dụng neo. Điện được truyền vào bờ bằng cáp dưới nước;
• Núi. Nhìn chung, đây là những nhà máy điện gió trên đất liền nhưng chỉ được xây dựng trên núi. Ở vùng núi gió thổi mạnh hơn nhiều. Do đó, các trạm như vậy hoạt động hiệu quả hơn.

Nhà máy điện gió (WPP) là một số nhà máy điện gió được tập trung tại một nơi và tích hợp vào một mạng lưới.

Con người đã quen với việc sử dụng năng lượng gió từ xa xưa. Ngày nay, sử dụng gió có nghĩa là tạo ra điện. Trang trại gió được xây dựng ở những nơi có tốc độ gió cao. Bạn cần phải tiến hành một nghiên cứu về khu vực trước. Dữ liệu khí tượng thông thường sẽ không đủ để xây dựng một trang trại gió. Cần phải nghiên cứu tốc độ và hướng gió trong vài năm. Các nhà máy điện gió được lắp đặt trên đồi hoặc đồi, máy phát điện được lắp đặt trên các tháp có chiều cao từ ba mươi đến sáu mươi mét. Đặc biệt chú ý đến cây cối và bụi rậm có thể ảnh hưởng đến gió.

Cấu tạo của nhà máy điện gió bao gồm máy phát điện, bộ chỉnh lưu, ắc quy và bộ biến tần.

Có 6 loại nhà máy điện gió:

1) Mặt đất;

Loại nhà máy điện gió trên bờ là phổ biến nhất hiện nay. Việc xây dựng đòi hỏi phải có đường đến công trường và thiết bị nâng hạ.

2) Ven biển;

Trang trại gió ven biển được xây dựng gần biển hoặc bờ biển. Trên bờ biển có gió di chuyển từ nước vào đất liền.

3) Ngoài khơi;

Các trang trại gió ngoài khơi được xây dựng trên biển, cách biển khoảng 10-50m. Ưu điểm của các cấu trúc như vậy là chúng hầu như không được nhìn thấy từ bờ biển và chúng cũng rất hiệu quả vì gió liên tục thổi trên biển.

4) Nổi;

Những chiếc nổi được lắp đặt trực tiếp trên biển sâu hàng trăm mét. Chiều cao của tháp thép là 65 mét.

5) Tăng vọt;

Các trang trại gió nổi nằm trên cao so với mặt đất.

6) Núi.

Miền núi, tương ứng, ở một khu vực miền núi.

Nhìn chung, chúng tôi lưu ý rằng việc thiết kế và lắp đặt một nhà máy điện gió không chỉ đòi hỏi sự nghiên cứu kỹ lưỡng và lâu dài về khí hậu của khu vực mà còn đòi hỏi chi phí tài chính lớn. Nguồn điện này đắt vì nó được lấy từ nguồn sạch. Ngoài ra, chi phí cao là do chi phí cao của các thiết bị cần thiết cho việc xây dựng. Việc bảo trì các nhà máy điện gió, tùy theo loại hình, cũng đòi hỏi rất nhiều chi phí.

Nguồn năng lượng vô tận mà các khối không khí mang theo luôn thu hút sự chú ý của mọi người. Ông cố của chúng ta đã học cách khai thác gió vào cánh buồm và bánh xe của cối xay gió, sau đó gió lao đi không mục đích trên khắp vùng đất rộng lớn của Trái đất trong hai thế kỷ.

Hôm nay công việc hữu ích lại được tìm thấy cho anh ấy. Máy phát điện gió cho một ngôi nhà riêng từ một điều mới lạ về mặt kỹ thuật đã trở thành một yếu tố thực sự trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các nhà máy điện gió, đánh giá các điều kiện để sử dụng có lợi và xem xét các giống hiện có. Trong bài viết của chúng tôi, những người thợ thủ công tại nhà sẽ nhận được thông tin để suy nghĩ về chủ đề tự lắp ráp cối xay gió và các thiết bị cần thiết để nó hoạt động hiệu quả.

Máy phát điện gió là gì?

Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện gió trong nước rất đơn giản: luồng không khí làm quay các cánh quạt gắn trên trục máy phát điện và tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây của nó. Điện được tạo ra sẽ được lưu trữ trong pin và được sử dụng bởi các thiết bị gia dụng khi cần thiết. Tất nhiên, đây là sơ đồ đơn giản về cách hoạt động của cối xay gió tại nhà. Về mặt thực tế, nó được bổ sung bởi các thiết bị chuyển đổi điện năng.

