Инновационная вертикально-осевая ветряная турбина (VAWT) для выработки электроэнергии

Содержание

Ветровая турбина: особенности работы ветрогенераторов турбинного типа третьего поколения

Инновационная вертикально-осевая ветряная турбина (VAWT) для выработки электроэнергии

В настоящее время обходиться без электроэнергии становится невозможно. Все устройства, техника, инструменты, способные обеспечить человеку хотя бы минимальный комфорт и возможность продуктивной работы, требуют наличия электропитания.

При этом, возможность подключения к сети имеется далеко не всегда, поэтому возникает потребность в устройствах, способных генерировать электроэнергию, базируясь на имеющихся источниках.

Одним из перспективных и доступных вариантов является ветроэнергетика.

Ветрогенератор турбинного типа — что это?

Турбинный тип конструкции ветрогенератора на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных.

Причина этого в том, что в устройствах подобного типа достигнуто оптимальное сочетание площади лопастей и их конфигурации.

Снижение размеров компенсируется увеличением числа, а параллельно с этим происходит резкое уменьшение отрицательного уравновешивающего воздействия на обратные стороны лопастей, которое создает усилие, противодействующее вращению.

Кроме более высокого КПД турбинные конструкции отличаются низким уровнем шума, что также вызвано малой площадью лопастей и относительно небольшими габаритами самого устройства, не создающего сильного сопротивления потоку ветра. Также значительно снижена опасность разрушения или вывода из строя при сильных порывах ветра, так как парусность лопаток намного меньше, чем у более традиционных устройств.

Ветряки третьего поколения

Принцип турбины в конструкции ветряков считается наиболее эффективным. Такие устройства демонстрируют относительно высокий КПД, способны начинать вращение при малых скоростях ветра. Это направление считается ветроэнергетикой наивысшей перспективности, а ветрогенераторы, созданные по такому принципу относят к образцам нового, третьего поколения.

При этом, промышленных разработок пока очень мало. В основном, они представлены зарубежными моделями с низкой производительностью и высокими ценами, что ставит серьезный барьер между ними и потребителями. В то же время, такая ситуация стимулирует рост самостоятельных разработок, многие из которых способны в корне изменить ситуацию вокруг ветроэнергетики в целом.

Мало того, если на первых порах изготовлением таких устройств занимались случайные люди, то в настоящее время среди самодеятельных конструкторов наблюдается большой процент профессионалов, имеющих специальную подготовку и способных к точному расчету своих проектов. Поэтому качество подобных самоделок часто превышает промышленные образцы.

Сегодняшняя ситуация такова, что разработки промышленных масштабов, проводимые зарубежными компаниями, ориентированы в большей степени на высокую производительность, тогда как изобретения отечественных мастеров служат для создания возможности обеспечить электроэнергией небольшой участок — частный дом, усадьбу, экспедицию и т.п., что означает другие цены и условия использования.

Виды и типы ветрогенераторов

Классификация ветряков производится по разным признакам. В первую очередь они делятся на:

  • Горизонтальные. Ось вращения ротора расположена горизонтально, устройства имеют более высокую эффективность работы, но нуждаются в точном ориентировании по направлению ветра.
  • Вертикальные. Эти образцы вращаются вокруг вертикальной оси, поэтому направление воздушного потока для них непринципиально.

По типу конструкции:

Кроме того, существует деление по строению лопастей:

  • Жестколопастные.
  • Парусные (изготовленные из мягких материалов или ткани, натянутой на каркас).

По назначению:

  • Бытовые
  • Промышленные
  • Коммерческие.

Необходимо учитывать, что классификация ветрогенераторов весьма условна, постоянно возникают новые варианты и типы конструкции, не укладывающиеся в рамки приведенных групп. Процесс развития и продвижения этого направления находится в стадии возрастания, поэтому говорить об окончательной и подробной классификации официального значения пока рано.

Общие показатели турбин

Основным параметром, интересующим потребителя в первую очередь, является мощность устройства. Это показатель эффективности ветряка, позволяющий оценить стоимость полученной энергии и решить, насколько такое устройство решает имеющуюся проблему.

Вторым, не менее важным и существенным показателем является цена ветрогенератора. Слишком дорогие образцы недоступны для рядовых пользователей, поэтому их производство нерационально с экономической точки зрения.

Кроме того, учитывается ремонтопригодность, особенности эксплуатации и обслуживания устройства. Эти вопросы в какой-то степени даже важнее, нежели цена, поскольку покупка совершается один раз, а обслуживание и ремонты могут производиться довольно часто, требуя постоянных расходов.

Необходимо учитывать, что ветрогенератор представляет собой комплекс, насчитывающий достаточно большое количество компонентов.

Показатели всей системы зависят от индивидуальных параметров элементов, единственный слабый узел может снизить производительность всего комплекса, поэтому среди важных параметров следует назвать полное соответствие и сочетаемость всех узлов и элементов друг с другом.

Новые вертикальные ветрогенераторы

Большой интерес к ветроэнергетике, ее возможности и перспективы создали мощное движение по самостоятельной разработке и проектированию различных устройств. Создано немало новых, необычных конструкций ветрогенераторов, некоторые из которых имеют высокую эффективность, вследствие чего способны стать прототипами энергетических устройств будущего. Рассмотрим некоторые из них:

Ветровая турбина гиперболоидного типа

Конструкция, основная идея которой заключена в максимальном увеличении коэффициента полезного действия за счет снижения противодействия давления ветра на обратные стороны лопастей.

Представляет собой вертикальный ротор со стержневыми лопастями, расположенными по окружности вращения, создающими очертания в виде гиперболоида. Полезная площадь воздействия потока существенно возрастает.

