Ветряк горизонтальный: преимущества, разработки и отличия от вертикальных ветряных генераторов

Содержание

преимущества, разработки и отличия от вертикальных ветряных генераторов

Ветроэнергетика за последнее время значительно усилила свои позиции среди прочих направлений отрасли. Ее доля в общем количестве выработанной энергии постоянно возрастает, уже есть целые государства, использующие ветроэнергетические установки как базовые устройства для производства электричества.

Нынешние ветроэнергетические станции пока не в состоянии тягаться с гидроэлектростанциями, но для большинства стран, активно развивающих ветроэнергетику, такой способ получения энергии является единственным. Поэтому перспективы у этого направления вполне обнадеживающие. Мало того, даже в энергоизбыточных странах, список которых возглавляет Россия, интерес к ветроэнергетике возрастает с каждым годом.

Исследования и разработки

Проблемы с энергообеспечением, особенно актуальные для стран с ровным рельефом и отсутствием возможности построить ГЭС, требуют иных способов решения.

Использование дизельных или бензиновых электростанций невыгодно из-за постоянного удорожания углеводородов и значительного ущерба, который наносится окружающей природе при использовании этого способа производства энергии. При этом, ветроэнергетика использует абсолютно бесплатную и неиссякаемую энергию, не нанося вреда окружающей среде и не изменяя рельеф поверхности, как это приходится делать при создании ГЭС.

Перемещение воздушных потоков имеет высокий энергетический потенциал и должно использоваться для производства электротока. В регионах, не имеющих возможностей для применения других способов, производятся интенсивные исследования и разработки в этой области, уже имеющие свои результаты в виде крупных ветроэнергетических станций (ВЭС). Они состоят из отдельных ветрогенераторов, обладающих большой мощностью и объединенных в единую энергосистему.

Размеры каждого агрегата впечатляют — они имеют более 100 м высоты и размах лопастей от 120 м. Мощность достигает 9 МВт, с каждым годом создаются все более крупные модели. Для прибрежных стран такой вариант является выгодным, а нередко — единственным.

Кроме того, широко ведутся разработки небольших ветрогенераторов, дающих возможность обеспечивать электроэнергией частный дом, усадьбу или отдельную группу потребителей. Использование такого комплекта позволяет самостоятельно обеспечивать свои потребности, не зависеть от поставщиков энергии, а зачастую еще и немного заработать на этом, поставляя излишки энергии в сеть.

Виды ветрогенераторов

Из ныне существующих конструкций ветрогенераторов принято выделять две основные группы:

Соответственно, ось вращения установок первой группы расположена вертикально, а у второй группы она находится в горизонтальной плоскости. Этот принцип разделения отражает наиболее существенную разницу между типами ветряков, имеющими своеобразные признаки, особенности и условия эксплуатации.

По уровню эффективности однозначно лидируют горизонтальные устройства, так как они получают полную энергию потока, приходящуюся на площадь лопастей. Ограничение их количества — вынужденная мера, вызванная необходимостью снижать фронтальную нагрузку на мачту. При больших размерах ветряка давление на крыльчатку, оборудованную большим числом лопастей, превысит допустимые пределы и мачта попросту переломится. Поэтому на крупных промышленных турбинах устанавливают лишь по 3 лопасти.

Кроме того, для горизонтальных устройств является критичным параметром возможность наведения на ветер. Поскольку над земной поверхностью направление воздушных потоков отличается нестабильностью, то ось вращения должна иметь возможность постоянной быстрой корректировки. При этом, для больших устройств эта возможность сильно ограничена, так как они устанавливаются в местах с преобладанием одного направления ветра.

Вертикальные роторы не нуждаются в наведении, поскольку для них направление ветра не имеет значения. При этом, существуют конструкции, нуждающиеся в этой функции. У таких устройств имеется защитный кожух, отсекающий поток, воздействующий на обратные стороны лопастей и создающий противодействующее усилие. Наведение производится путем установки хвостового стабилизатора, представляющего собой вертикальную пластину, расположенную ребром к потоку. Изменение ветра тут же вызывает поворот хвоста, автоматически устанавливающий кожух в нужное положение.

Вертикальные конструкции обладают большим числом видов ротора. Они используются для относительно мелких ВЭУ, способных питать ограниченное количество потребителей.

Большинство самодельных ветрогенераторов имеют вертикальную конструкцию, так как они могут быть установлены на небольшом возвышении и допускают более удобное обслуживание и ремонт. Кроме того, расходы на создание таких устройств намного ниже.

Конструктивные схемы

Все конструкции ветряков созданы на основе нескольких базовых схем. Они основаны на специфике расположения оси вращения или на использовании дополнительных элементов, усиливающих эффективность приема ветровой энергии. Примечательно, что различия существуют только в механической части комплекса, вся электроника совершенно одинакова и соответствует только мощности генератора независимо от типа конструкции турбины.

Для горизонтальных конструкций относительно небольших размеров характерно использование диффузоров — своеобразных воронок, конусообразных приспособлений, улавливающих поток, уплотняющих его и направляющих на лопасти. В результате достигается большая скорость вращения, возрастает выработка энергии при неизменных скоростях ветра. Эта схема используется при эксплуатации летающих ВЭУ (генератор-крыло). Они имеют обширный надувной диффузор, дающий большую площадь захвата потока, уплотняющегося в несколько раз.

Вертикальные конструкции имеют разные варианты конфигурации лопастей. Так, широко известны:

Сколько всего имеется разработок на сегодняшний день подсчитать сложно, так как разработкой занимаются как профессиональные, так и самодеятельные конструкторы. Причем, наиболее удачные результаты достигаются, как правило, именно независимыми изобретателями. Основной упор делается на достижение максимальной производительности и чувствительности ротора, стабильности вращения и устойчивости к перегрузкам.

Ветрогенераторы: вертикальные против горизонтальных

Споры о превосходстве горизонтальных конструкций над вертикальными (или наоборот) ведутся с первых дней использования ВЭУ для выработки электроэнергии. Аргументами сторон являются, в основном, вопросы эксплуатации, эффективности и мощности устройств. При этом, однозначного определения наилучшего варианта так и не найдено.

Каждое устройство имеет свои достоинства и недостатки, оценить которые можно только при достаточно плотном использовании. На практике каждый владелец ветряка имеет опыт работы с каким-либо одним типом, поэтому необходимой корректности мнений достичь не удается.

Горизонтальные конструкции обладают более высокой эффективностью. Это утверждение не совсем соответствует действительности, потому что оно имеет расчетное происхождение, где рассматривались старые модели роторов (конструкция Савониуса), тестировавшиеся в определенных условиях.

С развитием ветроэнергетики и появлением множества новых, более удачных конструкций, соотношение КПД горизонтальных и вертикальных устройств практически сравнялось. Кроме того, оба вида понемногу поделили между собой нишу — горизонтальные установки преимущественно используются для выработки энергии в промышленных объемах, тогда как вертикальные ВЭУ чаще всего работают на небольших участках и производят небольшое количество электротока.

На сегодняшний день создалась ситуация, при которой вертикальные устройства чаще используются для самостоятельного изготовления, обеспечивают энергией отдельные дома или участки.

Горизонтальные конструкции преимущественно служат для промышленного производства энергии в региональных масштабах.

Конструкции с вертикальной осью вращения

Вертикальные устройства имеют важное преимущество: они не нуждаются в установке на ветер. Это значительно упрощает конструкцию, снижает количество подвижных узлов, что повышает надежность ветряка и продлевает срок службы. Кроме того, для этих устройств не существенно, стабильно направление потока, или нет, поэтому они не нуждаются в установке на высокие опорные конструкции.

Единственная цель разработок, активно ведущихся в области усовершенствования вертикальных ветряков, состоит в увеличении чувствительности конструкции к слабым и неустойчивым ветрам.

Усилие, приложенное потоком ветра к лопастям вертикальных ветряков, имеет более удачный вектор приложения, но в значительной степени компенсируется противодействующим усилием, приложенным к обратным сторонам лопастей.

Установка отсекающих колпаков снижает противодействие, но значительно усиливает фронтальную ветровую нагрузку на конструкцию. Эти причины ограничивают размеры установок и, соответственно, мощность. При этом, для небольших потребителей в п

Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы / Хабр

Siemens SWT-7. 0-154

Кто говорил, что ветряки не способны конкурировать по мощности с атомными электростанциями? Посмотрите на самую большую в мире ветроэлектрическую установку Siemens SWT-7.0-154. С площадью ометания 18 600 м² этот гигант в одиночку генерирует максимальную мощность 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. Несколько сотен таких ветряков — и вот вам атомная электростанция.

SWT-7.0-154 — это флагманская модель компании Siemens. В её названии зашифрованы генерируемая мощность (7 МВт) и диаметр ротора с лопастями (154 м). Она пришла на смену предыдущему флагману SWT-6.0-154, от которого практически не отличается по техническим спецификациям, но оснащён более мощными магнитами. Более сильное магнитное поле позволяет генерировать больше электроэнергии при том же диаметре. Другими словами, в этой ВЭН параметр снимаемой мощности с квадратного метра площади ометания выше примерно на 16,7%.

Ветрогенератор включается в работу на минимальной скорости ветра 3-5 м/с, а генерируемая мощность поступательно растёт до максимальной 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается.

Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти ВЭУ должны вращаться быстро, но это совершенно не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5-11 оборотов в минуту. То есть полный оборот три лопасти совершают примерно за 5-12 секунд, в зависимости от скорости ветра.

