Вертикальный ветрогенератор: Вертикальные ветряки достоинства и недостатки

Содержание

Вертикальные ветряки достоинства и недостатки

>

Блуждая по просторам интернета в поисках информации по самодельным вертикальным ветрогенераторам упорно натыкаюсь на статьи о том какие хорошие вертикалки и нехорошие горизонталки. В пользу вертикалок многие приводят порой абстрактные не на чем не основанные доводы. Давайте попробуем трезво оценить достоинства и недостатки вертикалок и горизонталок.

>

Миф N1. Вертикальный ветрогенератор лучше работает на слабом ветру
Да почему лучше!, потому что крутится на ветре 1-2м/с, в то время как пропеллеры стоят. Ну крутится, а сколько энергии дает никто не задовался вопросом?, или уже один факт вращения ротора говорит о том что ветрогенератор дает электроэнергию. Все это обман, если посчитать мощность вертикального ветряка с площадью ротора скажем 3кв.м на ветру 2м/с, то этой мощности всего 2.88ватта, которой как-раз и хватает на неспешное вращение ротора, и то при условии если редуктор и генератор не перегружают ротор.
Кстати говоря некоторые горизонтальные винты тоже страгиваются при 2м/с, но специально так никто не делает так как в таком слабом ветре просто нет энергии. Если вы думаете что можно получать энергию с ветра 1-2-3м/с, то вы очень наивный и доверчивый человек, и вас ввели в заблуждения неграмотные люди.

Реальный диапазон начала выработки электроэнергии 3-4м/с, при этом ветре уже вращаются все горизонтальные винты и тут можно сравнить что лучше на таком слабом ветру 3-4м/с. Вертикальный ветряк с ротором размером 1.5*1.5м и ометаемой площадью ротора 3кв.м на ветру 3,5м/с даст энергии (0.6*3*3,5*3,5*3,5*0,2=15,485) 15 ватт энергии, из этой энергии надо еще вычесть КПД редуктора и генератора, и того можно рассчитывать на 6-10ватт, это ток зарядки 12-ти вольтового аккумулятора всего 0,3-0,7 Ампер.

Для вертикального ветряка типа «бочка» я беру КИЭВ 0,2, подробнее о принципах выработки энергии горизонтальных вертикальных ветрогенераторов здесь Принципы работы вертикальных и горизонтальных ветрогенераторов
Так-же о методах расчетов ветроколес здесь Расчет мощности ветроколеса

Теперь сравним горизонтальный ветряк с ометаемой площадью винта 3кв. м. Вы сразу скажете что сравнение не корректно так как площадь ротора вертикального ветряка и площадь лопастей горизонтального существенно различаются и площадь лопастей значительно меньше, а значит и мощность, но вы заблуждаетесь. КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра ) зависит не от площади лопастей, а от аэродинамических характеристик.

Пока ротор вертикального ветряка будет делать один оборот вокруг своей оси под давлением ветра, пропеллер сделает за это время 5-10 оборотов в зависимости от быстроходности. Тем самым лопасти отработают с большим количеством ветра и возьмут больше энергии. Вертикальный типа бочка не может иметь скорость вращения больше скорости ветра, а пропеллер может, причем если быстроходность Z5, то он под нагрузкой вращается со скоростью в 5 раз больше скорости ветра за счет подъемной силы, без нагрузки быстроходность может доходить до Z10 и более. А у вертикалки максимальная скорость вращения относительно скорости ветра Z1, а под нагрузкой обычно Z0.

5.

Горизонтальный пропеллер за счет использования подъемной силы имеет больший КПД, правильные лопасти имеют КИЭВ до 0.47, но мы будем брать средний КИЭВ 0.3. Тогда с 3кв.м площади на ветру 3,5м/с энергии будет (0,6*3*3,5*3,5*3,5*0,3=23.1525) 23 ватта. И так-как нет редуктора то учтем только КПД генератора около 0.8 и получим 18ватт, то-есть в два раза больше чем с вертикального ветряка той-же площади. Но если еще учесть что вертикалки ставят внизу или на небольшой высоте, а горизонтальные как можно выше над землей, то разница будет еще больше так-как внизу ветер слабее и с завихрениями, а на верху более стабильный.

>

То-есть получается что людей просто обманывают говоря что вертикальные ветрогенераторы более эффективны на малом ветру. А оказывается они не только не лучше, но еще и хуже. Есть еще роторы Дарье, они более скоростные и больше КИЭВ, но у них проблемы со стартом на слабом ветру и не равномерная тяга, и их расчет очень сложен.

Дарье еще может сравняться по КПД с пропеллером, но там другие «болячки».

Миф N2. Многие упорно утверждают что шума от вертикалок нет, а пропеллеры очень шумные
Если ветрогенераторы нормально сделаны то на слабом ветру они не шумят и шум можно услышать разве что от редуктора вертикалки, горизонтальный вообще не шумит. А вот когда ветер 8-12м/с, то тут чем скоростней пропеллер, и чем хуже аэродинамические качества лопасти, тем больше шума, но как правило этот шум не критичен. Шумит не громче чем сам ветер и деревья вокруг. Вертикальный ветряк так-же шумит из-за поворота ротора и перехода лопастей из под ветра на ветер. Эти переходы передаются ударными нагрузками на ротор и ротор начинает вибрировать, тяга становится неравномерной, а от этого может трещать и звенеть и обшивка лопастей, и другие элементы. Так-же очень шумным может быть редуктор. У горизонтального шум может издавать только пропеллер, и то производители эту проблему давно решили путем правильной аэродинамической формы лопасти.
Самодельшики делают гадкими и закругленными кромки лопасти и фронтальную часть. То-есть шумность тоже обман чистой воды, чтобы натянуть на вертикальные ветряки еще один плюсик к их красоте.

Миф N3. Говорят что вертикальный ветряк проще и дешевле
Ну чтож давайте сравним что проще и дешевле, три лопасти из ПВХ или дюралюминиевой трубы сделанные за пару часов, или ротор вертикального ветряка. Уже понятно что на ротор потребуется намного больше времени, больше материала обшивки (оцинковка, алюминий, поликарбонат и пр.). Так-же нужен мощный каркас держатель ротора на подшипниках и каркас самого ротора. Все это трудоемкие сварочные работы с резкой металла и сборкой целой конструкции. Так что проще? и дешевле, сделать три лопасти весом 1,5-3кг+хвост или ротор весом 40-120кг.

Вы скажете что три лопасти сложнее так-как надо знать как их делать. Да, чтобы КИЭВ был высоким лопасти надо рассчитывать, благо для этого все есть, даже готовые программы, остается только нанести размеры на трубу, вырезать и обработать кромки лопасти.

Но и ротор вертикального ветряка тоже надо рассчитывать по мощности и оборотам к генератору, иначе результат будет совсем плачевный.

Вы скажете что для горизонтального ветряка нужна мачта, а вертикалки обычно внизу ставят и не надо ни каких растяжек. Ну так ставьте пропеллер внизу на коротеньком каркасе, и будет такая-же слабая выработка пропеллера как и вертикалки. Любой ветряк надо поднимать на высоту или мирится со слабым ветром у земли и делать с запасом мощности.

Если же брать примерно одинаковые условия, скажем ветряк поднимается на Высоту 10 метров. То горизонтальному не нужна мощная мачта так-как при сильном ветре ветряк обычно тормозится контроллером чтобы не пошел «в разнос» от перебора мощности, или он просто останавливается методом КЗ обмоток генератора, а остановленный винт имеет небольшую парусность и переживет любой ураган. А вот вертикалку поднятую на ветер, от ветра не спрячешь, ударные нагрузки из-за перехода лопастей из под ветра на ветер начнут раскачивать мачту, и тут нужно все делать с большим запасом прочности, иначе ротор такой парусности на урагане просто сдует, так как ветер валит даже рекламные щиты и срывает крышы.

Еще не забываем про редуктор, который как правило неотъемлемая часть вертикального ротора, это тоже затратная часть, которая еще и КПД отнимает. Можно и без редуктора, тогда придется делать низко-оборотный генератор, который по размерам и цене будет раз в пять больше. Если посчитать, то вертиклка будет в пять раз дороже по цене и труднее в изготовлении. Так почему говорят что вертикальный ветрогенератор сделать проще и дешевле? Может они себе представляют вертикальный ветряк как простую бочку на шпильке, а трехлопастной ветрогенератор такой сложной конструкцией на мачте с растяжками, контроллером и пр. Так и для вертикалки по нормальному нужна мачта, контроллер, + редуктор на генераторе, сварка пространственной рамы, подшипники на валу и почее.

Миф N4. Говорят что вертикалки не дают низкочастотных вибраций, от которых убегают все крысы и мыши и пр. а горизонтальные вредят окружающей среде своими вибрациями
Если посмотреть в суть, то низкочастотные вибрации возникают от работы много-полюсных генераторов, где во время вращения магниты преодолевают магнитные поля катушек и от этого во время вращения ротора нагрузка на него неравномерная, а со скачками нагрузки, во время преодоления пиков нагрузки. От генератора вибрации передаются по мечте в землю и дальше низкочастотные вибрации расходятся по земле. Но каких размеров должен быть генератор чтобы от него вибрировала земля, правильно, в сотни киловатт. Эффект негативного влияния на животных есть только у промышленных ветряков мощностью в Мегаватты. К слову сказать что на вертикалки ставят такие-же генераторы и эти генераторы так-же вращаясь дают низкочастотные вибрации. То-есть и здесь людей обманывают говоря о том что только горизонталки не издают низкочастотные вибрации. Вертикалки дают точно такие же вибрации, и могут даже больше так как в вертикалках применят гораздо большие по размерам генераторы.
Вывод:
Как говорится если вам нравятся вертикальные ветряки то тут нет ничего не обычного, вращающиеся трубы выглядят красиво, вот только не надо вводить людей в заблуждение, о их эффективности, стоимости, простоте и прочими «достоинствами» Даже производители не могут сделать дешевые вертикальные установки и они как правило в 4-7раз дороже получаются при той-же мощности что и горизонтальные ветряки.
Если бы было по другому, то везде бы стояли вертикальные трубы, а не пропеллеры. Сама по себе вертикальная конструкция интересна, если ее рассчитать и вложится, то отдача с нее будет. Но я бы не рискнул так-как простейшие расчеты показывают что горизонтальный ветряк в пять раз дешевле будет, или за эти-же деньго-трудо-затраты можно сделать ветряк в пять раз мощнее.

