Por favor, dame los principios estructurales y la información sobre pequeñas turbinas eólicas (cuanto más básicas, más detalladas).
Introducción a los pequeños aerogeneradores
1. Condiciones de uso de los pequeños aerogeneradores
Los pequeños aerogeneradores deberían utilizarse generalmente en zonas con abundantes recursos eólicos. Es decir, la velocidad media anual del viento es superior a 3 m/s, el número acumulado de velocidades efectivas del viento de 3 a 20 m/s durante todo el año es superior a 3000 h y la densidad media anual de energía eólica efectiva de 3 a 20 m/s es; más de 100W/m2. A la hora de optar por utilizar un aerogenerador, hay que ser consciente de ello y evitar la ceguera. Sólo así se podrán aprovechar al máximo los recursos eólicos locales, maximizar la eficiencia del aerogenerador y lograr mayores beneficios económicos.
Cabe señalar que en áreas ricas en recursos eólicos, es mejor elegir una turbina eólica cuya velocidad nominal del viento de diseño coincida con la mejor velocidad del viento de diseño local. Si esto se logra, será de gran importancia tanto en la selección de turbinas eólicas como en el sentido económico de la utilización de los recursos eólicos. Las pruebas en el túnel de viento han demostrado que la potencia de conversión de la rueda de viento es proporcional al cubo de la velocidad del viento, es decir, la velocidad del viento tiene el mayor impacto en la potencia. Por ejemplo, si una turbina eólica con una velocidad de viento de diseño nominal de 8 m/s se instala en un área donde la velocidad del viento de diseño óptima local es de 6 m/s, su potencia de salida nominal anual solo alcanzará el 42% de la potencia de salida de diseño original. , es decir, la potencia nominal de salida del aerogenerador se redujo en un 58% en comparación con el valor de diseño. Si la velocidad nominal del viento de diseño de la turbina eólica seleccionada es mayor, el efecto de la potencia nominal de salida será aún más insatisfactorio. Sin embargo, también debe señalarse que la velocidad nominal del viento de diseño de la turbina eólica es relativamente baja, y el diámetro de la rueda eólica y el motor será relativamente mayor, y el costo de toda la máquina también aumentará en consecuencia. Es antieconómico desde el punto de vista tanto de la fabricación como de la economía del producto.
2. Requisitos generales para el uso de pequeños generadores de energía eólica
En la actualidad, los pequeños aerogeneradores utilizan baterías para almacenar energía y la electricidad que utilizan los electrodomésticos proviene de baterías. Por lo tanto, el principio general al utilizar electricidad es que la turbina eólica pueda recargar la batería a tiempo después de que se descargue. En otras palabras, la cantidad de electricidad cargada en la batería y la cantidad de electricidad consumida por el aparato eléctrico deben ser aproximadamente iguales (generalmente calculadas en días). El siguiente es un ejemplo para ilustrar este problema: se utiliza una turbina eólica en un área determinada y la potencia de salida de la velocidad del viento nominal es IOOOW. Suponga que las horas de viento equivalentes a la velocidad del viento nominal en el área en un día determinado son. 4 horas seguidas, entonces la producción diaria de la turbina eólica y la energía almacenada en la batería es de 400Wh. Teniendo en cuenta que la eficiencia de conversión de las baterías de plomo-ácido es del 70%, la energía real disponible para los aparatos del usuario es de 280Wh. Si los electrodomésticos utilizados por el usuario incluyen:
(1) Dos bombillos de 15W, utilizados durante 4 horas, el consumo energético es de 120Wh
(Z) Un televisor de 35W; usado durante 3 horas, el consumo de energía es de 105 Wh;
(3) Un radiocassette de 15 W, usado durante 4 horas, consume 60 Wh de energía.
El consumo total de energía anterior es de 285Wh.
De esta forma, el consumo energético total diario de los electrodomésticos supera en 5Wh la energía proporcionada por el aerogenerador, lo que supone el consumo eléctrico denominado "pago por pago", provocará que el consumo energético diario total de los electrodomésticos supere en 5Wh la energía proporcionada por el aerogenerador, lo que supone el llamado consumo eléctrico "pago por pago"; batería para funcionar en un estado de pérdida de energía. Si utiliza electricidad de esta manera durante mucho tiempo, la batería se agotará y dañará gravemente, acortando su vida útil.
El ejemplo anterior supone el consumo de energía de la turbina eólica a la velocidad nominal del viento. De hecho, debido a la variabilidad y la naturaleza intermitente del viento, el viento tiene diferentes tamaños (velocidad del viento) y la diferencia. en tiempo de soplado (frecuencia del viento). Por lo tanto, cuando utilice aparatos eléctricos, debe utilizar más electricidad cuando las condiciones del viento sean buenas y menos electricidad cuando las condiciones del viento sean malas. Esto requiere que los usuarios resuman cuidadosamente su experiencia al usarlo.
Además, las regiones y usuarios cualificados pueden preparar un grupo electrógeno diésel de kilovatios para recargar la batería cuando las condiciones del viento sean malas, de modo que la batería pueda proporcionar un suministro de energía ininterrumpida.