Ngay phía sau máy phát điện trong xích dẫn cáp có bộ điều khiển. Nó chuyển đổi dòng điện xoay chiều ba pha thành dòng điện một chiều và hướng nó để sạc pin. Hầu hết các thiết bị gia dụng không thể hoạt động với nguồn điện không đổi, vì vậy một thiết bị khác được lắp phía sau pin - bộ biến tần. Nó thực hiện hoạt động ngược lại: nó chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều trong gia đình có điện áp 220 Volts. Rõ ràng là những biến đổi này không trôi qua mà không để lại dấu vết và lấy đi một phần năng lượng ban đầu khá lớn (15-20%).

Nếu cối xay gió được ghép nối với pin năng lượng mặt trời hoặc máy phát điện khác (xăng, dầu diesel) thì mạch được bổ sung công tắc tự động (ATS). Khi nguồn hiện tại chính bị tắt, nó sẽ kích hoạt nguồn dự phòng.

Để đạt được công suất tối đa, máy phát điện gió phải được đặt dọc theo dòng gió. Trong các hệ thống đơn giản, nguyên lý cánh gió thời tiết được thực hiện. Để làm điều này, một lưỡi dao thẳng đứng được gắn vào đầu đối diện của máy phát điện, hướng nó về phía gió.

Các hệ thống lắp đặt mạnh mẽ hơn có động cơ điện quay được điều khiển bằng cảm biến hướng.

Các loại máy phát điện gió chính và tính năng của chúng

Có hai loại máy phát điện gió:

1. Với một rôto ngang.
2. Với rôto dọc.

Loại đầu tiên là phổ biến nhất. Nó được đặc trưng bởi hiệu suất cao (40-50%), nhưng có mức độ tiếng ồn và độ rung tăng lên. Ngoài ra, việc lắp đặt nó đòi hỏi không gian trống lớn (100 mét) hoặc cột buồm cao (từ 6 mét).

Máy phát điện có rôto thẳng đứng ít tiết kiệm năng lượng hơn (hiệu suất thấp hơn gần 3 lần so với máy phát điện nằm ngang).

Ưu điểm của chúng bao gồm cài đặt đơn giản và thiết kế đáng tin cậy. Tiếng ồn thấp giúp có thể lắp đặt máy phát điện thẳng đứng trên mái nhà và thậm chí trên mặt đất. Những cài đặt này không sợ đóng băng và bão. Chúng được phóng đi khi có gió yếu (từ 1,0-2,0 m/s) trong khi cối xay gió nằm ngang cần luồng không khí có cường độ trung bình (3,5 m/s trở lên). Máy phát điện gió trục đứng rất đa dạng về hình dạng cánh quạt (rotor).

Bánh xe cánh quạt của tuabin gió thẳng đứng

Do tốc độ rôto thấp (lên tới 200 vòng / phút), tuổi thọ cơ học của các hệ thống lắp đặt như vậy vượt xa đáng kể so với máy phát điện gió nằm ngang.

Làm thế nào để tính toán và lựa chọn một máy phát điện gió?

Gió không phải là khí tự nhiên được bơm qua đường ống hoặc dòng điện liên tục chảy qua dây dẫn vào nhà chúng ta. Anh ấy thất thường và hay thay đổi. Hôm nay một cơn bão làm tốc mái nhà và làm gãy cây cối, và ngày mai nó sẽ nhường chỗ cho sự yên tĩnh hoàn toàn. Do đó, trước khi mua hoặc tự chế tạo cối xay gió, bạn cần đánh giá tiềm năng năng lượng không khí trong khu vực của mình. Để làm được điều này, phải xác định được lực gió trung bình hàng năm. Giá trị này có thể được tìm thấy trên Internet theo yêu cầu.

Sau khi nhận được một bảng như vậy, chúng tôi tìm khu vực nơi chúng tôi cư trú và xem xét cường độ màu sắc của nó, so sánh nó với thang đánh giá. Nếu tốc độ gió trung bình hàng năm nhỏ hơn 4,0 mét/giây thì việc lắp đặt tuabin gió chẳng ích gì. Nó sẽ không cung cấp đủ lượng năng lượng cần thiết.

