小型风力涡轮机。方案、说明

家用小型风力发电机。无线电电子电气工程百科全书

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风能是一种环保、取之不尽的能源。风力发电厂（磨坊、风力涡轮机）用于将风能转化为电能。

用于发电的风车有多种尺寸。风力发电场（发电厂）中常用的大型风力涡轮机可以产生大量电力——数百兆瓦，可供应给数百户家庭。产生不超过 100 千瓦电力的小型风力涡轮机用于私人住宅、农场、家庭用地等，作为额外电力来源，并有助于减少对主要电力来源的支付。

功率为 20-500 W 的非常小的风车用于为电池充电和其他不需要大量电力的应用。

如果满足以下条件，小型风电场将具有成本效益：

您所在位置的风在一年中稳定地吹着很多天；
有足够的空间安装风车；
地方当局允许安装风车；
您的能源成本很高；
您未连接到电源或距离您很远；
您准备好投资风力涡轮机了吗？
为了避免与邻居发生问题，风车与他们的距离不应超过 250-300 m。

风要求

您家的风车在经济上是否可行，最重要的是取决于风的质量。在大多数情况下，4.0-4.5 m/s (14.4-16.2 km/h) 的年平均风速是风力发电机在经济上可行的最低要求。在风的分析中，您将得到提供俄罗斯和其他国家风地图的站点的帮助。

此外，当地气象站可以为您提供帮助，您可以在其中查看风力数据的存档。但是你应该注意车站的位置，因为。各种障碍物——树木、建筑物、山丘会导致风数据失真。

为了更准确地评估您所在地区的风，您需要购买测量风速的设备。如果您所在的地区是丘陵地带或具有不寻常的景观，则尤其如此。

风速测量仪器最重要的部分是风速计。它由一个安装在轴上的杯（或桨）转盘组成，该转盘连接到测量机构。风速计叶片旋转并产生与风速成比例的信号。购买风速计时，购买记录读数的设备以及安装它的三脚架、支架等并不是多余的。

有更昂贵的数字设备来测量风速。那里也使用风速计，但数据被发送到计算机，在那里进行处理和存储。最近，这些设备变得越来越流行和便宜。您可以在网站 gdeduet.ru 上查看实时采集和显示的风速数据示例

用什么测量仪器来估计风速并不重要，但至少每年一次你应该将你的数据与其他人进行比较。将测量设备放置在足够高的位置以避免树木、建筑物和其他障碍物造成的湍流也很重要。测量设备的最佳放置位置是其放置在风力涡轮机转子中心的水平面上。

家用小型风力发电机。风车

风力涡轮机的位置

非常重要的是您要放置风车的地方。请记住，您不应将其放置在树木、房屋等附近，因为。你不会得到风车的全部好处。

另请记住：

在山顶、海岸线、草原、没有树木和建筑物的地方，风力总是更大。
树木可以生长，但风车不能。
有必要提前告知邻居您的计划，以避免将来与他们发生问题。
建议将风车放置在与邻居足够远的地方。通常250-300m就足够了。

不要指望你的风电场能一直产生足够的电力。同一个地方的风速变化很大，因此产生的电量也会变化。而如果风力变化在10%以内，那么发电量将在25%以内变化！

家用小型风力发电机。每小时风速图示例

风力涡轮机的类型

风力涡轮机有两种主要类型：水平旋转轴和垂直轴。水平风车应朝向顺风方向。为此，他们的设计中提供了所谓的“尾巴”。

垂直风力发电机可以在任何风向工作，但需要更多的地面空间，因为。有必要为风车的稳定性提供妊娠纹。

家用小型风力发电机。风车的种类

风电场组件

典型风电场的主要组成部分如下图所示。

家用小型风力发电机。风电场组件

它们包括：

转子具有空气动力学形状的叶片。
减速器 或与转子和发电机之间的转速相匹配的齿轮箱。小型风车（最高 10 kW）通常没有变速箱。
防护罩，保护风力发电机的齿轮箱、发电机、电子设备和其他部件免受外部影响。
尾风车 - 必须在风中转动它。

对于具有水平旋转轴的风力涡轮机，需要一个桅杆（垂直风力涡轮机通常直接安装在地面上）。

桅杆有多种类型：拉线桅杆（刚性固定）、拉线旋转桅杆（可升降以进行维护和修理）、不带拉杆的独立式桅杆（它们很重，但不占用太多空间在地上）。

一个非常重要的因素是桅杆的高度。风能与风速的三次方（立方）成正比。那。如果风速增加了一倍，那么风能将增加 8 倍（2x2x2=8）（图 6）。风速随高度增加，即通过增加桅杆的高度，可以大大提高风车的能源效率。

家用小型风力发电机。风速与风能的关系

家用小型风力发电机。桅杆越高，风速越高

建议安装高度为24-37米。在较低的高度安装风车与将太阳能电池板放置在阴凉处相同。

为了安全起见，请查看您当地的风力涡轮机桅杆高度限制法律。使用风车制造商认可的桅杆设计，否则您可能会失去保修。务必将桅杆接地并提供避雷针。

为了电气安全，必须使用隔离开关和断路器。他们还将提供对风车进行维护和升级的安全通道。

可能还需要风电场的其他组件。电池 - 将能够从风车中积累多余的电力。但是，由于电池使用直流电，要将其转换为交流电， 逆变器.