3. Adecuación razonable de pequeñas turbinas eólicas
La energía eléctrica generada por pequeñas turbinas eólicas se almacena primero en baterías, y luego las baterías proporcionan energía a los aparatos eléctricos. Por lo tanto, se deben considerar cuidadosa y científicamente cuestiones como la combinación razonable de la potencia de las turbinas eólicas y la capacidad de las baterías y el almacenamiento de energía durante los períodos de viento tranquilo.
En la actualidad, las capacidades de las pequeñas turbinas eólicas y las baterías generalmente se igualan según el principio de que la entrada y la producción son iguales, o que la entrada es mayor que la producción. Es decir: una turbina eólica de 100 W se combina con una batería de 120 Ah (2 piezas de 60 Ah) se combina con una batería de 120-180 Ah (2 piezas de 60 o 90 Ah se combina con una batería de 240 Ah); 120Ah 2 piezas); una turbina eólica de 750W se combina con una batería de 240Ah (120Ah 2 piezas) se combina con una batería de 360Ah (120Ah 3 piezas);
La práctica ha demostrado que si la capacidad de la batería correspondiente no cumple con los requisitos energéticos de la turbina eólica, se producirán los siguientes problemas:
(1) Cuando la capacidad de la batería es demasiado grande , la turbina eólica La energía emitida no puede garantizar que la batería esté completamente cargada de manera oportuna, lo que provoca que la batería a menudo se encuentre en un estado de pérdida de energía. Acortar la duración de la batería. Además, la capacidad de la batería es grande y el precio y los costos de uso aumentan en consecuencia, lo que también provoca desperdicios innecesarios en la economía.
(2) Si la capacidad de la batería es demasiado pequeña, la batería a menudo estará sobrecargada. Si la turbina eólica se detiene debido a una carga suficiente, la eficiencia de trabajo de la turbina eólica se verá seriamente afectada. La sobrecarga prolongada de la batería provocará daños prematuros y acortará su vida útil.
Además, la combinación razonable de pequeñas turbinas eólicas y la combinación de aparatos eléctricos también son elementos que no se pueden ignorar. Al seleccionar aparatos eléctricos, también se debe seguir el principio de combinación de baterías y turbinas eólicas. Es decir, la energía consumida por los aparatos eléctricos opcionales debe coincidir con la energía producida por la turbina eólica. Sin embargo, cabe señalar que el indicador coincidente hace hincapié en la "energía" y no debe confundirse con la potencia. A la hora de seleccionar los aparatos eléctricos, también se debe prestar atención a los requisitos de voltaje. En la actualidad, las cajas de distribución de las pequeñas turbinas eólicas están equipadas con enchufes de 12 V, 24 V y especiales para televisores. Cuando los usuarios los utilizan, deben seleccionar el valor de voltaje correspondiente según el. Valor de voltaje requerido de los aparatos eléctricos. El televisor debe estar enchufado específicamente a la toma de TV.
Si está utilizando un equipo de alimentación de CA, debe preparar un "inversor" que pueda cumplir con sus requisitos de energía para convertir la energía de CC de la batería en energía de CA con un voltaje de 220 V y una frecuencia de 50 Hz antes. se puede utilizar.
Sección 2 Selección del lugar de instalación de pequeños aerogeneradores
La selección del lugar de instalación de pequeños aerogeneradores es muy importante. Un aerogenerador de alto rendimiento no funcionará si no hay viento, mientras que un aerogenerador de menor rendimiento funcionará plenamente si el lugar de instalación está bien seleccionado. Las condiciones de selección del sitio para pequeñas turbinas eólicas incluyen factores muy complejos. Algunos países como Estados Unidos han publicado monografías sobre la selección del sitio para turbinas eólicas. En principio, los lugares con vientos muy fuertes y poca turbulencia durante el año deberían considerarse los mejores, pero a veces resulta difícil seleccionar dicho lugar.
Las cifras son: la velocidad media anual del viento es de más de 3 m/s, la velocidad efectiva acumulada del viento de 3-20 m/s es más de 3000 h y la densidad de energía eólica efectiva media anual de 3- 20 m/s son más de 100 W/m2. Siempre que se cumpla la primera condición, las pequeñas turbinas eólicas pueden considerarse económicamente viables.
2. El sitio debe tener una dirección del viento predominante relativamente estable. La dirección del viento predominante se refiere a la dirección del viento con mayor frecuencia. En meteorología, la dirección del viento generalmente está representada por 16 direcciones (Figura 4-1). La longitud y el número de cada flecha de azimut son la velocidad promedio del viento en esa dirección y pueden dibujar visualmente una rosa de los vientos (Figura 4-2).
Se puede ver en el diagrama de la rosa de los vientos que las direcciones predominantes del viento son viento del suroeste (velocidad media del viento 11,7 m/s), viento del sur-suroeste (velocidad media del viento 11,5 m/s) y viento del noreste. (velocidad media del viento 5,9 m/s). Nuestro país es un país con fuertes monzones y la dirección del viento predominante cambia en las diferentes estaciones. Se espera que la dirección predominante del viento sea más estable al seleccionar el sitio, de modo que se pueda considerar fácilmente la influencia favorable del terreno.