Освещение вертикальный ветрогенератор GS-Lux SW-40/240/300 M

Автономная ветро-солнечная осветительная система с вертикальным ветрогенератором на магнитной подушке (MAGLEV) — GS-Lux SW-40/240/300 M, со светильником мощностью 40 Ватт. 

Данная система освещения отличается от обычной ветро-солнечной осветительной системы наличием вертикального ветрогенератора на магнитной подушке. Благодаря такому ветрогенератору обеспечивается более стабильная зарядка аккумуляторов от ветровой энергии при более слабых ветрах. Номинальная скорость ветра для выработки максимальной мощности ветрогенератора составляет 11 м/сек (у обычного горизонтального ветрогенератора – 13 м/сек), соответственно на слабых ветрах выработка электроэнергии у такого ветрогенератора заметно выше. Кроме этого, вертикальные магнитные ветрогенераторы значительно менее подвержены обледенению, чем горизонтальные. Более того, такие ветрогенераторы менее шумные, и значительно реже требуют технического обслуживания, чем горизонтальные. Данная ветро-солнечная осветительная система (по аналогии с традиционной) состоит из следующих элементов: солнечные модули, гелевые аккумуляторные батареи (АКБ), мощный светодиодный светильник (со светоэффективностью 130 lm/W), мощный вертикальный ветрогенератор на магнитной подушке, контроллеры заряда, и пр.

 

Принцип работы:

В течении дня солнечные батареи и ветрогенератор вырабатывают электрическую энергию, которая в свою очередь накапливается в гелевых аккумуляторах. В данной системе как правило используется два контроллера: Первый контроллер подсоединяется к ветрогенератору и аккумуляторной батареи (АКБ), его основной задачей является преобразование трехфазного тока ветрогенератора в постоянный ток для зарядки АКБ, кроме того он не допускает переразряд АКБ, и в случае его полного заряда полностью отключает ветрогенератор и блокирует вращение его лопастей; Второй контроллер соединяется с солнечными панелями, светодиодным светильником и АКБ, его задачей является так же не допустить перезаряд и переразряд аккумулятора, кроме того он выполняет функцию датчика света и автоматически включает светодиодный светильник в темное время суток, и отключает его когда наступает рассвет. Данный осветительный комплект рассчитан на работу светильника от полностью заряженного аккумулятора не менее трех ночей в летнее время в случае полного отсутствия солнечного света и абсолютного безветрия. В реальных же условиях периодически ясной и ветреной погоды данный комплект обеспечивает ежедневную бесперебойную работу светильника.

В стандартную комплектацию осветительного комплекта GS-Lux SW-40/240/300 M входят: Светодиодный светильник мощностью 40 Ватт, Солнечная панель 100 Ватт х 2 шт., Вертикальный ветрогенератор мощностью 200 Ватт, и Гелевый аккумулятор емкостью 150 Ah. 

Опционально добавляются (в стоимость стандартного комплекта не входят): световая опора, закладной трубный фундамент, кронштейны для крепления солнечных панелей и светодиодных светильников, соединительный кабель, защитный бокс для установки аккумулятора, крепежные элементы и пр.

В зависимости от местных региональных особенностей, могут быть изменены: мощность солнечных модулей, мощность ветрогенератора, емкость аккумуляторов, высота, толщина стенки и высота световой опоры, вылет кронштейна светильника, глубина залегания и толщина стенки фундамента и пр.

 

Вертикальный ветрогенератор Fairwind F64 (40 кВт)

Вертикальный ветрогенератор Fairwind F64 мощностью 40 кВт произведен в Бельгии и является эффективным оборудованием в области альтернативного электроснабжения. Он способен обеспечить электричеством ваш частный дом или любую другую недвижимость (отель, АЗС, ферму и т.д.)

Компания Fairwind гарантирует европейское качество и надежность своих ветрогенераторов. В этой вертикально-осевой ветряной установке нет ни одной детали китайского производства.

Европейское качество означает:

  • Лопасти изготавливают и собирают на заводе в Бельгии;
  • генераторы производят в Финляндии;
  • немецкие инверторы и контроллеры от компании Siemens;
  • каждая машина проходит многоуровневую проверку и тестирование;
  • Данные независимых исследований европейских тестовых площадок показали устойчивость к порывам ветра до 55 м/с;
  • Автоматизация всех систем безопасности, включая пассивное  аэродинамическое торможение.

Fairwind представляет модели различных мощностей (10кВт, 22,5кВт, 40кВт и 70кВт).

Вертикально-осевые ветряки также применимы для систем автономного и резервного энергоснабжения. Возможно совместное использование с солнечными панелями.

В комплект ветрогенератора Fairwind F64 (40 кВт) входит сетевой трехвазный контроллер и инвертор SIЕМЕNS (Германия), мощностью — 50 kVA. Возможно исполнение на заказ — IР20, IР21, IР23, IР54.Стоимость — 25 800 €.

Также ветрогенераторы Fairwind могут комплектоваться для сетевой системы, под «зеленый тариф». Это дает возможность «продавать» в сеть излишки выработанной энергии по цене выше, чем установлена в тарифе на потребляемую электроэнергию.

Доставка товара осуществляется в день заказа, или на следующий день (это зависит от времени поступления заказа) после подтверждения заказа, или в любой другой день, назначенный Вами (за исключением выходных). Точное время доставки уточняется с менеджером при оформлении заказа.

Доставка по Киеву и киевской области
Доставка производится в рабочие дни с 10.00 до 21.00 часов (исключая субботу и воскресенья).

Товар доставляется в согласованное заранее время по указанному Вами адресу до парадного квартиры или офиса. При наличии лифта занос товара выполняется бесплатно (если вес оборудования не превышает 25кг.). При отсутствии лифта стоимость подъема товара определяется на месте в зависимости от габаритов, массы и сложности подъема (20-50 грн/этаж).

В пределах Киева бесплатная доставка осуществляется при оформлении заказа на сумму от 1500 грн. Стоимость доставки заказов до 1500 грн составляет 35 грн.

Наши сотрудники оперативно доставят заказ по указанному вами адресу в удобное для вас время. При доставке они продемонстрируют целостность, комплектность и работоспособность товара (для устройств, работающих автономно), а также оформят все необходимые документы и гарантию на товар. Из соображений безопасности проверка товара и товарно-денежный обмен производятся в автомобиле нашего курьера.

Стоимость доставки в пригород Киева 8 грн./км от КПП ГАИ (в одну сторону).

Оплата товара производится заказчиком по факту получения товара.

Доставка по Украине
Мы также осуществляем доставку в любой город Украины при помощи коммерческих курьерских служб на условиях 100%-й предоплаты (стоимость перевозки оплачиваются покупателем).

Рекомендуемые нами службы доставки:
Новая Почта
Интайм
Деливери

Так же мы можем переслать товар другими перевозчиками:
Гюнсел
Автолюкс
Ночной Экспресс
САТ

Оплата товара наличными
Оплата товара осуществляется наличными,  сотруднику службы доставки по факту  по адресу, указанному при оформлении заказа.

Вместе с товаром покупателю предоставляются следующие документы:
— гарантийный талон.
— товарный чек;
— инструкция по эксплуатации;

Оплата по безналичному расчету
Также можно оплатить банковским переводом через отделение Сбербанка или других банков, обслуживающих физических лиц. Счет на оплату высылается по электронной почте или факсу. При безналичном расчете производится 100% предоплата на расчетный счет магазина. Для получения счета-фактуры свяжитесь с нашими менеджерами.  Все счета действительны к оплате в течение 3-х банковских дней. В случае нарушения сроков оплаты, не гарантируется сохранение цены и наличие товара на складе.

Покупателю предоставляются следующие документы:
— гарантийный талон.
— инструкция по эксплуатации;
— оригинал счета;
— накладная;

Для заказа или консультации звоните по номеру (044) 383 56 00

виды ветряков с вертикальной осью вращения, делаем своими руками по чертежам, российского и другого производства

Ветер имеет большую движущую силу, которую человек может использовать в своих целях. Это источник экологически чистой энергии. Используя ветрогенератор, можно получать дополнительную бесплатную мощность. В сегодняшней статье мы рассмотрим вертикальные виды ветрогенераторов, их особенности и виды.

Устройство и принцип работы

Ветрогенератор – это самый простой способ получения альтернативной энергии для нужд дома. Это устройство призвано преобразовывать силу ветра в электрический ресурс. Дополнительных приспособлений для определения направления ветра не требуется. Описываемое устройство способно работать на низкой высоте, что позволяет его обслуживать без применения снаряжения для высотных работ.

Простота конструкции и минимальный набор подвижных деталей делают это устройство надежным и долговечным. Правильная форма лопастей и оригинальное строение ротора позволяют получить от генератора высокий уровень КПД, в независимости от направления ветра. Во время работы этого генератора полностью отсутствует любой шум, поэтому он не будет мешать пользователю и его соседям.

Не имеется никаких выбросов в атмосферу, агрегат может работать много лет без обслуживания.

Принцип работы описываемого генератора заключается в магнитной левитации. Во время вращения ротора возникают импульсные и подъемные силы и сила трения, которая тормозит ротор. Внешний вид вращающейся части представляет собой цилиндр, закрепленный на раме. Правильная форма лопастей позволяет производить вращение всегда в одну сторону, независимо от направления ветра. Вне зависимости от модели и вида подобного генератора, он будет работать только в том случае, если давление ветряного потока на одну сторону будет больше, чем на другую.

Если соблюсти эти условия, то мы получим постоянное вращение ведущей оси генератора и выработку электроэнергии. Поскольку ветер имеет воздействие на обе стороны вращающегося механизма, это значит, что для старта вертикальной конструкции потребуется больше усилий, чем для горизонтальной. Однако если в конструкции применены качественные запчасти, то возможна самораскрутка.

При минимальном ветре большой мощности получить не удастся, но если сила трения снижена всеми возможными способами, то это позволяет добиться нужного числа оборотов даже при скорости ветра 3-5 м/с.

