EL PAPEL TÉCNICO #11
 
                      UNDERSTANDING LA ENERGÍA DEL VIENTO
 
 
                                 Por
              Dr. James F. Manwell & Dr. Duane E. Cromack
 
                            Illustrated Por
El                           Christopher Schmidt
 
                          los Críticos Técnicos
                             Theodore Alt
                          Christopher Turner
                          Christopher Weaver
 
                             Published Por
                                VITA
                   1600 Bulevar de Wilson, Colección 500,
                     ARLINGTON, VIRGNIA 22209 EE.UU.
               TEL:  703/276-1800   *  FAX:  703/243-1865
                      Internet:  pr-info@vita.org
 
            la            Understanding Viento Energía
                         ISBN:  0-86619-211-5
              [el LENGUAJE C] 1984, Voluntarios en la Ayuda Técnica,
 
                            PREFACE
 
Este papel es uno de una serie publicado por Voluntarios en Técnico
La ayuda para proporcionar una introducción a específico innovador
las tecnologías de interés a las personas en los países en desarrollo.
Se piensa que los papeles son usados como las pautas para ayudar
las personas escogen tecnologías que son conveniente a sus situaciones.
No se piensa que ellos proporcionan construcción o aplicación
se instan a las Personas de details.  que avisen VITA o una organización similar
para la información extensa y soporte técnica si ellos
hallazgo que una tecnología particular parece satisfacer sus necesidades.
 
Los papeles en las series eran escrito, repasaron, e ilustraron
casi completamente por VITA Volunteer los expertos técnicos en un puramente
basis.  voluntario Unos 500 voluntarios estaban envueltos en la producción
de los primeros 100 títulos emitidos, mientras contribuyendo aproximadamente
5,000 horas de su time.  el personal de VITA incluyó Leslie Gottschalk
y María Giannuzzi como editores, Julie Berman que se ocupa dado la composición
y diseño, y Margaret Crouch como gerente del proyecto.
 
Los autores de este papel, Dr. James F. Manwell y Dr. Duane E.
Cromack, es profesores con el Departamento de Ingeniería Mecánica
en la Universidad de Massachusetts.   que Dr. Manwell también tiene
el fondo en la energía solar, fuerza, la termodinámica, y eléctrico
y engineering.  de computación para que Dr. Cromack ha consultado
el Gobierno americano y las industrias privadas en el viento energy.  Christopher
El Schmidt es un ilustrador profesional en los bellas artes,
las áreas técnicas, y médicas, y asiste al Noroeste de Pacífico
La Escuela de Art.  Él ilustró el Diccionario de Energía Renovable de VITA.
Theodore Alt, P.E., es un ingeniero mecánico en que ha sido
el campo de energía desde 1942.   que Él ha camellado con la investigación de energía
y grupo de desarrollo de la Arizona servicio público Compañía
y el Gobierno de la comisión eléctrica de México.   Christopher
Tornero supervisa y disemina la información apropiado sobre
la tecnología, y ha trabajado con la energía del viento en el Norte
Carolina.  Christopher Weaver es un ingeniero con la Energía y
Consultores del recurso, Inc. en Colorado.   que Él ha escrito a dos técnico
los papeles para VITA en la generación hidroeléctrica.
 
VITA es un privado, empresa no ganancial que apoya a las personas
trabajando en los problemas técnicos en los países en desarrollo.   las ofertas de VITA
la información y ayuda apuntaron a ayudar a los individuos y
los grupos para seleccionar y las tecnologías del instrumento destinan a su
situations.  VITA mantiene un Servicio de la Pregunta internacional, un
el centro de la documentación especializado, y una lista informatizada de
los consultores técnicos voluntarios; maneja los proyectos del campo a largo plazo;
y publica una variedad de manuales técnicos y papeles.
 
                    UNDERSTANDING LA ENERGÍA DEL VIENTO
 
   Por Voluntarios de VITA James F. Manwell y Duane E. Cromack
 
LA INTRODUCCIÓN DE I. 
 
El sol es la fuente original de energía del viento. La Luz del sol de   calienta el
el mar, tierra, y montañas al rates diferente.   Esto crea las desigualdades
en la temperatura de la atmósfera de la tierra.   Éstos
los desequilibrios termales producen el aire en el movimiento--o viento.   Wind el machines
capture la energía del viento y convierta esta energía en
movimiento mecánico o electricidad.
 
El machine del viento típico consiste en un rotor o turbina que
está normalmente montado en una torre.   El viento rueda la turbina o
rotor que se vuelve el árbol de un generador eléctrico o un
device.  mecánico Si el system del viento produce electricidad, el
la energía eléctrica puede usarse inmediatamente o puede guardarse en las baterías
para el uso posterior.
 
LA HISTORIA DE PODER DEL VIENTO
 
El uso de poder del viento casi es tan viejo como history.  grabado El
Los egipcios usaron las velas para impulsar sus barcos en el Rio Nilo encima de
5,000 años ago.  se piensa que El chino ha sido el primero
para usar los molinos de viento, y los Persians se conocen para haber construido los molinos de viento
en 200 B.C.  El molino de viento del pozo vertical Pérsico, o " panemone,"
fue usado para impulsar grano-moliendo las piedras.   los europeos Medievales
los molinos de viento usados para una gama amplia de actividades, incluyendo
el agua bombeando, serrando madera, moliendo el grano, y el aceite urgente--en
el hecho virtualmente cualquier proceso que requirió energy.  mecánico El
el molino de viento tradicional se desarrolló a su mayor magnitud por el
Holandés que usó los molinos de viento por los miles (Figura 1).

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Los molinos de viento europeos tempranos eran del " tipo de molino " de poste (Figura 2).

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El machine entero estaba montado en un poste, y el propio molino era
construido alrededor del post.  que El poste, apoyado en la tierra, sirvió
como un pivote por volverse el molino para que pudiera enfrentarse en
el viento, o " guiñó ".   que los molinos Subsecuentes eran del " plan " de la gorra.
En este caso sólo la cima, o gorra, del molino que sostuvo el
las hojas, se volvió enfrentar el viento.   Hasta los 1750s, molineros
tenía que volverse los machine a mano para enfrentar el viento.   Después de eso
el periodo, la invención de la cola en forma de abanico--un molino de viento pequeño montó a
los ángulos rectos a las hojas principales--permitió guiñar el machines
automáticamente (Figura 3).

