운동풍력발전기 : 장치, 작동원리, 응용

현대식 운동 풍력 발전기를 사용하면 기류의 힘을 활용하여 이를 전기로 변환할 수 있습니다.이를 위해 산업 및 개인 가정 모두에서 사용되는 공장 및 집에서 만든 장치 모델이 있습니다.

이 유형의 풍력 터빈이 어떻게 설계되었는지 설명하고 장치의 특징과 설계 옵션을 소개합니다. 우리가 제안한 기사는 풍력 발전소의 강점과 약점을 보여줍니다. DIY 사용자는 여기에서 유용한 다이어그램과 조립 권장 사항을 찾을 수 있습니다.

풍력 발전기 작동 원리

풍력 발전기의 작동은 바람의 운동 에너지를 로터의 기계적 에너지로 변환한 후 전기로 변환하는 것을 기반으로 합니다.

작동 원리는 매우 간단합니다. 장치 축에 고정된 블레이드의 회전은 로터 발전기의 원형 운동으로 이어져 전기를 생성합니다.

풍력에너지는 재생에너지 분야에서 가장 유망한 분야 중 하나이다. 현대적인 디자인을 통해 기류의 힘을 비용 효율적으로 활용하여 전기를 생산할 수 있습니다.

그 결과 발생하는 불안정한 교류 전류는 컨트롤러로 "유출"되어 배터리를 충전할 수 있는 직류 전압으로 변환됩니다. 거기에서 전력은 인버터에 공급되어 220/380V 표시기를 사용하여 교류 전압으로 변환되어 소비자에게 공급됩니다.

풍력 발전기의 전력은 N=pSV 공식에 따라 계산되는 공기 흐름(N)의 전력에 직접적으로 의존합니다.³/2, 여기서 V는 풍속, S는 작업 영역, p는 공기 밀도입니다.

풍력 발전기 장치

다양한 버전의 풍력 발전기는 서로 크게 다릅니다.

아래 다이어그램은 고전적인 수평 풍력 발전기의 내부 구조를 보여줍니다. 이러한 모델은 산업 및 일상 생활에서 가장 자주 사용됩니다.

산업용 장치는 설치에 기초가 필요한 복잡한 멀티 미터 구조이며, 가정용 모델은 최소한의 구성 요소(DC 전기 모터 3-12V, 전기 커패시터 1000uF 6V, 실리콘 정류기 다이오드)로 구성될 수 있습니다.

일반 설치에는 다음 구성 요소가 포함됩니다.

• 교류 발전기(전력은 바람의 흐름 속도에 따라 다름)
• 발전기 샤프트에 회전을 전달하는 블레이드(종종 기어박스와 로터 속도 안정 장치가 추가로 장착됨)
• 블레이드가 부착된 풍차 마스트(이러한 요소가 높을수록 더 많은 풍력 에너지를 받을 수 있음)
• 에너지를 저장하여 바람의 흐름이 거의 또는 전혀 없을 때 사용할 수 있는 배터리입니다. 배터리는 발전기에서 공급되는 전기 에너지를 안정화하는 기능도 수행합니다.
• 컨트롤러 - 발전기로부터 받은 교류 전압을 배터리를 충전하는 데 사용되는 직류 전압으로 변환합니다. 컨트롤러는 블레이드를 돌려 제어되므로 공기 흐름이 이동하는 위치를 고려할 수 있습니다.
• AVR은 풍력 발전기를 다른 에너지원(태양광 패널, 전력망)과 연결하는 자동 전환 장치입니다.
• 풍향 센서 - 블레이드가 바람의 흐름을 더 쉽게 찾을 수 있게 해주는 장치입니다.
• 배터리의 직류 전류를 교류 전압으로 변환하는 인버터로, 전기 통신에 사용됩니다.

사용자 요구 사항을 더 잘 충족하기 위해 장치에는 다양한 유형의 인버터를 장착할 수 있습니다.

• 정사각형 사인파를 생성하는 인버터 수정 사인파를 사용하는 장치입니다. 이 유형의 장치는 발열체, 백열등 및 네트워크 품질을 요구하지 않는 기타 장치에 적합합니다.
• 3상 전기 네트워크용으로 설계된 3상 전압 인버터;
• 보다 민감한 장비를 위한 에너지를 생산하는 순수 사인파 장치;
• 배터리 없이 작동할 수 있는 네트워크 인버터. 이러한 장치는 일반 네트워크에 직접 입력되는 전기 에너지와 관련된 회로용으로 설계되었습니다.

모델을 선택할 때 인버터 유형에 주의하세요.