Более сильное магнитное поле в новой модели означает также и то, что эту турбину труднее раскрутить. Для достижения той же скорости вращения 5-11 оборотов в минуту и максимальной генерируемой мощности (7 МВт вместо 6 МВт) этой турбине требуется повышенная скорость ветра: 13-15 м/с вместо 12-14 м/с. Соответственно, и начальная скорость ветрогенерации у неё выше. Вот почему данная модель-гигант наиболее оптимально подходит для размещения на территориях с относительно сильными ветрами, лучше всего в море.

Внутри турбины нет редуктора (коробки передач) — здесь работает система прямого привода, подключенная к синхронному генератору переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку скорость генератора определяет напряжение и частоту тока, то «грязный переменный ток» преобразуется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в переменный ток перед подачей в сеть.

В последние годы в области ветряной энергетики происходит очень быстрый научно-технический прогресс. Буквально каждый год появляются новые модели ВЭУ большей мощности и эффективности. Большие и маленькие, рассчитанные на целые посёлки или отдельные дома, на большую скорость ветра в море или на среднюю скорость ветра над крышей частного дома.

Например, мировой рекорд по максимальной генерируемой мощности принадлежит вовсе не Siemens, а другой турбине ещё одного немецкого производителя Enercon E126, которая выдаёт до 7,58 МВт. На видео показан процесс установки такой турбины.

Высота стойки Enercon E126 — 135 м, диаметр ротора — 126 м, общая высота вместе с лопастями — 198 м. Общий вес фундамента турбины — 2500 тонн, а самого ветрогенератора — 2800 тонн. Только электрогенератор весит 220 тонн, а ротор вместе с лопастями — 364 тонны. Общий вес всей конструкции со всеми деталями — 6000 тонн. Первая установка подобного типа была установлена около немецкого Эмдена в 2007 году, хотя в той модификации максимальная мощность была меньше.

Впрочем, ветрогенераторы-гиганты — довольно дорогое удовольствие. Один такой ветряк на 7 МВт обойдётся в $14 млн вместе с установкой, если заказывать все работы у сертифицированных немецких специалистов. Конечно, если освоить производство в своей стране, благо металла хватает, то стоимость вполне можно снизить в несколько раз. Кто знает, может такой гигантский проект национальной стройки занял бы население страны и помог выбраться из экономического кризиса.

Одна из самых последних строящихся в Восточной Европе атомных станций — Белорусская АЭС — получит два энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 мощностью по 1200 МВт. Казалось бы, несколько сотен ветряков Siemens сравнятся с атомной электростанцией. Стоимость строительства примерно одинаковая, зато «топливо» бесплатное. Что интересно, Белорусскую АЭС как раз строят в районе, где по климатическим данным за 1962-2000 годы почти самая высокая среднегодовая скорость ветра в Беларуси. Но в реальности эта «самая большая» среднегодовая скорость ветра — всего лишь около 4 м/c (на высоте 10 м), чего едва хватит для запуска ВЭУ на минимальной мощности.

Перед установкой следует сверяться с годовой картой ветров в районе дислокации с данными средней удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м и выше. Хорошо бы составить такие карты для всей территории страны, чтобы найти места наиболее оптимального строительства ВЭУ. Нужно иметь в виду, что скорость ветра сильно зависит от высоты, что хорошо известно жителям высотных домов. В обычных прогнозах погоды по ТВ сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землёй, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте 100-150 м, где ветры гораздо сильнее.

Так что наиболее оптимально такие гиганты подходят для установки в море, в нескольких километрах от побережья, на большой высоте. Например, если установить такие установки вдоль северного побережья России с шагом 200 метров, то максимальная мощность массива составит 690,3 ГВт (побережье Северного Ледовитого океана составляет 19724,1 км). Скорость ветра там должна быть приемлемая, только при заливке фундаментов придётся иметь дело с вечной мерзлотой.

Правда, по стабильности работы ВЭУ никогда не сравнятся с АЭС или ГЭС. Здесь энергетикам приходится постоянно следить за прогнозом погоды, потому что генерируемая мощность напрямую зависит от скорости ветра. Ветер должен быть не слишком сильным и не слишком слабым. Хорошо, если в среднем ВЭУ будут выдавать хотя бы треть от максимальной мощности.

Обзор вертикальных ветрогенераторов

     Мы являемся свидетелями развития науки и техники, возникновения сверхэффективных технологий и в то же время в области энергетики мы можем наблюдать парадоксальную тенденцию возвращения к древнейшей технологии использования ветряной энергии. Её использовали в Китае и на Среднем Востоке более 10 веков назад.

     Этому парадоксу есть объяснение. В начале 21 века общество остро столкнулось с проблемой ограниченности ископаемых энергоресурсов. Сегодня происходит замена технических инструментов традиционной энергетики, губительно влияющей на окружающую среду, на возобновляемые экологически чистые источники энергии, в том числе ветровые. 

 

     Несмотря на то, что ветка первенства сегодня принадлежит горизонтальным ветрогенераторам, популярность вертикальных ветрогенераторов стремительно растёт. Это объясняется, в том числе тем, что учёные теоретически и экспериментально доказали, что вертикальные ВЭУ в состоянии догнать по эффективности горизонтальные.  

     Ретроспектива вертикальных ВЭУ 

     Вертикальные ветряки человечество использует уже очень давно. Первые документальные упоминания о вертикальных ВЭУ датированы приблизительно 500-900 годами до нашей эры. В документах описан персидский механизм. Его применяли для добычи подъема воды и помола зерна. Со временем такой ветряк получи название «panemone», т.е. вращается при любом направлении ветра.

 

Первый ветряной двигатель с вертикальной осью вращения

     Вертикальные ветряки использовались и в Китае. Его, кстати, часто упоминают, как родину вертикальных ветряков. Бытует мнение, что ветряную мельницу изобрели именно в Китае более 2000 лет назад. Но самое раннее упоминание о ней датированы 1219 годом нашей эры. Это была ветряная установка с карусельным ротором. В нём использовался принцип давления ветра, с плоскими парусными лопастями. При движении в направление ветра они разворачивались перпендикулярно потоку воздушной массы, а при движении навстречу ветру – параллельно ему.

     В 9 веке н.э. в Персии в городе Нех функционировало 75 ветряных мельниц.Они были построены на возвышенности, расположенной перпендикулярно к направлению преобладающего северного ветра, действующего в этой местности в течение 4 месяцев в году со скоростью 28-47 м/с. Ветряной двигатель персидских мельниц представлял собой вертикально-осевой карусельный ротор с 8 плоскими лопастями из тростника высотой 5,5 м и диаметром 4,3 м. При скорости ветра 30 м/с его мощность составляла около 16 кВт. 

 
Персидская ветряная мельница с вертикально-осевым карусельным ротором

     Чтобы повысить эффективность перед лопастями, движущимися навстречу ветру, был установлен экран. Он снижал тормозящий момент ротора, закрывая лопасти от ветра.  50 таких ветряных мельниц были в рабочем состоянии в 1963 году и, вероятно, эксплуатируются и сегодня. Стоит отметить, что схема изобретенного более 1000 лет назад вертикально-осевого карусельного ротора с плоскими и чашечными лопастями и сегодня применяется практически без изменений. 

Вертикально-осевая ветроэлектрическая установка Д. Блиса с карусельным ротором

      В наше время успешно используются ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, получившие патент на конструкцию начиная с 3-го десятилетия ХХ века 

     а) Ротор Савинуса. Изобретён в 1922 году финским инженером Сигурдом Йоханнесом Савониусом.
     б) Ротор Даррье. Изобретён французским авиаконструктором Жоржем Даррье в 1931 году.
     в) Ротор Масгрова. Изобретён английским доктором Масгров из Ридингского университета в 1975 году.
     г) Ротор «Виндсайт». Изобретён финном Йутсиниеми в 1979 году.
     д) Геликоидная турбина Горлова. Изобретена профессором Северо-Восточного Университета Бостона (США) Александром Горловым в 2001 году. Турбину с небольшими отличиями повторяют турбины ветряных электроустановок “Tvister”, “Turby”, “Quitrevolution” и др.

      Принцип работы

      В современных ветряных электроустановках энергия преобразуется в 2 этапа:
       1. Кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую.
       2. Механическая энергия преобразуется в электрическую.

     Чтобы энергия ветра превращалась в механическую используют аэромеханические устройства или ветродвигатели. За границей их называют ветряными турбинами. Ветряной двигатель берёт у движущегося с определённой скоростью воздушного потока часть его кинетической энергии. Величина кинетической энергии зависит от принципа работы установки, габаритов движущейся части и режима работы.

     Есть 2 основных способа отбора мощности ветра. На них базируется работа современных ветряных двигателей.
Первый способ использует феномен подъемной силы крыла, которое имеет соответствующий аэродинамический профиль и находящегося в движущем потоке воздуха. Проще говоря – это ветродвигатели подъёмной силы.
Второй способ базируется на дифференциальном (неодинаковом) лобовом сопротивлении твердого тела асимметричной формы, при его различной ориентации относительно направления ветра. Это ветродвигатели дифференциального лобового сопротивления.
Есть конструкции, сочетающие оба способа в разном процентном соотношении.