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Una nueva era para los molinos de viento empezó en los tardes 1800s en el Unido
States.  El establecimiento de los Estados Unidos occidentales semiáridos
requerido el uso de agua que tuvo que ser bombeado fuera del
ground.  Los multibladed americanos cultivan el molino de viento (Figura 4) era

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desarrollado alrededor de ese tiempo para proporcionar bombeando el poder.   A uno
tiempo, cientos de miles de estos machines estaban en use.  Ellos
ha sido principalmente reemplazado hoy, pero en muchas partes del mundo
ellos todavía se usan.
 
Cerca del principio del 20 siglo, los daneses usaron el viento primero
impulse para generar electricidad (Figura 5).   Los nuevos generadores del viento

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encuentre un mercado activo en las Granes Llanuras americanas que ya
tenía sus bombeadores de agua viento-manejados en sitio.   El nuevo machines
normalmente tenía una potencia eléctrica de menos de 1,000 vatios,
qué era adecuado proporcionar la iluminación e impulsar para los aparatos pequeños.
Después de que el programa de la electrificación rural americano mayor tenía
empezado en los años treinta, estos machines del viento no podrían competir con
la energía de uso general barata, fiable y la mayoría de ellos era abandonado.
 
No obstante, un poco de desarrollo en poder del viento continuado en el
1950s, principalmente en el machines capaz de más de tamaño más grande eléctrico
output.  Los daneses, ruso, británico, francés, y americanos todos
experimentado con machines del viento que podría producir 100 kilovatios
(el kW) o more.  Por los tempranos 1960s, sin embargo, interesan en el viento
impulse como una producción de la fuente de fuerza viable había menguado, porque
otras fuentes de energía parecían hacerlo obsoleto.   Durante el
1970s que muchas personas comprendieron que los combustibles fósiles no eran renovables
y estaba sujeto a la interrupción y esa fuerza nuclear no era
tan fiable y barato como algunas personas habían imaginado. Las personas
una vez más se vuelto enrollar el poder como una alternativa a algunos de
esos problemas inesperados.
 
Desde el medio-1970s varios países han empezado los programas mayores
para desarrollar el systems del viento moderno.   que Algunos de los programas tienen
enfocado en la generación de fuerza de gran potencia, otros en el medio-balanza,
el systems para el uso comercial, y todavía otros en el intermedio mejorado "
los dispositivos de tecnología ", más conveniente a las aplicaciones mundiales Terceras.
 
EL VIENTO POWER:  NEEDS QUE SIRVE
 
El poder del viento mantiene dos tipos básicos de necesidades:   (1) Para remoto
las aplicaciones dónde la reja de una electricidad (el suministro) no está disponible
o la necesidad es para la energía mecánica como la bomba de agua, el viento,
pueda servir bastante bien la función, con tal de que un viento adecuado
la fuente es available.  (2) En otras áreas dónde las rejas de electricidades
está disponible, el poder del viento puede servir como una alternativa a convencional
las formas de poder generation.  puede ayudar disminuir el
la cantidad de combustible comprado y reemplaza algunos del convencional
la capacidad generadora.
 
Donde el agua freática es escasa y hay viento adecuado, el viento,
los machines son una manera fiable y barata dado bombear el agua de
profundamente o pozos poco profundos para los ranchos aislados, pueblos, y granjas.
El poder del viento puede mantener el agua la irrigación, mientras bebiendo los suministros,
el ganado, y otro uses.  Wind a que el poder también puede enjaezarse
mantenga el poder moliendo grano y funcionamientos del aserradero.
 
Para sitios no conectados a una reja eléctrica, los machines del viento pueden
genere electricidad por bombear el agua, moliendo el grano, calentando,
casas, los aparatos corrientes, y encendiendo.   En esas áreas dónde
el servicio de utilidad ya está disponible, el poder del viento puede contribuir
al funcionamiento de luces, estufas eléctricas, los acondicionadores de aire,
y otro appliances.  En algunas aplicaciones, el poder del viento también puede
mantenga el calor calentando casas y agua.
 
II.  LA TEORÍA DEL MOLINO DE VIENTO BÁSICA
 
IMPULSE EN EL VIENTO
 
El viento es aéreo en motion.  como a tal, posee energy.  UN molino de viento
opera reduciendo la velocidad el viento y capturando algunos de su
la energía en el process.  Consider una área A([m.sup.2]) perpendicular a
el viento direction.  Si el viento, con la densidad p (kg/[m.sup.3]), flujos
a través de él con una velocidad V(m/s), el poder (los vatios) en el viento
se da por:
 
EL P DE                        = 1/2P[AV.SUP.3]
 
Esta ecuación resume los hechos importantes lo siguiente:
 
     (1)   como que El poder varía directamente hace el density.  Él
          también debe notarse que la densidad disminuye con
          la temperatura creciente y el atmosférico decreciente
          presionan (por ejemplo, causó aumentando la altitud) .  Al mar
          nivelan y 15 [los grados] el LENGUAJE C, p = 1.225 kg/[m.sup.3] .  Bajo otras condiciones,
          la densidad se da por p = .464 P(mm Hg) /
          (T([DEGREES] EL LENGUAJE C) + 273).
 
     (2)   Para un molino de viento del eje de abscisas de radio R, el poder,
          es proporcional a UN = [la pi] [R.sup.2].
 
     (3)   que El poder varía con el cubo de la velocidad del viento.
          que Esto significa que el poder aumenta por un factor de
          ocho cuando la velocidad del viento dobla.
 
EL PODER REAL
 
Un molino de viento no puede extraer todo el poder en el viento.   Theoretically,
un rotor de machine de viento puede extraer 59.3 por ciento a lo sumo de
el poder. Otros factores contribuyen a las disminuciones aun mayores en
efficiency.  las eficacias del rotor Típicas, los coeficientes de poder llamados,
o Cp, vaya de 20 a 40 por ciento.
 
EL VIENTO DEL LENGUAJE BASIC EL PLAN DE MACHINE
 
Más machines del viento operan a través del uso de velas, las hojas, o
los cubos conectaron a un árbol central.   La energía del viento extraída
las causas el árbol a rotate.  Este árbol rodando puede usarse a
maneje una bomba, impulse un generador o compresor, o haga otro trabajo.
 