풍력 발전기의 종류

풍력 터빈을 분류할 때 다음 특성을 고려할 수 있습니다.

• 약속;
• 디자인 특징;
• 블레이드 수;
• 그것이 만들어지는 재료;
• 회전축;
• 프로펠러 피치.

가장 일반적으로 사용되는 두 가지 분류에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

목적에 따른 풍력 발전기의 분류

목적에 따라 다양한 유형의 풍력 터빈이 있습니다. 전력과 같은 장치의 주요 특성은 이에 따라 달라집니다.

산업용 풍력 터빈

이러한 장치는 대규모 에너지 회사나 국가에서 산업 시설에 전기를 공급하기 위해 설치합니다.수십 메가와트 용량의 터빈은 일반적으로 바람이 부는 지역(개방된 언덕, 해안)에 위치합니다.

수십 개의 풍력 터빈이 설치된 풍력 발전소는 육지뿐만 아니라 얕은 바다에도 위치해 있습니다. 생성된 전기는 일반적으로 산업용으로 사용됩니다.

생성된 전기는 일반적으로 네트워크로 직접 이동하는 반면, 블레이드 회전 속도의 안정성과 조절을 위해 풍력 터빈에는 추가 메커니즘이 장착되어 있습니다.

상업용 풍력 발전기

이러한 설비는 판매용 전기를 생산하거나 저전력 전기 네트워크가 있는 지역(또는 전력망이 전혀 없는 지역)의 생산에 전기를 공급하는 데 사용됩니다. 이러한 풍력 발전소는 다양한 용량을 가질 수 있는 발전기 클러스터로 구성됩니다.

상업용 설비에서 나오는 에너지는 전력 시설에 직접 공급되거나 대규모 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있으며, 저장되고 변환되어 그리드에 공급될 수 있습니다.

가정용 풍력 장치

저전력 장치는 개인 용도로 사용됩니다. 규정에 따르면 마스트 높이가 25m 미만인 풍력 터빈은 당국의 승인 없이 토지 소유자가 설치할 수 있으며, 마스트가 더 높은 경우에는 특별 허가를 받아야 합니다.

저전력 및 중간 전력의 풍차는 코티지, 다차, 시골집 및 농장의 전기 에너지원 역할을 할 수 있습니다.

가정용 풍력 발전기는 12/24/48V 전압으로 배터리를 충전하는 데 적합하며, 이 전압에서 에너지는 220V 전압으로 변환됩니다.이러한 장치를 사용하면 중앙 전력망에서 멀리 떨어져 있는 작은 물체에 대한 전원 공급 문제를 완전히 또는 부분적으로 해결할 수 있습니다.

개인 주택에 에너지를 공급하기 위한 풍력 발전기 선택 지침 기사를 읽다이 흥미로운 문제에 전념했습니다.

풍력 터빈 설계의 유형

디자인 기능에 따라 장치는 여러 범주로 나눌 수 있지만 모든 종류는 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다. 수직의 그리고 수평.

클래식 수평 풍력 터빈

이러한 설치(프로펠러 또는 날개라고도 함)에는 일반적으로 수평 축에 3-5개의 블레이드가 장착되어 있습니다. 고속으로 회전하면 이러한 요소를 통해 최대 에너지량(KIEV 최대 0.4)을 얻을 수 있습니다.

또한, 발생되는 전기량은 장치의 높이에 따라 크게 달라집니다(높을수록 결과도 커집니다).

수평 풍력 터빈은 직접적인 공기 흐름이 블레이드를 통과하고 이러한 요소에서 반사되는 지점에서 압력이 증가할 때 발생하는 양력을 사용합니다.

이러한 장치는 일반적으로 산업 및 상업용 에너지가 생성되는 풍력 발전소에 설치되지만 가정용으로도 적합합니다.

수평 풍차에 대한 흥미로운 솔루션은 블레이드가 하나인 모델입니다. 다음 사진 선택을 통해 해당 기능을 익힐 수 있습니다.

수직 풍력 터빈

이러한 설비의 작동 요소는 회전하는 바람개비입니다. 디자인 특징으로 인해 이러한 구조는 유형("배럴", "Savonius")에 따라 다릅니다.

다음 사진 선택은 Savonius 수직 발전기 터빈의 원리를 소개합니다.

낮은 KIEV 지수(0.1-0.2)에도 불구하고 널리 사용됩니다. 수직 설치는 난류에서 작동하므로 강한 바람이 거의 불지 않는 지역에도 배치할 수 있습니다.

수직형 풍력 발전기의 작동은 바람의 방향에 의존하지 않습니다. 설치 및 작동이 용이하며 지면 가까이에 설치할 수 있습니다.