3. La "cortante del viento" dentro del rango de altura del ventilador debe ser pequeña (la "cortante del viento" se refiere a grandes cambios en la velocidad y dirección del viento dentro de una distancia corta). La Figura 4-3 muestra la cizalladura del viento en la cima de una cresta montañosa plana. El área de sombra en la figura muestra que la velocidad del viento disminuye debido a la separación del flujo de aire, y la parte superior del área de separación es un área de fuerte cizalladura. . Si el ventilador se instala en esta área de sombra, las aspas girarán con el viento desigual y se cargarán de manera desigual.
Figura 4-1 16 diagramas de azimut de la dirección del viento
Figura 4 -2 Diagrama de la rosa de los vientos
Reduce el rendimiento y acorta la vida útil del ventilador. Por lo tanto, la turbina eólica debe evitar esta zona de fuerte cizallamiento y debe instalarse en la pendiente de barlovento, o debe elevarse la torre.
4. Se debe considerar la influencia de factores meteorológicos.
(1) Turbulencias. La llamada turbulencia se refiere a cambios bruscos en la velocidad del flujo de aire, incluidos cambios en la dirección del viento. Generalmente estos dos factores aparecen juntos. El flujo turbulento puede afectar la potencia de salida de la turbina eólica, al tiempo que hace que todo el dispositivo vibre y dañe la turbina eólica. Las pequeñas turbulencias se deben principalmente a la influencia de obstáculos del terreno, por lo que al instalar turbinas eólicas se deben evitar estas áreas.
(2) Viento extremadamente fuerte. La velocidad del viento en el mar puede alcanzar más de 30 m/s, y en el interior a veces se le llama viento extremadamente fuerte cuando es superior a 20 m/s. Por supuesto, el lugar de instalación de las turbinas eólicas debe seleccionarse donde la velocidad del viento sea alta
Figura 4-3 Cambios en el campo del viento en la cima de una cresta plana
Sin embargo, debe usarse en áreas propensas a vientos extremadamente fuertes. Las turbinas eólicas requieren que la unidad tenga suficiente fuerza. Una vez que hay vientos extremadamente fuertes, la turbina eólica se convertirá en el objetivo del ataque.
(3) Formación de hielo y nieve pegajosa. Las turbinas eólicas instaladas en la unión de montañas y mar-tierra son propensas al hielo y la nieve. Una vez que las palas estén heladas, su distribución de peso cambiará. Al mismo tiempo, los cambios en la forma del ala provocarán vibraciones violentas e incluso daños.
(4) Trueno. Debido a que las turbinas eólicas se instalan en zonas altas, planas y sin obstáculos, a menudo se producen rayos. Por esta razón, es mejor agregar dispositivos de protección contra rayos a la turbina eólica.
(5) Daños por niebla salina. Al instalar turbinas eólicas en áreas dentro de 10 a 15 km de la costa, se deben tomar medidas para evitar daños por niebla salina. Porque la niebla salina puede corroer las piezas metálicas, como las cuchillas, y destruir el aislamiento del interior del dispositivo.
(6) Polvo y arena.
En zonas con mucho polvo y arena, la vida útil de las palas de los aerogeneradores se reduce considerablemente. El método de protección suele ser evitar daños al borde de ataque de la pala y tratar la superficie del borde de ataque. Sin embargo, el polvo y la arena en ocasiones pueden invadir el interior de la maquinaria, provocando daños en piezas mecánicas como rodamientos y mecanismos de engranajes. En las zonas industriales, los gases nocivos que flotan en el aire también pueden corroer las partes metálicas de las turbinas eólicas, por lo que conviene tener cuidado.
2. Selección del sitio en terreno plano
Según el diagrama de la rosa de los vientos que puede expresar la relación entre la dirección y la velocidad del viento al mismo tiempo, si no hay obstáculos en el camino. lado contra el viento de la dirección del viento, generalmente se puede considerar que esta ubicación es plana. Al instalar una turbina eólica en un terreno plano, se deben considerar las dos condiciones siguientes:
(1) No debe haber obstáculos dentro de un círculo con un radio de 1 km centrado en el sitio de instalación.
(2) Si hay obstáculos, la altura del aerogenerador debe ser más de tres veces la altura del punto más alto de los obstáculos. Esta relación se muestra en la Figura 4-4. Esta condición es extremadamente estricta, pero puede flexibilizarse en el caso de aerogeneradores pequeños (por ejemplo, el radio se puede establecer en 400 m).
3. Selección del sitio para terreno de cresta o cima de montaña
Las crestas y las cimas de las montañas tienen funciones de torre natural y, a medida que el flujo de aire se acerca a la cresta, debido al efecto del túnel de viento, el flujo de aire es aproximadamente La línea se acelera y la energía aumenta en consecuencia. Como se muestra en la Figura 4-5a.
Sin embargo, la dirección del viento y la dirección de la cresta son opuestas