Эффективность такого устройства намного выше, чем у обычных конструкций, запуск ротора возможен при ветре всего 1,4 м/с.

Ветрогенератор Третьякова

Конструкция Третьякова представляет собой довольно сложное, но весьма эффективное устройство. Принцип действия ротора Третьякова основан на улавливании потока воздуха и организации его направления таким образом, что противодействия не создается.

Рабочее колесо с лопастями находится внутри воздухоприемной конструкции, получающей поток встречного ветра и распределяющей его так, что он воздействует на лопасти по направлению снизу-вверх.

Этот момент довольно важен — вектор прилагаемого усилия снижает коэффициент трения, облегчая запуск вращения и позволяя эффективно работать при малых скоростях ветра.

При этом, несмотря на вертикальный тип конструкции, устройство требовательно к направлению ветра и нуждается в ориентировании по направлению потока. Это происходит автоматически, форма корпуса способствует развороту по ветру.

Возможность работы со слабыми потоками важна для большинства регионов нашей страны, а компактность и надежность конструкции гарантирует долговременное использование.

Ветровая роторная турбина Болотова

Ветрогенератор на основе разработок семьи Болотовых предназначен в первую очередь для решения вопросов энергоснабжения частных домов, передвижных пунктов или иных точечных участков как стационарного, так и мобильного типа. Конструкция представляет собой вертикальный ротор, оснащенный модульными лопастями, установленными посекционно одна над другой.

Снаружи установлен неподвижный спрямляющий аппарат, улавливающий ветровые потоки, направляющий их под нужным углом, исключая уравновешивающее воздействие на обратные стороны лопастей. Спрямляющий аппарат параллельно выполняет функцию статора, что увеличивает мощность, эффективность ветрогенератора.

Основная особенность устройства состоит в том, что он не нуждается в мачте для подъема над уровнем грунта. Кроме того, сила ветра, необходимая для запуска вращения, относительно мала, что позволяет использовать конструкцию в любом регионе.

Дизайнерский ветрогенератор revolution air

Это устройство — детище французского дизайнера Филиппа Старка. Конструкция представляет собой разновидность геликоидного ротора. Планируется выпускать два типоразмера мощностью 1 кВт и 400 Вт. Соответственно размер ветряка будет составлять 140 и 90 см.

Параметры конструкции откровенно слабы — скорость ветра, необходимая для запуска, составляет 14 м/с, а стоимость моделей соответственно 3500 и 2500 евро. Такие качества не позволяют всерьез рассматривать конструкцию как вариант решения проблемы с энергоснабжением, превращая устройство лишь в дорогостоящую статусную игрушку.

Решение вопросов электроснабжения в отдаленных регионах зачастую ложится на плечи самих жителей, вынуждая их прибегать к альтернативным источникам.

Промышленные модели, чаще всего, недоступны из-за высокой цены, поэтому приходится использовать самодельные установки.

Обилие разработок, имеющих высокий КПД и эффективность по сравнению с заводскими образцами, способствует распространению, продвижению ветрогенераторов альтернативных конструкций.

Рекомендуемые товары

Источник: https://Energo.house/veter/vetrovaya-turbina.html

Инновационная вертикально-осевая ветряная турбина (VAWT) для выработки электроэнергии

Инновационная вертикально-осевая ветряная турбина (VAWT) для выработки электроэнергии

Развитые страны давно сделали ставку на возобновляемые источники энергии, в том числе на ветроэнергетику.

В результате суммарная мощность всех работающих в мире атомных электростанций составляет немногим более 400 тыс. МВт, а суммарная мощность ветряных станций превысил 500 тыс.

МВт! Впрочем, в странах, где уделяется внимание ветроэнергетике нет ни Газпрома, ни РАО ЕЭС. Как и подсаживания на нефтяную иглу… Но не будем о наболевшем.

Итак, в свободных от всевластия монополий и клановой системы странах преобладают ветрогенераторы пропеллерного типа, с горизонтальной осью вращения. Такие генераторы требуют мощных опорных башен с дорогостоящими фундаментами, что увеличивает сроки окупаемости. К тому же, такие агрегаты являются мощными низкочастотными источниками шума.

Вращается пропеллерный «ветряк» со скоростью всего 15-30 оборотов в минуту, а после редуктора обороты увеличивается до 1500, в результате с такой же скоростью вращается и вал генератора, который вырабатывает электроэнергию.

Эта классическая схема имеет существенные недостатки: редуктор – сложный и дорогой механизм (до 20% от стоимости всего ветрогенератора), требует сезонной замены и очень быстро изнашивается (см. Виды и применение редукторов).

Актуальность разработки ветряной турбины

Эти обстоятельства ограничивают круг покупателей и заставляет искать альтернативу традиционным ветряным электрогенераторам. Вертикально–осевые ветряные турбины стали современным трендом.

Они бесшумны и не требуют больших капитальных затрат, проще и дешевле в обслуживании, нежели горизонтально — осевые турбины.

Ветряные генераторы с горизонтальной осью переводятся в защитный режим (авторотации) при предельной скорости ветра, превышение которой чревато разрушением конструкции. В таком режиме пропеллер отсоединён от мультипликатора и генератора, электроэнергия не вырабатывается.

А роторы с вертикальной осью испытывают значительно меньшие механические напряжения при равной скорости ветра, нежели роторы с горизонтальной осью. К тому же последние требуют дорогостоящих систем ориентации по направлению ветра.

Влияние АЭС на окружающую среду

До самого последнего времени считалось, что для VAWT невозможно получить коэффициент быстроходности (отношение максимальной линейной скорости лопастей к скорости ветра) больше единицы.