수직 풍력 터빈의 효율성을 향상시키기 위해 제조업체는 치수 매개변수를 늘리는 경우가 많으며 이로 인해 비용이 크게 증가합니다. 이러한 시설은 매우 취약하기 때문에 허리케인 및 기타 자연 현상으로부터 보호를 강화해야 합니다.

풍력 발전기 "Rotor Daria"

이러한 장치는 수직 풍력 터빈 범주에 속하지만 디자인 면에서 뚜렷한 차이가 있습니다. 이러한 기능 덕분에 소음 감소가 이루어지고 KIEV도 증가하여 수평 모델의 성능에 접근합니다.

1931년 프랑스 항공기 설계자 Georges Darrieus가 제안한 공기에 수직인 회전축을 갖춘 저압 터빈은 풍력 에너지 분야에서 폭넓게 적용되었습니다.

이러한 설계의 단점은 시동 토크가 낮다는 것입니다(블레이드가 2개만 있기 때문에 장치가 자체적으로 시동하기 어렵습니다). 이 문제를 해결하기 위해 "Savonius + Darier" 하이브리드가 자주 사용됩니다.

항해용 풍력 설비

이러한 설치의 경우 수직 및 수평 풍력 터빈을 모두 구성하는 원리를 사용할 수 있습니다. 주요 디자인 특징은 많은 블레이드 또는 돛으로 덮인 풍차이지만 이러한 모델에는 공기 역학적 프로필이 없습니다.

항해용 풍력 발전기에는 블레이드 수, 무게, 출력이 다른 다양한 모델이 있습니다. 장치를 선택할 때 이러한 모든 매개변수를 고려해야 합니다.

항해 설비는 속도가 낮고 효율성이 낮다는 사실에도 불구하고 국가 경제에 자주 사용됩니다.이러한 설계는 설치 및 작동이 쉽고 높은 토크와 낮은 속도의 조합으로 물을 펌핑하는 펌프와 같은 다양하고 유용한 메커니즘을 직접 구동할 수 있습니다.

다음 갤러리에서는 실제로 구현된 항해용 풍력 터빈 모델 중 하나를 소개합니다.

풍력발전기용 발전기

풍력 터빈을 작동하려면 기존의 3상 발전기가 필요합니다. 이러한 장치의 디자인은 자동차에 사용되는 모델과 유사하지만 매개변수가 더 큽니다.

풍력 터빈 장비에는 3상 고정자 권선(성형 연결)이 있으며, 이 권선에서 3개의 와이어가 나와 컨트롤러로 이동하고 여기서 교류 전압이 직류 전압으로 변환됩니다.

풍력 터빈의 발전기 로터는 네오디뮴 자석으로 만들어집니다. 이러한 설계에서는 코일이 많은 에너지를 소비하므로 전기 여자를 사용하는 것은 부적절합니다.

회전율을 높이기 위해 승수를 사용하는 경우가 많습니다.이 장치를 사용하면 기존 발전기의 출력을 높이거나 더 작은 장치를 사용할 수 있으므로 설치 비용이 절감됩니다.

승수는 풍차를 회전시키는 과정이 더 느린 수직 풍력 발전기에 더 자주 사용됩니다. 블레이드 회전 속도가 빠른 수평 장치의 경우 승수가 필요하지 않으므로 설계가 단순화되고 비용이 절감됩니다.

풍력 발전기 조립 및 설치의 세부 사항 세탁기에서 그리고 풍력 터빈 자동차 발전기에서 자세한 내용은 우리가 추천하는 기사에 설명되어 있습니다.

풍력 발전기의 장점과 단점

풍력 터빈을 구입하거나 폐기하는 결정은 풍력 터빈에 달려 있으므로 풍력 터빈의 장점과 단점을 자세히 고려해 보겠습니다.

풍력 장치의 장점

풍력 에너지를 사용하는 장치의 장점은 다음과 같습니다.

