Jak dziaa elektrownia wiatrowa Model wiatraka Schemat wiatraka

Jak działa elektrownia wiatrowa? Model wiatraka.

Schemat wiatraka

Elektrownia wiatrowa to zespół urządzeń produkujących energię elektryczną, wykorzystujących do tego turbiny wiatrowe. Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest uznawana za ekologicznie czystą, gdyż, pomijając nakłady energetyczne związane z wybudowaniem takiej elektrowni, wytworzenie energii nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa.

Jak działają elektrownie wiatrowe? Elektrownie wiatrowe mogą wytwarzać energię elektryczną tylko wtedy, gdy wieje wiatr z prędkością większą od prędkości tzw. startowej, poniżej której turbina po prostu stoi. Przydomowe elektrownie wiatrowe są całkowicie niezależnymi źródłami energii, w których instaluje się jeden z dwóch rodzajów prądnic: 1) prądu stałego, 2) małe, trójfazowe - asynchroniczne. Elektrownie z prądnicą prądu stałego (najczęściej stosowane) mogą zasilać obiekty, jeżeli są wyposażone w regulator napięcia oraz akumulatory do gromadzenia energii, a jeśli mają dostarczać prąd przemienny (taki jak w sieci) - muszą mieć falownik.

Wiatr to energia kinetyczna poruszających się mas powietrza Wykorzystanie elektrowni wiatrowych - zalety: • Możliwość zasilania w energię miejsc trudnodostępnych • Zaspokojenie rosnących potrze energetycznych ludności poprzez rozwój ekologicznie czystej energii • Niskie koszty eksploatacyjne pozyskiwania energii wiatru, • Brak kosztów paliwa • Kreowanie wzrostu gospodarczego • Redukcja emisji gazów cieplarnianych w tym CO 2 • Poprawa jakości powietrza przez uniknięcie emisji pyłów SO 2, NOx, • Nie powodują powstawania opadów atmosferycznych, zanieczyszczeń, degradacji terenów.

Mikroelektrownie wiatrowe • Mikroelektrownie wiatrowe to modele poniżej 100 Watów (W) mocy. Używa się ich najczęściej do ładowania baterii akumulatorów stanowiących zasilanie obwodów wydzielonych - tam, gdzie nie ma sieci elektroenergetycznej, lub z jakiegoś powodu nie chce się z niej korzystać. Takie elektrownie można wykorzystać do zasilania przez akumulatory części oświetlenia domu: pojedynczych lamp, a nawet poszczególnych pomieszczeń czy urządzeń.

Mikroelektrownia wiatrowa- model kl. II technik mechanik

Małe elektrownie wiatrowe • Małe elektrownie wiatrowe to nieco większe modele o mocy od 100 W do 50 k. W. Modele z tej grupy mogą zapewniać energię elektryczną w pojedynczych gospodarstwach domowych, a nawet w małych firmach. W warunkach przydomowych najpopularniejsze są elektrownie 3 -5 k. W. Moc takich elektrowni, wspomagana energią zmagazynowaną w akumulatorach, wystarczy nierzadko do zasilania oświetlenia, układów pompowych, sprzętu i urządzeń domowych.

Mała elektrownia wiatrowa

Duże elektrownie wiatrowe • Duże elektrownie wiatrowe (w praktyce powyżej 100 k. W), oprócz tego, że mogą zasilać dom, stosowane są przede wszystkim do wytwarzania prądu, który sprzedaje się sieci elektroenergetycznej. Taka elektrownia musi spełniać szczegółowe wymagania lokalnego operatora sieci, potrzebna jest też oczywiście jego zgoda na takie przyłączenie.

Duże elektrownie wiatrowe

Budowa małej elektrowni wiatrowej

Maszt • Na początku na betonie zostały zaznaczone miejsca w których będzie nacinany drut Ø 6 mm. Jak widać na dołączonym zdjęciu odległości pomiędzy znacznikami to 150 mm. Dzięki takiej operacji prościej będzie znaleźć punktu gięcia elementów rozporowych masztu (zdj. 1). Pręt zostaje nacięty do połowy grubości, czyli około 3 mm (zdj. 2).