Эта чрезмерно широко трактуемая предпосылка, верная только для роторов отдельных типов, привела к ложным выводам о том, что предельный коэффициент использования энергии ветра у вертикально-осевых ВЭУ ниже, чем у горизонтально-осевых пропеллерных, из-за чего этот тип ВЭУ почти 40 лет вообще не разрабатывался.

И только в 60-х–70-х годах сначала канадскими, а затем американскими и английскими специалистами было экспериментально доказано, что эти выводы неприменимы к роторам Дарье, использующим подъемную силу лопастей.

Для этих роторов указанное максимальное отношение линейной скорости рабочих органов к скорости ветра достигает 6:1 и выше, а коэффициент использования энергии ветра не ниже, чем у горизонтально-осевых (пропеллерного типа). Немаловажную роль играет и то обстоятельство, что объем теоретических исследований аэродинамики вертикально–осевых роторов и опыт разработки и эксплуатации ветрогенераторов на их основе гораздо меньше, чем для горизонтально-осевых роторов.

Создана отличная от остальных ветряная турбина вертикально–осевого типа (международное обозначение VAWT), коэффициент использования энергии ветра которой не уступает лучшим мировым ветрогенераторам с горизонтальной осью вращения. Инновационный многоплановый подход к конструкции вертикальных ветрогенераторов основан среди прочего и на использовании низко расположенного прочного ротора, на периферии которого закреплено множество парусов–крыльев.

Ротор снабжён опорными стойками колёсных шасси, что позволяет ему вращаться вокруг неподвижной оси с устойчивой порой на фундамент за счёт колёс шасси. Множество парусов–крыльев создают за счёт аэродинамических сил большой вращательный момент.

Что делает данную конструкцию рекордной по удельной мощности. Диаметр ротора может составлять 10 метров.

При этом на таком роторе возможна установка крыльев площадью более 200 квадратных метров, что позволит генерировать до ста киловатт электроэнергии.

Размеры и вес агрегатов

При этом вес таких агрегатов настолько мал, что его возможно устанавливать на крышах зданий и обеспечивать их за счёт этого автономным электроснабжением.

Или же возможно обеспечить электроэнергией объект в горах, куда не проложена линия электропередачи. Увеличение мощности до сколь угодно большой величины достижимо тиражированием таких агрегатов.

То есть, ставя много однотипных установок, достигаем нужной мощности.

Техническая эффективность

Что касается технической эффективности. Наш прототип при высоте лопастей 800мм и поперечном габарите 800 мм при скорости ветра 11 м/с развил механическую мощность 225 Вт (при 75 оборотах в минуту). При этом он отстоял от поверхности земли на высоте менее метра. По данным ресурса http://www.rktp-trade.

ru сопоставимую мощность (300 Вт) развивает пятилопастной вертикальный ветряк, установленный на шестиметровой мачте, причём он имеет пять 1200 мм лопастей, установленных на габаритном диаметре 2 000 мм.

То есть, если принять ометаемые ветром площади сравниваемых ветряков равными, то получится, что прототип энергоэффективнее известного ветряка в 2,5…3 раза, с учётом того, что у земли ветер слабее из-за близости к граничной поверхности и имеет выраженный турбулентный характер.

Энергосберегающие технологии на промышленных предприятиях России

Исходя из этого, зная, что описанный аналог имеет коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) равный 0,2, можно оценить КИЭВ прототипа как 0,48, что намного выше, чем у VAWT типа «Савониус» и «Дарье» и соответствует лучшим мировым образцам горизонтально–осевых ветрогенераторов. При этом материалоёмкость и себестоимость у прототипа намного ниже, чем у пропеллерных мачтовых ветряков, имеющих механизмы ориентации на ветер и высоко расположенную гондолу с дорогим повышающим редуктором планетарного типа.

Сравнительная оценка эффективности роторов ветровых турбин различных типов — Таблица 1.

Тип ротораРасположение оси вращенияКоэффициент использования энергии ветра (КИЭВ)ИсточникПримечания
Ротор СавониусаВертикальное0,17Р.А. Янсон. Ветроустановки. Под редакцией М.Ж. Осипова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007г., стр.23, рис.13Разработан около восьмидесяти лет назад, схема — рис. 7 (д) на стр.17 упомянутого источника
Ротор Н-Дарье с широко разнесёнными лопастямиВертикальное0,38ТР.А. Янсон. Ветроустановки. Под редакцией М.Ж. Осипова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007г., стр.23, рис.13Разработан около века назад, схема — рис. 7 (а) на стр.17 упомянутого источника
Многолопастные сопротивленияВертикальное0,2Там же, а также конкретный коммерческий продукт на сайте http://www.rktp-trade.ruК этому типу относится и ротор Болотова
Двухлопостные пропеллерныеГоризонтальное0,42Р.А. Янсон. Ветроустановки. Под редакцией М.Ж. Осипова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007г., стр.23, рис.13Самый распространённый в мире тип ветродвигателей на сегодня
Ротор нашей турбины (формально Н-Дарье, но с плотно сомкнутыми лопастями, на которых установлены наклонные антикрылья и горизонтальная крыльчатка)Вертикальное0,48…0,5Натурные замеры скорости ветра анемометром, крутящего момента ротора динамометром, оборотов ротора тахометром