• 환경친화성. 해당 시설에서는 환경에 피해를 주지 않고 지속적으로 사용할 수 있는 재생 가능 에너지원을 사용합니다. 풍력 발전기에서 생산된 전기는 화력 발전소의 에너지를 대체하여 온실가스 배출을 줄입니다.
• 다재. 풍력 발전소는 평원, 산, 들판, 섬, 심지어 얕은 바다 등 거의 모든 곳에 건설할 수 있습니다. 풍력 에너지는 기존 전기 통신을 확장하기 어려운 외딴 지역에서 특히 중요합니다. 이 경우 풍력 발전기를 사용하면 물체에 대한 에너지 공급을 설정하여 무작위 요인(예: 제 시간에 배달되지 않은 연료)으로부터 독립성을 보장할 수 있습니다.
• 사용 효율성. 최신 모델은 약한 바람의 에너지도 처리합니다. 최소 한계는 3.5m/s입니다.이러한 방식으로 중앙 집중식 네트워크에 추가 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 전력에 관계없이 개별 개체(섬 또는 지역)에 전원 공급을 구성할 수 있습니다.
• 전통적인 소스에 대한 가치 있는 대안입니다. 고정식 풍력 발전소는 주거용 건물이나 소규모 산업 시설에도 전기를 완벽하게 공급할 수 있습니다. 이 경우 터빈은 평온한 기간 동안 사용하도록 배터리에 필요한 전기 공급을 축적합니다.
• 경제적입니다. 전통적인 전기 에너지원(가스, 이탄, 석탄, 석유)에 비해 자전거 터빈은 에너지 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 많은 경우 풍력 발전소를 건설하는 것이 기존 전력 시스템에 연결하는 것보다 저렴합니다.

풍력 터빈의 사용은 값비싼 디젤 발전기 사용의 대안이 될 수 있으며, 연료 운송 및 저장 비용을 최대 80%까지 절감할 수 있습니다.

풍력 터빈의 평균 출력은 최대 부하와 여러 번 다릅니다. 풍력 발전기는 특정 지역의 월 평균 풍속 특성에서 특정 기간 동안 생산된 에너지량에 대해서만 책임을 집니다.

풍력 자원을 보다 정확하게 평가하려면 특별히 파생된 데이터(Weibull 매개변수)를 사용할 수 있습니다. 이 지표는 특정 지역의 특징적인 다양한 강도의 바람 분포를 반영합니다. 수십 MW 용량의 풍력 발전 단지 프로젝트를 개발할 때 이러한 정보를 고려하는 것이 중요합니다.

풍력 터빈이 생성하는 전력은 풍속의 3배에 비례합니다.결과적으로 이 지표는 바람의 흐름이 약할 때는 매우 작지만, 강해질 때는 급격히 증가합니다. 풍향과 속도의 가변성으로 인해 풍력 터빈 설계에는 안정화 구성 요소가 포함되어야 합니다.

풍력 발전기 전력 계산 규칙 및 공식 여기에 주어진다, 매우 유용한 정보를 숙지하는 것이 좋습니다.

소규모 자율 시스템에서 그 기능은 배터리에 의해 수행되며, 풍력 발전기의 전력이 부하를 초과하자마자 충전량이 증가하기 시작합니다.

부하가 증가하면 배터리가 방전될 수 있습니다. 가구 단위를 선택할 때 이 기능을 고려하는 것이 중요합니다. 해당 전력은 월간 또는 연간 전력 소비율과 일치해야 합니다.

다양한 풍력 발전기 설계를 통해 바람 흐름의 효과적인 사용이 촉진된다는 점에 유의해야 합니다.

수평 터빈은 바람이 많이 부는 평탄한 지역에서 잘 작동하는 반면, 수직 터빈은 지면에 낮은 난류가 있는 지역(고지대, 산맥)에서 더 잘 작동합니다.

풍력 터빈의 주요 단점

동시에 풍력 터빈에는 다음과 같은 부정적인 측면도 있습니다.

• 풍력의 크기는 수시로 변하기 때문에 미리 예측하기가 어렵습니다. 이 때문에 백업 에너지원(태양광 패널, 전기 네트워크 연결)을 제공하여 안전망을 고려하는 것이 좋습니다.
• 수직 장치는 블레이드가 주축을 중심으로 회전할 때 원심력의 영향으로 인해 프로펠러 블레이드가 파손될 위험이 있습니다. 이 효과의 결과로 시간이 지남에 따라 중요한 구조 요소가 변형되고 파괴되며 메커니즘이 실패합니다.
• 인근 건물이 바람을 "감소"시켜 "죽은" 공기 구역을 형성할 수 있으므로 여유 공간에 풍력 터빈을 설치하는 것이 좋습니다.
• 풍력 터빈의 과도한 에너지를 절약하려면 생성된 전기를 적절한 소비자 특성에 따라 전류로 변환하는 역할을 하는 배터리 및 기타 추가 장치의 사용을 설계에 포함해야 합니다.
• 풍력 발전기를 작동할 때 소음이 발생하여 사람에게 불편함을 주고 동물을 놀라게 할 수 있습니다. 설비의 블레이드로 인해 해당 설비를 향해 날아가는 새가 사망할 수도 있습니다.
• 일부 전문가에 따르면 풍력 터빈은 라디오 및 TV 방송 수신을 저하시킬 수 있습니다.