Преимущества

Как и в случае с другими устройствами подобного типа, ветряные генераторы имеют свои преимущества:

  • не зависят от направления ветра;
  • использование этих устройств возможно при слабом ветре;
  • шум установки примерно равен 30 дБ. ;
  • интересное и необычное изделие на вашем участке непременно заинтересует всех гостей и соседей.

Но, как и любого устройства, у «ветряков» имеется недостаток – это невозможность в полном объеме использовать силу ветра из-за невысокой скорости вращения ротора.

Какими бывают?

Среди вертикальных генераторов карусельного типа, которые применяются для бытовых нужд, можно выделить различные конструкции и виды. Они очень просты в обслуживании и не так сложны в плане конструкции. Основные детали, которые нуждаются в техническом обслуживании, находятся внизу, к ним имеется легкий доступ. Рассмотрим самые известные и распространенные типы ветряных генераторов с вертикальной осью вращения.

  • Ротор Савоуниса. Он состоит из 2 цилиндров, в которых скорость вращения и скорость ветра не зависят друг от друга. Даже при резких ветровых порывах агрегат продолжает вращение с заданной изначально скоростью. При таком условии можно сказать, что отсутствие связи скорости ветра со скоростью вращения генератора – это преимущество, однако, при этом воздушная сила используется лишь на 1/3. Геометрия лопастей позволяет им работать только в ¼ оборота.
  • Ротор Дарье. Конструкция может иметь 2 или 3 лопасти. Сборка и установка очень простая. Приводится в движение при помощи ручного запуска. Описываемая установка не имеет большой мощности.
  • Геликоидный ротор. Вращение этого генератора равномерное и плавное. Конструкция снимает с подшипников избыточную нагрузку, что существенно продлевает срок службы устройства. Монтаж установки такого типа очень продолжительный и трудоемкий. Сложная конструкция повлияла на увеличение конечной стоимости подобного продукта.
  • Многолопастной ротор. Подобная конструкция с лопастями разной формы и направления позволяет устройству работать даже при очень слабом ветре. Этот генератор считается мощным преобразователем электроэнергии и имеет высокий уровень КПД. Энергия из силы ветра добывается максимально. Такая конструкция, помимо того, что дорогая, имеет высокий уровень шума.
  • Ортогональный ротор. Такая установка начинает работать при скорости ветра 0.7 м/с. Конструкция состоит из 1 оси и лопастей. Уровень производимого шума минимален. Кроме всех технических характеристик, стоит отметить ее интересный и необычный внешний вид. Срок службы у такого устройства составляет несколько лет.

Стоит отметить, что тяжелые лопасти и конструкции в целом усложняют монтаж устройства на серьезной высоте. Кроме вертикальных ветряных генераторов, существуют еще горизонтальные модели. Разные варианты этих устройств имеют от 1 лопасти, их производительность больше, чем у вертикальных. Зато они имеют очень сильную привязанность к направлению движения ветра.

Обзор популярных моделей

Перед рассмотрением популярных моделей ветрогенераторов необходимо разобраться в их параметрах и критериях выбора описываемых изделий. Основными критериями при подборе являются:

  • максимальная мощность изделия;
  • объем добываемой энергии за 1 месяц;
  • минимальная скорость движения воздуха, при которой может работать генератор;
  • условия эксплуатации;
  • наличие устройств, которые защищают установку от перегрузок;
  • срок эксплуатации;
  • цена продукта.

На сегодняшний день ветряные генераторы производятся многими странами, в число которых входит и Россия. Их производят несколько организаций:

  • ООО «СКБ Искра»;
  • ЗАО «Ветроэнергетическая компания»;
  • ЛМВ «Ветроэнергетика»;
  • ЗАО «Агрегат-привод».

Агрегаты российского производства не так известны и востребованы в других странах, как роторные модели немецкого, датского, китайского и бельгийского производства. Ведущие мировые компании по производству ветряных генераторов тратят огромные деньги на разработки новых типов лопастей, генераторов, точных расчетов по передаточным числам. Продукция этих компаний имеет большой выбор по мощностям от 1-10 КВт и дополнительное оборудование, которое можно приобрести отдельно (наборы с концентратором, инвертором, аккумуляторами). Кроме мощности, имеются различия в цене и по комплектующим элементам. Российские компании производят ветреные генераторы с различными типами роторов и максимальной мощностью устройств. Самыми продаваемыми изделиями считаются следующие модели нового поколения.

  • ВУЭ-1.5. Это компактная установка, которая может перевозиться любым транспортом. В монтаже и эксплуатации она простая и понятная. Этот маленький генератор практически бесшумный. Имеет номинальную мощность 1.5 КВт. Выходное напряжение 48 V. Скорость ветра для нормальной работы должна быть в диапазоне 2.5-25 м/с.
  • ВУЭ-3 (6). Такое устройство предназначено для автономного снабжения небольшого потребителя (частный дом). Номинальная мощность описываемой установки – 3 КВт, но при установке дополнительного оборудования (инвертора и аккумуляторов) мощность можно увеличить до 6 КВт. Напряжение на выходе 48 V. Необходимая скорость ветра для работы – от 4 до 30 м/с.
  • ВУЭ-30. Установка ориентирована на питание большого дома или нескольких домов. Ее номинальная мощность равна 30 КВт. Напряжение на выходе имеет диапазон 90-400 V. Скорость ветра для работы установки должна быть от 4-60 м/с.

Как сделать своими руками?

Ветряной генератор – это не очень сложная конструкция, которую сможет собрать практически любой человек, если он имеет начальные навыки работы с ручным инструментом и обладает знаниями в электротехнике. Рассмотрим процесс сборки самого простого ветряного генератора для пользователей, начинающих осваивать альтернативные источники энергии.

Инструменты и материалы

Чтобы не ошибиться в размерах и собрать все правильно, можно воспользоваться любым готовым чертежом из интернета или можно начертить свой собственный и проверить его на деле. Для изготовления надежной и качественной конструкции потребуется:

  • листовой металл для изготовления лопастей с толщиной 0.8-0.9 мм, он не должен быть слишком тонким и слабым, чтобы его не погнул или не порвал сильный порыв ветра, но и слишком толстый материал также нежелателен, поскольку избыточный вес конструкции приведет к быстрому износу подшипников;
  • стальная пластина 40 мм или другого диаметра;
  • стальная труба 25 мм;
  • полуось от любого автомобиля с подшипником;
  • стальной уголок;
  • 2 шкива разного размера;
  • автомобильный генератор.

Схема изготовления

Схема сборки самодельного ветряного генератора простая, в нее всегда можно добавить свои конструкторские решения. Из листового металла нужно изготовить 4 лопасти, размер которых будет составлять 1000 на 800 мм. Для скрепления лопастей между собой применяется стальная полоса. В результате конструкция должна напоминать форму барабана. Лопасти должны быть направлены от центра к наружной стороне. Такое направление позволит иметь больший парус на захват воздушного потока, а при развороте лопасти ее обтекаемая форма будет иметь минимальное сопротивление воздуху.

Из стальной трубы изготавливается вертикальный упор, который одной стороной крепится к полуоси, а на противоположную устанавливаются получившиеся лопасти.

Сама полуось на подшипниках крепится к опоре, которая выполняется в произвольном виде и из имеющихся материалов. После того как конструкция будет собрана, самое время разместить на ней генератор.

Для большей производительности нам и понадобятся шкивы разных радиусов. Тот, который побольше, крепим на мачту, а который поменьше – на сам генератор. Если на генераторе имеется свой шкив, то можно использовать его. После этого генератор готов к выработке тока, но его нужно отправить в нужное нам место. Для этого прикрепляем к контактам провода. Желательно, чтобы они были медные и сечением не менее 1.5 кв. мм.

Обслуживание

Как и любая техника, ветряные генераторы нуждаются в регулярном обслуживании. Для качественной и бесперебойной работы необходимо смазывать все движущиеся части конструкции. Эту процедуру нужно проводить не реже, чем 2 раза в год. Поскольку конструкция имеет постоянную вибрацию, во время обслуживания нужно подтягивать ослабшие гайки и крепления проводов. Слабые и провисшие троса необходимо подтянуть и осмотреть лопасти на предмет трещин и надрывов.

В подобных изделиях желательно применять подшипники закрытого типа, чтобы в них попадало меньше влаги и пыли, а гайки должны иметь самостопорящееся кольцо из пластика. Это не избавит пользователя от необходимости обслуживания механизма, только обеспечит более продолжительный срок службы. При обнаружении на металлических деталях следов коррозии необходимо вовремя принять меры по защите металла. Краска по ржавчине исправит ситуацию.

Такой уход поможет продлить срок службы агрегата и обеспечит корректную работу установки без заклинивания и затруднений поворотов.

Где установить?

Одним из важнейших условий работы ветрогенератора является выбор места его установки. Идеальный вариант для работы описываемого устройства – открытая местность и точка установки выше всех посторонних сооружений и естественных преград для ветра (дома, деревья, холмы). Если этими требованиями пренебречь, то КПД вашего генератора упадет. Если имеется возможность разместить вертикально-осевой генератор на берегу реки, то это очень хорошее решение, поскольку ветра от воды дуют особенно часто. Хороший вариант размещения вашего генератора – на искусственной или естественной возвышенности. Места в полях тоже подойдут для размещения этого приспособления. Проще говоря, ему подойдет любая местность, на которой нет преград ветру.

Размещать генератор такого типа в черте города или в районах плотной застройки можно, но только на крыше и как можно выше, только так вы сможете добиться лучшего результата. Установка этого устройства на крыше многоквартирного дома может оказаться довольно трудной. Потребуется письменное согласие всех жильцов и разрешение от управляющей компании. Кроме этого, шум агрегата может быть слышен на верхних этажах, из-за этого уже установленную конструкцию могут потребовать убрать. Разместить на территории частного дома намного проще и быстрее, поскольку не нужно брать разрешения и договариваться.

Чтобы ваш генератор никому не мешал, его нужно разместить на расстоянии в 10-15 м от жилых построек, и тогда он никому не помешает.

Вертикальный ветрогенератор с мультипликатором представлен далее.

Вертикальный ветрогенератор своими руками. Турбина

Представленный ниже материал является свободным переводом англоязычной интернет-страницы об изготовлении своими руками турбины вертикального ветрогенератора.

