كيفية حساب مولد الرياح: الصيغ + مثال عملي للحساب

تحظى الطاقة البديلة التي يتم الحصول عليها من محطات طاقة الرياح باهتمام كبير في المجتمع.هناك الكثير من الأدلة على ذلك على مستوى الممارسة اليومية الحقيقية.

يقوم أصحاب العقارات الريفية ببناء طواحين الهواء بأيديهم وهم راضون عن النتيجة، على الرغم من أن التأثير قد يكون قصير الأجل. والسبب هو أن مولد الرياح لم يتم حسابه بشكل صحيح أثناء التجميع.

أوافق، لا أرغب في إنفاق الوقت والمال على تنفيذ المشروع وينتهي بي الأمر بتثبيت غير فعال. لذلك، من المهم أن نفهم كيفية حساب مولد الرياح، وبأي معلمات يتم اختيار مكونات التشغيل الرئيسية لتوربينات الرياح.

المقال مخصص لحل هذه القضايا. يتم استكمال الجزء النظري من المادة بأمثلة توضيحية وتوصيات عملية لتجميع مولد الرياح.

حساب توربينات الرياح

من أين نبدأ بحساب نظام توليد الكهرباء من طاقة الرياح؟ وبالنظر إلى أننا نتحدث عن مولد الرياح، فإن التحليل الأولي لردة الرياح في منطقة معينة يبدو منطقيا.

تعد معلمات الحساب مثل سرعة الرياح واتجاهها المميز لمنطقة معينة من معلمات التصميم المهمة. فهي تحدد إلى حد ما مستوى طاقة توربينات الرياح التي يمكن تحقيقها بالفعل.

من الصعب حتى تخيل مولدات الرياح بهذه الطاقة. لكن مثل هذه التصاميم موجودة وتعمل بفعالية.ومع ذلك، تظهر حسابات هذه الهياكل طاقة منخفضة نسبيًا مقارنة بمصادر الطاقة التقليدية

ما هو جدير بالملاحظة هو أن هذه العملية طويلة الأمد بطبيعتها (شهر واحد على الأقل)، وهو أمر واضح تمامًا. من المستحيل حساب الحد الأقصى من المعلمات المحتملة لسرعة الرياح واتجاهها الأكثر تكرارًا بقياس واحد أو اثنين.

ستكون هناك حاجة لعشرات القياسات. ومع ذلك، فإن هذه العملية ضرورية حقا إذا كانت هناك رغبة في بناء نظام إنتاجي فعال.

كيفية حساب قوة طاحونة الهواء

مولدات الرياح للاستخدام المنزلي، وخاصة تلك المصنوعة يدويًا، لم تفاجئ الناس أبدًا بقدرتها العالية. هذا أمر مفهوم. على المرء فقط أن يتخيل صاريًا ضخمًا يبلغ ارتفاعه 8-10 أمتار ومجهزًا بمولد ذو شفرة مروحة يزيد طولها عن 3 أمتار وهذا ليس التثبيت الأقوى. فقط حوالي 2 كيلو واط.

لخدمة توربينات الرياح بهذه القوة، يتم استخدام طائرات هليكوبتر وفرق من المتخصصين يصل عددهم إلى عشرة أشخاص. لحساب محطة توليد الكهرباء هذه، يشارك عدد أكبر من فناني الأداء

بشكل عام، إذا كنت تعتمد على جدول قياسي يوضح العلاقة بين قوة مولد الرياح والمدى المطلوب لشفرات المروحة، فهناك شيء يثير الدهشة. وفقًا للجدول، تتطلب طاحونة هوائية بقدرة 10 واط مروحة بطول مترين.

سيتطلب تصميم 500 واط مروحة يبلغ قطرها 14 مترًا، علاوة على ذلك، تعتمد معلمة مدى الشفرة على عددها. كلما زاد عدد الشفرات، كان الامتداد أصغر.

ولكن هذه مجرد نظرية، مشروطة بأن سرعة الرياح لا تتجاوز 4 م / ثانية.في الممارسة العملية، كل شيء مختلف إلى حد ما، وقوة المنشآت المنزلية التي تعمل فعليا لفترة طويلة لم تتجاوز أبدا 500 واط.

لذلك، عادة ما يقتصر اختيار الطاقة هنا على نطاق 250-500 واط مع متوسط ​​سرعة رياح تبلغ 6-8 م/ثانية.