Dos principios aerodinámicos entran en la obra viento-machine el funcionamiento:
el alzamiento y drag.  El viento puede rodar el rotor de un viento
el machine empujando contra él (arrastre) o alzando las hojas
(la sustentación aerodinámica) .  Wind arrastran es la fuerza usted la percepción cuando usted se vuelve
la palma de su mano en un viento fuerte.   Drag es el primero
la fuerza del motivo en algún machines del lento-velocidad como el Savonius
el rotor (Figura 6).

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Un ejemplo común de sustentación aerodinámica es la fuerza en que actúa
las alas de un airplane.  Avión alas tienen una forma especial
llamado un estabilizador (Figura 7).   El estabilizador produce una baja frecuencia

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el área sobre el ala y una área de presión alta bajo él como el
el avión flies.  La diferencia en la presión entre la cima y
el fondo del ala alza el avión realmente y lo contiene el
el aire.
 
Se usa la fuerza de alzamiento en más machines del viento hoy, si ellos son
el relativamente lento, los multibladed riegan los bombeadores, o el de gran velocidad
dos - o los generadores de energía eléctrica tres-de hojas.
 
Las hojas de más generadores de viento de día presentes son, en vigencia,
airfoils.  Cuando el viento pega la diferencia de presión a estas hojas
los alzamientos la hoja y le permite mover con la gran velocidad y
efficiency.  Cualquiera arrastra la fuerza en las hojas disminuye la producción de poder.
La relación de la velocidad de la hoja (moderado a la punta)
a la velocidad del viento la proporción de velocidad de punta de pala es.   Si las hojas están moviendo
cinco veces más rápidamente que el viento, la proporción de velocidad de punta de pala es 5:1.
Las proporciones de velocidad de punta de pala están típicamente en el rango de uno a six.  Drag
los machines siempre tienen una proporción de velocidad de punta de pala de menos de uno.
 
El superior la proporción de velocidad de punta de pala de plan, el más bajo es los requerimos
la proporción de área de la hoja total al área barrida (llamó la solidez) .  Para
la generación de la potencia eléctrica, la tendencia está hacia la velocidad de punta de pala superior
las proporciones, ambos porque las velocidades de rotación altas se requieren al
el generador y porque menos hojas se necesitan el coste tan relativo
es less.  En la suma, los coeficientes de poder superiores son asequibles
a las proporciones de velocidad de punta de pala superiores.
 
Una proporción de velocidad de punta de pala alta no siempre es deseable, however.  Power es
el producto de torsión (el esfuerzo de torsión ") y velocidad de rotación.
Así, los machines del bajo-velocidad tienen el alta torsión relativamente comparada
con machines.  de gran velocidad En el particular, los machines rápidos tienen muy
las características del momento de torsión de arranque pobres.
 
Para muchas aplicaciones mecánicas, como la bomba de agua, alto
la torsión es de importancia primaria.   Thus, los machines usaron para aquéllos
los propósitos tienden ser más lento, el machines de superior-solidez.   Aunque
estos machines requieren una área de la hoja relativamente mayor, porque
de su más bajo velocidad las formas de la hoja pueden ser más simples.   Para
el ejemplo, los machines más lentos pueden usar las velas o pueden encorvar los platos llanos
eficazmente, considerando que los machines más rápidos necesitan la hoja más aerodinámica
las formas para minimizar los efectos adversos de arrastran.
 
Una consideración importante en cualquier plan de machine de viento es estructural
integrity.  Las fuerzas que dan lugar a la torsión y
de también impulse tiene los componentes parangonar a la dirección del viento.
Estas fuerzas contribuyen al torcimiento de las hojas y un empujón
eso tiende a empujar el machines encima de.   que La fuerza del empujón se da
por:
 
               [F.SUB.T] = [C.SUB.T]1/2P[AV.SUP.2]
 
Bajo las condiciones ideales, [C.sub.T] = 8/9.   que El machine y torre son
normalmente diseñado para resistir cuatro veces por lo menos la fuerza que
se produciría cuando el machine se opera a su mayor
output.  La fuerza del empujón es igualmente distribuída encima de las hojas,
y para los propósitos de plan de hoja actuar a dos tercios pueden asumirse
de la manera fuera en la hoja del cubo.
 
ENROLLE LAS CARACTERÍSTICAS
 
La característica esencial del viento es su variability.  El
la potencia desarrollada de un machine del viento variará de acuerdo con.   Average
las velocidades del viento varían del lugar para poner.   Ellos también varían con el
tiempo de día y con las estaciones.   La media velocidad del viento normalmente
los aumentos con la altura sobre la tierra.   por ejemplo, cada tiempo
la altura de superficie se dobla (por ejemplo, de 10 metro a 20 metro),
los aumentos de velocidad de viento por por lo menos 10 por ciento que aumentan
el poder disponible por 30 por ciento.
 
La medida más importante del potencial de un sitio para el poder del viento
es la velocidad de viento de media anual.   por ejemplo, sitios con la media
las velocidades del viento menos de 3 los m/s raramente son los sitios buenos.   Aquéllos con
los promedios sobre 3 a 4 los m/s pueden ser factibles, mientras dependiendo adelante el
la aplicación y el cost de otras formas de energía. Los Sitios de   con
promedios en el rango de 6.5 a 8 m/s o superior es excelente
candidatos para el desarrollo de poder de viento.   A cualquier sitio probable,
sin embargo, es importante considerar el estacional y diurnal
(tiempo de día) las variaciones de velocidad del viento y asegura que ellos son
compatible con la carga.
 
Las estaciones de tiempo cercanas pueden proporcionar los datos en la velocidad del viento.   En el piso
el terreno, las lecturas del tres o cuatro testamento de las estaciones más íntimo,
proporcione un presupuesto aproximativo de media velocidad del viento.   En montañoso
las áreas la velocidad del viento es más sitio-específica y requiere más
el estado detallado.
 
Determinar el resourse del viento a un sitio propuesto, lo siguiente,
la información debe obtenerse:   la velocidad del viento mala mensual; la frecuencia
la distribución de velocidad del viento (el por ciento de tiempo la velocidad del viento
los soplos a una fuerza dada); y variación diaria de velocidad del viento.
La velocidad del viento mala mensual indicará si el poder estará disponible
cuando la mayoría del needed.  también ayudará determine el tipo de
turbina que es needed.  La distribución de frecuencia de velocidad del viento
y la dirección proporcionará una estimación de poder potencial y
ayude identificar la situación buena para un system del viento.   El periódico
la variación de velocidad del viento dirá la probabilidad que el testamento de poder
esté disponible en esas veces durante el día cuando es más más
necesitado.
 