     Чтобы проводить сравнительную оценку технических решений, в ветровой энергетике выработаны критерии, которые характеризуют энергоэффективность конструкции и режим работы:
1. Коэффициент использования ветряной энергии – отношение механической мощности, которую развивают ветряные двигатели, к механической мощности воздушного потока, протекающиго через пространство, ометаемое рабочими поверхностями ветродвигателя. В зарубежной ветряной энергетике данный коэффициент обозначают Cp (СиПи фактор). Теоретики доказали, что для идеального ветряного двигателя, в котором не учитываются потери, величина СиПи фактора не может превышать 0,593. Это число называли лимитом Бетца. По определению является безразмерной.
2. Быстроходность ветродвигателя – это отношение линейной скорости самой удалённой оси вращения ветряного двигателя точки крыла (определяется радиусом ротора и его частотой вращения) к скорости ветра, принято обозначать символом U. Быстроходность по определению величина безразмерная. Считается, что ветряной двигатель тихоходный, если U<2, и быстроходный, если U=4.
Ветряные двигатели с вертикальной осью вращения «подъёмной силы» 

Работа конструкции подъемной силы крыла

      На рисунке  проиллюстрированы: устройство простейшего ортогонального ветряного двигателя, треугольники скоростей и силы, действующие на лопасть в зависимости от её положения относительно направления ветра. Где:
U – скорость ветра;
V – тангенциальная скорость перемещения лопасти;
W – суммарная («кажущаяся») скорость воздушного потока, взаимодействующего с лопастью;
– угол атаки;
Т – сила, которая создаёт крутящий момент;
N – сила, приложенная к траверсе, соединяющей лопасть с валом установки;
L – подъёмная сила лопасти;
D – сила лобового сопротивления лопасти.

     Ветряной двигатель такой конструкции имеет пульсирующий крутящий момент и для ввода при некотором значении быстроходности в режиме авторотации чаще всего требует раскрутки внешним двигателем.
Увеличение количества лопастей до 3-х и их закрутке вокруг оси ротора (геликоидный ротор), СиПи фактор увеличивает от 0,3 до 0,4. Крутящий момент становится постоянным независимо от положения лопастей относительно направления ветра, достаточно регулярно наблюдается самозапуск на холодном ходу при скоростях ветра 3 метра за секунду и выше. Оптимальный режим работы данных ветряных двигателей (максимальное значение Cp) достигается при значении от 4 до 5 единиц. Увеличение количества лопастей ротора больше 5, как правило, снижает быстроходность и уменьшает Cp. 

Многообразие конструкций современных вертикальных ветродвигателей, использующих для создания крутящего момента подъёмную силу крыла

     Отметим, что вращение турбин приведенных конструкций наблюдается при любом направлении ветра. Т.е. необходимость в устройствах ориентации и дополнительных трансмиссиях, снижающих уровень надежности,полностью отпадает. Это одно из основных преимуществ установок такого типа при сравнении с ветряными электроустановками с горизонтальной осью вращения.
Продолжают появляться новые схемы ветряных электроустановок с горизонтальной осью вращения, в том числе установка с «качающимся крылом», в котором углы атаки крыльев в зависимости от направления ветра изменяются при помощи несложной кинематики. Принцип действия проиллюстрирован на рисунке ниже. Наличие вспомогательных механизмов, с дополнительными потерями на трение, которые к тому же требуют периодического осмотра и ремонта, нейтрализует эффект, получаемый от оптимизации углов атаки крыльев, расположенных в набегающем воздушном потоке. Такие установки производят небольшими сериями. 

Пример конструкции ветряной турбины с вертикальной осью вращения с наведением на ветер

     Ветряные двигатели с вертикальной осью вращения «дифференциального лобового сопротивления»

     Первые ветряные двигатели с вертикальной осью вращения работали, используя данный принцип. Он заключается в том, что твердое тело асимметричной формы (пример, полусфера) при различной ориентации в потоке воздуха (жидкости), имеющего постоянную скорость V, взаимодействуют с потоком с различными усилиями FЛС1 и FЛС2, соответственно. Давление ветра на полусферу, ориентированную к нему вогнутой частью, более чем в 4 раза превышает давление на ту же полусферу, ориентированную к ветру выпуклой частью. При этом площадь сечения тел одинакова. Если полусферы закрепитель на траверсе с 2-х сторон симметрично относительно оси вращения, то при взаимодействии с движущейся воздушной массой появляется крутящий момент, и устройство будет вращаться с некоторой частотой w.  

 
Принцип работы ветряного двигателя «дифференциального лобового сопротивления»

     Величина крутящего момента зависит от разницы усилий, воздействующего тела, расположенные по разные стороны от оси вращения, а эти усилия определяются скоростью ветра, размерами тел (площадью лобового сечения) и коэффициентом лобового сопротивления.
Среди ветряных двигателей, действующих по принципу дифференциального лобового сопротивления, наиболее известны ротор Савониуса и его модификация – ротор Виндсайт. Машины просто устроены, работают даже в условиях очень низких скоростях ветра, но обладают невысоким Cp. Максимальное значение СиПи фактора для ротора Савониуса, приведенное в источниках, равно 0,25. Номинальная быстроходность этих турбин, как правило, меньше единицы, и у них относительно высокий пусковой момент. 

Разнообразие конструкций ветряных двигателей дифференциального лобового сопротивления 

     Комбинированные ветряные двигатели с вертикальной осью вращения

     Выше описанные две основные группы вертикальных ветряных двигателей, которые выпускаются серийно. Но кроме них есть установки, совмещающие в себе оба принципа действия. 

     В установках, изображённых на рисунках а), б) и г), в зависимости от положения каждой лопасти относительно направления ветра проявляются или эффект подъёмной силы, или эффект дифференциального аэродинамического сопротивления. В установке, показанной на рисунке в), ротор Савониуса используется для раскрутки ротора Даррье до необходимой быстроходности.

 
а) – ветряная электроустановка, построенная марокканскими студентами в 1995 году;
б) — ветряная электроустановка, серийно выпускаемые китайскими производителями в 2010 году
 

     В устройствах, показанных на рисунке выше, система ориентации на ветер постоянно обеспечивает максимальное лобовое сопротивление лопасти, движущейся по ветру, и минимальное лобовое сопротивление лопасти, движущейся против ветра. В промежуточных положениях работает подъёмная сила крыла. Для правильной ориентации лопастей они связаны между собой либо трансмиссией с зубчатым ремнём, либо трансмиссией с зубчатыми колёсами. Устройство с трансмиссией, использующей конические зубчатые колёса, было реализовано в 1995 году (рисунок а). Позже в 2000 году детальному исследованию в аэродинамической трубе была подвержена масштабная модель аналогичного по принципу действия двухлопастного устройства. Результаты исследования показали, что СиПи фактор системы не превышает 0,2. После этого опыты с данной конструкцией прекратили. Однако китайские производители ветрогенераторов (рисунок б) в настоящее время выпускают аналогичные установки мощностью 3,5-10 кВт при скоростях ветра 9,10 или 10 м/с, соответственно. 

     Энергохарактеристики

    Основные свойства ветряных двигателей полностью описывает зависимость Cp = f (1). Её называют главной энергетической характеристикой ветряного двигателя. На рисунке _ приведены главные энергетические характеристики ряда распространенных ветряных двигателей.
Ветроэнергетики хорошо знают, что Сp£0,593, что было теоретически доказано российскими учеными (Сабинин и др. ) ещё в 1914 году, но за границей доказательство было опубликовано в 1924 году немецким физиком Бетцем, и поэтому величина 0,593 называется «предел Бетца». 

Главные энергохарактерстики наиболее распространённых ветряных двигателей 

      Рисунок выше очень хорошо показывает, что вертикальных ветряных турбин, которые используют подъёмную силу крыла, имеют Cp по величине, очень близкий к показателю быстроходных малолопастных ветроколёс с горизонтальной осью вращения. Это обстоятельство наряду с относительной конструкции и отсутствием необходимости наведения на ветер, является причиной современного возрождения интереса к вертикальным ветряным двигателям. 


Пример представления технических характеристик на сайте производителя (Китай)

      Не менее важной характеристикой вертикального ветродвигателя (и горизонтального), является кривая развиваемой мощности, представляющая собой зависимость выходной электрической мощности установки от скорости ветра. Серьёзные производители ветрогенераторов обязательно приводят такую кривую в технических характеристиках своей продукции, так как говорить о мощности установки в отрыве от скорости ветра не имеет смысла. При наличии статистики по частотам повторяемости скорости ветра для интересующей нас местности кривая развиваемой мощности позволяет произвести довольно точный расчёт выработки электрической энергии. 

Примеры кривых выходной мощности двух вертикальных ветряных энергоустановок 

     Тенденции развития вертикальных ветрогенераторов 

     Современная волна интереса к вертикальным ветряным энергоустановкам объясняется следующими причинами:
1. Практически исчерпаны концептуальные и технические резервы развития горизонтальных ветрогенераторов. При современном развитии технологий уже невозможно строить более крупные установки.
2. Относительно высокие энергетические характеристики отдельных вертикальных ветряных энергоустановок при значительно простой конструкции, которая не требует в большинстве случаев наведения на ветер.
3. Относительно низкий уровень шумов и вибраций.

     Отметим некоторые тенденции в области проектирования, производства и эксплуатации вертикальных ветрогенераторов. Широко используется компьютерное моделирование. Успехи в развитии современных математических методов и программных средств, дают возможность производить достаточно точные проектные расчёты при наличии существенно турбулентных процессов, имеющих место при работе ветряных электроустановок данного типа. На рисунке ниже приведены характерные формы представления результатов применения программных средств, реализующих метод конечных элементов для расчёта поля скоростей воздушного потока, проходящего через сечение ротора вертикальной ветроустановки. Именно благодаря компьютерному моделированию рассматриваемая область ветряной энергетики получила мощный толчок развития. 