جدول اعتماد قوة نظام طاقة الرياح على قطر الدوار وعدد الشفرات. يمكن استخدام هذا الجدول لإجراء العمليات الحسابية، ولكن مع الأخذ في الاعتبار تجميعه لمعلمات سرعة الرياح حتى 4 م/ثانية (+)

من الناحية النظرية، يتم حساب قوة محطة طاقة الرياح باستخدام الصيغة:

ن = ع * S * V³/2,

أين:

• ص - كثافة الكتل الهوائية؛
• س - المساحة الإجمالية لشفرات المروحة؛
• الخامس - سرعة تدفق الهواء؛
• ن - قوة تدفق الهواء.

نظرًا لأن N هي معلمة تؤثر بشكل جذري على قوة مولد الرياح، فإن الطاقة الفعلية للتركيب ستكون قريبة من القيمة المحسوبة لـ N.

حساب مراوح توربينات الرياح

عند بناء طاحونة هوائية، عادة ما يتم استخدام نوعين من المراوح:

• مجنح - الدوران في المستوى الأفقي.
• دوار سافونيوس، دوار داريوس — الدوران في مستوى عمودي.

يمكن حساب تصميمات المسمار مع الدوران في أي مستوى باستخدام الصيغة:

ض=الطول*العرض/60/الخامس

أين:

• ز - درجة السرعة (السرعة المنخفضة) للمروحة؛
• ل - حجم طول الدائرة الموصوفة بالشفرات؛
• دبليو - سرعة (تردد) دوران المروحة؛
• الخامس – سرعة تدفق الهواء .

بناء على هذه الصيغة، يمكنك بسهولة حساب عدد الثورات ث - سرعة الدوران.

هذا هو ما يبدو عليه تصميم المسمار المسمى "Darieu Rotor". ويعتبر هذا الإصدار من المروحة فعالا في صناعة مولدات الرياح ذات القوة والحجم الصغيرين.حساب المسمار لديه بعض الميزات

ويمكن العثور على علاقة العمل بين الثورات وسرعة الرياح في الجداول المتوفرة على الإنترنت. على سبيل المثال، بالنسبة للمروحة ذات الشفرتين وZ=5، تكون العلاقة التالية صالحة:

أيضًا، أحد المؤشرات المهمة لمروحة طاحونة الهواء هو درجة الصوت.

يمكن تحديد هذه المعلمة باستخدام الصيغة:

H=2πR* تان α,

أين:

• 2π - ثابت (2*3.14)؛
• ر - نصف القطر الموصوف بواسطة الشفرة؛
• تان ألفا – زاوية القسم .

تتوفر معلومات إضافية حول اختيار شكل وعدد الشفرات، بالإضافة إلى تعليمات تصنيعها، في هذا المقال.

اختيار المولدات لتوربينات الرياح

من خلال الحصول على القيمة المحسوبة لعدد دورات اللولب (W)، التي تم الحصول عليها باستخدام الطريقة الموضحة أعلاه، يمكنك بالفعل تحديد (تصنيع) المولد المناسب.

على سبيل المثال، مع درجة السرعة Z=5، يكون عدد الشفرات يساوي 2 وسرعة 330 دورة في الدقيقة. عند سرعة رياح 8 م/ث . يجب أن تكون قوة المولد حوالي 300 واط.

عرض مقطعي لمولد محطة طاقة الرياح. مثال توضيحي لأحد التصميمات المحتملة لمولد نظام طاقة الرياح المنزلي، الذي تم تجميعه بشكل مستقل

بالنظر إلى هذه المعلمات، قد يكون الاختيار المناسب كمولد لمحطة طاقة الرياح المحلية هو المحرك المستخدم في تصميمات الدراجات الكهربائية الحديثة. الاسم التقليدي للجزء هو محرك الدراجة (صنع في الصين).

هذا هو شكل محرك الدراجة الكهربائية، والذي على أساسه يُقترح إنشاء مولد لطاحونة هوائية منزلية. يعد تصميم محرك الدراجة مثاليًا للتنفيذ دون أي حسابات أو تعديلات تقريبًا. ومع ذلك، قوتهم منخفضة

خصائص محرك الدراجة الكهربائية هي كما يلي تقريبًا:

من السمات الإيجابية لمحركات الدراجات أنها لا تحتاج عملياً إلى التغيير. لقد تم تصميمها هيكليًا كمحركات كهربائية منخفضة السرعة ويمكن استخدامها بنجاح لمولدات الرياح.