부정적인 측면에는 그러한 장치의 다소 높은 비용이 포함될 수도 있지만 에너지 원의 저렴한 비용은 이러한 요소를 크게 상쇄합니다.

연결 다이어그램 및 방법

풍력 터빈은 자율적으로 작동할 수 있지만 풍력 터빈과 태양광 패널, 중앙 전력망, 디젤 또는 가스 에너지원을 결합하는 결합 방식을 사용하면 훨씬 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.

자율 운영. 이 경우 풍력 에너지를 포착하고 축적하여 소비자가 필요로 하는 전류로 변환하는 단일 설비가 설치됩니다.

다이어그램은 풍력 발전기를 사용하는 가장 간단한 방법을 보여 주며, 강한 바람이 지속적으로 부는 지역에서 사용하는 것이 좋습니다.

풍력 발전기와 태양광 패널 결합. 결합된 옵션은 안정적이고 효율적인 전원 공급 방법으로 간주됩니다. 바람이 없으면 배터리가 작동합니다. 태양 전지 패널, 흐린 날씨와 밤에는 풍력 터빈에서 충전이 이루어집니다.

중앙 집중식 전력망에서 멀리 떨어진 개인 주택이나 농장에 이상적인 옵션입니다. 이 결합 방식을 통해 두 가지 유형의 재생 가능 에너지를 사용할 수 있습니다.

풍력발전기와 전력망의 복합운전. 풍력 터빈은 전기 통신과 결합될 수 있습니다.

이 배열은 산업용 및 상업용 장치에 일반적입니다. 일부 가정용 풍력 발전기 모델에는 전기 통신 연결도 제공됩니다.

생산된 전기가 과잉이면 중앙집권화된 네트워크로 가고, 부족하면 일반 에너지 시스템의 전류를 활용하는 것이 가능하다.

풍력 발전기 사용의 뉘앙스

현재 풍력 터빈은 국가 경제의 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 다양한 용량의 산업 모델은 석유 및 가스, 통신 회사, 시추 및 지질 탐사 스테이션, 생산 시설 및 정부 기관에서 사용됩니다.

풍력 터빈은 비상 상황에서 지속적인 전력 공급을 보장하기 위해 병원 및 기타 기관에서 추가 에너지원으로 사용될 수 있습니다.

특히 주목할 만한 점은 대격변과 자연 재해 발생 시 손상된 전력을 신속하게 복구하기 위해 풍력 터빈을 사용하는 것이 중요하다는 점입니다. 이를 위해 풍력 발전기는 비상 상황부 부서에서 자주 사용됩니다.

가정용 풍력 터빈은 별장 공동체와 개인 주택의 조명 및 난방 구성은 물론 농장의 경제적 목적에도 적합합니다.

고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다.

• 최대 1kW의 장치는 바람이 많이 부는 곳에서만 충분한 양의 전기를 공급할 수 있습니다.일반적으로 이들이 생성하는 에너지는 LED 조명과 소형 전자 장치에 전력을 공급하는 데만 충분합니다.
• 다차(시골집)에 전기를 완전히 공급하려면 1kW 이상의 풍력 발전기가 필요합니다. 이 표시기는 컴퓨터, TV뿐만 아니라 조명기구에 전력을 공급하기에 충분하지만 24시간 작동하는 현대식 냉장고에 전력을 공급하기에는 전력이 충분하지 않습니다.
• 별장에 에너지를 공급하려면 3-5kW 용량의 풍력 터빈이 필요하지만 이 수치조차도 집을 난방하는 데 충분하지 않습니다. 이 기능을 사용하려면 10kW부터 시작하는 강력한 옵션이 필요합니다.

모델을 선택할 때 장치에 표시된 전원 표시기는 최대 풍속에서만 달성된다는 점을 고려해야 합니다. 따라서 300V 설치는 10-12m/s의 공기 흐름 속도에서만 지정된 양의 에너지를 생성합니다.

자신의 손으로 풍력 발전기를 만들고 싶은 분들을 위해 우리는 제안합니다. 다음 기사, 유용한 정보를 자세히 제공합니다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

아래 비디오는 풍력 발전기 가정용 모델의 작동 원리 및 설계에 대한 자세한 정보를 제공합니다.

풍력 발전기는 전기 에너지 생산의 훌륭한 원천이며 특히 외딴 지역 주민들이 높이 평가할 것입니다. 다양한 러시아 및 외국 기업이 다양한 풍력 구조물을 제공하며, 또한 가정용 모델을 직접 손으로 만들 수 있습니다.

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