Изготовление турбины

Вертикальный ветрогенератор. Инструменты и детали

При изготовлении такого ветрогенератора своими руками используются некоторые электроинструменты и детали.

Инструменты:

  • ножовка или ленточная пила
  • лобзик
  • токарный станок
  • ручная дрель
  • сверла
  • отвертка
  • 2 зажима
  • некоторые другие.

Детали и материалы:

  • труба ПВХ
  • водонепроницаемая древесина, лучше водонепроницаемая фанера (если нет, придется защищать ее покрытием краской)
  • 2 подшипники (нижний будет работать под нагрузкой)
  • масленка
  • катанка — стержень (2 размеров) (1 большой и 4 малых) (из нержавеющей стали, если это возможно)
  • болты и шайбы (2 размеров) (из нержавеющей стали, если это возможно)
  • кусок 40 мм круглого алюминия (сплав, будет содержать нижний подшипник)
  • 3 винта.
Вертикальный ветрогенератор. Изготовление лопастей

Первое, что нужно сделать — это измерить трубу ПВХ и порезать ее на 4 равные части (моя малая 2 метра, после разреза было 50 см в одной части).

Когда это сделано, полученные части разрезаются по длине.

Теперь есть 8 лопастей (они должны быть точно одного и того же размера!)

Изображения, представленные ниже, показывают последовательность работы.

Изготовление двух дисков турбины вертикального ветрогенератора

Берутся 2 куска водостойкой фанеры (12 мм), на каждом из кусков обозначается круг диаметром 40 см, лобзиком вырезаются эти круги.

Опять изображения, представленные ниже, показывают последовательность работы.

Делим изготовленный круг на 8 частей.

Изображение, приведенное ниже, показывает, как нужно разделить круг на 8 частей. Сделать это нужно только на одном куске, на следующем этапе я объясню почему.

Нарезка слотов (пазов) для лопастей турбины ветрогенератора

Итак, лучше все обозначить только на одном куске.

Дуги рисуются так: берется одна половинка трубы и накладывается на одну из 8 линий, предварительно нарисованных на куске фанеры. Карандашом отмечается линия и внутренней и внешней поверхности трубы. Тот кусок фанеры, где отмечены дуги, кладется сверху на неразмеченную кусок, а затем они затискиваються вместе. Когда порезы будут сделаны, они будут точно такими же. Я использовал пилы, обычно предназначенные для резки металла, полотно такой пилы чуть тоньше лопасти.

На сторонах обоих дисков сделаются метки, чтобы потом можно было точно наложить один на другой (например, указывается дуга 1 — дуга 1, дуга 2 — дуга 2 и т. д.). Таким образом, когда турбина будет собираться, диски будут точно соответствовать друг другу.

Еще одно нужно сделать, когда оба диска зажаты, — это просверлить центральное отверстие в соответствии с размером большого стержня (болта) и 4 отверстия для маленьких стержней. Распределите 4 стержни на одинаковом расстоянии (как вы видите на картинке), приблизительно на расстоянии 2 см от дуг. Таким образом, можно будет ставить шайбы на стержне, не касаясь лопастей. Теперь нужно закрепить лопасти турбины и 4 небольшие стержни, как показано на последней картинке. Они должны плотно прилегать!

Изображения показывают, как нужно нарезать слоты (пазы) для лопастей турбины ветрогенератора.

Установка центрального стержня

Сначала устанавливаем верхнюю часть турбины ветрогенератора, аналогично тому, как это сделано в предыдущем шаге. Обращаем внимание на метки, сделанные по бокам дисков, когда они были еще зажаты.

Таким образом, одни и те же разрезы будут соответствовать друг другу и турбина НЕ БУДЕТ шаткой. Возможно, лучше использовать молоток и маленький кусочек дерева, чтобы не повредить лопасти или диск, когда нужно будет нажать на них. Убеждаемся, что лопасти плотно вошли в пазы и 4 маленькие стержни попали в нужное место. Это непростая работа. Удачи!

Теперь следует сделать большой центральный стержень с необходимыми болтами и шайбами.

На дисках центр уже отмечен.

Изображения показывают последовательность установки центрального стержня.

Первое изображение показывает вид диска снизу. Я дал там 2 гайки, и они будут нижней опорой.

Я оставил там часть стержня, поэтому я смогу потом подключить какой-то генератор.

Верхний диск показан на втором изображении, а стержень с этой стороны будет обрезан короче. На этой стороне будет только подшипник, чтобы сбалансировать турбину, когда она будет установлена ​​в рамку крепления.

Обрезка центрального стержня до нужного размера

Если у вас есть станок, это довольно легко сделать. Я сделал толстый стержень, по 10 мм с обеих сторон.

Фотография показывает нижнюю сторону стержня.

Убедитесь, что он хорошо вписывается, потому что это будет определять, насколько легко ваш ветрогенератор будет работать.

Изготовление держателя нижней опоры вертикального ветрогенератора

Я использовал подшипник, сделанный из 3-х частей, как показано на первом изображении. Этот подшипник выполнен так, чтобы справиться с вертикальной нагрузкой.

Если вы посмотрите внимательно, то увидите, что в 2 дисках не один и тот же внутренний размер отверстия.

Диск с наибольшим отверстием (он справа) — это верхняя часть подшипника, на нем будет турбина ветрогенератора.

Я сделал на токарном станке отверстие, соответствующее диаметру подшипника, который будет использоваться. Не делайте его глубоким! Убедитесь, что верхняя часть подшипника просто торчит из держателя. Это нужно потому, что верхнее кольцо будет вращаться вместе с турбиной (если этого не сделать, он будет тереться с внутренней стороной держателя, замедлять турбину и быстро изнашиваться).

Вы также можете просверлить дырку в нижней части держателя таким образом, чтобы через нее проходил стержень. Сделайте эту дырку чуть больше, чем диаметр стержня, чтобы она не была слишком узкой и не давила на стержень.

Дальнейшие объяснения будут непонятны без просмотра изображений, иллюстрирующих последовательность работы.

Вы видели, что у этого подшипника нет смазки, поэтому мы должны будем установить смазочный ниппель.

Используйте резьбонарезные инструмент, чтобы это сделать. Сначала просверлите отверстие в соответствии размера резьбы и ниппеля, который вы будете использовать. Мой был M6.

Используйте немного масла при нарезке, потому что вы нарезаете в алюминии (в противном случае внутри все будет грубо, шершаво).

Поверните ваш инструмент, используемый для нарезки, примерно на один оборот, а затем на половину оборота назад. Таким образом металл режется внутри, и вы не сломаете свой инструмент. Используйте такую ​​последовательность нарезки, пока не получите правильную резьбу.

Для продолжения нажмите на кнопку с цифрой 2.

Изготовление крепления и монтаж турбины вертикального ветрогенератора

Изготовление крепления турбины вертикального ветрогенератора

Сначала найдите два куска дерева одинаковой длины. Убедитесь, что они достаточно широкие для изготовления сильной конструкции.

Найдите центр их обоих и сделайте отверстие по размеру держателя подшипника для дна на одном куске и отверстие по размеру верхнего подшипника на втором куске.

Мне повезло, у меня была большая дрель, чтобы сделать это. Если у вас нет большого сверла — высверлите отверстие, а затем вырежьте все остальное круглой фрезой или лобзиком.

Для дна нужно просверлить в центре дрелькой дырку на один размер больше, чем размер стержня, который впишется в подшипник. Для дна вам придется вырезать небольшую щель (слот), чтобы ниппель смог поместиться внутри и чтобы у вас было достаточно места разместить насос смазки. На фотографиях вы можете увидеть, как это должно выглядеть.

Возьмите также два ровных куска дерева для сторон крепления (у меня была фанера, так что я использовал ее).

Возьмите нижнюю часть с держателем подшипника внутри и положить его на ровную поверхность.

Возьмите одну боковину и прикрепите ее к нижней части. Сначала просверлите несколько отверстий сбоку так, чтобы винты лучше вошли. Убедитесь, что поверхности точно перпендикулярны (угол 90 градусов).

Сделайте то же самое для другой стороны.

Теперь возьмите полностью собранную вашу турбину и опустите ее в нижний подшипник.

Теперь берите верхнюю часть крепления и надвиньте подшипник на большой стержень. Измерьте с обеих сторон турбины и убедитесь, что расстояния одинаковые и ваша конструкция будет точно квадратной.

Изготовление крепления к опоре (башне) турбины вертикального ветрогенератора

То, что я показываю ниже, на самом деле я не измерял. Я убедился, что все точно совпадает с осью турбины. Значит просто сделайте так, как видите на фотографиях.

Обязательно убедитесь в прочности конструкции, ведь она будет выдерживать большие нагрузки.

Я еще не подсоединял к ней генератор. Думаю, это должен быть сильный генератор с катушками на неодимовых магнитах.

Демонстрация работы вертикального ветрогенератора

Ниже показана фотография установленного вертикального ветрогенератора.

Я использовал несколько канатов, чтобы стабилизировать турбину.

Также я воспользовался старыми кронштейнами от палатки для крепления канатов на землю, а на стороне турбины я использовал винты. Работает хорошо.

Когда вы будете монтировать вашу турбину, найдите помощника, который сможет удерживать турбину в то время, как вы будете крепить канаты на землю.

Небольшой фильм показывает (перейдите по ссылке), как работает турбина вертикального ветрогенератора.

Оригинальная англоязычная страница, находится здесь.

Vortex Bladeless: безлопастные ветряные турбины

Документ представлен Испанским ведомством по патентам и товарным знакам

Компания Vortex Bladeless S.L. разработала и вывела на рынок ветрогенераторы, работающие без лопастей, валов, подшипников и других механизмов, изнашиваемых при трении.

Данная технология основана на аэроупругом резонансе, позволяющем использовать феномен формирования вихрей.

Безлопастные ветротурбины в основном состоят из вертикального неподвижного цилиндра на упругом стержне, встроенном в землю.

Движение верхней части ограничено магнитной силой, так как именно здесь возникает максимальная амплитуда колебаний.

Этот цилиндр улавливает энергию ветра, вступающую в резонанс благодаря аэродинамическому эффекту, называемому сходом вихря, и затем преобразует механическую энергию в электричество с помощью генератора переменного тока.