يمكنك صنع طاحونة هوائية استخدام مولد السيارة أو جمع وحدة الغسالة.

حساب واختيار وحدة التحكم بالشحن

مطلوب وحدة تحكم شحن البطارية لأي نوع من محطات طاقة الرياح، بما في ذلك التصميم المحلي.

يتلخص حساب هذا الجهاز في اختيار الدائرة الكهربائية للجهاز التي تتوافق مع معلمات التصميم لنظام الرياح.

من هذه المعلمات، وأهمها هي:

• الجهد المقدر والحد الأقصى للمولد.
• أقصى قدر ممكن من طاقة المولد؛
• أقصى تيار ممكن لشحن البطارية؛
• قوة البطارية؛
• درجة الحرارة المحيطة
• مستوى الرطوبة المحيطة.

بناءً على المعلمات المقدمة، تجميع وحدة تحكم الشحن افعل ذلك بنفسك أو اختر جهازًا جاهزًا.

جهاز التحكم بالشحن للبطاريات المستخدمة كجزء من محطة طاقة الرياح. جهاز مُصنع صناعيًا، عند اختياره ما عليك سوى دراسة الخصائص التقنية بعناية من أجل التنسيق الدقيق مع النظام الحالي

بالطبع، يُنصح باختيار (أو تجميع) جهاز توفر دائرته وظيفة بدء سهلة في ظروف تدفقات الهواء الضعيفة. نرحب أيضًا بوحدة التحكم المصممة للعمل ببطاريات ذات جهد مختلف (12، 24، 48 فولت).

أخيرا، عند حساب (اختيار) دائرة التحكم، يوصى بعدم نسيان وجود وظيفة مثل التحكم في العاكس.

اختيار بطارية للنظام

ومن الناحية العملية، يتم استخدام أنواع مختلفة من البطاريات وجميعها تقريبًا مناسبة تمامًا للاستخدام كجزء من نظام طاقة الرياح. ولكن يجب اتخاذ خيار محدد في أي حال. اعتمادًا على معلمات نظام طاحونة الهواء، يتم اختيار البطارية بناءً على الجهد والسعة وظروف الشحن.

المكونات التقليدية لطواحين الهواء المنزلية هي بطاريات الرصاص الحمضية الكلاسيكية. لقد أظهروا نتائج جيدة من الناحية العملية.بالإضافة إلى ذلك، فإن تكلفة هذا النوع من البطاريات تعتبر معقولة أكثر مقارنة بالأنواع الأخرى.

تعتبر بطاريات الرصاص الحمضية متواضعة بشكل خاص في ظروف الشحن/التفريغ، ولكن من غير المقبول تضمينها في نظام بدون وحدة تحكم.

إذا كان تركيب توربينات الرياح يحتوي على وحدة تحكم شحن مصممة بشكل احترافي مع نظام أتمتة كامل، فيبدو من المنطقي استخدام بطاريات AGM أو بطاريات الهيليوم.

حزمة بطارية مولد الرياح المنزلية. ليس الخيار الأفضل للاستخدام، نظرًا لفوضى الأسلاك ومتطلبات التخزين. في هذه الحالة من أجهزة تخزين الطاقة، من المستحيل الاعتماد على تشغيلها على المدى الطويل.

يتميز كلا النوعين من أجهزة تخزين الطاقة بكفاءة أكبر وعمر خدمة طويل، لكنهما يفرضان متطلبات عالية على ظروف الشحن.

الأمر نفسه ينطبق على ما يسمى ببطاريات الهيليوم المدرعة. لكن اختيار هذه البطاريات لطاحونة الهواء المنزلية محدود بشكل كبير بالسعر. ومع ذلك، فإن عمر خدمة هذه البطاريات باهظة الثمن هو الأطول مقارنة بجميع الأنواع الأخرى.

تتمتع هذه البطاريات أيضًا بدورة شحن/تفريغ أطول، ولكن فقط في حالة استخدام شاحن عالي الجودة.