• Zdj. 1

• Zdj. 2

• Następnie rurka cal i ćwierć (33 mm średnicy), grubościenna. Widoczne co 30 cm oczyszczone miejsca w których następnie przyspawane wygięte wcześniej pręty rozporowe. Pełnią one również rolę doskonałej drabinki. Z uwagi na planowaną wysokość masztu oraz brak konieczności wyjątkowej sztywności konstrukcji zrezygnowano z prętów skośnych (zdj. 3).

• Zdj. 3

• Maszt już gotowy i pomalowany. Kolory biały i czerwony - standard, jeśli chodzi o kolorystykę masztów. Będzie lepiej widoczny dla przelatującego ptactwa lub motolotniarzy (zdj. 4).

• Zdj. 4

• Poniżej sposób zamocowania masztu. Polega on na zakopanej na głębokość 150 cm kostce trelinkowej (zdj. 5). Kostka jest przewiercona na wylot. Przez otwór przechodzi szpilka Ø 14 mm z przykręconym do niej metalowym uchem do którego zaś przykręcony jest łańcuch. Na powyższym zdjęciu widać mocowanie linki odciągu do łańcucha - śruba rzymska. Później dołożyłem kolejny (trzeci) zacisk powyżej śruby rzymskiej który utrzymuje łańcuch w stanie naciągniętym a tym samym zabezpiecza śrubę rzymską, gdyby w jakiś dziwnych okolicznościach ścięło jej gwint (zdj. 6).

• Zdj. 5

• Zdj. 6

• Koniec pracy z masztem. Ma on 9 m. wysokości.

Łopaty • Do wykonania łopat zastosowano drewno świerkowe (150 x 1250 mm) z tej przyczyny, iż łatwo się je obrabia i jest dość wytrzymałe jak na nasze warunki pogodowe (zdj. 8, 9).

• Zdjęcie nr 8

• Na zdjęcie nr 9 łopaty gotowe do mocowania

Stator • Stator to typowa trójfazowa "prądnica amerykana". Składa się on z trzech sekcji po trzy cewki na sekcję drutu nawojowego Ø 1, 2 mm w ilości 84 zwojów na cewkę. Grubość cewki wynosi około 10 mm. Układ ten połączony w gwiazdę przy 150 obrotach na minutę daję na obciążenie, w postaci akumulatora 12 V 176 Ah, napięcie 13. 2 V 2 A (zdj. 10). Niestety nie było możliwości zmierzyć napięć i natężeń przy innych obrotach. Ciekawostką jest fakt, iż przy ostatnich burzach, a wiatry wcale nie były silne, udało się zaobserwować napięcie ograniczone przez układ ładowania do 14. 4 V (napięcie mierzone na zaciskach akumulatora - typowe napięcie ładowania dla akumulatora), 250 W szło w grzałkę oraz blisko 17 A prądu generowane przez prądnicę wiatraka. Wiatrak został ustawiony z kierunkiem wiatru.

• Zdj. 10

• Cewki prądnicy zatopione zostały w żywicy poliestrowej. Ilość jaka została zużyta to prawie 2 litry. • Dla tych którzy noszą się z zamiarem wykonania prądnicy o większej mocy mała informacja - żywica poliestrowa niezbyt dobrze znosi temperatury powyżej 70 o. C, a podczas produkcji prądu prądnica się nagrzewa. Co prawda prąd produkowany jest tylko w czasie wiatru, jednak znaczną część prądnicy zasłania rotor i śmigło, poza tym żywica nie jest najlepszym przewodnikiem ciepła więc chłodzenie całego układu może okazać się niewystarczające.