Инновация, вдохновленная обрушением Такомского висячего моста

В 1940 г. на шоссе № 16 в штате Вашингтон через пролив Такома-Нэрроуз был построен третий по длине в мире висячий мост. Спустя четыре месяца после открытия моста он начал колебаться и обрушился. Столь драматическое обрушение такой конструкции вошло во все учебники как пример, объясняющий работу некоторых типов аэродинамического резонанса, вызванных ветром.

В 2002 г. Давид Х. Яньес узнал об этом событии на курсе инженерно-строительного дела в Вальядолидском университете и подал первый патент на механизм, способный оптимизировать аэродинамический резонанс такого типа и генерировать электроэнергию.

Этот механизм представлял собой вертикальную тонкую конструкцию с круглым сечением, колеблющуюся в плоскости, перпендикулярной направлению ветра.

Такая конструкция была способна работать без каких-либо валов, зубчатых передач, подшипников или других подобных устройств. Таким образом, механизм не нуждался в смазочных материалах и затратах на техническое обслуживание, а сроки окупаемости были сведены к минимуму.

Эта конструкция могла генерировать ветряную энергию без необходимости лопастей, которые до сих пор использовались в ветрогенераторав.

Лишь спустя несколько лет – в 2010 г. – Давид Х. Яньес и Рауль Марин Юнта получили патент ES2374233B1, владельцем которого стала совместно основанная ими компания «DEUTECNO S. L.».

Затем благодаря поддержке фонда «Repsol» и нескольким выигранным наградам была основана компания «Vortex Bladeless S.L.», которая успешно прошла два раунда инвестиций.

В настоящее время компания работает над производством первой предсерийной партии из 100 малогабаритных агрегатов, что достаточно, чтобы представить продукт на рынке.

Этапы разработки технологии

Первый этап заключался в изучении феномена аэродинамики.

Испытания в аэродинамической трубе Института микрогравитации Университета Игнасио да Ривы, UPM. (фото: Vortex Bladeless)

Такой тип аэродинамического резонанса обычно считается проблемой, и существует множество способов его предотвращения. Однако информации о методах оптимизации этого феномена не так много.

Благодаря поддержке таких транснациональных корпораций, как «Altair Engineering, Inc», и таких организаций, как Барселонский суперкомпьютерный центр, конструкция была оптимизирована для максимизации производительности установки.

На втором этапе основное внимание уделялось обеспечению контроля взаимодействия конструкции с ветром с целью увеличения диапазона скоростей, в котором возникает резонанс.

На третьем этапе был разработан генератор, способный эффективно преобразовывать колебательную энергию в электричество.

В настоящее время проект находится на четвертом и последнем этапе, на котором после выпуска «минимально жизнеспособного продукта» компания готовится к производству, индустриализации и выпуску продукции на рынок.

Первые экспериментальные испытания в «CEDER CIEMAT» в Сории. (фото: предоставлено компанией)

Международное признание

Проект вызвал необычайный интерес на международном уровне. Особую заинтересованность продемонстрировали в Азии, Америке и Европе (именно в таком порядке).

В частности, было получено огромное число предложений о сотрудничестве с различными предприятиями и учреждениями как в промышленности, так и в науке.

Например, одна из трех крупнейших ветроэнергетических компаний в мире предложила осуществить совместный проект по анализу потенциала применения этой идеи на габаритных установках.

Общественные организации также приняли идею на ура. В социальной сфере проекту также был оказан теплый прием.

Такие учреждения, как «SEO Birdlife», ООН, Европейская комиссия, а также множество национальных и международных кооперативов, ассоциаций и учреждений оказывают проекту содействие и делятся своими мнениями.

Охрана: «Vortex Bladeless» в ногу с промышленной собственностью

Начиная с первого патента ES2374233B1, обеспечивающего охрану изобретения как по всей Европе, так и в Америке (в США и Мексике), и продолжая патентами EP15771650, WO2017174161A1, WO2018149942A1 и др., в основе проекта всегда лежала охрана инноваций и всего предприятия с помощью механизмов промышленной собственности (патентов и товарного знака «Vortex Bladeless»).

Фактически, эволюция компании и этапы ее развития отражены в разных семействах ее патентов.

На каждом раунде инвестиций и на каждом конкурсе, на котором был представлен проект, критически важным считалась степень охраны технологии. К счастью, поскольку этот тип ветряных турбин является «первым в своем роде», не составило труда получить признание «новизны» и «изобретательского уровня», требуемого всеми патентными ведомствами мира, куда была подана заявка на обеспечение охраны.

Хотя в настоящее время все технологии Vortex Bladeless защищены, компонент охраны остается в стратегии компании: особое внимание уделяется производственным процессам и их применению в различных областях.

  • Название МСП: Vortex Bladeless S.L.
  • Сектор: ветроэнергетика
  • Адрес: Calle Zagreb, 4, 28232, Las Rozas de Madrid, Мадрид, Испания
  • Контактное лицо: Давид Х. Яньес Вильяреаль
  • Контактный телефон: + 34 659169417
  • Веб-сайт: vortexbladeless.com
Ветряная турбина с вертикальной осью

— обзор

2 Анализ концепции гусеничного транспортного средства

Другой тип VAWT, концепция аэродинамического профиля гусеничного транспортного средства, привлек значительное внимание двух исследователей. Одна из работ — это работа Пауэ и его сотрудников, краткое изложение которой дано в Powe (1977; и очень похоже в Powe и др. , 1974), в котором приводится приблизительное сравнение характеристик с пропеллером. Другой — это работа Лапина (1976), который также сообщает о параллельном исследовании концепции Мадараса с использованием ротора Флеттнера и проводит сравнение этих двух систем.

Лапин представляет свой аэродинамический анализ довольно подробно, следуя общим принципам теории движения и лопаточных элементов теории винтового типа для аэродинамического типа и используя соотношение скоростей α = ω R / V ≡ скорость вращения ротора / скорость ветра. в месте расположения ротора, соответствующем углу атаки для вращающегося ротора Флеттнера. Анализ выполняется для соотношений сторон 4, 6 и 9 с использованием оптимального угла наклона для максимального крутящего момента в каждом угловом положении, выбранном для расчета вокруг пути.Данные о крыле для C L и C D (включая индуцированное сопротивление) доступны и надежны для известных аэродинамических поверхностей, но данные для несущих винтов скудны и ненадежны в той степени, в которой они сопоставимы с данными для крыльев. Лапин использует то, что доступно, но подчеркивает, что необходимы дополнительные экспериментальные значения. Большинство расчетов относится к круговой дорожке, но очевидно, что прямая дорожка, перпендикулярная ветру, даст значительно большую производительность. Таким образом, плоская овальная трасса или трасса гоночной трассы лучше подходят для ветра преимущественно с одного направления, поскольку пропульсивный эффект поддерживается на максимальном значении на более длинной части круга.Подробно рассматривается потеря мощности из-за тандемных роторов, т. Е. Различия в производительности в положениях вверх по потоку и положениях вниз по потоку. Анализ основан на теории тандемных приводных дисков, изложенной в Разделе II, B, но с этими взаимосвязями довольно сложно справиться напрямую. Однако описывается вычислительная процедура, и процедура выполняется полуграфически. Данные о характеристиках приведены для этой потери мощности, а также для случая отсутствия потерь, т. Е. При условии, что смешивание между положениями по ветру и по ветру восстанавливает состояние набегающего потока.

Lapin учитывает дополнительные силы сопротивления из-за нестандартной системы, которые являются значительными. Это силы трения качения из-за (1) веса ротора, тележки и т. Д. И (2) поперечной силы. Использованы коэффициенты трения качения из техники грузовых вагонов. Поперечное усилие вычисляется в терминах выражений аэродинамической силы и, таким образом, изменяется в зависимости от положения. Максимальная поперечная сила важна для расчета структурных напряжений и опрокидывающего момента.Существует также сопротивление тележки, которое рассчитывается с коэффициентом сопротивления, равным аэродинамической эквивалентной площади плоской пластины, принимаемой как инвариантной с углом потока и интегрированной по контуру для изменения углового положения. Он приводит примеры общих коэффициентов мощности и потерь мощности для различных параметров системы. Лапин упоминает о невыгодном эффекте того, что система гусеничных транспортных средств должна работать при более низких скоростях ветра у земли из-за пограничного слоя, но не включает специально какой-либо фактор для этого в свои данные.

Powe (1977; Powe et al. , 1974) начинает с анализа импульса контрольного объема для системы гусеничных летательных аппаратов аэродинамического типа, принимая во внимание изменение скорости из-за влияния земли, и указывает, что теоретически это турбина такого типа будет давать примерно на 19% больше мощности, чем турбина пропеллерного типа, при этом каждая установка имеет средний размах лопастей H на высоте H /2 над землей. Для систем с центральной точкой лопасти, поднятой выше этой минимальной высоты, концепция крыла гусеничного транспортного средства дает примерно на 26% больше мощности, чем соответствующий тип гребного винта.Это его основа для исследования этого типа WECS.

Анализ рассматривает только плоскую овальную трассу (гоночная трасса), без учета мощности на поворотах. В двух статьях Powe (1977; Powe и др. , 1974) аэродинамический анализ минимален, и проблема значения интерференционного фактора a и фактического значения скорости потока диска не рассматривается. обсуждали. Были исследованы несколько профилей из серии NACA, при этом для подробных расчетов был выбран широко распространенный тип 0012 с поправками на конечное удлинение.Сопротивления системы подразделяются на два сопротивления качению из-за вертикальных и горизонтальных сил на пути, сопротивление из-за кривизны пути и аэродинамическое сопротивление. Простое выражение для сопротивления качению было взято из железнодорожной литературы в терминах веса, при этом вес взят с учетом аэродинамических сил подъемной силы и сопротивления, которые создают момент, вызывающий вертикальную силу, действующую на путь. Аэродинамическое сопротивление вагонов было разбито на значение для ведущего вагона как у обтекаемого локомотива, остальное — для обтекаемых железнодорожных вагонов, и третье значение для не модернизированных вагонов использовалось для поворотов.