Преимущества вертикально-осевой ветряной турбины VAWT

  • Аппарат вращается в одну и ту же сторону при любом направлении ветра. В то время как гондолы горизонтальных ветрогенераторов требуется ориентировать по ветру, что удорожает конструкцию и снижает ресурс подвижных частей механизма поворота.
  • Генерация электроэнергии в VAWT начинается при скорости ветра от 5 м/с.
  • Турбина имеет высокое аэродинамическое качество лопастей и инновационную архитектуру, позволяющую достичь коэффициента использования энергии ветра не менее 47%.
  • Турбина не нуждается в обслуживании генератора (кольцевой плоский линейный без щеток и подшипников).
  • Наращивание мощности достигается путем установки дополнительных модулей.
  • VAWT не имеет ограничений при установке вблизи жилья, не создаёт недопустимого электромагнитного и акустического излучения. Это позволяет устанавливать турбины в пределах населённых пунктов, в том числе на крышах многоэтажных зданий без ущерба ландшафтным видам.
  • VAWT абсолютно безвредна, может устанавливаться на пути миграции перелетных птиц.
  • Турбина устойчива к сильному ветру, способна выдержать даже ураганный ветер. Это достигается механизмом автоматического изменения углов атаки вертикальных лопастей турбины (рисунки приведены выше).
  • VAWT имеет легкие и простые составные части, удобные при транспортировке и монтаже.
  • Турбина защищена от воздействия молний.

На сегодня выполнена полноразмерная 3-d модель механической части турбины (с высотой вертикальных лопастей 8м), а также выполнены рабочие чертежи деталей и узлов ротора и узла его вращения. Чертежи на электрогенератор и лопасти прорабатываются с учётом максимального соответствия критерию «цена – качество».

Проект предусматривает конструирование, изготовление и испытание полноразмерного образца VAWT (высота вертикальных лопастей 8м). После чего планируется организовать промышленное производство таких установок после отладки пилотного образца, с оснащением такими установками не электрифицированных районов в сельской местности и зданий в городах.

Перспективность развития и применения альтернативных источников энергии

Области применения инновационного ветрогенератора, в принципе, то же, что и у аналогов.

То есть это выработка электроэнергии в местах отсутствия стационарных ее источников, а также там, где использование других способов получения электроэнергии экономически нерентабельно.

В частности, это объекты спецназначения, требующие автономного энергообеспечения, например, маяки и радиомаяки, пограничные заставы и пограничные посты, автоматизированные метеорологические и аэронавигационные посты.

Кроме того, это энергообеспечение, в том числе и отопление объектов жилищно-коммунального хозяйства, уличное освещения, энергообеспечение сельскохозяйственных объектов, например, животноводческих ферм (см. Программа государственной поддержки «Начинающий фермер») и перерабатывающих производств.

Плюс к тому, вертикально-осевые ветрогенераторы могут быть установлены там, где нельзя установить традиционные пропеллерные установки – на крышах зданий, транспортных средствах и на палубах нефтяных платформ. Так что дело только за инвесторами.

Автор статьи готов воплотить описанную инновацию в рыночные продукты, имея для этого необходимые компетенции.

 Сергей Владимирович Геллер

Контакты: carma555@mail.ru, +7(908)5006520

Источник: https://promdevelop.ru/vertikalno-osevaya-vetryanaya-turbina-vawt/

Ветряная турбина

Инновационная вертикально-осевая ветряная турбина (VAWT) для выработки электроэнергии

Ветряная турбина – это основная часть ветрового генератора, у которого в качестве устройства, служащего приемником энергии ветра, является турбина. Один из вариантов подобных устройств — это корпус в виде цилиндра, во внутреннем пространстве которого размещены лопасти.

Ветровые установки, изготовленные на основе ветровых турбин, отличаются более высоким КПД, по сравнению с лопастными, а также простотой конструкции и надежностью в эксплуатации.

Основные характеристики

Как у любого технического устройства, так и у воздушной турбины, параметрами, классифицирующими ее возможности, а также дающими информацию о той или иной модели, служат ее технические характеристики.

Основными техническими характеристиками, для подобных устройств, являются:

  1. Номинальная выходная мощность, измеряемая в кВт.
  2. Номинальное выпрямленное напряжение, которое вырабатывает генератор при определенной частоте вращения ротора установки.
  3. Частота создаваемого напряжения, измеряемая в Гц.
  4. Частота вращения ротора, в рабочем режиме, при которой создается номинальное выпрямленное напряжение. Измеряется в оборотах в минуту.
  5. Номинальная частота вращения, при которой ветровая турбина соответствует заявленной мощности. Измеряется в оборотах в минуту.
  6. Угонная скорость, измеряется в оборотах в минуту и классифицирует предельную возможность агрегата, работать с определенной частотой вращения.
  7. Режим работы, в котором та или иная модель устройства, способна работать заданное время (продолжительный, цикличный, кратковременный и т.д.).
  8. Уровень производимого шума (звука) при работе конкретной модели, измеряется в Дб.
  9. КПД устройства.
  10. Вид охлаждения узлов и механизмов.
  11. Способ установки и монтажа.
  12. Габаритные размеры.
  13. Масса агрегата.

Конструктивные особенности ветровой турбины

Ветровые генераторы, оснащенные ветровой турбиной, представляют их себя цилиндр, внутри которого размещены лопасти. Наличие наружного контура, вокруг лопастей, обеспечивает им защиту от попадания в них посторонних предметов и живых организмов.

Отсутствие необходимости в устройстве хвостовой части (для ориентации по отношению к направлению ветра), снижает вес и габариты устройства, а также облегчает монтаж и его эксплуатацию. Корпус, в виде цилиндра, самостоятельно ориентируется по направлению ветровых потоков, и работая, по сути, как сопло, увеличивает давление на установленные лопасти, тем самым повышая КПД ветрового генератора.

Как рассчитать правильно

Основным показателем, определяющим выбор той или иной модели, является способность вырабатывать электрическую энергию, которая измеряется в киловатт*часах в единицу времени.

Количество вырабатываемой энергии, напрямую связано с мощностью установки, которая является главной технической характеристикой агрегата, поэтому расчет ветровой турбины, определяет ее геометрические размеры, количество устанавливаемых лопастей и высоту установки над поверхностью земли.