حساب العاكس لطاحونة الهواء المنزلية

تجدر الإشارة على الفور: إذا كان تصميم توربينات الرياح المنزلية يحتوي على بطارية واحدة بقوة 12 فولت، فلا فائدة من تركيب عاكس على مثل هذا النظام.

في المتوسط، يبلغ استهلاك الطاقة المنزلية 4 كيلو واط على الأقل عند أحمال الذروة.ومن هنا الاستنتاج: يجب أن يكون عدد البطاريات القابلة لإعادة الشحن لهذه الطاقة 10 قطع على الأقل ويفضل أن يكون بجهد 24 فولت. لمثل هذا العدد من البطاريات فمن المنطقي تثبيت العاكس.

ومع ذلك، لتوفير الطاقة بالكامل لـ 10 بطاريات بجهد 24 واط لكل منها والحفاظ على شحنتها بشكل ثابت، ستكون هناك حاجة إلى طاحونة هوائية بقوة لا تقل عن 2-3 كيلو واط. من الواضح أن الهياكل المنزلية البسيطة لا يمكنها التعامل مع مثل هذه القوة.

عاكس منخفض الطاقة (600 واط)، يمكن استخدامه لتركيبات الطاقة المنزلية الصغيرة. يمكنك تشغيل جهاز تلفزيون أو ثلاجة صغيرة من هذه المعدات بجهد 220 فولت. لم يعد هناك تيار كافٍ للمصابيح الموجودة في الثريا

ومع ذلك، يمكنك حساب قوة العاكس على النحو التالي:

1. تلخيص قوة جميع المستهلكين.
2. تحديد وقت الاستهلاك.
3. تحديد الحمل الأقصى.

في مثال محدد سيبدو هكذا.

يجب أن تكون هناك أجهزة كهربائية منزلية كحمولة: مصابيح إضاءة - 3 قطع. 40 وات لكل منهما، ريسيفر تلفزيون - 120 وات، ثلاجة مدمجة 200 وات. نجمع الطاقة: 3*40+120+200 ونحصل على 440 واط عند الخرج.

دعونا نحدد قوة المستهلكين لمدة متوسطها 4 ساعات: 440*4=1760 واط. بناءً على قيمة الطاقة التي تم الحصول عليها مع مرور وقت الاستهلاك، يبدو من المنطقي اختيار عاكس من بين هذه الأجهزة بقدرة خرج تبلغ 2 كيلو واط أو أكثر.

وبناء على هذه القيمة يتم حساب خاصية الجهد الحالي للجهاز المطلوب: 2000*0.6=1200 V/A.

مخطط كلاسيكي لإعادة إنتاج وتوزيع الطاقة التي يتم الحصول عليها من مولد الرياح المنزلي. ومع ذلك، لتوفير الطاقة على المدى الطويل لمثل هذا العدد من الأجهزة، هناك حاجة إلى تثبيت قوي بما فيه الكفاية (+)

في الواقع، فإن العبء المنزلي على أسرة مكونة من ثلاثة أشخاص، وهي مجهزة بالكامل بالأجهزة المنزلية، سيكون أعلى من المحسوب في المثال. عادةً، يتجاوز وقت اتصال التحميل أيضًا 4 ساعات المطلوبة. وبناء على ذلك، سيحتاج عاكس نظام طاقة الرياح إلى عاكس أكثر قوة.

الحساب الأولي لطاحونة الهواء مفيد ليس فقط للتجميع الذاتي. من الضروري أيضًا تحديد المعلمات المثلى متى اختيار مولد الرياح الجاهزة.

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

كيفية تحليل البيانات المصدر وكيفية تطبيق الصيغ معروضة في الفيديو:

من الضروري استخدام البيانات المحسوبة في أي حال. سواء كانت محطة طاقة صناعية أو مصنعة للاستخدام المنزلي، فإن حساب كل وحدة يضمن دائمًا أقصى قدر من كفاءة الجهاز، والأهم من ذلك، السلامة التشغيلية.

تحدد الحسابات الأولية مدى جدوى تنفيذ المشروع وتساعد في تحديد مدى تكلفة المشروع أو اقتصاديته.

هل لديك خبرة في حل مشاكل مماثلة؟ أو لا تزال لديك أسئلة حول هذا الموضوع؟ يرجى مشاركة حساب توربينات الرياح ومهارات التصميم الخاصة بك. يمكنك ترك التعليقات وطرح الأسئلة في النموذج أدناه.