Расстояние между профилями крыла учитывалось, при этом оценка производилась с вертикальными осями соседних профилей, разнесенными на одну хорду. Это было основано на рассмотрении минимального расстояния для минимизации площади приземления и длины пути, а также на том факте, что оси аэродинамического профиля должны находиться по крайней мере на расстоянии одной хорды, чтобы вращаться в поворотах. Эффект неполного восстановления был учтен в одном конкретном расчете, приняв значение скорости ветра с подветренной стороны как 75% от значений скорости набегающего потока.Влияние изменения скорости и направления ветра на определение фактического выхода энергии за период времени было оценено с использованием данных с базы ВВС в Монтане, поскольку подробные значения были доступны за 25-летний период.

Компьютерная программа была составлена ​​с использованием системных параметров геометрии и веса, характеристик профиля и спектра ветра в качестве входных данных. Выходная мощность дана в общем выражении в виде энергии в месяц и в виде энергии в месяц на единицу площади, с площадью как в виде общей рабочей площади, включая витки, так и в виде единицы площади лопасти. Четвертый выходной показатель — это энергия в месяц на единицу веса системы. Другие вычисленные, но не указанные выходные данные — это скорости каретки, углы атаки и т. Д., Относящиеся к анализу характеристик компонентов и условий эксплуатации.

Производительность этих систем гусеничных транспортных средств, как Lapin, так и Powe et al. будет обсуждаться позже.

Вертикальные ветряные турбины обещают более высокую эффективность

Будь то на суше или на море, у ветряных турбин есть проблемы.Как признал в 2019 году Эрстед, крупнейший в мире разработчик оффшорных ветряных электростанций, турбины с горизонтальной осью создают огромный след, достаточный для того, чтобы компании пришлось резко изменить свои оценки производства энергии. Если одна турбина имеет КПД около 50 процентов, это число может снизиться до 40 процентов, когда эта же турбина является второй по очереди на ветряной электростанции. Чтобы избежать турбулентности, создаваемой встречной турбиной (мощностью 10 МВт с размахом лопастей 150 метров), турбина, расположенная ниже по потоку, должна быть на расстоянии примерно трех километров. Из этого получилась бы довольно большая ферма.

«Просто сказать:« Хорошо, у нас есть эффект пробуждения, и мы ничего не можем с этим поделать »- не лучший способ двигаться вперед», — сказал Яковос Цанакис, профессор инженерных материалов в Оксфорд-Бруксском университете. Цанакис и студент Йоахим Тофтегаард Хансен знали, что должен быть лучший способ. Поэтому они начали рассматривать ветряные турбины с вертикальной осью в качестве альтернативы.

С перпендикулярными к земле лопастями, которые окружают башню — в стиле карусели — одинокая турбина с вертикальной осью собирает энергию ветра иначе, но не более эффективно, чем ее горизонтальные собратья.Одна вертикальная турбина имеет КПД в диапазоне от 35 до 40 процентов (хотя исследователи вертикальных турбин уверены, что это число скоро также достигнет 50). Но, как продемонстрировали Цанакис и Хансен в статье, опубликованной в журнале Renewable Energy в июне 2021 года, при совместной работе — и при правильном расположении — турбины с вертикальной осью могут затмить горизонтальные турбины.

Повышенная эффективность


Цанакис и Хансен провели около 11 500 часов компьютерного моделирования 30 с лишним конфигураций вертикальных турбин.Они обнаружили, что оптимальным расположением турбин с вертикальной осью является расположение турбин на расстоянии трех диаметров друг от друга, смещенных на 60 градусов. Эта установка увеличила КПД турбин на 15 процентов. Это также означало, что турбины могли быть более плотно сгруппированы в гораздо меньшей ферме, чем это позволяли горизонтальные турбины.

Слушайте подкаст: Создание цепочки поставок морской ветроэнергетики в США

Повышенная эффективность достигается за счет того, что они получают энергию от ветра.

«Они втягивают немного воздуха, затем дуют воздух», — сказал Цанакис.

Если турбины с горизонтальной осью образуют воронкообразный след, который тянется как инверсионный след, ветер становится менее турбулентным после того, как проходит мимо турбин с вертикальной осью. Цанакис сравнивает эффект с игрой в футбол на ветру или, возможно, в настольный футбол. «Это похоже на то, как будто они передают воздушный мяч между игроками — каким-то образом это работает гармонично, и у вас есть общая эффективность».

Offshore Windfarms


Благодаря меньшей площади основания, меньшей высоте и большей эффективности при совместной работе вертикальные турбины могут быть идеальным решением для оффшорных ветряных электростанций.

Посмотрите видео по теме: Следующий вызов ветроэнергетики

В Греции, например, существует большая напряженность между правительством и островитянами. Граждане, зависящие от туризма, опасаются, что горизонтальные ветряные электростанции, которые правительство надеется построить, испортят горизонт, поставив бизнес в упадок.

«Если вы разрушите это побережье, этот красивый пейзаж — синее море и голубое небо, — это может повлиять на туристическую индустрию», — сказал Цанакис. «Турбины с вертикальной осью были бы отличным решением для этих островов. На тот же мегаватт они короче по высоте и их не так легко увидеть с берега ».

Они могут занимать в 100 раз меньше места.

Узнайте больше в этой инфографике: Новый глобальный атлас ветроэнергетики

Конечно, отрасль с оборотом в сто миллиардов долларов вряд ли в одночасье перейдет от зрелого дизайна к радикально новому. «Мы здесь не для того, чтобы все перевернуть и отложить в сторону турбины с горизонтальной осью», — сказал Цанакис.«Мы считаем, что гибридная модель может возродить существующие ветряные электростанции с низкой эффективностью и стать следующим шагом на пути к некоторым будущим перспективам увеличения удельной мощности ветряных электростанций».

И хотя это, несомненно, большой бизнес, возможно, отрасль ветряных турбин менее устойчива к изменениям, чем другие отрасли.

«Мы говорим о климате, энергии, окружающей среде», — сказал Цанакис. «Он выше людей, выше нас — он имеет наибольшее влияние. Мы должны отнестись к этому серьезно и принять меры.

Майкл Абрамс — писатель, занимающийся разработкой и технологиями, из Вестфилда, штат Нью-Джерси.

Вертикальные турбины — будущее за победой

изображение: Ферма ветряных турбин с вертикальной осью посмотреть еще

Кредит: Университет Оксфорд-Брукс

Знакомые теперь традиционные винтовые ветряные турбины в будущем могут быть заменены ветряными электростанциями с более компактными и эффективными вертикальными турбинами.Новое исследование Оксфордского университета Брукса показало, что конструкция вертикальной турбины намного более эффективна, чем традиционные турбины в крупных ветряных электростанциях, а при парной установке вертикальные турбины увеличивают производительность друг друга до 15%.

Исследовательская группа из Школы инженерии, вычислений и математики (ECM) в Оксфорд-Брукс под руководством профессора Яковоса Цанакиса провела углубленное исследование с использованием более 11 500 часов компьютерного моделирования, чтобы показать, что ветряные фермы могут работать более эффективно, заменяя традиционные ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) винтового типа для компактных ветряных турбин с вертикальной осью (VAWT).

Вертикальные турбины более эффективны, чем традиционные ветряные турбины

Исследование впервые демонстрирует в реалистичном масштабе потенциал крупномасштабных VAWT по сравнению с нынешними турбинами ветряных электростанций HAWT.

VAWT вращаются вокруг оси, вертикальной к земле, и они демонстрируют поведение, противоположное хорошо известной конструкции пропеллера (HAWT). Исследование показало, что VAWT повышают эффективность друг друга, если расположены в виде сетки.Расположение ветряных турбин для максимальной отдачи имеет решающее значение при проектировании ветряных электростанций.

Профессор Цанакис комментирует: «Это исследование свидетельствует о том, что будущее ветряных электростанций должно быть вертикальным. Турбины ветряных электростанций с вертикальной осью могут быть спроектированы так, чтобы они были намного ближе друг к другу, что повысит их эффективность и, в конечном итоге, снизит цены на электроэнергию. В долгосрочной перспективе НОУТ могут помогают ускорить переход наших энергетических систем к экологически чистым источникам энергии, чтобы получать больше чистой и устойчивой энергии из возобновляемых источников.«

Поскольку ожидается, что к 2030 году мощность ветроэнергетики в Великобритании увеличится почти вдвое, полученные данные являются ступенькой к проектированию более эффективных ветряных электростанций, пониманию крупномасштабных методов сбора энергии ветра и, в конечном итоге, к совершенствованию технологии использования возобновляемых источников энергии для более быстрой замены ископаемого топлива в качестве источников энергии. энергия.

Экономичный способ достижения целей ветроэнергетики

Согласно Глобальному отчету о ветре за 2021 год, в течение следующего десятилетия мир должен устанавливать ветроэнергетику в три раза быстрее, чтобы достичь нулевых целевых показателей и избежать наихудших последствий изменения климата.

Ведущий автор отчета и выпускник бакалавриата технических наук Йоахим Тофтегаард Хансен прокомментировал: «Современные ветряные электростанции являются одним из наиболее эффективных способов получения зеленой энергии, однако у них есть один серьезный недостаток: когда ветер приближается к переднему ряду турбин, Вниз по потоку будет возникать турбулентность. Турбулентность отрицательно сказывается на производительности последующих рядов.

«Другими словами, передний ряд будет преобразовывать примерно половину кинетической энергии ветра в электричество, тогда как в заднем ряду это число уменьшается до 25–30%.Каждая турбина стоит более 2 миллионов фунтов стерлингов за МВт. Мне, как инженеру, естественно пришло в голову, что должен быть более экономичный способ ».

Это первое исследование, в котором всесторонне проанализированы многие аспекты характеристик ветряных турбин в отношении угла установки, направления вращения, расстояния между турбинами и количества роторов. Это также первое исследование, в котором выясняется, сохраняются ли улучшения производительности для трех турбин VAWT, установленных в серию.

Доктор Махак, соавтор статьи и старший преподаватель в ECM, комментирует: «Нельзя недооценивать важность использования вычислительных методов для понимания физики потока.Эти типы исследований по проектированию и усовершенствованию представляют собой небольшую часть стоимости по сравнению с огромным экспериментальным оборудованием для испытаний. Это особенно важно на начальном этапе проектирования и чрезвычайно полезно для отраслей, стремящихся достичь максимальной проектной эффективности и выходной мощности ».