Si estos datos están disponibles, un anemómetro, o sensor del viento,
debe usarse para obtener las lecturas adelante o cerca del sitio propuesto.
El tipo portátil es el caro y está normalmente disponible
en al aire libre y tiendas de suministro de avión.   Aunque no hace
promedie la velocidad del viento, dará una idea áspera del viento
resource.  UN anemómetro de la taza puede ponerse arriba y puede salirse exclusivamente a
la velocidad de viento de medida (Vea Figura 8).

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Las características del viento son analizadas el mejor tomando el viento de cada hora
los datos de velocidad a un sitio durante por lo menos 12 meses.   Cuando eso no es
posible, pueden tomarse los datos para un periodo más corto, y entonces comparó
con los datos de otro, sitio cercano, como un aeropuerto,
para que los datos a largo plazo están disponibles.   Cuando los datos completos son
disponible éstos se resumen a menudo en la velocidad y poder
la duración encorva que puede usarse entonces estimando la energía
la producción para los varios planes de machine de viento.   Si sólo resumen
los datos están disponibles, como las velocidades de viento de media, una variedad de estadístico
se han desarrollado las técnicas que lo hace más fácil a
determine la cantidad de recursos del viento disponible.
 
A menudo, ningún datos está disponible para un sitio particular.   En esto
embale, las formas de arbustos y árboles pueden dar una indicación de
el recurso del viento a un sitio dado. Los Arbustos de   generalmente serán
más corto en las situaciones con los vientos fuertes.   Trees tendrá descentrado
las coronas y troncos, y se barrerán las ramas el sotavento.
Otros indicadores medioambientales de vientos fuertes pueden incluir arena
friega y creciente-formó las dunas de arena.   que Estos indicadores serán
particularmente prevaleciente si la dirección del viento es relativamente constante.
 
ENROLLE LAS CARACTERÍSTICAS OPERATIVA DE MACHINE
 
El funcionamiento de un machine del viento así como su potencia desarrollada
depende del viento que speed.  There son cuatro velocidad del viento importante
los rangos a consider.  En el primer rango, cuando el viento es menos
que el corte-en la velocidad, ningún poder se produce.   El machine del viento
pueda rodar a estas velocidades bajas, pero no estaría realizando
work.  útil En el rango segundo, entre el corte-en la velocidad y
los rated enrollan la velocidad, el poder útil se producirá.   La cantidad
de poder dependerá de la velocidad del viento.   En un machine óptimamente
emparejado para enrollar las variaciones de velocidad, la potencia desarrollada variará
directamente como el poder disponible en el viento, es decir, como el cubo de
el viento speed.  Para la mayoría del machines, sin embargo, la relación es
normalmente menos de cubic.  En el rango tercero dónde el viento es
sobre la velocidad nominal, pero menos de la velocidad de viento de interruptor,
la potencia desarrollada es normalmente constante, al poder del rated.   Partially
el furling las hojas (tirándolos fuera del viento) o moviendo el
el rotor fuera del viento más poder previene de producirse.
Sobre la velocidad del interruptor, el machine está totalmente parada de una máquina y
los restos para que hasta que la velocidad del viento disminuya atrás al normal
range.  que opera que Las características operativa normalmente se resumen
en un poder contra la curva de velocidad de viento.
 
III.  DESIGN LAS VARIACIONES DE ENERGÍA DEL VIENTO SYSTEMS
 
LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
 
Enrolle que los systems de energía incluyen los componentes mayores lo siguiente:
el rotor, el conjunto de cubo, el eje maestro, la unidad principal, la transmisión, la guiñada,
el mecanismo, protección de la sobrevelocidad, el generador de energía eléctrica, la barquilla,
poder que condiciona el equipo, y torre.
 
El rotor
 
Los rotores de machine de viento de gran velocidad normalmente tienen las hojas con una cruz
la sección así de una ala del avión (el estabilizador).   que Las hojas son
normalmente hecho de madera (sólido o laminado), vaso de fibra, o metal.
Los machines más lentos normalmente usan el piso o encorvaron platos metales o velas
montado en un larguero (Vea Figura 9, 10, y 11).

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El conjunto de cubo y eje maestro
 
Las hojas son adjuntas por un conjunto de cubo a un shaft.  principal El
el eje maestro rueda en rumbos apoyados en el frame.  principal Si
las hojas se diseñan para rodar (el mando del diapasón), el cubo puede ser
justamente intricate.  Con el diapasón fijo, la atadura es relativamente
simple.
 
La unidad principal con los Rumbos de Apoyo
 
La unidad principal de los saques de machine de viento como el punto de unión
para los varios componentes, como el eje maestro, la transmisión,
el generador, y nacelle.  normalmente contiene una presión de la guiñada
la asamblea también.
 
El Mecanismo de la transmisión
 
Una asamblea de la transmisión (caja de engranajes, el mando de cadena, o el gusta) es
exigido emparejar la velocidad de rotación propiamente a los deseamos
la velocidad de una bomba de agua, generador de energía eléctrica, o compresor de aire
porque la velocidad de rotación de la rueda del viento (el rotor) no hace
el fósforo el de la bomba o generador a que será conectado.
 
El Mecanismo de la guiñada
 
Deben orientarse los machines del eje de abscisas para enfrentar el viento por un
el proceso llamado yawing.  Upwind el machines (aquéllos con las hojas contra el viento
de la torre) normalmente incorporado una veleta de la cola, los rotores de la guiñada pequeños,
(las colas en forma de abanico), o un servomecanismo para asegurar que el machine
siempre enfrenta upwind.  Downwind el machines (las hojas a favor del viento del
la torre) a menudo tiene las hojas se inclinadas ligeramente a favor del viento (el coned) para que
que ellos también actúan como una cola; este ángulo asegura la orientación apropiada.
Los machines del eje de ordenadas aceptan el viento de cualquier dirección;
así, ellos no necesitan un mando de la guiñada (Vea Figura 12).