Мощность электрического генератора, который определяет способность ветровой установки вырабатывать электрический ток, зависит от ветрового потока, мощность которого, в соответствии с эффективностью турбины, можно рассчитать по формуле:

P=KxRxV3xS/2

где:

Р – мощность воздушного потока;

К – коэффициент, учитывающий эффективность турбины, имеет значение от 0,2 до 0,5 единиц;

R – плотность воздуха, составляет 1,225 кг/м3 (при нормальном атмосферном давлении);

V- скорость потоков воздуха, измеряется в м/с;

S – площадь охвата ветровой турбины (ветрового потока, работающего с установкой).

Из приведенной формулы видно, что мощность ветрового потока, а, следовательно, и мощность генератора, напрямую зависит от диаметра ветровой турбины (S= π R2).

Зная скорость воздушных потоков в месте монтажа установки, и ее диаметр, можно определить мощность установки и ее способность вырабатывать электрическую энергию.

Виды ветряных турбин

Хотя изначально считалось, что ветряная установка с ветровой турбиной предполагает ее установку только в горизонтальной плоскости, что характеризует ветровые генераторы с горизонтальной осью вращения, тем не менее, конструкторы разработали новые варианты подобных устройств, которыми являются:

В установках подобного типа, цилиндр турбины располагается вертикально, а лопасти находятся в плоскости, перпендикулярной поверхности земли.

Работа ветровых турбин, с вертикальной осью вращения, аналогична работе устройств, с горизонтально расположенной осью вращения.

Наличие лопастей у ветровых установок различной конструкции, приводит к тому, что для их монтажа требуются значительные площади, даже если это и ветровые турбины, размещенные в жестком корпусе. В связи с этим, новым направлением в развитии ветровых установок, стало строительство подобных устройств с использованием ветряных турбин, в которых отсутствуют лопасти.

Подобная конструкция представляет из себя столб, внутри которого размещены металлические диски. Диски крепятся на валу и расположены параллельно друг другу, между ними установлены специальные прокладки.

При попадании воздуха на прокладки они приходят в движение и придают определенный и направленный импульс металлическим дискам, под действием которого диски начинают вращаться.

Под воздействием вращательного движения дисков, начинает вращаться стержень, который в свою очередь, передает свое вращательное движение на вал генератора.

Интерес к возможности обеспечить себя бесплатной электрической энергией, при этом не создавая проблем окружающим, даже в условиях города, привел к тому, что была разработана конструкция ветровой турбины, которую можно установить на крыше любого здания.

Подобная установка имеет не большие габаритные размеры, малый вес, а при работе практически бесшумна. Наружный корпус устройства выполнен в виде улитки, что позволяет усиливать поток ветра в нужном направлении и ориентироваться в пространстве, в соответствии с его направлением.

Популярные модели и марки

Среди многообразия ветровых турбин, выпускаемых в разных технически развитых странах, наибольшей популярностью пользуются следующие:

  • Турбина, разработанная специалистами компании Fiddler (США), предназначена индивидуального использования и предполагает установку на крыше жилого дома или иного сооружения индивидуального использования.

Данная модель оснащена электронным блоком, при помощи которого с использованием специальных мобильных приложений, возможно осуществлять контроль за работой устройства на удаленном расстоянии.

Ветровая установка работает в паре с аккумулятором, устанавливаемом внутри здания.

Крепежные элементы предполагают монтаж на коньке крыши, что позволяет увеличить количество ветровых потоков, улавливаемых турбиной.

Уровень шума, при работе устройства, сведен к минимуму, что позволяет не создавать дискомфорта жильцам, проживающим внутри здания, на котором монтируется агрегат.

    • Турбина модели «Liam F1» разработана в Голландии компанией The Archimedes, имеет малы вес (до 80,0 кг) и предполагает установку на крыше здания или иной, отдельно стоящей опоре. Конструкция приемного блока, в виде улитки, позволяет увеличить КПД ветровой установки и всегда находиться в плоскости движения потоков ветра.
    • Уровень шума, при работе, очень низкий, что позволяет выполнять монтаж в любом удобном для этого месте.
    • Оборудование, используемое в альтернативной энергетике, в том числе и в ветровых установках, стоит не дешево. Это связано с тем, что как правило, новые модели выпускаются в штучном исполнении, а то, что уже поставлено не поток, не реализуется в массовом порядке, что обусловлено тем, что данный способ получения энергии еще не нашел широкого распространения среди пользователей.Стоимость выше рассмотренных установок составляет:
      • Модель «Liam F1», реализуется в странах Евросоюза и Америки, ее стоимость – от 4000,0 евро.
      • Данные о стоимости модели американской компании Fiddler отсутствуют, но в связи с ее комплектацией и подачей на рынке подобных устройств, можно с уверенностью говорить, что цена установки не ниже, у голландских разработчиков.

      Плюсы и минусы

      Простота и надежность ветровых генераторов, изготовленных с использованием ветровой турбины, не единственные достоинства этих агрегатов. Кроме этого, к плюсам применения ветровых турбин относятся:

      • Способность работать при малых потоках ветра, со скоростью от 2,0 м/с.
      • Высокая чувствительность по отношению к ветровым потокам.
      • Способность работать при сильных, ураганных скоростях воздушных потоков, до 60,0 м/с.
      • При одних и тех же габаритных размерах, ветровой генератор оснащенной турбиной, обладает большей мощностью и более высоким КПД, в сравнении с лопастными установками.
      • Турбина является безопасным техническим устройством для животного мира, обитающего в месте установки агрегата (птицы, летучие мыши).
      • При работе турбины не производится инфразвук, вредный для человека и животных.
      • Более низкая стоимость в сравнении с лопастными конструкциями.
      • Легкость выполнения монтажных работ, обусловленная сборкой основных элементов в заводских условиях.
      • Простота и удобство обслуживания.
      • Продолжительные сроки эксплуатации.