###

Исследование Численное моделирование и оптимизация пар ветряных турбин с вертикальной осью: подход к расширению масштабов был опубликован в International Journal of Renewable Energy (ELSEVIER)



Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

по горизонтали Vs. Вертикальные ветряные турбины | Education

Ветровые турбины имеют две основные проектные категории: горизонтальную и вертикальную ось. Турбина с горизонтальной осью обычно оснащена трехлопастным вертикальным винтом, который встречает ветер лицом к лицу. Вертикальная турбина имеет набор лопастей, которые вращаются вокруг вертикальной оси. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки и подходит для различных сред.

Направление и скорость ветра

Для правильной работы горизонтально-осевой турбине необходимо, чтобы ветер шел под прямым углом к ​​лопастям.Если он дует с направления, отличного от направления лопастей, турбина получает гораздо меньше энергии от ветра. Чтобы приспособиться к изменениям направления ветра, турбина оснащена приводом рыскания, который поворачивает установку. Однако привод медленно адаптируется к изменению направления, потому что он должен вращать всю турбину и гребной винт в сборе. В отличие от этого, вертикальная турбина работает хорошо независимо от направления ветра, что делает ее более подходящей для городских районов с высокими зданиями, где имеется заданная ветровая турбулентность.Конструкция с вертикальной осью позволяет ему работать при более низких скоростях ветра, чем это возможно с горизонтальной турбиной.

Эффективность использования энергии ветра

Горизонтально-осевые турбины преобразуют больше энергии ветра в полезное механическое движение, поскольку лопасти перпендикулярны направлению ветра, и лопасти улавливают энергию во всем диапазоне их движения. Для сравнения, лопасти турбины с вертикальной осью имеют недостаток эффективности, улавливая энергию ветра только с передней стороны; в задней части своего вращения они тянут за систему.

Механическая сложность и напряжение

Поскольку для регулирования изменения направления ветра требуется механизм рыскания, горизонтально-осевая турбина механически более сложна, чем вертикальная конструкция. Гироскопическое действие вращающихся лопастей турбины с горизонтальной осью создает напряжение, когда механизм рыскания поворачивается, чтобы поймать ветер. Со временем под действием напряжения лопатки и ступица турбины могут треснуть. Турбина с вертикальной осью не испытывает этого напряжения.

Подходящее расположение

Высокая башня и длинные лопасти горизонтальной турбины хорошо работают только на открытых пространствах.Вертикальные турбины, как правило, намного компактнее и могут быть размещены на крышах зданий и в других городских районах с меньшими ограничениями. Небольшая высота вертикального блока также делает его подходящим для мест, где ветер усиливается между зданиями или над вершинами холмов.

Рыночное предпочтение

Хотя турбина с вертикальной осью имеет некоторые преимущества по сравнению с горизонтальной конструкцией, более крупные разработчики энергетики выбрали расположение с горизонтальной осью, оставив создание вертикальной оси небольшим коммерческим операторам или частным лицам.Горизонтальная ось проще для понимания и отвечает ожиданиям того, как должна выглядеть ветряная турбина. Генераторы с вертикальной осью исторически были объектом преувеличенных заявлений, вызывающих скептицизм у потенциальных инвесторов технологии.

Ссылки

Ресурсы

Биография писателя

Уроженец Чикаго Джон Папевски имеет степень физика и пишет с 1991 года. Он участвовал в выпуске информационного бюллетеня по нанотехнологиям от Foresight Institute «Foresight Update».Он также внес вклад в книгу «Нанотехнологии: молекулярные размышления о глобальном изобилии».

Вертикально-осевые ветряные турбины — Энергосбережение в будущем

О вариантах использования возобновляемых источников энергии говорят многие люди во всем мире, поскольку они хотят снизить свои затраты на энергию, а также внести свой вклад в защиту мира. Повышение уровня моря и возрастающего уровня загрязнения вызвало интерес во всем мире и привело к появлению новых конструкций ветряных турбин. Многие люди используют турбины, чтобы помочь им сделать эти шаги.

Ветровые турбины в основном бывают двух типов: с вертикальной осью (VAWT) и с горизонтальной осью (HAWT). HAWT — самый распространенный тип ветряных турбин, производимых во всем мире. VAWT — это ветряная турбина с двумя или тремя лопастями, в которой вал главного ротора вращается вертикально. Однако они используются реже, поскольку не так эффективны, как HAWT.

Ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT) — самая популярная из турбин, которую люди добавляют, чтобы сделать свой дом источником возобновляемой энергии.Хотя они не так часто используются, как ветряные турбины с горизонтальной осью, они отлично подходят для размещения в жилых районах и т. Д. Здесь мы рассмотрим VAWT и расскажем о плюсах и минусах, а также другую важную информацию, которая снимет стресс и головную боль, когда вы просто хотите внести свой вклад в защиту окружающей среды.

Вертикальные турбины вращаются вокруг вертикальной оси и бывают разных форм, размеров и цветов. Его движение похоже на вращение монеты на краю.Основное различие между VAWT и HAWT — это положение лопастей. В HAWT лопасти находятся наверху и вращаются в воздухе, в то время как в VAWT генератор установлен у основания башни, а лопасти обернуты вокруг вала.

Что такое турбина с вертикальной осью?

Ветряные турбины с вертикальной осью

спроектированы так, чтобы быть экономичными и практичными, а также тихими и эффективными. Они отлично подходят для использования в жилых районах, тогда как HAWT лучше всего использовать в офисах. Есть два разных стиля вертикальных ветряных турбин.Один — это ротор Савониуса, а второй — модель Дарье. Первая модель выглядит как барабан на 55 галлонов, разрезанный пополам, половинки которого помещены на вращающийся вал. Вторая модель меньше по размеру и очень похожа на взбиватель для яиц. Большинство используемых сегодня ветряных турбин — это модели Савониуса. Мы более подробно рассмотрим оба этих типа имеющихся турбин.

Ветряная турбина удерживает воздух в ступице, которая превращается в генератор. Воздух, проходящий через лопасти ветряной турбины, закручивается в генератор за счет момента вращения.VAWT, поскольку турбины чаще укорачиваются, обладает следующими характеристиками:

  • От двух до трех лопастей с вертикально работающим валом несущего винта — чем больше лопастей у вас на установке, тем больше энергии ветра оно будет получать и тем выше будет эффективность
  • Используется реже, чем горизонтальная ветряная турбина
  • Положение лопастей в VAWT другое. В этой модели основание башни удерживает генератор, а лопасти затем охватывают вал.Люди используют VAWT, потому что их можно разместить ближе к земле, что делает их приемлемыми и эффективными для использования в жилых помещениях.
  • В ветряной турбине с вертикальной осью вал ротора расположен вертикально
  • VAWT проще и доступнее в обслуживании, чем горизонтальные блоки
  • Некоторые пользователи VAWT жалуются на то, что он создает меньше энергии ветра, что может привести к появлению различных шумов в сердце. Турбулентный поток воздуха также может сократить срок службы системы.
  • Установка VAWT на крышу вызовет удвоение скорости ветра для максимальной турбулентности ветра и использования энергии ветра.

Типы ветряных турбин с вертикальной осью

Как обсуждалось выше, вы можете выбрать один из двух различных типов VAWT. Хотя мы кратко рассмотрели эти типы выше, теперь мы рассмотрим дополнительную информацию о каждом типе и обсудим важные факторы, которые вам следует знать. Во-первых, давайте взглянем на режим ветряной турбины Дарье.

Ветряная турбина Дарье

Ветряная турбина Дарье широко известна как турбина «взбивания яиц». Он был изобретен Жоржем Дарье в 1931 году. Дарье — это высокоскоростная машина с низким крутящим моментом, подходящая для выработки электричества переменного тока. Дарье обычно требует ручного толчка, поэтому для начала вращения требуется некоторый внешний источник энергии, так как пусковой крутящий момент очень низкий. У Дарье есть два вертикально ориентированных лезвия, вращающихся вокруг вертикального вала.

Ветряная турбина Дарье обладает следующими характеристиками:

  • Эти турбины в форме взбивалки имеют отличный КПД, однако они не так надежны.
  • Чтобы использовать ветряную турбину Дарье, у вас должен быть внешний источник энергии для их запуска
  • В ваших интересах выбрать ветряную турбину с как минимум тремя лопастями.
  • Для поддержки такой ветряной турбины необходимо иметь надстройку, которая будет соединять ее рядом с верхним подшипником.

Ветряная турбина Савониуса

Вертикально-осевая ветряная турбина Savonius — это медленно вращающаяся машина с высоким крутящим моментом с двумя или более лопатками, которая используется в высоконадежных и низкоэффективных силовых турбинах.Большинство ветряных турбин используют подъемную силу, создаваемую лопастями в форме аэродинамического профиля для приведения в движение ротора, Savonius использует сопротивление и поэтому не может вращаться быстрее, чем скорость приближающегося ветра.

Теперь давайте посмотрим на второй тип, который также является самым популярным из них. Ветряк Савониуса — самый популярный из двух типов. Давайте посмотрим на некоторые из функций, которые VAWT предлагают домовладельцу.

  • Как тормозные турбины, эти агрегаты менее эффективны.
  • Если вы живете в районе с сильными и порывистыми ветрами, или когда вам нужен самозапускающийся агрегат, это лучший вариант, доступный вам.
  • Этот блок больше, чем модель Дарье.

Ветряк с вертикальной осью Savonius необходимо запустить вручную. Низкая скорость Savonius увеличивает стоимость и снижает эффективность.

Какое устройство лучше всего подходит для вас? Нет правильного или неправильного ответа. В ваших интересах поговорить со специалистом по поводу двух типов турбин, чтобы определить, какую из них лучше всего использовать.

Преимущества ветряных турбин с вертикальной осью

Вам может быть интересно, почему вы рассматриваете возможность использования VAWT вместо HAWT.На самом деле это решение принято по ряду причин. Давайте рассмотрим некоторые преимущества, которыми вы можете воспользоваться при использовании этого типа ветряной турбины у себя дома.