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Protección de la sobrevelocidad
 
Todos enrollan deben protegerse los machines de los vientos fuertes.   varios
los métodos diferentes son used.  En algún machines, las hojas pueden ser
se dado la vuelta su eje largo (el mando del diapasón) y alineó para que
ellos no producen cualquier alzamiento, de ningún poder. Las Hojas de   con fijo
tire a menudo use los frenos para retardar el machine.   que Los frenos son
o aerodinámico (por ejemplo, frenos de la punta) o mecánico (por ejemplo, disco
los frenos en el eje maestro) .  Otros machines usan el varios mecánico
los medios para resultar el rotor del viento.
 
El generador de energía eléctrica
 
El generador de energía eléctrica se ata a la colocación de los marcos principal y
acoplado al extremo de gran velocidad de la transmisión el shaft.  Alternando
generadores actuales a menudo corridos a 1,800 rpm en el Unido
Estados o 1,500 rpm en mucho del mundo para mantener las frecuencias del system
de 60 Hz y 50 Hz, respectivamente.
 
Los tipos más populares son:
 
     1.    Para el systems del viento independiente pequeño, corriente directa (DC)
Los           generador alternadores con el rectificador empotrado
Se usan a menudo los diodos de           para cambiar el CA a DC.
 
     2.    Para el systems independiente más grande, o aquéllos que pueden ser
La           rodamiento antifricción conjunción con un diesel pequeño la reja eléctrica,
Los generadores sincrónicos de           son common.  Estos producto del machines
La corriente alterna de           (el CA) y debe poder ser
          precisamente reguló, para asegurar el mando de frecuencia apropiado
          y emparejando.
 
     3.    Wind que machines conectados a una reja de utilidad pueden tener
La inducción de           generators.  Éstos el producto de machines de inducción
La           CA corriente, pero es eléctricamente muy más simple conectar
          a una reja que un generator.  síncrono Ellos
          normalmente exigen a una conexión de utilidad mantener el
          la frecuencia apropiada y no puede operar independientemente sin
Equipo especial de          .
 
Power Conditioning eléctrico el Equipo
 
La necesidad para el equipo eléctrico además del generador
dependa principalmente del tipo de generador.   Para DC pequeño
el systems, por lo menos un regulador de tensión se necesita. El   Batería almacenamiento
se usa a menudo para proporcionar la energía en tiempos de vientos bajos.   Sometimes,
un inversor (para convertir DC al CA) se usa si algunos del
la carga requiere la corriente alterna.   Para el systems reja-conectado, un
el panel de control se necesita que incluirá el circuito típicamente
las olas grandes, el voltaje releva, y las paradas de poder inversas.   Synchronous
los machines requieren equipo sincronizando especial y frecuencia
las paradas.
 
La barquilla
 
La barquilla es el albergue que protege la unidad principal y el
los componentes ataron a it.  que Este cercamiento es particularmente importante
para el viento el systems eléctrico, pero se omite a menudo en el agua
los bombeadores.
 
La torre
 
Una torre u otra estructura de apoyo se necesita conseguir el viento
el machine a en el aire, fuera del más lento y más turbulento
los vientos cerca del ground.  UN machine del viento deben ser por lo menos 10 metro
superior que cualquier obstrucción en los ambientes, como los árboles.
Las torres son típicamente de plan del braguero o de polos apoyados por el tipo
los wires.  Tipo alambres son cables atados a la torre y anclado en
la tierra para que la torre no moviera o agitará del
debe diseñarse fuerza de las Torres de wind.  para resistirse el lleno
empujón producido por un molino de viento que opera o un viento estacionario
el machine en un storm.  la preocupación Especial debe darse a la posibilidad
de vibraciones destructivas causadas por una desigualdad de viento
el machine y torre (Vea Figura 13).

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LAS APLICACIONES DE PODER DEL VIENTO
 
El poder del viento tiene dos usos del comandante hoy: La energía mecánica de   y eléctrico
impulse production.  Por lejano, el uso más importante de mecánico,
el poder está en la bomba de agua, aunque el poder del viento a veces es
usado directamente para la aeración de estanques u otras cargas del mecánico.
 
Dentro de la categoría de producción de potencia eléctrica, hay dos principal
el applications:  (1) el poder para las aplicaciones remotas, y (2) utilidad-conectó
machines.  Wind el machines generador eléctrico (WEGM)
o viento el systems de la conversión eléctrico (WECS) usó en las aplicaciones remotas,
separado y distante de cualquier reja de utilidad, es típicamente
conectado a las baterías del almacenamiento.   Cuando complementó por otro
generador de energía eléctrica como el combustible del fósil o hidro, el WEGM o WECS
es el termed un system.  híbrido el machines Grande (100-2,500 [kw.sub.E]) es
desarrollándose para ser operado por las compañías de utilidad, mucho el
mismo un ellos operarían cualquier otro grupo motopropulsor.   Una aplicación
eso está poniéndose más común en los países industriales es el
el desarrollo de viento farms.  Esto involucra grupos privados que forman
los consorcios para comprar el machines del viento, y vende el poder a las utilidades
como los productores de poder pequeños.
 
El machines pequeño (1.5-50 [kw.sub.E]) está usándose por los individuos, granjeros,
y negocios pequeños en las situaciones remotas para aumentar su
la alimentación eléctrica y disminuye el poder comprado de eléctrico
las compañías.
 
Un uso menor y frecuentemente ineficaz de poder del viento está calentando
applications.  que Esto o se lleva a cabo fuera eléctrico
la generación, el poder de que es disipado en las resistencias, o
mecánicamente usando un freno de agua o mantequera para hacer manteca.
 
EL EQUIPO, LOS MATERIALES, LOS RECURSOS DEL AND,
 
Los equipos, materiales, y recursos necesitaron construir y
opere que un system del viento dependen grandemente del tipo de system ser
planned.  Wind los systems son divididos en tres categories:  (1)
la tecnología simple, (2) la tecnología intermedia, y (3) complejo
la tecnología.
 
Los systems de tecnología simples incluyen aquéllos que pueden construirse
los componentes localmente disponibles fácilmente usando.   que Ellos son típicamente
el machines pequeño con la potencia desarrollada baja, operando a bajo rotatorio
las velocidades para la bomba de agua. Los rotores de  Savonius, hecho de recicló
los tambores y erigió en las torres del braguero de madera, entre en esta categoría,
como haga el patterned de machines de sailwing después de los planes tradicionales.
Aunque pueden construirse los tales machines usando localmente disponible
madera y materiales de tela, la mayoría de ellos podría mejorarse
substancialmente incorporando unos importó, los componentes manufacturados,
sobre todo los rumbos.
 