家用小型风力涡轮机

如果房屋、农场或家庭连接到公共能源供应系统，那么在刮风的日子里，多余的能源可以出售给电网（与我们国家无关）。而当风力较弱，风车没有足够的电力时，则需要从普通电网购买电力。

风力涡轮机成本

小型风车的成本为每 2000 kW 8000-1 美元。然而，这只是所有风电场组件成本的 12-48%：逆变器、电池、充电器、ATS 等。

但风力涡轮机的一大优点是，一旦您购买了它，您几乎不需要支付任何其他费用，除了定期维护。

制造商通常将风力涡轮机的性能描述为功率输出与风速的关系图。

家用小型风力发电机。功率输出与风速的关系图

选择和比较风力涡轮机时的问题之一是缺乏用于测量输出功率的单一标准。
制造商自己选择以什么风速来指示输出功率。以“Wind-o-matic”和“Mighty-wind”为例——两者都声称功率为 1000 瓦。但是“Wind-o-matic”是 5 m/s 的功率，而“Mighty-wind”是 10 m/s 的功率。由于风能与风速的立方成正比，因此在 1 m/s 下产生 10 kW 的风车在 1 m/s 下只能提供 8/5 的最大功率。那。风速为 5 m / s，“Wind-o-matic”将产生诚实的 1000 kW，而“Mighty-wind”只有 125 瓦！

按面积和叶片尺寸比较风力涡轮机更为正确。面积越大，风车产生的能量就越多。太阳能板面积翻倍——功率翻倍。同样在风力发电机中 - 随着叶片面积的增加，输出功率增加。

如果不知道风车叶片的面积，那么可以通过转子的直径来比较。转子直径的轻微增加会导致风力涡轮机的电力输出显着增加（见图）。图中显示的值是指示性的，不应依赖，因为风力涡轮机的发电功率取决于许多其他因素。

家用小型风力发电机。 10 m/s 风速下的理论功率输出

风力发电机尺寸选择

要确定合适的风车尺寸，首先要查看您每月消耗的电量。然后将结果值乘以 12 个月。

您可以通过以下公式获得风车产生的大致电量：
AEO = 1.64 * D*D * V*V*V
其中：AEO——年发电量（千瓦时/年），D——转子直径（米），V——年平均风速（米/秒）。

那。您可以选择风力发电机的最佳尺寸，为您的家庭或农场提供必要的电力。并且可以节省购买费用。

与邻居的关系

许多人要求对周围的事物保持谨慎的态度：风景、景色、历史名胜、寂静、邻居等。请务必与您的邻居讨论您安装风电场的计划。此外，您必须了解人们对新事物和未知事物的恐惧。

许多人认为风车会伤害鸟类。但事实上，推拉门对鸟类来说比小型风车更危险。此外，风力涡轮机对无线电和电视广播的影响可以忽略不计。所有现代风车的叶片均由玻璃纤维或木材制成。这些材料对电磁波是透明的。

噪音

邻居不接受来自风力涡轮机的噪音。在安装风电场之前，让您的邻居了解它可能产生的噪音：

空气动力噪声 - 由于叶片产生的气流而产生。噪音随着转子的旋转速度而增加。有时由于空气湍流，某些类型的叶片会发出啸叫声。
机械噪音 - 可能出现在风车的其他部件（发电机、变速箱等）中

风电场能产生多少噪音？

在距离典型风电场 250 米处，声压级约为 45 dB。小型风车不会产生比空调更大的噪音。

小型风车的叶片平均转速为 175-500 转/分，最高转速为 1150 转/分。大型风车以 50-15 rpm 的恒定速度旋转

家用小型风力涡轮机

维修

风电场需要经常维护——定期检查、摩擦部件的润滑等。每年检查螺栓连接和电气触点，必要时重新拧紧。还要检查你的风车是否有腐蚀和桅杆支撑。

如果刀片由木头制成，请涂上油漆进行保护。在刀片边缘贴上强力胶带，以防止磨蚀性灰尘和飞虫。如果油漆开裂并且薄膜剥落，那么一棵未受保护的树将很快变得无法使用。渗入叶片木材的水分会导致转子失去平衡。每年检查风车叶片。

运行 10 年后，必须更换刀片和轴承。如果安装和运行得当，风电场可以使用 30 年或更长时间。适当的维护还可以最大限度地降低风车的噪音水平。

安全

所有风力发电机都有一个最大风速，超过该风速它们就无法运行。当风速超过该值时，风力发电机必须操作不允许超过临界值的制动机构。

在寒冷地区使用风车时，请注意结冰问题，并将电池组放置在隔离区域。

不建议在建筑物的屋顶上安装风车。但如果它是低功率的（最高 1 kW），则可以例外。事实上，风力涡轮机可以产生振动，振动可以传递到安装它的表面。

作者：科尔蒂科夫 A.V.；出版：cxem.net

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