Nếu cường độ gió đủ để lắp đặt một nhà máy điện gió thì bạn có thể tiến hành bước tiếp theo: chọn công suất máy phát điện.

Nếu chúng ta đang nói về việc cung cấp năng lượng tự chủ ở nhà, thì mức tiêu thụ điện thống kê trung bình của 1 gia đình sẽ được tính đến. Nó dao động từ 100 đến 300 kWh mỗi tháng. Ở những vùng có tiềm năng gió hàng năm thấp (5-8 m/giây), một tuabin gió có công suất 2-3 kW có thể tạo ra lượng điện này. Cần lưu ý rằng vào mùa đông tốc độ gió trung bình cao hơn nên năng lượng sản xuất trong giai đoạn này sẽ lớn hơn vào mùa hè.

Lựa chọn máy phát điện gió. Giá gần đúng

Giá của máy phát điện gió thẳng đứng trong nước có công suất 1,5-2,0 kW nằm trong khoảng từ 90 đến 110 nghìn rúp. Gói ở mức giá này chỉ bao gồm một máy phát điện có cánh quạt, không có cột buồm và các thiết bị bổ sung (bộ điều khiển, biến tần, cáp, pin). Một nhà máy điện hoàn chỉnh bao gồm cả lắp đặt sẽ có giá cao hơn 40-60%.

Chi phí của các tuabin gió mạnh hơn (3-5 kW) dao động từ 350 đến 450 nghìn rúp (với công việc lắp đặt và thiết bị bổ sung).

Cối xay gió tự làm. Tiết kiệm vui vẻ hay thực sự?

Phải nói ngay rằng việc tự tay làm một chiếc máy phát điện gió đầy đủ và hiệu quả không hề đơn giản. Tính toán đúng bánh xe gió, cơ cấu truyền động, lựa chọn máy phát điện phù hợp với công suất và tốc độ là một chủ đề riêng. Chúng tôi sẽ chỉ đưa ra những khuyến nghị ngắn gọn về các giai đoạn chính của quá trình này.

Máy phát điện

Máy phát điện ô tô và động cơ điện từ máy giặt truyền động trực tiếp không phù hợp cho mục đích này. Chúng có khả năng tạo ra năng lượng từ bánh xe gió, nhưng lượng năng lượng đó sẽ không đáng kể. Để hoạt động hiệu quả, các máy phát điện tự phát cần tốc độ rất cao mà cối xay gió không thể làm được.

Động cơ cho máy giặt còn có một vấn đề khác. Ở đó có nam châm ferrite, nhưng máy phát điện gió cần những nam châm hiệu quả hơn - nam châm neodymium. Quá trình tự lắp đặt và quấn dây quấn mang dòng điện đòi hỏi sự kiên nhẫn và độ chính xác cao.

Theo quy định, công suất của thiết bị do bạn tự lắp ráp không vượt quá 100-200 watt.

Gần đây, bánh xe mô tô cho xe đạp và xe tay ga đã trở nên phổ biến đối với những người yêu thích DIY. Từ quan điểm năng lượng gió, đây là những máy phát neodymium mạnh mẽ, phù hợp tối ưu để làm việc với bánh xe gió thẳng đứng và sạc pin. Từ một máy phát điện như vậy, bạn có thể khai thác tới 1 kW năng lượng gió.

Bánh xe máy - máy phát điện làm sẵn cho nhà máy điện gió tự chế

Đinh ốc

Dễ chế tạo nhất là cánh quạt và cánh quạt. Đầu tiên bao gồm các ống cong nhẹ được gắn trên một tấm trung tâm. Lưỡi dao làm bằng vải bền được kéo qua mỗi ống. Sức gió lớn của cánh quạt đòi hỏi phải có bản lề buộc chặt các cánh quạt để khi có bão chúng có thể gập lại và không bị biến dạng.

Thiết kế bánh xe gió quay được sử dụng cho máy phát điện trục đứng. Nó rất dễ dàng để sản xuất và đáng tin cậy trong hoạt động.

Máy phát điện gió tự chế có trục quay ngang được cung cấp năng lượng từ cánh quạt. Những người thợ thủ công tại nhà lắp ráp nó từ ống nhựa PVC có đường kính 160-250 mm. Các lưỡi dao được gắn trên một tấm thép tròn có lỗ lắp trục máy phát điện.