Los machines de viento de intermedio-tecnología son más sofisticados
que aquéllos en la primera categoría.   Estos WECS incluyen el pozo profundo
riegue bombeadores de plan moderno más el viento pequeño el machines eléctrico.
Ellos son principalmente hecho de acero en que debe estar disponible
la forma de acción de la hoja, varas, barras, y las formas estructurales (el ángulo
hierro) .  Las hojas ellos probablemente será hecho de encorvado
las chapas de acero (el machines del lento-velocidad) o talló madera, cualquier sólido
o laminado (el machines de gran velocidad).   la Mayoría de la lata de los componentes
se haga en una sala de máquinas local o tienda del herrero.   En la suma
a las herramientas de mano convencionales, tal equipo como las prensas del taladro,
cortadores de metal en plancha, los tornos, moliendo el machines, los soldadores del arco, y
las antorchas de gas deben estar localmente disponibles. Los   Especialidad componentes,
como los rumbos, vestidos, cadenas, dientes, y el equipo eléctrico
(cuando aplicable) podría necesitar ser comprado en otra parte.
 
El alta tecnología, WECS complejos representan la tercera categoría de
machines.  Esta categoría incluye el viento de gran velocidad eléctrico
el systems de potencia desarrollada alta (200-2,500 [kw.sub.E]).   Estos machines
requiera equipo especial, así como los materiales más exótico que
acero o wood.  Muchos de los componentes, como las cajas de engranajes, los generadores,
controle la electrónica del system, y el mecanismo de control eléctrico,
probablemente será producido por los proveedores separados.   que Las hojas son
probablemente para ser hecho de vaso de fibra, o construyó en el
la manera de vaso de fibra va en bote o con una técnica del bobinado de filamentos
como se usa en la industria del helicóptero.   que La barquilla también es
probablemente para ser de vaso de fibra.   los materiales Especiales y equipo
también podría usarse construyendo los tales artículos como los frenos, el mando del diapasón,
los systems, mandos de la guiñada, o los anillos colectores eléctricos.   El principal
el marco podría construirse en una sala de máquinas normal.   que La torre debe
se diseñe específicamente para el machine; tiene que ser probablemente
construido por un familiar firme con las estructuras de apoyo.
 
HABILIDADES NECESITADAS EL AND DE PRODUCTO DE TO OPERAN UN VIENTO SYSTEM ELÉCTRICO
 
La construcción de simple-tecnología que el machines de WEC le requiere a un jornalero
la habilidad Constructores de level.  deben estar familiarizados con la mano básica
las herramientas, y es los planes de la construcción leídos capaces.   por ejemplo, un
el granjero instruido, capaz de fabricación, manteniendo, y usando simple
instrumentos como los arados o animal-operó la irrigación bombea,
deba ser capaz, con alguna instrucción, construir y operar un
el machine del viento simple.
 
Construir el machines de la intermedio-tecnología requiere una habilidad superior
level.  que Los planes podrían producirse ciertamente en otra parte, pero un
el entender bueno de los principios detrás del plan es deseable.
Constructores deben tener las habilidades de un maquinista competente o
herrero, y debe poder operar las herramientas simples descritas
earlier.  Ellos también deben tener algunas habilidades especiales en
pida para ocuparse dado ciertos aspectos de la construcción, como
hojas haciendo o enganchando al equipo eléctrico.   UNA persona
familiar con aparejar la instalación debe dirigir del
machine.  El plan del machine debe ser tal que normal
el funcionamiento y reparación podrían llevarse a cabo por el dueño.
 
La producción de machines de alta tecnología requiere el más alto
la habilidad level.  ingeniero familiar con el plan debe vigilar
la construcción y testing de por lo menos los primeros machines.
Las personas, con una variedad de habilidades, como los soldadores, maquinistas,
obreros de metal en plancha de electricians, , y obreros de vaso de fibra son
required.  que Mucho del trabajo también requiere a la precisión, y familiaridad
con las últimas técnicas del edificio y materiales.   El
los varios subcontratantes deben tener su propia fuerza obrera para asegurar
el plan apropiado y construcción de los componentes individuales.
 
COST/ECONOMICS
 
Aunque la energía en el viento es libre, el system del viento que
los extractos el trabajo es not.  System-installed el cost es a menudo asociado
con el datos de potencia, por ejemplo, dólares por el kilovatio o
los dólares por horsepower.  para evaluar la economía de un system
con precisión, uno debe considerar a qué velocidad del viento que el machine es
deben producirse rated o cuánta energía total en un viento dado
regime.  A pesar de esta advertencia, el coste de machines del viento normalmente
caígase dentro de las radios de acción específico.   por ejemplo, bombeadores de agua normalmente
el cost de $4,000 a $8,000 por el caballo de fuerza (el CV) para las unidades menos
que un hp.  En los tamaños de 5 a 15 CV, ellos normalmente el cost entre
$1,000 y $2,000/hp.  planes Simples que pueden construirse localmente
y ese producto el poder del árbol mecánico enlata el cost en el rango de
$1,000 a $1,500/hp, pero ellos también podrían involucrar la labor superior,
el mantenimiento, y los requisitos operacionales.
 
El viento completo el systems eléctrico típicamente el cost de $1,500 a
$3,500/kW para el machines en el rango de 5 kW y de $1,000 a
$2,500/kW para el machines en el rango de 30 kW.
 
Evaluando la economía de un system del viento requiere un conocimiento de
el rendimiento de energía útil del system y su valor, así como el
el cost del machine.  los análisis Completos normalmente consideran otros
los factores también, como el coste de mantenimiento, tasas de interés del préstamo,
y descuento rates.  Un indicador útil de viabilidad económica
es el periodo del reembolso que puede calcularse fácilmente.   El reembolso
el periodo, en años, simplemente es determinado dividiendo el system
el cost por el rendimiento por año de energía producido.   El periodo del reembolso,
entonces, es el número de años toma para pagar atrás el
cost.  original lo siguiente el ejemplo ilustra un simple económico
el análisis:
 
     Wind Machine:  Rated impulsan = 10 kW a 10 m/s
 
     Cost = $1,500/kW o $15,000 instalaron
 
     Wind la Resource:  media anual viento velocidad = 6.5 m/s
    
     la Productividad Anual de Machine = 35,000 kilovatios hora (el kWh)
          (asumiendo un régimen del viento típico)
    
     Value de Power = $.15/kWh
 
El      Reembolso Periodo = Cost/value de productividad anual
          = 15,000 / (.15) (35,000) = 6.67 años.
 