      Недостатками подобных устройств, являются:

      • Ветер, это атмосферное явление, которое не подвластно человеку, поэтому нельзя прогнозировать, на длительный период, силу его потока и направление движения;
      • В связи с переменчивостью силы ветрового потока, необходимо предусматривать значительные электрические емкости для накопления выработанной энергии;
      • Высокая стоимость комплекта оборудования;
      • Перед установкой ветровых установок большой мощности необходимо проводить расчет экономической целесообразности в увязке с картой ветров выбранного региона.

      Где купить

      Ветровой генератор, а соответственно и отдельно взятый элемент из этой установки, которым является ветровая турбина, это специфический товар. Поэтому лучше всего, при желании приобрести подобную технику, обратиться в компанию, которая специализируется на реализации именно подобных установок.

      Выбор подобной организации позволит избежать ошибок при подборе необходимой модели, к тому же, специалисты смогут оказать помощь с монтажом и последующим обслуживанием приобретаемого агрегата.

      Кроме этого, можно воспользоваться интернет ресурсами, где представлен широкий круг компаний, предлагающих к реализации товары именно в этом сегменте устройств, но это как правило продукция китайских производителей, к качеству которой много претензий. К тому же, приобретая сложную технику, каковой являются ветровые турбины, через интернет, отсутствует возможность вернуть не качественный товар и получить квалифицированную помощь.

      Как сделать своими руками

      В силу того, что ветровую турбину, расположенную в замкнутом пространстве (цилиндре), изготовить самостоятельно достаточно сложно, этим занимаются профессиональные конструкторы и инженеры, то своими руками, из подручных средств, можно изготовить турбину для ветровой установки с вертикальной осью вращения.

      Для этого понадобятся следующие материалы:

      1. Труба из прочного пластика наибольшего диаметра, из того, что есть в наличии.
      2. Листовая фанера толщиной 10,0 — 12,0 мм;
      3. Саморезы по дереву;
      4. Металлическая шпилька диаметром 12,0 – 16,0 мм;
      5. Гайки и шайбы, соответствующие по диаметру имеющейся шпильке;
      6. Автомобильная ступица, в сборе с подшипником.

      и инструмент:

      1. Режущий инструмент: ножовка, «болгарка» с отрезными кругами, лобзик, нож;
      2. Шлифовальный инструмент: «болгарка» с зачистными кругами, напильники, наждачная бумага;
      3. Набор гаечных ключей и отверток;
      4. Шуруповерт.

      Конструкция, которая должна получится в результате проделанной работы, и схема ее работы, представлены на ниже приведенной схеме:

  •    Работы выполняются следующим образом:
    • Из имеющейся трубы изготавливается заготовка, для этого труба отрезается требуемой длины (около 1,0 метра), после чего разрезается вдоль, по своей оси. В результате получается 2-е равные по длине и длине дуги, половинки.
    • Из фанеры, в соответствии с диаметром трубы, нарезаются два круга, после чего, по диаметру, они делятся на две части. В результате получается четыре заготовки в виде полукруга.
    • Заготовки из фанеры устанавливаются во внутрь заготовок из трубы, в верхней и нижней части каждой из них. Крепление выполнятся с помощью саморезов. В результате получается два полубочонка.
    • Полученные полубочонки соединяются между собой, с таким расчетом, чтобы они налегали один на другой. Кроме этого, в местах налегания, необходимо выбрать сегмент (на схеме не показано), для того, чтобы они, как бы вошли внутрь друг друга. Глубина выбираемого сегмента не менее 50,0 мм, длина может быть произвольной.
    • Из фанеры вырезается 2 круга, диаметром 100,0 мм, которые, также с помощью заморезов закрепляются сверху и снизу соединяемых полубочонков. В результате получается жестко соединенная конструкция.
    • В середине получаемого воображаемого круга, а это должна быть точка где выбраны сегменты (поверх закрепленных кругов из фанеры), делается отверстие, в соответствии с диаметром имеющейся шпильки. Отверстия делаются в верхней и нижней частях заготовок.
    • В отверстия вставляется шпилька, которая посредством установки шайб и гаек, закрепляется в собираемой конструкции.
    • Для имеющейся автомобильной ступицы, в соответствии с внутренним диаметром подшипника, и диаметром шпильки, изготавливается втулка. Втулка запрессовывается в подшипник, после чего на нее надевается шпилька, которая дополнительно закрепляется с помощью гаек.

    Для полной готовности ветровой установки, на шпильку, ниже расположения ступицы, необходимо установить шкив, посредством которого вращательное движение с турбины будет передаваться на электрический генератор, и выполнить установку собранной турбины, в месте, выбранном для монтажа.

Источник: https://alter220.ru/veter/vetryanaya-turbina.html

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения 4-го поколения, 3 кВт

Инновационная вертикально-осевая ветряная турбина (VAWT) для выработки электроэнергии

VAWT – Vertical Axis Wind Turbine – ветровой генератор 4-го поколения с вертикальной осью вращения, изменяемым углом атаки лопаток турбины и автоматической гидравлической системой торможения.

Ветровые генераторы 4-го поколения с вертикальной осью вращения аэродинамического колеса отличаются от традиционных горизонтально ориентированных турбин по конструкции и области применения.

Так, например, ветрогенератор нового 4-го поколения с вертикальной осью должен иметь систему изменения угла атаки лопаток турбины для управления скоростью вращения турбины генератора, использовать один и тот же вал для ветряного колеса и генератора, автоматическую систему механического торможения и т.д.