 Типичное представление результатов аэродинамического расчёта методом конечных элементов 

     Постоянное совершенствование конструкций вертикальных ветряных электроустановок и использование новых конфигураций лопастей в области вертикальных ветряных электроустановок спровоцировало тенденцию введения механизации крыла. В случае, если в установке применяется прямое крыло, имеется возможность реализовать комбинацию Савониус-Даррье для работы в различных режимах: 

 Вариант механизации крыла вертикальных ветряных электроустановок

      Разделение ветряных электроустановок с вертикальной осью вращения на 2 группы по соотношению высоты ротора к диаметру. Анализ существующих конструкций вертикальных ветрогенераторов показывает, что с увеличением установленной мощности наблюдается тенденция к увеличению диаметра ротора при одновременном снижении частоты его вращения. Чем больше размеры ротора, тем сложнее осуществить его аэродинамическую симметрию и балансировку, что на высоких частотах вращения чревато возникновением значительных вибраций, которые могут привести к разрушению конструкции. На рисунке 17 приведены наиболее часто встречающиеся пропорции вертикальные ветряные электроустановки, в сравнении с горизонтальными установками. 

 Пропорции вертикальных ветряных электроустановок

      Строительство оффшорных ветропарков на базе вертикальных ветрогенераторов. Важнейшей тенденцией наблюдаемой в современной ветроэнергетике, является строительство ветряных парков на континентальном шельфе. Строительство ветропарка вообще выгоднее, чем строительство отдельной ветряной электростанции. Оффшорные парки позволяют решить более широкий круг проблем, в частности требования по шумам и вибрациям сводятся до минимума, а стробоскопический эффект вообще не учитывается. Плюс к тому в береговой зоне, как правило, наблюдаются устойчивые ветры с достаточными скоростями. До недавнего времени в оффшорных ветряных парках применялись исключительно горизонтальные ВЭУ. Недавно в Интернете опубликована информация о предстоящем строительстве объекта установленной мощностью 10 МВт на базе вертикальных ветрогенераторов.
Мощное ускорение китайских производителей. Ещё 3-4 года назад найти рекламу китайского предприятия по производству ВЭУ в Интернете было практически невозможно. Сегодня на первых 30 страницах поиска по теме вертикальных ветрогенераторов среди китайских производителей иногда проскакивают американские и европейские.
Характерная черта китайской ветряной энергетики – это, то, что в производство запускается любое устройство, способное производить электроэнергию из ветряной энергии независимо от принципа действия и величины Cp. Цены на китайскую продукцию значительно ниже, но и качество пока оставляет желать лучшего. Однако всем нам известен объективный закон перехода количества в качество, согласно которому в ближайшие годы следует ожидать появления нового мирового лидера в области ветряной энергетики. Как упоминалось выше, уже сегодня Китай вышел на втрое место в мире по установленной мощности ветрогенераторов.
Научно-исследовательская лаборатория технологий энергетики возобновляемых источников Международного института компьютерных технологий (г. Воронеж) и Воронежский государственный технический университет в течении ряда лет проводят исследования в области вертикальных ветряных электроустановок. Учёные произвели продувки масштабных моделей роторов. В результате проведённых исследований была разработана перспективная конструкция вертикального ветрогенератора. Демонстрационный масштабный образец сейчас находится на стадии изготовления. 

Разновидности исследованных моделей роторов 

     Рабочая установка имеет оригинальную конструкцию лопасти из композитного материала, магнитный подвес ротора и многополюсный генератор прямого привода с возбуждением от постоянных магнитов. Преобразование энергии осуществляется по следующей схеме:

      Ветряная турбина → синхронный генератор → регулируемый выпрямитель → буферный накопитель энергии →инвертор → потребители/сеть

     Данная схема сегодня считается самой перспективной.

     Приемлемый коэффициент полезного действия устройства обеспечен регулировкой нагрузки в зависимости от скорости ветра/крутящего момента и использованием пассивного магнитного подвеса. Рисунок ниже иллюстрирует полуфабрикаты лопастей модели ротора и 3Д-проекцию демонстрационного макета. 

 Перспективная схема конструкции вертикального ветрогенератора
а) – заготовка лопасти
б) – модель вертикального ветрогенератора в работе
в) – демонстрационный образец мощностью 1,5 кВт

      Для дальнейшего увеличения мощности вертикальных ветряных электроустановок потребуется или специальные генератор, или же мультипликаторы.

      Сегодня в приоритете в развитии энерготехнологий нетрадиционная экологичная энергетика, которая использует возобновляемые источники энергии, в том числе и ветроэнергетика.

     Вертикальные ветрогенераторы можно отнести к новым направлениям ветроэнергетики, поскольку их развитие начинается с 1970-х годов. Горизонтальные ветряные электроустановки имеют многовековую историю. Это также объясняет высокий технический уровень горизонтальных ветрогенераторов.

     Период развития вертикальных ВЭУ составляет около 50 лет. За это время учёные провели огромный объём теоретических основополагающих исследований принципиально новых вопросов аэродинамики, прочности и динамики ротора Дарье, инженерных работ, решающих конструктивные проблемы, которые связаны с повышенной массивностью, инерционностью и циклической нагрузкой вращающихся узлов. Благодаря проделанной работы учёные получили опыт разработки, отработки и использования, вертикальных ветрогенераторов, и что очень важно эффективность и надёжность вертикальных ВЭУ догоняет уровень горизонтальных ВЭУ.

     В настоящее время вертикальные роторы Савониуса и Даррье различных модификаций используют лишь в небольших ветряных электроустановках.

    Часть вертикальных ветрогенераторов на мировом рынке составляет 35%. Это установки мощностью до 50 кВт. Вертикальных ветрогенераторов мощностью более 100 кВт на рынке практически нет.

Как сделать вертикальный ветрогенератор | Сам Себе Строитель

Вертикальный ветрогенератор своими руками, чертежи, фото, видео ветряка с вертикальной осью.

Ветрогенераторы подразделяются по типу размещения вращающейся оси (ротора) на вертикальные и горизонтальные. Конструкцию ветрогенератора с горизонтальным ротором мы рассматривали в прошлой статье, теперь поговорим о ветрогенераторе с вертикальным ротором.

Прежде всего, рассмотрим преимущества и недостатки вертикального ветряка.

Преимущества:

  • Низкий уровень шума – ветровое, колесо практически не издаёт шум и не мешает, нет характерного свиста винта.
  • Простота конструкции – сделать такой ветрогенератор и установить не составит особой сложности.
  • Надёжная конструкция – все узлы компактны, удобны в обслуживании.

Недостатки:

  • Основным недостатком конструкции ветрогенератора с вертикальным ротором являются его низкие обороты, такой ветряк нужно устанавливать в местности с преобладающей скоростью ветра более 4 м/с.
  • Практически нет защиты от ураганного ветра – если в горизонтальном ветряке при урагане автоматически срабатывает складывающийся хвостовик который поворачивает ветроколесо, то в такой конструкции нужно вручную заклинивать ротор, как вариант замыкать контакты на выходе из катушек.

Изготовление вертикального ветрогенератора.

Прежде всего, ели вы решили изготовить ветряк с вертикальной осью нужно определиться с генератором. Поскольку вертикальный ветрогенератор низкооборотный, то соответственно понадобится генератор способный выдавать зарядку на аккумулятор при достаточно низких оборотах.

Автомобильный генератор для этой конструкции не совсем подходит, так как он выдаёт зарядный ток при оборотах более 1000 об/мин. Для автомобильного генератора нужно использовать шкив с передаточным числом 4 – 5 и доработать сам генератор.

В качестве генератора практичней использовать аксиальный генератор, его можно изготовить самостоятельно, процесс изготовления описан в этой статье.

Схема аксиального генератора для ветрогенератора.

Аксиальный генератор.

Изготовление ветроколеса.

Ветроколесо (турбина) вертикального ветрогенератора состоит из двух опор верхней и нижней, а также из лопастей.

Ветроколесо изготовляется из листов алюминия или нержавейки, также ветроколесо можно вырезать из тонкостенной бочки. Высота ветроколеса должна быть не менее 1 метра.

В этом ветроколесе угол изгиба лопастей задаёт скорость вращения ротора, чем больше изгиб, тем больше скорость вращения.

Ветроколесо крепится болтами сразу к шкиву генератора.

Для установки вертикального ветрогенератора можно использовать любую мачту, изготовление мачты подробно описано в этой статье.

Схема подключения ветогенератора.

Генератор подключается к контроллеру, тот в свою очередь к аккумулятору. В качестве накопителя энергии практичней использовать автомобильный аккумулятор. Поскольку бытовые приборы работают от переменного тока, нам понадобится инвертор для преобразования постоянного тока 12 V в переменный 220V.

Для подключения используется медный провод сечением до 2,5 квадрата. Схема подключения подробно описана тут.

Видео где показан ветрогенератор в работе.

Бытовые хитрости: вертикальный ветрогенератор своими руками

По сравнению с модными фотоэлементными источниками электроэнергии, ветрогенераторы могут показаться морально устаревшими. На самом деле это далеко не так. По мере подорожания традиционных энергоресурсов, разрабатываются новые, более совершенные и производительные модели с увеличенными коэффициентами полезного действия.

В продаже стоимость фирменного ветряка бытового класса начинается от 2000 у.е., но их технические характеристики устраивают далеко не всех. Многие владельцы удаленных домовладений и дачных участков предпочитают собрать вертикальный ветрогенератор своими руками.

Главные плюсы стандартных решений

В информационном поле имеется большое количество рекомендаций по разработке моделей разной мощности, с учетом предполагаемых затрат, окупаемости и планируемой нагрузки.

Фирменная ветросиловая установка среднего мощностного ценового ассортимента при номинальной скорости ветра 5-6 м/сек, вырабатывает за год до 250 киловатт бесплатной энергии.

Если создать вертикальный ветрогенератор самостоятельно, в том числе из подручных материалов, средств потребуется в несколько раз меньше, что положительно скажется на окупаемости проекта в целом.

С другой стороны, желание реализовать масштабный проект строительства мощного ветрогенератора для обогрева дома и работы энергоемкой бытовой техники, потребует значительных затрат. Давайте разбираться.

Проблемы создания мощных ветросиловых установок

Станция мощностью всего 2 кВт представляет собой установленную в массивный бетонный фундамент прочную ветростойкую конструкцию высотой от 8 метров с 3-х метровым металлическим ротором. Кроме основных затрат, для установки такого сооружения потребуются расходы на аренду строительной и подъемно-крановой техники.

Попытки собрать более мощный вертикальный ветрогенератор своими руками без должного опыта и основательной материальной базы чаще всего оборачиваются дополнительными затратами на доводку конструкции до рабочего состояния. Для бытового пользования, хотя бы на начальном этапе целесообразно сосредоточить усилия на создании ветрогенератора мощностью до 500 ватт.

Свойства бюджетных моделей

Для самодельной ветровой электростанции рекомендуется взять за основу конструкцию с горизонтальной осью вращения и лопастной крыльчаткой. Такие схемы выгодно отличаются небольшой материалоемкостью и высоким КПД. Наиболее доступные по стоимости и простые по конструкции высокооборотные двух- и трехлопастные ветроколеса.

 Конструктивные особенности высокооборотных систем

Аэродинамические свойства высокооборотных роторов во многом зависят от конфигурации лопаток. На КПД отражаются внешне незаметные погрешности, поэтому без отсутствия должных навыков лучше отдать предпочтение тихоходному варианту рабочего колеса.

  • Чем меньше лопастей, тем больше проблем с балансировкой ротора. Оптимальный по сложности и трудоемкости вариант ветрового колеса диаметром от 2-х метров должен иметь не менее 5-6 лопастей.
  • Высокооборотные конструкции характеризуются повышенной шумностью, которая усиливается с увеличением диаметра и скорости оборотов. Такая особенность мощного быстроходного ветросилового агрегата исключает его установку в местности с плотной застройкой или на крыше городской многоэтажки.

На заметку: двукратное увеличение количества лопастей при скорости ветра 8 м/сек. поможет повысить мощность генератора до 450-500 ватт, но такая доработка неизбежно потребует установки дорогостоящего редуктора.

Генератор веломоторного типа

Сэкономить средства на отказе от редуктора можно заменой высокооборотного генератора типа Г-221 более низкооборотным веломотором.

Наличие в конструкции веломотора постоянных магнитов решает проблемы подачи тока в обмотку возбуждения.

В качестве генератора для бытового ветросилового агрегата с максимальным режимом 220-230 об/мин. достаточно задействовать фирменный веломотор мощностью 250 ватт. КПД такого устройства составляет немногим более 80%-ти процентов.

Конструкционные свойства мачты

Исходный материал — стальная труба диаметром от 100 мм. Высота мачты с прочным бетонным основанием, установленной на открытой местности, может варьироваться в диапазоне от 6 до 10 метров.

  • Если на площадке имеются строения, деревья или другие ветрозащитные объекты, необходимо увеличить высоту мачты с превышением крыльчатки над наземными препятствиями не менее чем на полтора-два метра.
  • Для растяжек рекомендован монтажный трос с коррозиестойким покрытием и сечением не менее 6 мм.

Как защитить ветряк от ураганного ветра?

На практике с наилучшей стороны зарекомендовало себя простое по конструкции и эффективное в работе устройство, известное под названием боковой лопаты.

  • При скорости набегающего потока до 8 м/сек. ротор устанавливается по его оси посредством оперения.
  • При усилении ветра давление потока преодолевает жесткость пружины и ветрогенератор складывается, что приводит к изменению угла подачи воздуха на лопасти и снижению уровня воспринимаемых нагрузок.

Рекомендации по изготовлению лопастей

Для самостоятельного изготовления лопастей рабочего колеса больше подходит более стойкая к нагрузкам на растяжение древесина. В бюджетном и менее затратном по времени варианте, в качестве исходного сырья можно использовать ПВХ-трубы диаметром 160 мм.

В лучшем решении — это трубопроводные элементы для напорных водопроводных и канализационных систем марки SDR PN 6,3 с толщиной стенок не менее 4-х мм. Пластиковые лопасти менее сложные в изготовлении, в меньшей степени подвержены температурным и влажностным факторам.

Вырезанные по шаблону заготовки следует тщательно отшлифовать и закруглить острые края.

Обустройство штатного оборудования

Для крепления лопастей необходимо использовать головку. Стандартная конструкция представляет собой стальной диск толщиной 6-8 мм, к которому по количеству лопастей с равными интервалами привариваются металлические кронштейны толщиной 10-12 мм и длиной 300 мм с отверстиями для установки резьбового крепежа.

Головка крепится к корпусу генератора болтами с контрагайками. Для рамы конструкции потребуется сталь толщиной 6-8 мм, или достаточно широкий отрезок швеллера.

Токоприемник и подвижное соединение

Конструкция тандема подвижный контакт-токоприемник стандартная. В самом простом варианте — это диэлектрическая втулка, контактная группа и подпружиненные графитные щетки от автомобильного стартера. Для предохранения от атмосферных осадков узел оборудуется защитным кожухом.

Для разворота ротора по направлению воздушного потока монтируется подвижное соединение рамы ветрогенератора по отношению к мачте. Специалисты рекомендуют использовать преимущества максимально стойких к осевым нагрузкам роликовых подшипников с посадочным диаметром не менее 60 мм.

Аккумуляторно – конверторное оборудование

Стандартное напряжение веломоторного генератора составляет 25-26 вольт, поэтому для хранения выработанной электроэнергии можно использовать два последовательно соединенных 12-ти вольтовых аккумулятора суммарной емкостью от 100 а/ч.

Для преобразования постоянного тока в переменный 220 вольт в схему вводится инвертор напряжения мощностью от 600 ватт.

Даже если вам легко удастся создать вертикальный ветрогенератор своими руками, помните, что безотказная работа такого устройства гарантируется при условии своевременного и квалифицированного обслуживания.

Горизонтальный ветрогенератор: преимущества и недостатки

Человечество вот уже много веков использует энергию ветра в своих нуждах. Сегодня простое механическое движение лопастей ветрогенератора способно давать абсолютно бесплатную и, что немаловажно, экологически чистую электроэнергию. Сегодня мы попробуем ответить на вопрос: почему стоит обратить внимание на горизонтальные ветрогенераторы в Одессе, выясним сильные и слабые стороны эксплуатации энергии ветра.

Почему стоит купить именно горизонтальный ветрогенератор?

Ответ лежит на поверхности – горизонтальный ветрогенератор, как тот, что можно найти здесь http://antika.com.ua/vetrogeneratory, имеет собственную мачту, в то время как вертикальные модели, как правило, не имеют собственной матчи, и устанавливаются на высотные здания, конструкции.

Перед тем, как купить горизонтальный ветряк: преимущества и недостатки

Мы хотим быть честными с нашими читателями, именно поэтому собрали все сильные и слабы стороны данного типа альтернативной энергетики, чтобы читатель смог, изучив их, самостоятельно принять окончательное решение.

Преимущества

  1. Отсутствие производственных отходов и расходного сырья.
  2. Бесплатный характер, возобновляемый источник. Ветер – восстанавливаемый ресурс, при этом еще и общедоступный: на него не налагаются штрафы, лимиты, ограничивающие использование. Ветер не нужно добывать, выбрасывая в атмосферу тонны вредных веществ.
  3. Даже при высокой первоначальной стоимости, покупка ветрогенератора имеет гарантированную окупаемость. Это становится возможным, в том числе и по причине того, что в работе ветряка не задействуется ископаемое топливо.

Купить ветрогенератор в Украине: недостатки

Непременно найдутся и те, кому не захочется купить ветрогенератор в Украине по следующим причинам:

  • шум от вращающихся лопастей;
  • изменение ландшафта видом торчащей матчи электростанции;
  • зависимость от силы ветра. Этот минус справедливо считать таковым для мест, где ветер дует непостоянно;
  • необходимость выделить под обустройство генератора солидный участок земли.

Выбирайте горизонтальные ветрогенераторы в Одессе по принципу генерации 1 кВт электроэнергии, для которого достаточно скорости ветра в 7 м/с. Чтобы определить данный параметр необходимо провести исследование, основанное на замерах скорости ветра на протяжении всего года.

Все еще сомневаетесь в деталях выбора? В таком случае найдите свой горизонтальный ветрогенератор по этой ссылке — http://antika.com.ua/gorizontal-nie-vetryanie-ielektroctancii. Вам обязательно помогут консультацией, расскажут, как где и при каких обстоятельствах, эксплуатация ветряка даст наиболее позитивные результаты.

Горизонтально-осевые ветряные турбины — HAWT

Горизонтально-осевые ветряные турбины ( HAWT ) имеют вал главного ротора и электрический генератор наверху башни и могут быть направлены в сторону ветра или в сторону от ветра. Маленькие турбины указываются простой флюгером, в то время как большие турбины обычно используют датчик ветра , соединенный с серводвигателем. У большинства из них есть редуктор, который превращает медленное вращение лопастей в более быстрое вращение, которое больше подходит для привода электрического генератора. Детали ветряной турбины

Лопасти

  • Лопасть ветряной турбины подъемного типа. Они сконструированы наиболее эффективно, особенно для улавливания энергии сильного и быстрого ветра. Некоторые европейские компании фактически производят однолопастные турбины.
  • Лопасть ветряной турбины типа сопротивления, наиболее часто используемая для водяных мельниц, как это видно на старых голландских ветряках. Лопасти представляют собой плоские пластины, которые ловят ветер. Они плохо сконструированы для улавливания энергии сильных ветров.

Ротор аэродинамически спроектирован таким образом, чтобы улавливать максимальную площадь поверхности ветра для наиболее эргономичного вращения. Лезвия из легкого, прочного и устойчивого к коррозии материала. Лучшие материалы — это композит из стекловолокна и армированного пластика

Редуктор увеличивает или усиливает выходную энергию ротора. Коробка передач расположена непосредственно между ротором и генератором. Ротор вращает генератор (который защищен гондолой) по направлению задней флюгеры.

Детали ветряных турбин

Генератор вырабатывает электроэнергию за счет вращения ротора. Генераторы бывают разных размеров в зависимости от продукции, которую вы хотите генерировать. Гондола — это корпус или кожух, который изолирует и защищает генератор и коробку передач от элементов. Он легко снимается для обслуживания ветра.

Флюгер направляет турбину для сбора максимальной энергии ветра.

Тип ветра HAWT лучше всего работает в

Как правило, для приложений, подключенных к сети, требуется среднегодовая скорость ветра 5 метров в секунду (11 миль в час). Среднегодовая скорость ветра от 3 до 4 м / с (7-9 миль в час) может быть достаточной для неподключенных электрических и механических устройств, таких как зарядка аккумулятора и перекачка воды. Ресурсы ветра, превышающие эту скорость, доступны во многих частях мира. Полезный способ оценки ветровых ресурсов, доступных на потенциальном участке, — это плотность энергии ветра

Типичный срок службы

Срок службы современной турбины оценивается примерно в 120 000 часов или 20-25 лет, однако они не требуют технического обслуживания. свободно.Поскольку они содержат движущиеся компоненты, некоторые детали необходимо будет заменить в течение срока их службы. Согласно исследованиям, стоимость обслуживания и замены деталей
составляет около 1 цента доллара США / австралийский доллар за кВтч или 1,5–2 процента в год от первоначальной стоимости турбины.

Редукторы HAWT

Редукторы традиционных ветряных турбин с горизонтальной осью в настоящее время имеют средний срок службы 1,5 года. Замена этих редукторов может быть очень дорогостоящей.

Ветряная турбина с горизонтальной осью

Информация о расходах

Ветряные турбины для домашнего использования различаются по цене и в значительной степени зависят от ваших потребностей в электроэнергии по сравнению сналичие ветра, но вы можете рассчитывать заплатить около 12000 долларов за обслуживание среднего дома. Однако имейте в виду, что стоимость может быть значительно компенсирована скидками на возобновляемую энергию, предлагаемыми правительствами многих
стран.

Средняя цена крупных современных ветряных электростанций составляет около 1000 долларов США за установленный киловатт электроэнергии. Один лишний метр башни обойдется вам примерно в 1500 долларов США. Специальная машина для слабого ветра с относительно большим диаметром ротора будет дороже, чем машина для сильного ветра с малым диаметром ротора.При переходе от машины мощностью 150 кВт к машине мощностью 600 кВт цены увеличатся примерно втрое, а не в 4 раза.

Причина в том, что до определенного момента существует эффект масштаба, например количество рабочей силы, задействованной для создания машины мощностью 150 кВт, не сильно отличается от количества рабочей силы, необходимой для создания машины мощностью 600 кВт. Например. Функции безопасности и количество электроники, необходимое для работы маленькой или большой машины, примерно одинаковы. Также может быть (некоторая) экономия от масштаба в действующих ветряных парках, а не отдельных турбин, , хотя такая экономия, как правило, довольно ограничена

Любая информация о выходной мощности

Ветровые турбины для коммерческого производства электроэнергии обычно варьируются от От 100 киловатт до 5 мегаватт.На момент написания самая большая ветряная турбина в мире имела диаметр ротора 126 м (390 футов) и могла вырабатывать достаточно электроэнергии для 5000 домашних хозяйств. Для турбины мощностью 600 кВт средняя мощность составляет от 1,5 до 2 ГВтч в год, в зависимости от скорости ветра. На каждый киловатт-час электроэнергии, произведенной с помощью энергии ветра или других экологически чистых средств, предотвращается попадание в атмосферу примерно 1,5 фунтов углерода, если это электричество было получено от угольных электростанций.Углекислый газ является одним из основных факторов, вызывающих изменение климата , вызванное глобальным потеплением.

Источники 1

Ветряная турбина | технология | Британника

Ветряная турбина , устройство, используемое для преобразования кинетической энергии ветра в электричество.

ветряная турбина

Компоненты ветряной турбины.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Ветровые турбины бывают нескольких размеров, с небольшими моделями, используемыми для обеспечения электроэнергией сельских домов или коттеджей, и моделями в масштабе общины, используемыми для обеспечения электричеством небольшого количества домов в сообществе. В промышленных масштабах многие большие турбины собираются в ветряные электростанции, расположенные в сельской местности или на море. Термин ветряная мельница , который обычно относится к преобразованию энергии ветра в энергию для измельчения или перекачивания, иногда используется для описания ветряной турбины. Однако термин ветряная турбина широко используется в основных ссылках на возобновляемые источники энергии ( см. Также ветровая энергия).

Типы

Существует два основных типа ветряных турбин, используемых при реализации ветроэнергетических систем: ветровые турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветровые турбины с вертикальной осью (VAWT).HAWT являются наиболее часто используемым типом, и каждая турбина имеет две или три лопатки или диск, содержащий множество лопаток (многолопастный тип), прикрепленных к каждой турбине. VAWT способны справляться с ветром, дующим с любого направления, и обычно сделаны с лопастями, которые вращаются вокруг вертикального столба.

HAWT характеризуются как устройства с высокой или низкой прочностью, в которых под прочностью понимается процентная доля рабочей площади, содержащей твердый материал. Высокопрочные HAWT включают многолопастные типы, которые покрывают всю площадь, охватываемую лопастями, твердым материалом, чтобы максимально увеличить общее количество ветра, соприкасающегося с лопастями.Примером HAWT высокой прочности является турбина с несколькими лопастями, используемая для перекачивания воды на фермах, часто встречающаяся в ландшафтах американского Запада. В низкопрочных HAWT чаще всего используются две или три длинные лопасти и они напоминают воздушные винты по внешнему виду. HAWT с низкой прочностью имеют низкую долю материала в рабочей области, что компенсируется более высокой скоростью вращения, используемой для заполнения рабочей области. HAWT с низкой прочностью — это наиболее часто используемые коммерческие ветряные турбины, а также тип, который чаще всего представлен в СМИ.Эти HAWT обеспечивают максимальную эффективность при производстве электроэнергии и, следовательно, являются одними из самых экономичных используемых конструкций.

Сэкономьте 50% на подписке Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сегодня

Менее используемые, в основном экспериментальные VAWT включают конструкции, которые различаются по форме и способу использования энергии ветра. VAWT Дарье, в котором используются изогнутые лезвия с изогнутой аркой, стал наиболее распространенным VAWT в начале 21 века. VAWT H-типа используют два прямых лезвия, прикрепленных к каждой стороне башни в H-образной форме, а VAWT V-типа используют прямые лезвия, прикрепленные под углом к ​​валу, образуя V-образную форму.Большинство VAWT экономически неконкурентоспособны с HAWT, но сохраняется интерес к исследованиям и разработкам VAWT, особенно для построения интегрированных ветроэнергетических систем.

Оценка выработки электроэнергии

Согласно закону Беца, максимальное количество энергии, которое может генерировать ветровая турбина, не может превышать 59 процентов кинетической энергии ветра. Учитывая это ограничение, ожидаемая мощность, вырабатываемая конкретной ветряной турбиной, оценивается по кривой мощности скорости ветра, полученной для каждой турбины, обычно представленной в виде графика, показывающего соотношение между генерируемой мощностью (киловатты) и скоростью ветра (метры в секунду). Кривая мощности скорости ветра изменяется в зависимости от переменных, уникальных для каждой турбины, таких как количество лопастей, форма лопастей, рабочая площадь ротора и скорость вращения. Чтобы определить, сколько энергии ветра будет генерироваться конкретной турбиной в конкретном месте расположения, кривую мощности ветра турбины необходимо связать с частотным распределением скорости ветра для этого участка. Распределение частоты скорости ветра представляет собой гистограмму, представляющую классы скорости ветра и ожидаемую периодичность часов в году для каждого класса скорости ветра.Данные для этих гистограмм обычно предоставляются измерениями скорости ветра, собранными на месте и используемыми для расчета количества часов, наблюдаемых для каждого класса скорости ветра.

Приблизительную оценку годовой выработки электроэнергии в киловатт-часах в год на площадке можно рассчитать по формуле, умножающей среднегодовую скорость ветра, площадь охвата турбины, количество турбин и коэффициент, оценивающий производительность турбины на площадке. Однако дополнительные факторы могут снизить годовые оценки производства энергии в различной степени, включая потерю энергии из-за расстояния передачи, а также доступность (то есть, насколько надежно турбина будет вырабатывать энергию при дующем ветре).К началу 21 века большинство коммерческих ветряных турбин работали с готовностью более 90 процентов, а некоторые даже работали с 98-процентной готовностью.

Лучшая цена на горизонтальные ветряные турбины — Выгодные предложения на горизонтальные ветровые турбины от глобальных продавцов горизонтальных ветровых турбин

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для горизонтальной ветряной турбины. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress.У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку эта верхняя горизонтальная ветряная турбина скоро станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что разместили на AliExpress горизонтальную ветряную турбину. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в горизонтальной ветряной турбине и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести wind turbine horizontal по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Ветровые турбины с вертикальной осью Преимущества и недостатки

Когда люди думают о ветряных турбинах, они часто представляют себе огромные роторы системы с горизонтальной осью. Ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT) имеет лопасти, установленные на верхней части конструкции главного вала, а не спереди, как у ротора самолета.Генератор обычно размещается у основания башни.

Применяемые реже, чем их горизонтальные аналоги, VAWT более практичны в жилых районах. Две распространенные конструкции включают турбину, которая напоминает две половинки 55-галлонного барабана, каждая из которых установлена ​​на вращающемся элементе (ротор Савониуса), и меньшую модель, которая чем-то похожа на взбиватель для яиц (модель Дарье). Чаще используются модели Савониуса, которые пропускают воздух через ступицу для вращения генератора; турбина вращается за счет момента вращения, когда воздух проходит через лопасти.

Устройство имеет два или три ножа и может быть короче и ближе к земле, чем горизонтальная система. Giromill также имеет конструкцию взбивания яиц, но имеет два или три прямых лезвия на вертикальной оси. Спиральные лопасти представляют собой еще один дизайн, напоминающий структуру, подобную ДНК. В общем, ветряные турбины с вертикальной осью имеют свои преимущества и недостатки по сравнению с альтернативными конфигурациями.

Преимущества VAWT

Эти турбины имеют меньше деталей, чем те, которые ориентируют поворотный механизм и лопасти горизонтально.Это означает, что меньше компонентов изнашиваются и ломаются. Кроме того, опорная сила башни не должна быть такой большой, потому что редуктор и генератор находятся у земли. Детали для управления тангажом и рысканием также не нужны.

Турбина также не должна быть направлена ​​против ветра. В вертикальной системе воздух, текущий с любого направления или скорости, может вращать лопасти. Таким образом, систему можно использовать для выработки энергии при порывистых ветрах и когда они дуют постоянно.

К другим преимуществам относятся:

  • Безопасность рабочих: обслуживающему персоналу не нужно подниматься на такую ​​высоту, чтобы добраться до частей башни. Не только VAWT короче. У них также есть основные компоненты, расположенные ближе к земле. Обслуживание генераторов, редукторов и большинства механических и электрических частей конструкции не требует масштабирования башни, поскольку они не установлены сверху. Подъемное оборудование и альпинистское снаряжение тоже не нужны.

  • Масштабируемость: конструкция может быть уменьшена до небольших размеров, даже таких, как та, которая уместится на городской крыше.В городах может не хватить места для всех технологий возобновляемых источников энергии, но вертикальные турбины представляют собой жизнеспособную альтернативу углеводородным источникам энергии.

Кроме того, VAWT:

  • Дешевле в производстве, чем турбины с горизонтальной осью.

  • Более простой в установке по сравнению с другими типами ветряных турбин.

  • Можно переносить из одного места в другое.

  • Оснащен низкоскоростными ножами, снижающими риск для людей и птиц.

  • Работает в экстремальных погодных условиях, с переменным ветром и даже в горных условиях.

  • Допустимо там, где запрещены более высокие конструкции.

  • Работают тише, поэтому они не беспокоят людей в жилых районах.

По данным Института инженеров-механиков, ветряные турбины с вертикальной осью больше подходят для установки в более плотных массивах. Они в 10 раз короче горизонтальных моделей, их можно группировать в массивы, которые даже создают турбулентность от одной турбины к другой, что помогает увеличить поток вокруг них.Следовательно, ветер ускоряется вокруг каждого из них, увеличивая выработку энергии. Низкий центр тяжести также делает эти модели более устойчивыми для плавания в морских установках.

Основные преимущества перед горизонтальными турбинами

Вертикальная конструкция позволяет инженерам размещать турбины ближе друг к другу. Их группы не должны находиться далеко друг от друга, поэтому ветряная электростанция не должна занимать столько земли. Близость горизонтальных ветряных турбин друг к другу может создавать турбулентность и снижение скорости ветра, что влияет на производительность соседних агрегатов.

В отчете за 2017 год в журнале Journal of Renewable and Sustainable Energy , цитируемом Phys.org, отмечалось, что, хотя ветряные турбины с вертикальной осью производят меньше энергии на одну башню, они могут генерировать в 10 раз больше энергии, чем сравнительная площадь земельного участка при размещении массивами.

Недостатки VAWT

Не все лопасти создают крутящий момент одновременно, что ограничивает эффективность вертикальных систем при производстве энергии. Остальные лезвия просто проталкиваются. Кроме того, при вращении лезвия испытывают большее сопротивление. Хотя турбина может работать при порывах ветра, это не всегда так; низкий пусковой момент и проблемы с динамической стабильностью могут ограничивать функциональность в условиях, для которых турбина не была специально разработана.

Поскольку ветровые турбины расположены ниже земли, они не используют более высокие скорости ветра, которые часто встречаются на более высоких уровнях. Если установщики предпочитают возводить конструкцию на башне, их сложнее установить таким способом.Однако более практично установить вертикальную систему на ровном основании, например на земле или на крыше здания.

Вибрация временами может быть проблемой и даже увеличить шум, производимый турбиной. Воздушный поток на уровне земли может увеличить турбулентность, тем самым увеличивая вибрацию. Это может привести к износу подшипника. Иногда это может привести к большему объему обслуживания и, следовательно, к большим затратам, связанным с ним. В более ранних моделях лопасти были склонны к изгибу и растрескиванию, что приводило к выходу из строя турбины.Небольшие блоки на зданиях или других конструкциях могут подвергаться толкающим силам, которые добавляют поперечное напряжение, что требует постоянного обслуживания и использования более прочных и прочных материалов.

Вертикально или нет

Хотя они производят меньше энергии, чем горизонтальные турбины, ветровые турбины с вертикальной осью по-прежнему вырабатывают энергию и могут быть лучшим вариантом в зависимости от области применения. Они больше подходят для мест с ограниченным пространством и требуют меньшего количества проблем и рисков в обслуживании.Эта конструкция оставалась популярной, поскольку инженеры решили проблемы и нашли применение в небольших установках, особенно в городских районах. Со временем у инженерных инноваций появится потенциал для повышения эффективности производства энергии VAWT и увеличения преимуществ, которые они могут предложить в различных приложениях.

Присоединяйтесь к революции чистой энергии! Узнайте, как ваш дом может получить выгоду от энергии ветра.

Типы ветра — Управление энергетической информации США (EIA)

  • Горизонтально-осевые турбины
  • Турбины вертикально-осевые

Размеры ветряных турбин сильно различаются.Длина лопастей — самый важный фактор в определении количества электроэнергии, которую может генерировать ветряная турбина. Небольшие ветряные турбины, которые могут привести в действие один дом, могут иметь электрическую мощность до 10 киловатт (кВт). Самые большие действующие ветряные турбины имеют электрическую мощность до 10 000 кВт, а турбины большего размера находятся в стадии разработки. Большие турбины часто группируются вместе для создания ветряных электростанций или ветряных электростанций, которые обеспечивают энергией электрические сети.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Вертикально-осевой ветряк Дарье в Мартиньи, Швейцария

Источник: Лисипп, автор Wikimedia Commons (лицензия свободной документации GNU) (общественное достояние)

Горизонтально-осевые турбины аналогичны винтовым двигателям самолетов

Горизонтально-осевые турбины имеют лопасти, как воздушные винты, и обычно имеют три лопасти. Самые большие турбины с горизонтальной осью имеют высоту 20-этажного здания и имеют лопасти длиной более 100 футов. Более высокие турбины с более длинными лопастями производят больше электроэнергии. Почти все используемые в настоящее время ветряные турбины являются турбинами с горизонтальной осью.

Вертикально-осевые турбины похожи на взбиватели яиц

Турбины с вертикальной осью имеют лопасти, которые прикреплены к верхней и нижней части вертикального ротора. Самый распространенный тип турбины с вертикальной осью — ветряк Дарье, названный в честь французского инженера Жоржа Дарье, запатентовавшего эту конструкцию в 1931 году, — выглядит как гигантский двухлопастный взбиватель для яиц.Некоторые версии турбины с вертикальной осью имеют высоту 100 футов и ширину 50 футов. Сегодня используется очень мало ветряных турбин с вертикальной осью, потому что они не работают так же хорошо, как турбины с горизонтальной осью.

Ветряные электростанции, или ветряные электростанции, производят электроэнергию

Ветряные электростанции или ветряные электростанции — это группы ветряных турбин, которые производят большое количество электроэнергии. Ветряная электростанция обычно имеет много турбин, разбросанных по большой площади. Одна из крупнейших в мире ветряных электростанций, Центр ветроэнергетики Horse Hollow в Техасе, имеет около 430 ветряных турбин, расположенных на территории около 47 000 акров.Общая электрическая мощность проекта составляет около 735 мегаватт (или 735 000 кВт).

Горизонтально-осевые ветряки на ветроэлектростанции

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последняя проверка: 4 декабря 2019 г.

Технологии ветряных турбин с вертикальной осью продолжают совершенствоваться

Джон Ян , Китай, sawt.com

Большинство ветряных турбин делятся на две основные категории: горизонтальная ось и вертикальная ось. Каждую из них можно разделить на маленькие и большие ветряные турбины.

Ветряные турбины можно разделить на шкалы для коммунальных служб и малые, а затем на горизонтальную ось (HAWT) и версии с вертикальной осью (VAWT).

Технология для традиционных ветряных турбин с горизонтальной осью (HAWT) разрабатывалась более ста лет. Эта технология включает в себя лопасти и их изготовление, коробки передач и технологию их изготовления, устройства угла наклона и их технологии и так далее.Технологии очень зрелые. Закон Беца, который определяет максимальное количество энергии, которое HAWT может извлечь из ветра, основан на одном диске (роторе), движущемся в двухмерном пространстве.