LA EFICACIA
 
 
Como discutido antes en este papel, los rotores de machine de viento tienen
impulse los coeficientes en el rango de .2 a .35 para el machines lento
y .35 a .45 para el machines rápido.   En la suma, transmisiones,
los generadores, y bombea todos tienen las eficacias asociadas con ellos.
Las transmisiones pueden tener las eficacias en el rango de 90 a 97
el por ciento, dependiendo del tipo. Los Generadores de   pueden tener las eficacias
tan alto como 95 por ciento, pero los generadores pequeños tienen a menudo más bajo
efficiencies.  En la suma, la eficacia puede caer substancialmente,
cuando el generador se opera a menos de 25 a 50
el por ciento de su datos de potencia.   El rendimiento total del
engranando y bombea de un molino de viento del water-pumping puede ser aproximadamente 60
percent.  Cuando todas las pérdidas son consideradas, el máximo global
la eficacia de un machine de gran velocidad puede estar en el rango de 25 a
38 percent.  Para el machines lento, los rendimientos totales pueden ser en el
el rango de 12 a 21 percent.  es importante notar que las eficacias
pueda cáerse substancialmente a las velocidades del viento de otra manera que aquéllos
correspondiendo al máximo; debido a la desigualdad inherente entre
las bombas a pistón y molinos de viento, los rendimientos totales de
riegue que los bombeadores caen grandemente a las velocidades del viento superiores.   El último
la actuación del machine, como una función de velocidad del viento,
incluyendo todo las ineficacias, se resume en el poder
la curva describió antes en este papel.
 
LOS REQUISITOS DE MANTENIMIENTO
 
Los molinos de viento son machines rotatorios que requieren el mantenimiento a regular
los intervalos para guardarlos operando fácilmente.   Close la atención a
el plan apropiado y construcción asegurarán que los machines tienen
una vida de servicio larga con la reparación mínima.   el mantenimiento Normal
incluye lubricación de piezas que mueve, y la inspección regular de
todo el equipo para las señales de fatiga, uso, o damage.  El
cepillos usados en los generadores eléctricos directo-actuales deben ser
verificado periódicamente, y reemplazó si es necesario.   All eléctrico
deben atarse las conexiones herméticamente para asegurarse que el
las vibraciones no sueltan las conexiones cuando el WECS está operando.
Las conexiones Todo eléctricas deben estar limpias y libre de la suciedad a
asegure que ese funcionamientos eléctricos se hacen sin formar arco de conexión
las superficies.
 
Las torres metales deben pintarse como necesitado minimizar oxidando.
Algunos machines tienen la reposición a mano después del cierre debido a cosas así causa
como vibración u overspeed.  Desde el grueso del viento
el machine es alto sobre la tierra, el acceso a él debe proporcionarse
para cualquier reparación o mantenimiento.   Access puede ser tan simple como un
la escalera de mano alta para el machines bajo.   que pueden bajarse Otros machines
prontamente al ground.  Still otros están provistos con un empotrado
la escalera de mano para alcanzar una plataforma de trabajo a la cima de la torre.
 
LOS REQUISITOS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
 
Los requisitoses de almacenamiento de energía para el systems del viento varían, mientras dependiendo
en el tipo de machine del viento y cómo se usa.   WATER-PUMPING
los molinos de viento pueden usar estanques o los tanques elevados para guardar el agua y a
las ayudas emparejan los requisitos del viento con los requisitos de agua.
Típicamente, un volumen del almacenamiento de por lo menos tres días demanda es
desirable.  However, el volumen del almacenamiento deseado dependerá adelante
las características del viento (la duración por día y velocidad) al
el sitio.
 
El viento autosuficiente los systems eléctricos requieren el almacenamiento (normalmente en el
la forma de baterías) porque la energía del viento varía hora por hora encima de un
la gama amplia de velocities.  El requisito del almacenamiento total para
estos systems es típicamente tres a cinco días, mientras dependiendo adelante el
las condiciones del viento y los requisitos de carga.   Wind el systems eléctrico
normalmente conectado a las rejas de utilidad grandes no necesite el almacenamiento si
la utilidad eléctrica compra el poder excesivo.   Si la utilidad hace
no la compra el poder, algún almacenamiento es aconsejable.   Wind el machines
acoplado a una reja aislada pequeña, como una reja aislada impulsada,
por los generadores del diesel, puede requerir el almacenamiento--por lo que se refiere a unos
horas--aplanar el rendimiento del system y suprimir a los transeúntes eléctricos
(los cambios súbitos de carga, voltaje, o corriente).   Wind la calefacción
los systems usan almacenamiento termal, normalmente el agua.   que El almacenamiento es
normalmente clasificado según tamaño durante dos o tres días del requisito calorífico máximo.
Algunos enrollan que los systems eléctricos usan sólo una porción de
su rendimiento para las cargas del CA normales.   que El rendimiento restante se usa
por calentar, y aumenta el almacenamiento termal.
 
IV.  COMPARING LAS ALTERNATIVAS PODER-PRODUCTORES
 
Dependiendo de los requisitos de carga, las condiciones climáticas, el grado de
el desarrollo del área, y proximidad para impulsar el lines, hay
varios alternativas para enrollar el poder.   En cualquier comparación, el
el recurso del viento identificado debe ser adecuado para el poder del viento ser
considerado.
 
Para los requisitos de carga de potencia eléctrica, la alternativa usual es
la utilidad service.  eléctrico Si o para no usar un system del viento
depende del cost relativo. La Fiabilidad de   será superior con
el utility.  que rejas Menores que usan los generadores del diesel también son
fiable, pero el poder es caro.   Wind que el poder puede ser favorablemente
competitivo aquí.
 
En montañas o el terreno montuoso con la lluvia amplia, hidroeléctrico
el poder es una alternativa para enrollar el poder. La Habitación de   tiende a ser
se arracimado más en los valles (donde los ríos son) en lugar de a
las crestas montañesas, transmitiendo el poder hidroeléctrico así deben ser
más fácil que el viento la Fuerza de power.  es más controlable que
el poder del viento, y un estanque es muy más barato que las baterías.   Otherwise,
el coste del system para la fuerza y systems del viento es aproximadamente comparable,
excepto dónde el trabajo civil mayor (por ejemplo, un dique) se requiere.
 
Para las áreas remotas en las regiones con el potencial de la energía solar bueno,
fotovoltaico (PV) las células son una alternativa para enrollar power.  A
presente, las células de PV son mucho más caras que el systems del viento; para que,
si la región tiene una fuente del viento buena, las células de PV probablemente no quieren
sea económicamente competitivo.   Dónde el recurso del viento varía
grandemente durante el año, un system híbrido que comprende ambos solar
las células y poder del viento podrían demostrar ventajoso.
 
Para la bomba de agua, las alternativas principales para enrollar el poder son animales
el poder, gasolina o el diesel bombea, las células fotovoltaicas, y utilidad
power.  eléctrico que el poder Animal, el más viejo de las alternativas, es
lento y puede involucrar un uso ineficaz de recursos. El Fósil de  
las bombas de combustible son convenientes, pero su coste que opera es mismo
high.  las células Fotovoltaicas, como mencionado antes, es muy caro.
Por otro lado, un system del water-pump completos que usan un PV
tablero acoplado con una bomba accionada eléctricamente sumergible es fácil
instalar, comparado con un system del viento.   tendría muchos
menos piezas que mueve y podría demostrar más fiable a la larga.
La energía de uso general es sólo una opción en regiones dónde una reja ya es
en existence.  Even en esas áreas, el cost de traer un
los line de poder separados al sitio del agua pueden dar esto
la opción más caro que otros.
 
Para las aplicaciones caloríficas, hay también varios alternativas
el available:  los combustibles fósiles, madera, y energy.  solar los combustibles Fósiles
(por ejemplo, engrase, embrague electromagnético) quemó en un horno es muy conveniente
las fuentes de calor, y la tecnología de hornos se desarrolla bien
y relativamente simple.  La desventaja de estos combustibles es su
el cost alto e inaccesibilidad. El Carbón de   es otro combustible fósil que
normalmente se ha usado por calentar, pero puede producir sustancial
las cantidades de contaminantes, sobre todo cuando quemó en un pequeño
el horno.
 
Madera es una fuente muy competitiva de calor en muchas áreas del
world.  está muy más limpio que el carbón y a menudo prontamente disponible.
En otras áreas, sin embargo, el uso de madera ha dejado atrás el regenerador
la capacidad de los bosques; así, obteniendo madera para el combustible puede
sea difícil.
 
El uso directo de luz del sol por calentar es otro alternative.  El
la tecnología para el uso de energía solar es rapidly.  Active en vías de desarrollo
se usan systems solares, usando a coleccionistas separados de la carga,
para el espacio el agua caliente calorífica, doméstica, las aplicaciones del proceso, la cosecha,
secando, etc.  systems solar Pasivo dónde los coleccionistas son
incorporado en la carga, es las opciones excelentes para muchas aplicaciones,
como calentar los edificios residenciales.   La desventaja
de energía solar ése está en el momento cuando es la mayoría necesitado para
calentando--en el medio de invierno--la radiación solar es más escasa.
El recurso del viento, sin embargo, es más fuerte por el invierno en muchos
las situaciones; por esa razón, el uso de poder del viento puede ser más
el cost eficaz que el uso de energía solar directa.   En la suma,
las temperaturas altas obteniendo con el poder del viento, usando la resistencia eléctrica
los calentadores, es más simple que obteniéndolo a través de la conversión
de luz del sol.
LAS CONSIDERACIONES GENERALES
 
Uno de las ventajas principales de poder del viento y otras formas de
la energía solar-derivada es que que todos involucran limpie las fuentes renovables
de energy.  All está relativamente seguro, y el " combustible " no está sujeto
a interruption.  arbitrario Porque el poder del viento proporciona el poder
en la forma de un árbol rodando, el poder es del más alto
la calidad--puede usarse para realizar el trabajo así como para proporcionar el calor.
 
Hay también por otro lado, preguntas de uso de tierra y medioambiental
problemas que deben ser considerados con el desarrollo de poder de viento.
El viento es una fuente relativamente difusa de energía.   Wind
los rotores del machine deben barrer una área grande, y muchos machines deben ser
hecho disponible para proporcionar una cantidad de energía comparable a eso
proporcionado por fuels.  fósil Las opciones compitiendo en la opción de
la tecnología, así como el uso del sitio probable, debe ser
examinado cuidadosamente.
 
V.  CHOOSING LA TECNOLOGÍA CORRECTA
 
En decidir si usar el poder del viento en una región, varios,
deben dirigirse las preguntas:
    
     1. ¿  Está allí un recurso del viento suficiente disponible?
    
     2.   Puede fiable, el machines del maintainable se construya o se obtiene
¿         a un cost del resonable?
    
     3.   Es la infraestructura en sitio asegurar que el
¿Pueden operarse los machine de          encima de su vida económica?
¿         Will las partes y las personas para repararlo están disponibles?
    
     4.   Es el poder del viento una opción buena que las otras alternativas
Los available?  de          Deben el system la corporación escogida
¿         otras tecnologías también?
    
     5.   Will la reunión de poder de viento con el acceptance?  público Está allí
         algo sobre la sociedad en la región a dónde es
         se introduzca que podría causarlo para rechazar el uso de
         enrollan el power?  en ese caso, cómo enlata las preocupaciones de la sociedad
¿         se reúna y todavía permite introducir la tecnología?
  
     6.   Son la economía tal que el system del viento es de verdad
El desirable?  de          Will el system se construya grandemente con local
Los materiales de          y recursos y así ayuda el local
La economía de         , o lo lega involucre la maquinaria sólo importada
         como que pueden ser tanto de un desagüe económico habría el
¿         Purchase de aceite?
 
Todo las preguntas anteriores deben contestarse antes del desarrollo
de un system del viento begin.  Given enlata la situación correcta, el
el viento es indudablemente una fuente excelente de poder productor para
el mundo de hoy.
 
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El Bulevar de Battelle, P.O. Box 999,
Richland, Washington 99352 EE.UU.
 
El Rockwell la Energía Internacional el Grupo de Systems
Systems pequeño la Información Técnica
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