Мы предлагаем широкий выбор ветрогенераторов с вертикальной осью от 500 Вт, 1 кВт, 3 кВт, 5 кВт, 10 кВт и до 60 кВт. Все они имеют систему управления углом атаки лопастей колеса турбины и автоматическую систему гидравлического торможения.

Комбинированная электростанция — ветро-солнечная гибридная система — наилучшее техническое решение для мегаполиса.

Технически продуманный VAWT ветрогенератор должен обладать тремя основными характеристиками:

  1. Высокая эффективность. Его эффективность должна быть не менее традиционного горизонтального генератора.
  2. Наличие системы управления углом атаки лопаток по скорости, а не сброса полезной нагрузки.
  3. Автоматическая система механического торможения гораздо предпочтительнее, чем генератор короткого замыкания.

Основные преимущества VAWT ветрогенераторов

  • Безопасная конструкция ветрогенератора с мощными лопастями.
  • Снижение рабочих шумов, шума практически не слышно.
  • Ветрогенераторы безопасны для птиц, никаких угроз для диких животных.
  • Наивысшая выработка электроэнергии при низкой скорости ветра.
  • Простое обслуживание и низкая стоимость технического обслуживания.
  • Долгий срок службы ветрогенератора благодаря стабильной структуре ротора.
  • Мачта ветрогенератора требует меньший фундамент.
  • Легко интегрируется в архитектуру городского и загородного ландшафтов.
  • Направление ветра 360 градусов для производства электроэнергии.

Дополнительные преимущества VAWT ветрогенераторов

  • Начинают работать при скорости ветра 2 м/с.
  • Эффективность системы SAWT эквивалентна большим горизонтальным турбинам.
  • Система управления углом атаки лопастей турбины.
  • Автоматическая система гидравлического торможения.
  • Хорошо спроектированная мачта и фундамент.
  • Простая установка.

Технические характеристики

Номинальная мощность, кВт3,00 кВт5,00 кВт10,00 кВт
Максимальная мощность, кВт3,60 кВт6,00 кВт12,00 кВт
Номинальная скорость ветра, м/с12 м/с12 м/с12 м/с
Стартовая скорость ветра, м/с4 м/с4 м/с4 м/с
Предельная скорость ветра, м/с50 м/с55 м/с55 м/с
Диаметр колеса генератора, м3,00 м4,00 м6,00 м
Высота колеса генератора, м3,60 м4,60 м6,20 м
Вес колеса генератора, кг650 кг975 кг2 375 кг
Высота мачты генератора, м5,50 м5,50 м5,50 м
Вес мачты генератора, кг450 кг650 кг1 050 кг
Тип генератора3-х фазный PMG
Номинальное напряжение, ВAC 250 ВAC 250 ВAC 250 В
Номинальный ток, АAC 6,90 AAC 11,50 AAC 23,00 A
Уровень защитыIP 54IP 54IP 54
Выходное напряжение при работе в сетиDC 80-400VDC 80-400VDC 80-400V
Выходное напряжение при работе вне сетиDC 48VDC 110VDC 110V
Система зашиты от сильного ветраАвтоматическое управление углом атаки лопастей ветрогннератора
Система автоматического торможенияАвтоматическое торможение турбины механическим тормозом

Инновационные технологии

  • Влагозащищенный корпус;
  • Высокоэффективная аэродинамическая конструкция;
  • Коррозионостойкие алюминиевые сплавы;
  • Специальные материалы конструкции;
  • Отсутствие шума.

 

Особенности конструкции

  • Два года ограниченной гарантии;
  • Наивысший стандарт качества (ISO9001);
  • Широкий диапазон рабочих температур (-20℃ +65℃);
  • Надежная защита от влаги, тумана и осадков;
  • Защита от штормового ветра;
  • Высококачественные компоненты и комплектующие.

 

Высокая эффективность

  • Низкая стартовая скорость;
  • Большой диапазон рабочих скоростей ветра от 2 до 55 м/с;
  • Автоматическая система управления.

 

Выгодная логистика, упаковка и монтаж

  • Легкий и компактный;
  • Простой в установке и монтаже;
  • Инсталляция в труднодоступных местах.

На большей части территории Восточной Европы, скорость ветра летом сравнительно небольшая, но достаточно много солнца и продолжительный световой день.

В то время как зимой, наоборот, много сильных ветров и меньше солнечного света.

Поскольку пик работ по производству электроэнергии у ветровой и солнечной систем приходится на различное время суток и года, то гибридная система, соответственно, производит энергии больше, и тогда, когда это действительно необходимо.

Ветровая турбина, мачта, аккумуляторные батареи, фотоэлектрические модули, инвертор и гибридный ветро-солнечный контроллер представляют собой ветроэнергетическую электрогенераторную установку – единое автоматическое устройство, которое одновременно вырабатывает электрический ток, управляет и преобразует энергию ветра и солнца в электрический ток чистого синуса.

Ветроэнергетическая электрогенераторная установка может передавать, управлять и хранить на специальных гелевых батареях электроэнергию, вырабатываемую ветровой турбиной и солнечными фотоэлектрическими модулями. Система может преобразовывать постоянный ток аккумуляторных батарей в переменный чистый синусоидальный ток напряжением 220 / 380 Вольт.

Инвертор системы не только обладает совершенным внешним видом, снабжен жидкокристаллическим монитором, и удобен в эксплуатации, но также, имеет защиту от избыточного заряда аккумуляторных батарей, перенапряжения, перегрева, понижения напряжения, ошибки подключения к полюсам аккумуляторной батареи. Кроме того, он имеет устройство автоматической утилизации избыточной энергии. В инверторе использован высокоэффективный и надежный американский микроконтроллер, являющийся важным компонентом системы управления. Электронное оборудование производится в ЕС, Японии, Китае, США и других странах.