Несколько компонентов в обычной ветряной турбине.

  1. Малые ветряные турбины с вертикальной осью

Маленькие ветряные турбины с вертикальной осью сильно отличаются от средней до большой вертикальной оси ?? ветряные турбины, потому что движущая сила и направление лопасти различаются, когда лопасть вращается.В некотором положении сила лезвия большая, а направление положительное. В некоторых положениях движущая сила будет меньше и также положительна. Но в других положениях движущая сила и направление отрицательные, большие и маленькие. Кроме того, чем больше диаметр ротора, тем больше отрицательные силы. Таким образом, если диаметр ротора увеличивается, угол (шаг) лопастей необходимо регулировать в реальном времени. Это называется технологией «регулирования угла атаки в реальном времени».

1.1 У большинства современных ветряных турбин с вертикальной осью есть три основные проблемы:

  1. Производительность малой мощности
  2. Они работают в узком диапазоне скоростей ветра и часто тормозят, что снижает их выходную мощность.

Плохая устойчивость при вращении сокращает срок службы турбины.

В галерее представлен широкий спектр конструкций с вертикальными осями.

1.2 Решение трех проблем

SAWT, конструкция с вертикальной осью, решает три технические проблемы, возникающие при производстве ветряных турбин с вертикальной осью.Один из проектировщиков произвел небольшую вертикальную ветряную турбину, продано более 4000 единиц примерно в 60 странах с 2007 года, и использовал патенты для создания технических барьеров.

1.3 Как сконструировать хорошую небольшую ветряную турбину с вертикальной осью

1.3.1 Несмотря на отличие от HAWT, основной технологией VAWT остается конструкция ветряной мельницы с лопастями. После выбора профиля необходимо рассчитать ориентацию вогнутости, угол, ширину и количество, потому что каждый из этих факторов определяет характеристики VAWT.
Итак, первый шаг — выбрать низкоскоростной профиль. Второй шаг устанавливает вогнутую ориентацию наружу, третий шаг выбирает небольшой угол лезвия (8 ° подходит) и подходящую ширину лезвия. Лучшее количество лезвий — пять. И тут важен способ подключения лезвия. Лучше всего использовать структуру гнезда для облегчения установки и уменьшения силы сопротивления. Эти факторы определяют производительность VAWT по выработке электроэнергии.
1.3.2 Турбина HAWT должна отклоняться от курса — перенаправляться по ветру — но VAWT не требуется.Таким образом, VAWT используют «регулировку положительного угла атаки по высоте». Эта функция использует центробежную силу для управления углом лезвия, когда скорость вращения превышает номинальную.

1.3.3 Хорошая ветряная мельница с вертикальной осью должна оставаться стабильной во время вращения. В противном случае турбина будет «качать головой» при вращении ротора. Это сократит срок службы турбины и вызовет другие проблемы, такие как шум и механический износ. Поэтому лучшим решением будет использование коаксиальной конструкции для ветряной мельницы и генератора.Коаксиальное расположение ветряной мельницы и генератора обеспечивает надежное уплотнение, безопасность и стабильность, отсутствие механического шума, приемлемый подшипник для ветряной мельницы и длительный срок службы.
1.3.4 Ветровые турбины могут быть повреждены, если скорость ветра превышает 25 м / с. Поэтому ветряной турбине с вертикальной осью нужна автоматическая тормозная система. Когда ветряная турбина начинает тормозить, она должна преодолеть инерцию вращения и движущую силу ветра. Таким образом, при хорошей конструкции крутящий момент в роторе рассчитывается при скорости ветра выживания и выбирается подходящий дисковый тормоз для такого количества энергии.

2. Средние и крупные технологии VAWT

Хотя многие другие производители турбин разрабатывают средние и большие VAWT, они переняли конструктивный подход от малых VAWT, просто пропорционально увеличив маленькую турбину, чтобы она стала «средней или большой VAWT». Они не совсем понимают характеристики VAWT.

Хорошо известно, что VAWT работает тихо, безопасно и не требует высокой башни. Однако, несмотря на усилия бесчисленных инженеров, практически не было запущено ни одного коммерческого крупного VAWT.Причины очевидны: остаются нерешенными проблемы аэродинамической эффективности, самозапуска, устойчивости конструкции и безопасного торможения. Проблемы должны решаться для любого типа ветряной турбины.

Эти три проблемы решаются с помощью технологий «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени» и «вала ферменной конструкции».

2.1 Технология «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени»

Суть этой технологии — регулировка угла наклона лопастей вращающейся турбины. Устройство было испытано на VAWT высотой 1 м и шириной 1,36 м в аэродинамической трубе при скорости ветра 2 м / с. Измеренный крутящий момент составлял от 0,9 до 1 Нм при 44 об / мин. Коэффициент преобразования энергии ветра в механическую достигает 68%, что превышает предел в 59,3% по закону Беца. Это не значит, что закон Беца неверен. Согласно этой теории, HAWT использует один диск, вращающийся в двумерном пространстве, а VAWT — это вращение нескольких дисков в трехмерном пространстве. Это делает VAWT эквивалентом двух HAWT.

Испытания в аэродинамической трубе показали полезный крутящий момент при ветре 2 м / с.

2.2 Ферменная конструкция для главного вала большого VAWT

Изгибающий момент ветряной мельницы может быть очень большим, если диаметр ротора достаточно большой. Это означает, что главный вал должен иметь большой и прочный диаметр, что затрудняет коммерциализацию. В нашем решении полая ферма используется в качестве главного вала внутри, потому что конструкция фермы прочная и относительно легкая, отвечающая требованиям к главному валу на средних и больших VAWT, а также спросу на коммерческое использование.

Потенциал ветра: принцип Бернулли применяется к парусным лодкам

Vestas Sailrocket 2 установил мировой рекорд для парусных лодок в Уолфиш-Бей в Намибии в 2012 году. Судно достигло 64,78 узлов (119,95 км / ч) при ветре всего 25 узлов (46,3 км / ч). Его средняя скорость плавания достигла 59,23 узла (109,65 км / ч) по прямому каналу длиной 500 м. Эта парусная лодка приводилась в движение подъемной силой, вытекающей из принципа Бернулли.

3.1 Проблемы с традиционным дизайном

Некоторые будут утверждать, что болевые точки традиционной отрасли ветряных турбин включают:

  • Часто более высокая стоимость производства электроэнергии, чем традиционная энергия
  • Производство комплексное
  • Большие детали трудно транспортировать
  • Фундамент, требующий большого объема
    бетона и арматуры.
  • Для установки требуются сложные и дорогостоящие краны
  • Шумовое загрязнение
  • Ущерб экосистеме
  • Возможно химическое загрязнение
  • Высокое напряжение генерирует электромагнитное излучение и помехи


Решение: Super Turbine и как она работает

Более десяти лет исследований и разработок в отрасли VAWT привели к созданию Super Turbine, типа большой ветряной турбины. Super Turbine, разработанная к 2014 году, отличается низкими затратами на производство электроэнергии, а также простотой установки и обслуживания. В его основе лежит расширение технологии «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени», которая была проверена экспериментально. Мы думаем, что это может привести к революции в современной большой ветряной промышленности.

На верхнем изображении показан общий вид супертурбины. На нижних изображениях представлены подробности.

  • Для выработки мощности сотни лопастей перемещаются по рельсовому пути под действием подъемной силы и передаются по цепи для приведения в действие сотен генераторов, закрепленных на кольцевом рельсе.
  • Активная технология регулировки угла наклона в реальном времени отслеживает направление ветра, скорость и положение каждой лопасти на гусенице. Затем он регулирует углы лопастей, чтобы получить максимальную подъемную силу. Таким образом, Super Turbine может повысить коэффициент преобразования энергии ветра и обеспечить выработку высокой мощности.
  • Одна супер турбина может быть спроектирована в соответствии с условиями ветряной электростанции и требованиями заказчика. Мощность турбины может составлять от 7 до 50 МВт.

3.3 Технологии, проверенные испытаниями в аэродинамической трубе

Конструкция является расширением и дальнейшим применением технологии «активного регулирования угла атаки в реальном времени». На круговой орбите, движимой ветром, лопасти в разных местах будут создавать движущую силу с разной величиной и направлением.
У модифицированной гусеницы есть дополнительные преимущества. Например, там, где движущая сила наибольшая, разрежьте круговую дорожку в этом месте и продолжите ее до прямой линии, которая является прототипом супертурбины.Как и парусная лодка, она самая быстрая по прямой.

Супертурбина может иметь круглую, длинную или даже треугольную форму, но радиус поворота будет одинаковым в зависимости от условий суши и ветра.

Несколько дополнительных деталей по дизайну.

3.4 Характеристики супер турбины

В конструкции всех деталей используются современные зрелые технологии. Основные компоненты включают:

3,6 Снижение затрат на оборудование

  • Super Turbine использует современные и отработанные технологии, такие как управление движением, гидравликой, гусеницами и движущей силой.Так производителю будет легко.
  • Общая стоимость супертурбины мощностью 40 МВт для пользователя составляет 15 миллионов долларов, или 0,38 доллара за ватт.

подпись

Благодаря этим преимуществам, конструкция изменит облик современной индустрии крупных ветряных турбин. Конструкция упрощает производство больших ветряных турбин, поскольку не требует больших лопастей, больших коробок передач, больших генераторов или огромных башен.

.

Want to say something? Post a comment

Ваш адрес email не будет опубликован.