Trang trại gió (trang trại gió) - các thiết bị có thiết kế đặc biệt trong đó năng lượng gió được chuyển đổi thành năng lượng điện. Mỗi ngày họ trở nên phổ biến hơn. Sử dụng các nguồn năng lượng tự nhiên và quan trọng nhất là năng lượng tái tạo, các nhà máy điện gió thuận tiện và đơn giản, được gọi là cối xay gió, là một sự thay thế tuyệt vời cho các nhà máy điện truyền thống, đặc biệt là trong nhà riêng.
Sử dụng năng lượng gió
Cối xay gió, hay đúng hơn là nguyên tắc hành động của họ, đã bị lãng quên một cách không đáng có trong những năm hai mươi của thế kỷ trước. Tuy nhiên, năng lượng gió không được sử dụng ngay cả khi đó để có được năng lượng điện. Cô cung cấp cối xay, được sử dụng làm động lực cho tàu thuyền, và sau đó đã phóng máy bơm để bơm nước vào bể, nghĩa là biến thành năng lượng cơ học.
Năng lượng gió bắt đầu phát triển nhanh chóng vào cuối những năm sáu mươi của thế kỷ XX cuối cùng. Vào thời điểm đó, các nhà cung cấp năng lượng truyền thống trở nên thiếu thốn, ngoài ra, họ tăng giá mạnh, và các vấn đề môi trường liên quan đến việc sử dụng của họ ngày càng trở nên gay gắt.
Ông thúc đẩy việc sử dụng các nguồn điện thay thế, bao gồm cả năng lượng gió và tiến bộ công nghệ. Các vật liệu cường độ cao và khá nhẹ mới đã xuất hiện, cho phép xây dựng các tòa tháp cao tới 120 m và lưỡi kiếm khổng lồ.
Gió thổi ở nhiều khu vực trên hành tinh có thể xoay tua-bin của nhà máy điện với tốc độ đủ để cung cấp năng lượng cho nhà riêng, trang trại nhỏ hoặc trường học ở khu vực nông thôn.
Nhưng trong bất kỳ thùng mật ong nào cũng có ít nhất một con ruồi trong thuốc mỡ. Gió không thể bị khuất phục, nó không phải lúc nào cũng thổi, đặc biệt là cùng hướng và cùng tốc độ. Tiến bộ công nghệ không đứng yên. Nếu ngày nay các trang trại gió cho một ngôi nhà tư nhân, tạo ra hàng trăm kilowatt điện, không còn là chuyện hiếm, thì ngày mai, có thể hàng chục megawatt sẽ trở thành thói quen hàng ngày. Trong mọi trường hợp, đã có các trang trại gió với công suất từ 5 mW trở lên.
Ưu điểm và nhược điểm của trang trại gió
Ngoài việc sử dụng năng lượng gió miễn phí và độc lập với các nguồn điện bên ngoài, các nhà máy điện gió có một số lợi thế đáng kể. Không có vấn đề môi trường về lưu trữ và xử lý chất thải, và phương pháp sản xuất năng lượng là một trong những phương pháp thân thiện với môi trường nhất. Không đề cập đến việc một tuabin gió trông như thế nào trên bầu trời, có thể coi lợi thế của nó là việc lắp đặt có thể là cả tĩnh và di động.
Ngoài ra, ngày nay đã có thể chọn một trang trại gió với mô hình và công suất phù hợp hoặc sử dụng nhà máy kết hợp sử dụng một số nguồn năng lượng, truyền thống và thay thế. Nó có thể là một nhà máy điện diesel hoặc năng lượng mặt trời gió.
Trang trại gió cũng có nhược điểm. Đầu tiên, chúng ồn ào đến mức phải tắt các cài đặt lớn vào ban đêm. Thứ hai, họ thường can thiệp vào giao thông hàng không hoặc sóng radio. Thứ ba, chúng cần được đặt trên các khu vực thực sự lớn. Và có một nhược điểm đáng kể khác của các cấu trúc thùy - chúng phải được tắt trong các chuyến bay chim theo mùa hàng loạt.
Các loại trang trại gió
Theo chức năng của nhà máy điện, các trang trại gió có thể được chia thành văn phòng phẩm và di động, hoặc điện thoại di động.Cài đặt cố định mạnh mẽ đòi hỏi một loạt các công việc chuẩn bị, nhưng chúng có thể tích lũy đủ năng lượng để sử dụng trong thời tiết bình tĩnh trong pin sạc.
Các nhà máy điện di động có thiết kế đơn giản hơn, không phô trương, dễ lắp đặt và dễ vận hành. Chúng thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện hoặc khi đi du lịch.
Thiết kế phân biệt giữa các trang trại gió cánh quạt và cánh quạt.
Tại nơi lắp đặt trang trại gió có:
- mặt đất. Chúng được cài đặt trên mặt đất cao và phổ biến nhất hiện nay;
- ven biển. Chúng được xây dựng ở vùng ven biển của biển và đại dương, nơi do đất và nước nóng không đều, gió liên tục thổi;
- ngoài khơi. Chúng được xây dựng trên biển ở khoảng cách 10-15 km từ bờ biển, nơi gió biển liên tục thổi;
- nổi. Chúng cũng nằm ở khoảng cách tương tự từ bờ biển như ngoài khơi, nhưng trên một nền tảng nổi.
Theo phạm vi của nhà máy điện, tuabin gió là công nghiệp và trong nước.
Trang trại gió Vane
Các trang trại gió Vane, dẫn đầu trong thị trường năng lượng gió, đã trở nên quen thuộc. Trên một giấc mơ cao, một cơ chế lưỡi được cài đặt với trục xoay ngang, chủ yếu là một lưỡi ba lưỡi và sức mạnh của nó phụ thuộc vào kích thước của lưỡi dao. Do đó, một tổ hợp như vậy đạt tốc độ quay tối đa khi các cánh quạt vuông góc với luồng gió, do đó, thiết kế của nó cung cấp cho thiết bị quay trục xoay tự động dưới dạng cánh ổn định trên các hệ thống điều khiển ngáp nhỏ và điện tử tại các trạm mạnh hơn.
Trang trại gió Vane khác nhau chủ yếu bởi số lượng cánh quạt. Chúng có thể là đa lưỡi, hai lưỡi, thậm chí với một lưỡi và đối trọng.
Trang trại gió quay
Các nhà máy điện gió quay, hoặc quay, có trục quay thẳng đứng và không phụ thuộc vào hướng gió. Đây là một lợi thế quan trọng khi sử dụng dòng không khí ngáp trên bề mặt. Nhược điểm của một trang trại gió của thiết kế này là việc sử dụng máy phát điện đa cực hoạt động ở tốc độ thấp và không phổ biến.
Các cài đặt này di chuyển chậm và do đó, không tạo ra nhiều tiếng ồn. Ngoài ra, ưu điểm của chúng là sự đơn giản của các mạch điện, không bị xâm phạm bởi những cơn gió bất chợt ngẫu nhiên.
Các chuyên gia tin rằng các trang trại gió quay là hứa hẹn nhất cho năng lượng gió lớn. Đúng, để thúc đẩy việc cài đặt như vậy, năng lượng bên ngoài phải được áp dụng cho nó. Chỉ khi đạt được hiệu suất khí động học nhất định, nó mới tự chuyển sang chế độ máy phát từ chế độ động cơ.
Hệ thống động cơ diesel gió kết hợp
Nhược điểm của tuabin gió - cung cấp điện không đồng đều - trong các mạng lớn được bù đắp bởi một số lượng lớn lắp đặt.
Bạn cũng có thể bù cho nhược điểm này bằng các hệ thống kết hợp trong đó có các thiết bị đặc biệt phân phối tải giữa nhà máy điện gió (tuabin gió) và động cơ diesel. Do đó, các mạng tự trị có công suất thấp từ 0,5 đến 4 MW kết hợp với động cơ diesel có thể hoạt động đáng tin cậy và đồng đều.
Thiết bị hiện đại, giúp tiết kiệm khoảng 65% nhiên liệu lỏng mỗi năm, cho phép bạn kết nối động cơ diesel hoặc tắt nó chỉ trong vài giây nếu cần thiết.
Trang trại gió công nghiệp và gia đình
Các nhà máy điện gió gia dụng có công suất từ 250 W đến 15 kW, có thể hoạt động cùng với các tấm pin mặt trời, có hoặc không có pin.
Điện được tạo ra bởi các trang trại gió hộ gia đình khá đắt tiền, nhưng điều thường xảy ra là đơn giản là không có nguồn nào khác.
Các trang trại gió trong nước ở Nga được sản xuất với một máy phát điện trực tiếp có thể sạc pin lên tới 800 Ah. Tất cả các thiết bị gia dụng có thể làm việc từ các loại pin như vậy trong nhà: TV, ấm đun nước điện, v.v.
Quá trình sạc pin sau khi ngắt kết nối tải có thể khá lâu, tùy thuộc vào cường độ của gió và công suất của máy phát.
Ngoài ra còn có các trang trại gió trong nước ở thị trường Nga, chúng khá đắt tiền, nhưng chúng thường cho ra ít hơn một nửa công suất định mức.
Các trang trại gió công nghiệp được phân biệt bởi sức mạnh lớn hơn đáng kể và thường được tích hợp vào các mạng đơn lẻ.
Các trang trại gió tư nhân thường có công suất từ 3 đến 5, ít hơn 10 kW. Nếu tốc độ gió trung bình hàng năm trong khu vực đạt 3-4 m / s, thì một trang trại gió như vậy có thể cung cấp điện cho một ngôi nhà nông thôn trung bình, trạm dịch vụ hoặc một quán cà phê nhỏ.
Các đặc điểm chính của trang trại gió
Công suất định mức là chỉ số chính đặc trưng cho tất cả các nhà máy điện, tuabin gió cũng không ngoại lệ. Nó được xác định bởi công suất do máy phát tạo ra ở tốc độ gió trung bình 12 m / s, và phụ thuộc vào loại trạm.
Chỉ số quan trọng tiếp theo là điện áp danh định của trang trại gió mà máy phát tạo ra. Nó có thể là 220 V hoặc 12 V và 24 V.
Công suất điện của máy phát phụ thuộc vào công suất của tuabin. Vì công suất của tuabin càng cao, đường kính của nó càng lớn và do đó, cột càng mạnh, chỉ báo này rất quan trọng khi chọn và tính toán thiết kế của cột.
Tua bin gió có một số đặc điểm hơn. Hiệu suất của nó rất quan trọng - đây là lượng điện mà thiết bị tạo ra mỗi năm. Khi chọn một tuabin gió, cần phải biết tốc độ gió tối đa mà tuabin có thể chịu được, và tốc độ (bắt đầu) tối thiểu mà nó bắt đầu quay. Khi chọn tốc độ quay của tuabin, và số lượng cánh quạt đóng vai trò.
Nguyên lý hoạt động và sắp xếp trang trại gió
Trong một trang trại gió, một luồng không khí quay một bánh xe với lưỡi dao, từ đó mô-men xoắn được truyền đến các cơ chế khác. Kích thước của bánh xe càng lớn, luồng khí mà nó thu được càng lớn và do đó quay nhanh hơn.
Trong ngôn ngữ vật lý, tốc độ gió tuyến tính được chuyển thành tốc độ góc quay của trục của máy phát, từ đó chuyển đổi chuyển động quay thành năng lượng điện, truyền nó qua bộ điều khiển đến pin. Tại lối ra của thiết bị, điện đã phù hợp để sử dụng trong nước.
Đó là, một trang trại gió nhỏ bao gồm một tuabin, cánh quạt, đuôi (cơ chế quay), cột buồm với cáp kéo dài, pin, bộ điều khiển sạc và biến tần chuyển đổi 12 V thành 220 V.
Ngoài các thiết bị này, một trang trại gió công nghiệp cũng chứa các hệ thống theo dõi hướng gió và tốc độ của nó, trạng thái của máy phát điện gió và bảo vệ chống phóng điện. Ngoài ra, cột buồm không đối phó với tải trọng của quy mô lớn hơn và nó được thay thế bằng một tòa tháp, trong đó tất cả các thiết bị bổ sung được đặt.
Thiết kế trang trại gió
Chỉ số chính cho phép bạn quyết định sử dụng trang trại gió là tốc độ gió trung bình hàng năm, tối thiểu phải là 5 m / s. Thật vậy, ngày nay đã có những trang trại gió phân tán dễ dàng được thiết kế để cung cấp năng lượng cho các hộ gia đình tư nhân, bắt đầu hoạt động với tốc độ không khí tối thiểu 3,5 m / s.
Để xác định chỉ số này, biểu đồ gió đặc biệt được sử dụng.
Trong nhiều vùng khí hậu của Nga đo tốc độ gió đã được thực hiện để xác định các trang trại gió hiệu quả như thế nào. Tua bin gió và các trạm đã hoạt động ở vùng Kaliningrad, trên Quần đảo Chỉ huy, ở Murmansk, Cộng hòa Sakha (Yakutia) và Bashkortostan.
Khi quyết định nên lắp đặt một nhà máy điện gió hay một trang trại gió tư nhân, bạn nên bắt đầu với các chuyên gia để tiến hành nghiên cứu về hướng và sức mạnh của gió bằng cách sử dụng máy đo gió và xây dựng bản đồ về sự sẵn có của năng lượng.Dựa trên những dữ liệu này, một thiết kế tuabin gió hoặc thiết kế của một số nhà máy, các thông số kỹ thuật và hình học của nó được tính toán và phát triển.
Không thể xây dựng một trang trại gió công nghiệp đủ năng lực mà không có nhà đầu tư, và các tính toán được thực hiện tốt và một dự án hoàn thành sẽ giúp xác định thời gian hoàn vốn của dự án và thu hút thêm tài chính.
Trang trại gió tư nhân
Theo số liệu thống kê được đánh giá thấp đáng kể, không tính đến các tòa nhà và công trình từ xa, khoảng 30% hộ gia đình tư nhân ở nông thôn, nơi không thể đặt mạng điện vì lý do kinh tế, không có điện. Không phải nơi nào cũng là máy phát điện cho nhiên liệu lỏng. Và đây là trong thế kỷ 21!
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các nhà máy điện gió có công suất khác nhau có thể được lắp đặt ở nhiều khu vực phía bắc và Viễn Bắc, trên Sakhalin và Kamchatka, ở khu vực Lower Volga, Siberia, Karelia và Bắc Caikaus.
Sự lựa chọn cài đặt bị ảnh hưởng bởi nhu cầu của khách hàng. Nếu cần thiết để đảm bảo hoạt động của máy móc nông nghiệp, một máy phát điện gió công suất thấp sẽ đối phó với nhiệm vụ này. Nếu bạn cần điện khí hóa toàn bộ tòa nhà, thiết lập hệ thống chiếu sáng đường phố, cung cấp hệ thống sưởi cho ngôi nhà, bạn cần thực hiện dự án nhà máy điện gió.
Ngoài tốc độ gió trung bình hàng tháng và hướng của nó, cần phải tính toán mức tiêu thụ trung bình hàng tháng và tải điện cao điểm. Tính toán như vậy, nếu muốn, dễ dàng thực hiện độc lập.
Có một chỉ số khác ảnh hưởng đến chi phí thiết bị và lắp đặt tuabin gió. Đây là chiều cao của cột buồm. Cấu trúc càng cao, tốc độ gió càng lớn và chi phí càng đắt. Theo các chuyên gia, tối ưu là chiều cao cột buồm lớn hơn 10 cây hoặc tòa nhà cao nhất trong bán kính 100 m.
Trang trại gió DIY
Đối với hoạt động của một máy bơm điện, tivi, ánh sáng hoặc các thiết bị điện năng lượng thấp khác trong một ngôi nhà mùa hè, việc lắp đặt điện gió có thể được thực hiện bằng tay của chính mình, nếu có một số kiến thức về kỹ thuật điện.
Có dữ liệu tham khảo và các khuyến nghị để chọn công suất của máy phát điện gió, kích thước và số lượng cánh quạt của nó và hướng dẫn khá chi tiết về cách tạo ra một nhà máy điện gió bằng tay của chính bạn, từ vật liệu và thành phần nào.
Ngày nay, các khoản đầu tư vào việc xây dựng các trang trại gió lớn đang phát triển ở châu Âu. Xây dựng hàng loạt giúp giảm chi phí của một kilowatt và đưa nó gần hơn với giá điện nhận được từ các nguồn truyền thống.
Thiết kế của các trang trại gió liên tục được cải tiến, các chỉ số khí động học và điện được cải thiện, giảm tổn thất.
Các trang trại gió tại nhà được các nhà kinh tế ước tính là các dự án năng lượng hiệu quả nhất. Trong tương lai, họ hứa hẹn sự độc lập khỏi các xu hướng tiêu cực trong thị trường này.