По вопросам контактируйте: marketing@bekar-europe.de

Источник: https://bekar-europe.ru/p54904052-vetrogenerator-vertikalnoj-osyu.html

Принцип работы ветряной турбины

Инновационная вертикально-осевая ветряная турбина (VAWT) для выработки электроэнергии

Ветряные турбины в качестве источника электроэнергии используются уже не одно десятилетие.

Впервые подобные конструкции человек начал эксплуатировать, когда обуздал силу природы и стал возводить мельницы.

Сегодня для производства электроэнергии используются ветрогенераторы турбинного типа уже третьего поколения. Причем сами конструкции приобретают в последнее время все более необычные формы.

Конструктивные особенности

Современная ветряная турбина состоит из следующих элементов:

  1. Анемометр. Он отвечает за измерение скорости ветра и передает соответствующую информацию контроллеру турбинного ветрогенератора.
  2. Лопасти. Ветер, попадая на эти элементы, заставляет их вращаться. В результате в действие приводится турбина, которая вырабатывает электроэнергию.
  3. Тормоз. Он дополняется механическим, гидравлическим и иными приводами. Тормозная система в ветровой турбине необходима для остановки ротора при возникновении критических ситуаций.
  4. Контроллер. Отвечает за управление всей установки. Он в автоматическом режиме запускает ветряные турбины и останавливает их ход.
  5. Индукционный генератор. Устройство генерирует электроэнергию. Оно дополняется высокоскоростным валом.
  6. Гондола. Она располагается в верхней части ветряной турбины. В корпусе гондолы скрывается большинство элементов конструкции установки, включая тормоз и контроллер.

В зависимости от типа конструкции ветряная турбина может дополняться другими элементами. В частности, современные установки оснащаются обтекателем, который улавливает ветер и усиливает мощность последнего.

Достоинства турбин

Ветряная турбина современного типа обладает следующими преимуществами в сравнении со своими предшественниками:

  1. Способна работать при высокой скорости ветра. Турбины современного типа функционируют, когда ветровые потоки движутся с превышением критических показателей (25–60 м/сек).
  2. Не создает инфразвуковых волн. Этим недостатком обладали ветротурбины предыдущих поколений.
  3. Простой монтаж. Основу конструкции создают еще на производстве. На месте устанавливаются отдельные элементы и монтируется гондола на мачту.
  4. Применение инновационных материалов. Они не только увеличивают срок эксплуатации установки, но и обеспечивают легкость монтажа.

Ветровые установки в основном монтируются вдоль морского и океанского побережья либо непосредственно на воде. Такой подход позволяет добиться практически круглогодичной работы турбины.

Современные разработки

К числу недостатков, которыми обладают лопастные установки, относят следующее:

  • они нарушают естественный тепловой баланс;
  • относительно низкий КПД, не превышающий 30%;
  • занимают большую площадь;
  • представляют опасность для птиц.

Указанные недостатки заставляют разработчиков по всему миру искать новые технологические решения, позволяющие получать ветровую энергию. Среди последних достижений можно выделить:

1. Парящую турбину.

Конструктивно она напоминает воздушный шар, наполненный гелием. Внутри на горизонтальной оси установлена турбина с тремя лопастями. Такая система сегодня эксплуатируется на Аляске. Парящая турбина располагается на высоте, недоступной для современных ветровых установок. Такая система способна функционировать практически в автономном режиме (участие персонала сведено к минимуму).

2. Вертикальные турбины.

Их лопасти повторяют расположение плавников у рыб. За счет такой конструкции турбины способны вырабатывать достаточное количество электроэнергии, находясь при этом на близком расстоянии друг от друга. Длина вертикальных установок составляет 9 м.

Для эффективной работы системы необходим монтаж как минимум двух близкорасположенных турбин.

Согласно предварительным исследованиям, новый тип установок в сравнении с лопастными аналогами вырабатывает в 10 раз больше электроэнергии, занимая равную площадь.

3. Углеродистые «стебли».

В ОАЭ реализуется новый проект по генерации чистой электроэнергии. Он предусматривает монтаж 1203 углеродистых «стеблей» на 20-метровом основании. Высота данной конструкции составляет 55 м. Каждый отдельный элемент системы находится на расстоянии 10 м друг от друга.

Толщина отдельного стебля в основании равна 30 м. Внутри их располагаются слои, состоящие из чередующихся между собой электродов и пьезоэлектрического материала.

Под давлением последний генерирует электричество. Энергия возникает в момент, когда стебли качаются на ветру.

Данная система обеспечивает выработку того же количества электроэнергии, что и другие ветряные установки, занимающие равную площадь.

Нечто похожее создали тунисские ученые. Их система отличается от углеродистых «стеблей», используемых в ОАЭ, тем, что в ее верхней части располагается бесшумный генератор, напоминающий спутниковую тарелку.

В Голландии предложили устанавливать на каждый дом небольшую конструкцию, способную под действием силы ветра генерировать электричество. Этот ветрогенератор имеет турбину, повторяющую форму панциря улитки.

Она, захватывая поток ветра, разворачивается и меняет направление его движения.

Производительность такого ветрогенератора достигает 80% от теоретических показателей, которые потенциально могут демонстрировать подобные установки.

В последние годы появились разработки, предназначенные для монтажа на плавательных судах. В целом, количество систем, способных заменить собой лопастные ветрогенераторы, постоянно увеличивается. Возможно, в будущем они смогут решить все задачи, стоящие перед ветряной энергетикой.

Источник: https://ekoenergia.ru/energiya-vetra/vetryanaya-turbina.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.