• Zdj. 11

Rotor • Rotor składa się z dwóch stalowych tarcz grubości 6 mm i średnicy 296 mm (zdj. 12). Stal musi wykazywać właściwości magnetyczne - czyli nie może to być stal nierdzewna czy aluminium. Udało się zakupić takie cztery krążki. Na każdej z dwóch tarcz w żywicy poliestrowej zatopione jest 12 magnesów neodymowych N 38 10 x 25 x 45 mm. Takie powinny "dać radę" cewce grubości 10 mm, odległość pomiędzy magnesami wyniesie 14 mm. Ilość magnesów można wyliczyć ze wzoru: ilość cewek / 3 x 4 = ilość magnesów na jedną tarczę rotora.

• Zdj. 12

• Zdj. 13 Wklejanie magnesów

• Poniżej jedna z tarcz na chwilę przed zalaniem żywicą poliestrową (zdj. 14). Tektura falista okazała się bardzo dobrym materiałem na ścianki. Aby żywica się nie wylewała zastosowałem cienkie paski przeźroczystej taśmy klejącej.

• Zdj. 14

Głowica • Typowy „amerykanin". Jedyne co się zmieniło to zastosowanie piasty od poloneza. Po wymianie łożysk sprawuje się idealnie (zdj. 15).

• Zdj. 15

• Poniżej przedstawiono element tzw. „zawias” przyspawany pod kątem do głowicy tworzy zabezpieczenie przeciwburzowe (zdj. 16). Dzięki takiej konstrukcji ogon wiatraka ma tendencje do samoistnego powrotu do położenia spoczynkowego - dzięki temu nie trzeba stosować bocznego żagla, sprężyn czy ciężarków na linach. Wiatr burzowy odchyla koło wiatrowe umieszczone mimośrodowo względem osi obrotu głowicy. Ogon, który ustawiony jest zawsze pod wiatr, poprzez ukośną zawiasę i obrót głowicy unosi się pokonując siły grawitacyjne. Prędkość obrotowa spada. Gdy prędkość wiatru maleje ogon, z uwagi na swój ciężar, powraca do punktu spoczynkowego ustawiając koło wiatrowe znowu pod wiatr.

• Zdj. 16

• Poniżej przedstawiono przekrój poprzez głowicę ukazujący sposób mocowania (zdj. 17). Dwa łożyska umożliwiają obrót głowicy wokół własnej osi. Myślę, iż rysunek jest czytelny i nie ma konieczności dokładnego go opisywania, natomiast kilka słów wyjaśnienia należy się odnośnie przewodu, który zwisa swobodnie, biegnąc środkiem wzdłuż masztu. Szybkozłącze na dole umożliwia odkręcenie przewodu gdyby ten nadto się skręcił. Jak dotąd nie było konieczności by taką operację przeprowadzać.

• Zdj. 17

Kołpak • Osłona została wykonana ze styropianu 100 mm sklejonego za pomocą silikonu. Potem przy pomocy papieru ściernego 60 i wiertarki został "wytoczony" pożądany kształt (zdj. 18). Kołpak przed laminowaniem należy okleić paskami gazet. Po stwardnieniu kleju można zacząć pracę z żywicą. Na koniec należy całość oszlifować i pomalować farbą.

• Zdj. 18

• Całość przed zamontowaniem łopat. Ważna uwaga: Przy zakładaniu drugiej tarczy trzeba koniecznie uważać na palce by ich nie stracić. Siła z jaką przyciągają się magnesy jest potężna i daje się ją odczuć już przy odległości około 10 cm pomiędzy tarczami. Głowica wraz z łopatami i ogonem waży około 25 kg.

• Zdj. 19

• • • Prezentację przygotował zespół projektowy uczniowie klasy II technik mechanik o profilu wojskowym: Patryk Surmecki Tomasz Dubaj Mateusz Czajkowski Paweł Kupis • Pod kierunkiem Ewy Tarnowskiej