  • Вы можете построить свою ветряную турбину близко к земле, поэтому, если у вас нет подходящей крыши для размещения, или если вы живете там, где есть холмы, гребни и т. Д., Которые препятствуют потоку воздуха, они прекрасно работают для ваших нужд. .
  • Поскольку VAWT устанавливаются ближе к земле, они упрощают обслуживание, сокращают затраты на строительство, более благоприятны для птиц и не уничтожают дикую природу.
  • Для работы ветряка не нужны никакие механизмы
  • Меньшая скорость запуска ветра
  • Главное преимущество VAWT в том, что его не нужно направлять в сторону ветра, чтобы он был эффективным. Другими словами, их можно использовать на участках с сильно изменяющимся направлением ветра.
  • Вы можете использовать ветряную турбину там, где использование высоких конструкций недопустимо.
  • VAWT
  • тихие, эффективные, экономичные и идеально подходят для производства энергии в жилых домах, особенно в городских условиях.
  • Они экономически эффективны по сравнению с HAWT. Тем не менее, перед покупкой все же лучше походить по магазинам и проверить цены.
  • Многие турбины устойчивы ко многим различным погодным условиям, с которыми вы можете столкнуться. Крайне важно выбрать устройство, которое предлагает эту ценную защиту и дополнительную долговечность, когда вам это нужно больше всего.

Недостатки ветряных турбин с вертикальной осью

Есть также недостатки, связанные с использованием этого типа ветряной турбины.Хотя многие преимущества, безусловно, велики, вы обязательно должны знать о недостатках. Прежде чем решить, какой тип ветряной турбины лучше всего подходит для вас, стоит взглянуть как на плюсы, так и на минусы. То, что подходит для одного человека, может не подходить для вас, хотя можно с уверенностью сказать, что VAWT отлично подходит практически для любого жилого помещения.

Давайте посмотрим на некоторые недостатки использования VAWT:

  • Пониженный уровень эффективности по сравнению с HAWT.Причина снижения эффективности обычно связана с сопротивлением, возникающим внутри лопастей при их вращении.
  • Вы не можете использовать скорость ветра на более высоких уровнях.
  • VAWT
  • очень сложно установить на башнях, что означает, что они устанавливаются на основании, например, на земле или в здании.

Как видите, использование ветряной турбины с вертикальной осью дает гораздо больше преимуществ, но все же есть некоторые недостатки, от которых следует устать.

Последние мысли

VAWT в целом вырабатывает меньше энергии по сравнению с HAWT в основном из-за дополнительного сопротивления, которое имеет VAWT — поскольку они вращаются против ветра. И VAWT, и HAWT могут отличаться по внешнему виду и режиму работы, но они вырабатывают электричество путем преобразования энергии ветра в электрическую энергию с помощью вращающегося вала. Это жизненно важная информация для тех, кто хочет установить HAWT у себя дома. Если они ищут турбины, которые идеально подходят для сна, игр или развлечения гостей, HAWT — лучший выбор.Другими словами, ветер вращает лопасти ветряной турбины вокруг ротора турбины. Этот ротор соединен с главным валом, который, в свою очередь, соединен с электрическим генератором, который вырабатывает электричество.

Если вы ищете отличный источник возобновляемой энергии, который можно было бы использовать в своем доме, стоит подумать о ветряной турбине с вертикальной осью. Эти турбины предназначены для использования в домашних условиях, и хотя есть как плюсы, так и минусы, по большей части те, кто их использует, ценят и получают удовольствие от производимой энергии.Однако, прежде чем инвестировать в любой из типов ветряных турбин, лучше поговорить с профессионалом и обсудить плюсы и минусы этого решения. Вы будете рады, что вошли в процесс как информированный потребитель. Ветряная турбина — один из самых эффективных источников возобновляемой энергии, который вы можете найти, и вы обязательно оцените все замечательные преимущества, которые она обязательно вам предложит.

Изображение предоставлено: Натеш Рамасами,
Вертикальные турбины

более эффективны в крупных ветроэлектростанциях — Университет Оксфорд-Брукс,

Новое исследование Оксфордского университета Брукса показало, что ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) намного более эффективны в крупномасштабных (оффшорных) ветряных электростанциях, чем традиционные ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT).

Вращаясь вокруг оси, вертикальной к земле, VAWT демонстрируют поведение, противоположное традиционному горизонтальному гребному винту, и увеличивают производительность друг друга, когда они расположены в виде сетки. Согласно исследованию, при попарном использовании вертикальные турбины повышают производительность друг друга до 15%.

Источник: Oxford Brookes University

Исследовательская группа из Школы инженерии, вычислений и математики (ECM) в Оксфорд-Брукс под руководством профессора Яковоса Цанакиса провела углубленное исследование с использованием более 11 500 часов компьютерного моделирования, чтобы показать, что ветряные фермы могут работать. более эффективно, заменив традиционные винты типа HAWT на компактные VAWT.

Это первое исследование, в котором всесторонне проанализированы многие аспекты характеристик ветряных турбин в отношении угла установки, направления вращения, расстояния между турбинами и количества роторов. Это также первое исследование, в котором выясняется, сохраняются ли улучшения производительности для трех турбин VAWT, установленных в серию.

«Это исследование доказывает, что будущее ветряных электростанций должно быть вертикальным. Турбины ветряных электростанций с вертикальной осью могут быть спроектированы так, чтобы они были намного ближе друг к другу, что повысило их эффективность и, в конечном итоге, снизило цены на электроэнергию », , — сказал профессор Яковос Цанакис . «В долгосрочном плане VAWT может помочь ускорить переход наших энергетических систем к« зеленому », так что больше чистой и устойчивой энергии будет поступать из возобновляемых источников».

По словам ведущего автора отчета и выпускника бакалавриата технических наук Йоахима Тофтегаарда Хансена, современные ветряные электростанции — хотя и являются одним из наиболее эффективных способов производства зеленой энергии — имеют один серьезный недостаток: турбулентность, создаваемая в нижнем течении. Когда ветер приближается к переднему ряду турбин, ниже по потоку будет создаваться турбулентность, что отрицательно скажется на работе последующих рядов.

«Другими словами, передний ряд будет преобразовывать примерно половину кинетической энергии ветра в электричество, тогда как для заднего ряда это число уменьшается до 25-30%. Каждая турбина стоит более 2 миллионов фунтов стерлингов за МВт. Мне как инженеру, естественно, пришло в голову, что должен быть более экономичный способ », — сказал Иоахим Тофтегаард Хансен .

Исследование, Численное моделирование и оптимизация пар ветряных турбин с вертикальной осью: подход к увеличению масштаба , было опубликовано в Международном журнале возобновляемых источников энергии (ELSEVIER) .

турбина | Британника

турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию. Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему неподвижных каналов или лопаток, которые чередуются с каналами, состоящими из лопастей, похожих на ребра, прикрепленных к ротору. Путем организации потока так, чтобы на лопасти ротора действовала касательная сила или крутящий момент, ротор вращается, и работа извлекается.

Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер.Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслужить отдельное описание.

Водяная турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы в высоте между верхним водным резервуаром и уровнем воды на выходе из турбины (отводом), чтобы преобразовать этот так называемый напор в работу. Водяные турбины — современные преемники простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрогенераторами. Турбины приводятся в действие паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в генераторе, работающем на атомной энергии. Энергия, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии в турбине. Энтальпия отражает формы тепловой и механической энергии в процессе потока и определяется суммой внутренней тепловой энергии и произведением давления на объем.Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с увеличением температуры и давления парогенератора и с уменьшением давления на выходе из турбины.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из текучей среды, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры в турбине. В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания.Большинство газотурбинных двигателей включает, по крайней мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они монтируются как единое целое и работают как законченный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу. Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать устройство в целом, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбиной.По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье двигатель внутреннего сгорания.

Энергия ветра может быть извлечена ветряной турбиной для производства электроэнергии или для откачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важным источником энергии с позднего средневековья до 19 века.

Fred Landis

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реакционные турбины, обычно используемые для напора ниже примерно 450 метров и среднего или высокого расхода.Эти два класса включают в себя основные типы, обычно используемые, а именно, импульсные турбины Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсиса, пропеллера, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть оборудованы как горизонтальными, так и, чаще, вертикальными валами. Для каждого типа возможны широкие вариации конструкции для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидротурбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Импульсные турбины

В импульсных турбинах потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы.Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые лопатки, закрепленные на периферии рабочего колеса, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.

Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная водная струя попадает в лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется, оставляя желоб с обеих сторон. Колеса Пелтона подходят для высоких напоров, обычно выше 450 метров при относительно низком расходе воды.Для максимальной эффективности скорость конца рабочего колеса должна составлять примерно половину скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.

Мощность одного колеса можно увеличить, используя более одной форсунки. Для горизонтальных валов характерны двухструйные устройства. Иногда на одном валу устанавливаются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.

Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потреблением. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждое сопло регулируется расположенным в центре наконечником или иглой аккуратной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Правильная конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из сопла, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянный КПД в большей части рабочего диапазона.Нецелесообразно внезапно уменьшать поток воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидроудар) в подающем трубопроводе или напорном затворе. Таких скачков можно избежать, добавив временное сопло для разлива, которое открывается при закрытии основного сопла, или, что более часто, частично вставляя отражающую пластину между соплом и колесом, отклоняя и рассеивая часть энергии при медленном закрытии иглы.

Другой тип импульсной турбины — турбонагнетатель.Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает двигаться по единственному пути, выходя на другую сторону бегунка. Этот тип турбины использовался в установках среднего размера с умеренно высоким напором.

Реакционные турбины

В реакционной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, в котором выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочего колеса реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и расходов, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный впускной кожух, который включает регулирующие заслонки для регулирования потока воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Впоследствии энергия воды отбирается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерные.В турбинах Каплана с фиксированными лопастями и с регулируемыми лопастями (названных в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана), по существу, существует осевой поток через машину. Турбины типа Фрэнсиса и Дериаза (в честь американского изобретателя британского происхождения Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Поля Дериаза, соответственно) используют «смешанный поток», когда вода поступает радиально внутрь и выходит в осевом направлении. Рабочие лопатки на турбинах Фрэнсиса и пропеллера состоят из неподвижных лопастей, в то время как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к ​​главному валу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *