Ветровой турбины. Как работают ветряные турбины

Изобрели городской ветрогенератор закрытого типа, который будет безопасен, как для людей так и для животных.

Как известно, современные «пропеллерные» ветряки небезопасны, как для людей, так и для птиц и летучих мышей, кроме того такие . Чтобы не повторять ошибки мировых производителей, российские ученые разработали ветряк закрытого типа, который напоминает форму турбины самолета.

Конструкция состоит из 32 лопаток вместо 2-х или 3-х лопастей, что существенно повышает КПД ветряка и понижает его стоимость. Кроме того кожух, в который заключены лопасти, в случае разрушения лопасти обеспечивает безопасность для окружающих. А высокая скорость вращения, позволяет избежать вредных для здоровья инфразвуковых колебаний.

Такой ветрогенератор имеет рекордно низкую стоимость генерирования электроэнергии. Его можно устанавливать в жилой зоне, в т.ч. на крышах городских зданий. Он выполняет практически все необходимые требования: удобство, дешевая стоимость монтажа и низкое электроэнергии.

Как уверяют разработчики, их ветрогенератор подходит для любых климатических условий и начинает работать при порывах ветра от 1,8 м/с и бесперебойно функционирует до 25 м/с.

«Это единственная модель генератора, которая может быть установлена там, где живет или работает человек. Он уникален по своим характеристикам безопасности и одновременно с этим еще и производителен», - говорит один из разработчиков ветрогенератора нового типа Владимир Канин.

Уникальной конструкцией питерцев заинтересовались установщики сотового оборудования, комплектов для мобильных буровых установок и геологический партий, а также администрации северных энергодеффицитных регионов России.

Аналогичные проекты существуют в США, Японии, Китае и Германии. Но как уверяют в компании Optiflame Solutions, судя по всему, они единственные, кто целенаправленно строит именно «городские», безопасные для жилой среды ветряки. В декабре 2010 года они стали одними из первых участников инновационного центра «Сколково». В этом году команда Optiflame Solutions вошла в десятку финалистов крупнейшего в стране конкурса стартапов GenerationS по треку CleanTech (чистые технологии).

Как утверждает Канин, сейчас в мире существует около 300 разных проектов ветрогенераторов, в реальности же насчитывается не больше 10 прототипов, которые можно пощупать. Все остальное только на эскизах.

На этом фоне, их закрытый ветрогенератор выглядит очень многообещающе. И нам остается только пожелать удачи российским разработчикам.

Ветроэнергетика активно развивается по всему миру, и ни для кого давно не секрет, что это одно из перспективнейших направлений альтернативной энергетики на данный момент. К середине 2014 года общая мощность всех установленных в мире ветрогенераторов составляла 336 гигаватт, а самый большой и мощный вертикальный трехлопастной ветрогенератор Vestas-164 был установлен и запущен в начале 2014 года в Дании. Его мощность достигает 8 мегаватт, а размах лопастей составляет 164 метра.

Несмотря на давно обкатанную технологию изготовления лопастных турбин и ветряков в целом, многие энтузиасты стремятся улучшить технологию, повысить ее эффективность и уменьшить негативные факторы.

Как известно, коэффициент использования энергии ветрового потока у в лучшем случае достигает 30%, они довольно шумны и нарушают естественный тепловой баланс близлежащих территорий, повышая температуру приземного слоя воздуха по ночам. Также они весьма опасны для птиц и занимают значительные площади.

Какие же альтернативы существуют? На самом деле, творчество современных изобретателей не знает границ, и различных альтернативных вариантов придумано множество.

Давайте рассмотрим 5 наиболее необычных из примечательных для отрасли альтернативных конструкций ветрогенераторов.

Начиная с 2010 года, американская компания Altaeros Energies, основанная в Массачусетском исследовательском институте, ведет разработку ветрогенераторов нового поколения. Новый тип ветрогенераторов предназначен для работы на высотах до 600 метров, докуда обычные ветрогенераторы просто не могут достать. Именно на таких больших высотах постоянно дуют самые сильные ветра, которые в 5-8 раз сильнее ветров вблизи поверхности земли.

Генератор представляет собой надувную конструкцию, похожую на накачанный гелием дирижабль, в который установлена трехлопастная турбина на горизонтальной оси. Такой ветряной генератор был запущен в 2014 году на Аляске на высоту около 300 метров для испытаний в течение 18 месяцев.

Разработчики уверяют, что данная технология позволит получать электроэнергию стоимостью 18 центов за киловатт-час, что в два раза дешевле обычной стоимости ветряной электроэнергии на Аляске. В будущем такие генераторы вполне смогут заменить дизельные электростанции, а также найти применение на проблемных территориях.

В перспективе это устройство будет не просто генератором электроэнергии, но и частью погодной станции и удобным средством обеспечения Интернета на далеких от соответствующей инфраструктуры территориях.

После установки такая система не требует присутствия персонала, не занимает большой площади, и почти бесшумна. Она может контролироваться дистанционно, и требует технического обслуживания только один раз в 1-1,5 года.

Еще одно интересное решение по созданию необычной конструкции ветряной электростанции реализуется в Объединенных Арабских Эмиратах. Недалеко от Абу-Даби строится город Мадсар, в котором планируют возвести довольно необычную ветряную электростанцию, названную разработчиками «Windstalk».

Основатель нью-йоркской дизайнерской компании Atelier DNA, разрабатывающей дизайн данного проекта, сказал, что главной идеей было найти в природе кинетическую модель, которая могла бы служить для генерации электроэнергии, и такая модель была найдена. 1203 стебля из углеродистого волокна, каждый около 55 метров высотой, с бетонными основаниями шириной по 20 метров, будут установлены на расстоянии 10 метров между собой.

Стебли будут армированы резиной, и иметь ширину около 30 см у основания, а кверху сужаются до 5 сантиметров. Каждый такой стебель будет содержать чередующиеся слои электродов и керамических дисков, изготовленных из пьезоэлектрического материала, который генерирует электрический ток, когда подвергается давлению.

Когда стебли будут качаться на ветру, диски будут сжиматься, генерируя электрический ток. Никакого шума лопастей ветряных турбин, никаких жертв среди птиц, ничего кроме ветра.

Идея возникла благодаря наблюдению за качающимися на болоте камышами.

Проект Windstalk компании Atelier DNA занял второе место в конкурсе Land Art Generator, спонсируемом Мадсаром для выбора лучшего, из числа международных заявок, произведения искусства, которое сможет генерировать энергию благодаря возобновляемым источникам.

Площадь, занимаемая этой необычной ветряной станцией, охватит 2,6 гектара, а по мощности будет соответствовать обычному ветрогенератору, занимающему аналогичную площадь. Система эффективна из-за отсутствия потерь на трение, свойственных традиционным механическим системам.

В основании каждого стебля будет установлен генератор, преобразующий крутящий момент от стебля с помощью системы амортизаторов и цилиндров, аналогично системе Levant Power, разработанной в Кембридже, штат Массачусетс.

Поскольку ветер не постоянен, будет применена система аккумулирования энергии, чтобы накопленная энергия могла расходоваться и тогда, когда нет ветра, поясняют сотрудники, работающие над проектом.

На вершине каждого стебля будет установлено по светодиодному фонарю, яркость свечения которого будет напрямую зависеть от силы ветра и количества генерируемой в данный момент электроэнергии.

Windstalk будет работать на хаотичном покачивании, что позволяет расположить элементы горазда ближе друг к другу, чем это возможно с обычными лопастными ветрогенераторами.

Аналогичный проект Wavestalk прорабатывается для преобразования энергии океанских течений и волн, где похожая система будет находиться в перевернутом виде под водой.

Проект, разработанный фирмой Saphon Energy из Туниса, также как и Windstalk, представляет собой безлопастной ветряной генератор, но на этот раз устройство имеет конструкцию парусного типа.

Этот бесшумный генератор, по форме напоминающий спутниковую тарелку, получил название Saphonian. Он не имеет вращающихся частей и совершенно безопасен для птиц. Экран генератора совершает под действием ветра движения вперед-назад, создавая колебания в гидравлической системе.

Цель проекта - улучшить характеристики ветряных генераторов, относительно использования ветрового потока. Ветер буквально запрягается в парус, который совершает под его действием движения вперед-назад, при этом нет ни лопастей, ни ротора, ни передач. Такое взаимодействие позволяет преобразовать больше кинетической энергии в механическую с помощью поршней.

Энергию можно накапливать в гидравлических аккумуляторах, либо преобразовывать в электрическую посредствам генератора, или же приводить с ее помощью во вращение какой-нибудь механизм. Если обычные ветрогенераторы обладают КПД 30%, то данный генератор парусного типа дает все 80%. Его эффективность превосходит ветряки лопастного типа в 2,3 раза.

В силу отсутствия дорогостоящих компонентов, как это имеет место в ветряной турбине (лопасти, ступицы, коробки передач), в случае с Saphonian, расходы на оборудование снижаются до 45%.

Аэродинамическая форма Saphonian имеет то преимущество, что турбулентные ветряные потоки незначительно влияют на тело паруса, и аэродинамическая сила лишь увеличивается. Именно из-за турбулентности ветряные турбины и не используются в городских районах, а Saphonian можно и там использовать. Кроме того, вредные акустические и вибрационные факторы сведены к минимуму. Компания Saphon Energy получила премию от KPMG за усилия в развитии инноваций.

Еще один весьма революционный подход к использованию ветряной энергии был реализован еще в 2008 году изобретателем - энтузиастом из Калифорнии. Крупные ветряные генераторы для малых городов имеют размеры с 30 этажный дом, а их лопасти достигают размеров крыльев Боинга 747.

Эти гигантские генераторы, безусловно, производят много энергии, однако производство, транспортировка и установка таких систем сложны и дороги. Несмотря на это промышленность растет более чем на 40 процентов каждый год. Именно так размышлял Даг Селсам из Калифорнии, прежде чем задаться своей амбициозной целью. Он решил, что вполне реально получить больше энергии, используя для этого меньшее количество материалов.

Установив десяток или несколько десятков маленьких роторов на одном валу, связанном с одним генератором, Даг, в конце концов, добился поставленной цели. Один конец длинного вала он соединил с генератором, а второй конец запустил в высь на воздушных шарах с гелием. Система заработала, как и предполагалось.

В учебниках Даг читал, что одновинтовой турбины вполне достаточно для получения максимума, однако у Дага возникли сомнения. Он считал иначе: чем больше роторов, тем больше энергии ветра доступно для использования.

Если каждый ротор будет расположен под нужным углом, то каждый ротор получит свой собственный ветер, и это повысит эффективность генерации.

Конечно, это усложняет физику, ведь теперь нужно было убедиться, что каждый ротор ловит свой собственный поток, а не только поток от расположенного рядом ротора. Требовалось выяснить оптимальный угол для вала по отношению к ветру и идеальное расстояние между роторами. И, в конце концов, выигрыш был получен с применением меньшего количества материала.

В 2003 году изобретатель получил грант в размере 75 000 долларов от Калифорнийской энергетической комиссии на разработку 3000-ваттный турбины на семь роторов. Задача была успешно решена, и Даг Селсам уже продал более 20 своих 2000-ваттных турбин с двойным ротором нескольким домовладельцам. Он построил эти устройства в своем загородном гараже.

Идея Дага явилась одной из немногих идей, которые на самом деле имеют все шансы на то, чтобы добиться больших успехов в коммерческом мире. Селсам говорит, что два ротора - это только начало. Вероятно, когда-нибудь он увидит свои мультироторные турбины протяженностью в милю по небу.

Компания Archimedes, офис которой расположен в Роттердаме, Нидерланды, придумала свою концепцию необычных ветряных турбин, которые можно устанавливать прямо на крышах жилых домов.

По замыслу авторов проекта, эффективная малошумная конструкция может вполне обеспечить небольшой дом электроэнергией, а комплекс таких генераторов, работающий в совокупности со , способен и вовсе свести к нулю зависимость большого здания от внешних источников электроэнергии. Новые ветровые турбины получили название Liam F1.

Небольшая турбина, диаметром 1,5 метра, и весом около 100 килограмм, может быть установлена на любой стене или крыше жилого дома. Обычно, высота террасных крыш - 10 метров, а ветер в стране почти всегда Юго-Западный. Этих условий достаточно, чтобы правильно разместить турбину на крыше, и эффективно использовать энергию ветра.

Две проблемы обычных ветрогенераторов решены здесь: шум обычных лопастных турбин и дороговизна установки громоздкого оборудования. В обычных ветряных генераторах затраты на установку часто не окупаются. Уровень шума турбины Liam около 45дБ, а это даже тише шума дождя (шум дождя в лесу - 50дБ).

По форме напоминающая панцирь улитки, турбина подобно флюгеру разворачивается по ветру, захватывая воздушный поток, снижая его скорость, и меняя направление. Директор компании Маринус Миремета утверждает, что эффективность новаторской турбины достигает 80% от максимально доступной теоретически в ветровой энергетике эффективности. И этого уже вполне достаточно.

В Нидерландах средняя семья потребляет 3300 кВт-часов электрической энергии за год. По данным разработчиков, половину этой энергии может обеспечить одна турбина Liam F1 при скорости ветра не менее 4,5 м/с.

Можно разместить три такие турбины в вершинах треугольника на крыше дома, тогда каждая из турбин будет обеспечена ветром и они не будут друг другу мешать, а напротив станут помогать друг другу.

Если речь идет об установке в городе, где имеют место турбулентные потоки, то производитель предлагает немного приподнимать ветрогенераторы, устанавливаемые на городских крышах, крепя их на шесты, чтобы стены соседних домов не мешали ветряным потокам.

Предполагаемая стоимость новой турбины вместе с установкой составляет 3999 евро. Поскольку устройство имеет размер больше одного метра, то может потребоваться особая лицензия на его использование, поэтому, на самый крайний случай, фирмой производятся и турбины mini-Liam, диаметр которых 0,75 метра.

Производители планируют применять свои турбины не только для электроснабжения жилых и промышленных зданий, но и для электроснабжения морских судов.

Как видим, интересных альтернатив у производителей ветрогенераторов предостаточно.

Ветер - это форма солнечной энергии. Ветры вызваны неравномерным нагревом атмосферы солнцем, нерегулярной структурой поверхности земли и ее вращением. Траектории потока ветра измененяются ландшафтом земли, массами воды и растительностью. Люди используют ветер или энергию его движения во многих целях: для парусного спорта, запуска бумажного змея и даже для производства электроэнергии. Термины «энергия ветра» и «мощность ветра» описывают процесс использования ветра для генерации механической энергии или электричества. Ветряные турбины (ветрогенераторы) преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую, которая может быть использована для ряда специфических задач, таких, как размол зерна или перекачивание воды.

Так как же ветряные турбины производят электричество? Попросту говоря, ветряная турбина работает противоположно вентилятору. Вместо того, чтобы использовать электричество, чтобы создавать ветер, как вентилятор, ветрогенераторы используют ветер, чтобы производить электричество. Ветер поворачивает лопасти, которые вращают вал, соединенный с генератором, производящим электроэнергию.

Этот вид сверху на «завод энергии ветра» показывает, как группа ветрогенераторов может производить электроэнергию для потребительских сетей. Через линии передачи и распределения она поступает в дома, предприятия, школы и так далее.

Типы ветряных турбин

Современные турбины разбиваются на две основных группы: горизонтально-осевые и вертикально-осевые, похожие на «взбивалки» модели Darrieus, названной в честь ее французского изобретателя. Горизонтально-осевые турбины, в типичном случае, имеют две или три лопасти. Эти трехлопастные турбины работают «против ветра», с лопастями, смотрящими на ветер.

Турбина GE Wind Energy мощностью 3.6 мегаватта - одна из крупнейших среди когда-либо устанавливавшихся:

Турбины большего размера более эффективны. И в ценовом отношении тоже.

Размеры ветряных турбин

Диапазон размеров турбин «сервисного» масштаба простирается от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Большие турбины группируются вместе в «ветряные фермы», которые осуществляют оптовые поставки электроэнергии в электросети.

Небольшие одиночные турбины мощностью ниже 100 кВт используются для электроснабжения домов, телекоммуникационных антенн или питания водоперекачивающих насосов. Маленькие турбины иногда применяются в комплексе с дизельными генераторами, аккумуляторами и солнечными батареями. Эти системы называют «гибридными ветровыми системами» и находят применение в отдаленных местах, где подключение к электрической сети невозможно.

Внутри ветряной турбины

Anemometer	Анемометр	Измеряет скорость ветра и передает данные скорости контроллеру.
Blades	Лопасти	Большинство турбин имеет или две или три лопасти. Ветер, проходящий сквозь лопасти, заставляет их «взлетать» и вращаться.
Brake	Тормоз	Дисковый тормоз, с механическим, электрическим или гидравлическим приводом для остановки ротора в критических ситуациях.
Controller	Контроллер	Управляющий контроллер запускает машину на скоростях ветра приблизительно 8…16 миль в час и отключает машину приблизительно при 55 милях в час. Турбины не работают на скоростях ветра выше 55 миль в час, потому, что сильный ветер может их разрушить.
Gear box	Коробка передач	Механически соединяет низкоскоростной вал турбины с высокоскоростным, увеличивая скорость вращения с 30…60 оборотов в минуту, до 1000…1800 оборотов, то есть до скорости, требуемой большинству генераторов для выработки электроэнергии. Коробка передач - дорогостоящая (и тяжелая) часть ветровой турбины и инженеры исследует генераторы «прямого привода», которые работают на более низких вращательных скоростях и не нуждаются в коробках передач.
Generator	Генератор	Обычно стандартный индукционный генератор, который вырабатывает электроэнергию переменного тока частотой 60 Герц (для США).
High-speed shaft	Высокоскоростной вал	Приводит в действие генератор.
Low-speed shaft	Низкоскоростной вал	Ротор вращает этот вал со скоростью порядка 30…60 оборотов в минуту.
Nacelle	Гондола	Гондола находится наверху башни и содержит в себе коробку передач, низко- и высокоскоростной валы, генератор, управляющий контроллер и тормоз. Некоторые гондолы достаточно велики для того, чтобы на них мог сесть вертолет.
Pitch	Разворот лопастей	Лопасти Поворачивает к ветру или под углом к нему, чтобы управлять скоростью вращения ротора и препятствовать вращению при ветрах, которые слишком сильны или слишком слабы для выработки электроэнергии.
Rotor	Ротор	лопасти и ступица вместе называют ротором.
Tower	Башня	Башни сделаны из стальной трубы (показаны здесь), бетона или имеют ажурную конструкцию. Поскольку скорость ветра увеличивается с высотой, более высокие башни позволяют турбинам захватить больше энергии ветра и произвести больше электроэнергии.
Wind direction	Направление ветра	Есть так называемые турбины «против ветра», потому, что при работе они повернуты «лицом» к ветру. Другие турбины разработаны, чтобы работать с «подветренной» стороны, отворачиваясь от ветра.
Wind Vane	Флюгер	Определяет направление ветра и передает данные в управляющий контроллер для ориентации турбины в соответствии с направлением ветра.
Yaw drive	Привод гондолы	Турбины типа «против ветра» должны быть направлены на ветер и привод гондолы используется для коррекции направления ротора при изменениях направления ветра. «Подветренные» турбины не требуют привода ротора, так как ветер дует им в «спину».

На счет лопастей (с горизонтальной осью), мне понравилась статья из журнала «Моделист-конструктор», 1993год, №8. http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/%27%27Modelist-konstruktor%27%27/%27%27MK%27%27,1993,N08.%5Bdjv-002%5D.zip Там доходчиво расписан и принцип действия и как его сделать.
Чем смотреть такую прессу, лучше прочитать (вдумчиво) книгу Фатеева "Ветродвигатели и ветроустановки"
Касаемо промышленных ветротурбин dzen +1 [B]Три лопасти как компромис между С одной стороны стремлением обеспечить конструктивную прочность лопастей и снизить динамические нагрузки, удешевить ВЭУ путём уменьшения количества лопастей, обеспечить допустимый уровень аэродинамических шумов и вибраций, усиливающихся с ростом скорости движения концов лопастей и с другой стороны стремлением к увеличению КПД ветротурбины, растущего с увеличением оборотов ветротурбины и числа лопастей. [I]Учебник «Ветродвигатели и ветроустановки» Фатеева Е.М.
3-лопастная турбина имеет постоянный момент инерции относительно оси ориентирования,независимый от положения лопастей, следовательно при ориентировании ветряка не возникает вибраций. 2-лопастная при ориентировании трясется.
RE: Почемы 3 лопасти / Виталий71 Нууу, впервих кпд как раз самои болшои у одлолопастника, но он динамически несбалансируемий. А у двухлопастника звук вопиюсчий, зато трехлопастник - ето последний с высоким коефициентом, так как увеличение лопастеи сверх 3...5 НЕ ИЗМЕНЯЕТ кпд, зато крепко снизает СКОРОСТЬ вращения, значит материалоэмкость
В зависимости от быстроходности ветряка, для максимума КИЭВ, есть оптимальный коэффициент заполнения ветротурбины и от количества лопастей мало зависит, идеальная турбина-бесконечное количество бесконечно-узких лопастей. Наиболее сбалансированны 3, 6, 12, 18, ... , 3 минимальное число.
А меня звук двухлопастника не напрягал, хоть я и не ту кромку заточил по невниманию.
это про гигаваттник??? Но обычный (непойманный) ветер тоже вызывает широкий спектр звуковых колебаний (ИНЧ в том числе), хаотически давя на листья, ветви деревьев, окна и стены зданий. И даже в чистом поле ветер человеку на уши давит. Гроза и землетрясения тоже генераторы инфразвука. Насекомые и некоторые растения (перекати-поле) могут быть унесёнными потоками воздуха. Запретить это всё срочно!!! :)))
Да бредни это, слухи,которые финансово поддерживались в 80 годы владельцами теплоэлектростанций. Прблема мегаваттных ветряков,то что птицы (особенно по холоду) облепляют и обгаживают их, при наличии дырок вовнутрь,патаются свить гнезда внутри. Гнезда в ветряках сам видел.
Господа добрый день. Интересные у вас беседы однако прошу прощения у меня вопрос, а кто нибудь собирал турбину Горлова (http://www.quietrevolution.com/) я сделал но она и при сильном ветре не крутит если кто знает в чем секрет (где то есть изюменка а где не знаю)
Похоже ещё один человек хочет наступить на грабли. Есть простая истина, подтверждена теоретически и практически, причём не раз - все вертикалки делаются для красоты, но не как не для работы.
Эта т.н. турбина горлова - обычный ротор Дарье, скрученный в спираль для снижения резких кратковременных нагрузок. Но кроме снижения нагрузок, сильно падает КИЭВ и поэтому, чтоб она закрутилась, надо делать очень качественные лопасти и иметь сильный ветер. Ну и использовать ее хорошо только для красоты или раскрутки каких нибудь инвесторов на деньги.
То есть никто не знает что надо чтоб она закрутилась?
Качественные лопасти и сильнейший ветер.
Профиль лопастей должен быть точный, плоские ленты не пойдут. Плюс хороший ветер и разгонять её надо до рабочей скорости, сама турбина не разгонится даже при хорошем ветре. Против ветряка с горизонтальной осью её КИВ почти в 3 раза меньше. Вот выглядит красиво, ничего не скажешь:)
аэродинамический профиль крыла? А для разгона можно использовать ротор Савониуса.
Доказано расчетами и практикой, что профиль лопасти (хорда), должна быть приближена к идеальной, передняя плоскость отражающая ветровой поток по углу атаки где создается избыточное давление может быть плоской, а вот тыловая плоскость лопасти, чтобы создать по больше разницу давлений воздуха за лопастью нежели перед ею, должна быть выпуклой не равномерно создавая разряженность воздушных масс Может что не так?
Да посмотрите любой атлас аэродинамических профилей и увидите какие они-эти профили.
Да, я в курсе о них.
В крупных турбинах (относительно) управление лопастями идет опосредовано, извне. По крайней мере в Крыму на ВЭС управление было с персоналки в зависимости от нагрузки, оборотов, etc.

Ветровая турбина гиперболоидного типа по Шухову способна работать даже в восходящих потоках воздуха, что имеет место, как правило, рядом с рекой, озером, болотом, на склонах холмов и оврагов. Создаются условия «самовсасывания» и «самоподдержки», как и в геликоидных турбинах, хотя это не играет решающей роли в работе.

Технология ожидает финансирования и находится в процессе разработки!

Описание:

В основе ветровой турбины гиперболоидного типа по Шухову заложены идеи великого русского инженера и учёного Шухова В.Г.

На рисунке рабочая зона ветрового потока окрашена красным цветом. По данному параметру она (ветровая турбина гиперболоидного типа по Шухову) превосходит другие типы турбин, а именно: рабочая зона ветрового потока крыльчатого типа – 7-8% от ометаемой площади; турбины Дарье и Савониуса – 45-50%; в данном случае – 60-70%.

Ветрогенератор подобного типа способен работать даже в восходящих потоках воздуха , что имеет место, как правило, рядом с рекой, озером, болотом, на склонах холмов и оврагов.

Создаются условия «самовсасывания» и «самоподдержки», как и в геликоидных турбинах , хотя это не играет решающей роли в работе.

Преимущества:

– линия контакта активного слоя потока воздуха, омывающего гиперболоид, в 1,6 раза длиннее аналогичной линии вращающегося цилиндра ветрогенератора роторного типа с прямыми лопастями. Естественно ожидать, что и КПД ветроустановки будет выше пропорционально этой же величине,

– конструктивное устройство рабочего органа в сочетании с лёгкостью, прочностью и сбалансированностью позволяет узлы установки (редуктор, электрогенератор и др.) разместить внутри встроенного объёма, что уменьшает габариты и массу всей установки в целом,

– суммарный момент инерции конструкции определяется как сумма произведений масс материальных точек на величину квадрата длины радиуса. Исходя из этого, следует, что момент инерции покоя конструкции, как минимум, вдвое меньше момента инерции вращающегося цилиндра ветроустановки с прямыми лопастями, и, следовательно, потребная сила ветра в момент страгивания в два раза меньше.

Сравнение характеристик:

Характеристики	Ветрогенератор крыльчатого типа	Ветрогенераторы с вертикальной осью	Ветровая турбина гиперболоидного типа
Мощность, кВт	1,0	1,0	1,0
Габаритные размеры, мм	2 800 мм в диаметре (круг, описываемый лопастями)	454 мм в диаметре, 4 000 мм. высота лопастей	520 мм в диаметре, 850 мм. высота лопастей
Масса (ветродвигатель и генератор), кг	70	98	43
Сила ветра в момент страгивания, м/сек	2,0	3,0	1,0 – 1,4
Частота вращения, об/мин	300-400	180-300	600-900

Примечание: описание технологии на примере ветровой турбины гиперболоидного типа по Шухову.

вертикальная invelox rimworld ветровая турбина повышенной производительности
ветровая роторная турбина болотова своими руками
звт закрытая парящая ветровая турбина с солнечными батареями запчасти фуллера своими руками овчинников
купить однолопастные закрытые ветровые турбины дома цена
кпд генератор турбин ветровых электростанций
мини ветровой турбина генератор

Коэффициент востребованности 1 552

Поиск технологий

Найдено технологий 1

Может быть интересно:

Модульный комплекс "Сибирь" предназначен для извлечения золота, платины и редкоземельных …

Вновь созданная ветровая турбина относится к возобновляемым источникам энергии в виде вертикально – осевых ветровых турбин (международная аббревиатура VAWT) карусельного типа

В современном мире сделали ставку на возобновляемые источники энергии, в том числе на ветроэнергетику. Преобладают ветрогенераторы пропеллерного типа, с горизонтальной осью вращения. Такие генераторы требуют мощных опорных башен и повышающих редукторов, что увеличивает сроки окупаемости. К тому же, такие агрегаты являются мощными низкочастотными источниками шума. Эти обстоятельства ограничивают круг покупателей и заставляет искать альтернативу традиционным ветряным электрогенераторам.

Преимуществом роторов вертикального типа является, прежде всего, более низкий срок окупаемости, а также то, что они допускают работу в широком диапазоне скоростей ветра. В то время как роторы с горизонтальной осью переводятся в защитный режим авторотации при некоей предельной скорости ветра, превышение которой чревато разрушением конструкции.

В таком режиме пропеллер отсоединён от мультипликатора и генератора, электроэнергия не вырабатывается. А роторы с вертикальной осью испытывают значительно меньшие механические напряжения при равной скорости ветра, нежели роторы с горизонтальной осью. К тому же последние требуют дорогостоящих систем ориентации по направлению ветра.

В то время как роторы с вертикальной осью могут работать при любом направлении ветра. Также преимуществом вертикальных роторов является их малошумность и возможность установки в городских застройках, в том числе и на крышах зданий.

В рамках данного проекта предложен принципиально новый подход к конструкции вертикальных ветрогенераторов электроэнергии. Он основан на использовании низко расположенного прочного ротора, на периферии которого закреплено множество парусов – крыльев.

Ротор снабжён опорными стойками колёсных шасси, что позволяет ему вращяться вокруг неподвижной оси с устойчивой порой на фундамент за счёт колёс шасси. Множество парусов – крыльев создают за счёт аэродинамических сил большой вращательный момент. Что делает данную конструкцию рекордной по удельной мощности. Диаметр ротора может составлять 10 метров.

При этом на таком роторе возможна установка крыльев площадью более 200квадратных метров, что позволит генерировать до ста киловатт электроэнергии. При этом вес таких агрегатов настолько мал, что его возможно устанавливать на крышах зданий и обеспечивать их за счёт этого автономным электроснабжением. Или же возможно обеспечить электроэнергией большую ферму в степи, куда не проложена линия электропередачи. Увеличение мощности до сколь угодно большой величины достижимо тиражированием таких агрегатов. То есть, ставя много однотипных ветроустановок, достигаем нужной мощности.

В ходе Интернет - мониторинга выявлена американская компания, производящая VAWT для резиденций, заправочных станций электромобилей, а также для Министерства обороны США (электронный ресурс http://www.vortexis.com/vortexis-engineering.html)

При отдалённом внешнем сходстве американской VAWT с нашей турбиной, имеются следующие принципиальные отличия:

1. У аналога вращается внутренняя часть VAWT. А внешняя часть - это статор (неподвижный направляющий аппарат). У заявляемого объекта вся система - единый ротор. Хотя возможно дополнительно комплектовать нашу турбину статорными плоскостями – ветроконцентраторами.

2. Поскольку мощность зависит от крутящего момента, который прямо пропорционален радиусу ротора, при прочих равных условиях у нашей турбины радиус больше (при одних и тех же габаритах).

3. Наша турбина содержит горизонтальную крыльчатку, в отличие от аналога, которая снимает мощность с восходящего вихря внутри ротора.

4. У аналога нет наклонных антикрыльев. В нашей системе они есть, в количестве от 9до 18. Эти антикрылья, как показало сравнение старой модели с девятью антикрыльями и новой с вдвое большим количеством антикрыльев, увеличили мощность на 10 %.

5. Указанная компания не может делать большие VAWT. Заявитель проектирует турбину мощностью до 50...80 кВт, что на полтора порядка превосходит показатели описанного аналога.

Что касается технической эффективности. Наш прототип при высоте лопастей 800мм и поперечном габарите 800 мм при скорости ветра 11 м/с развил механическую мощность 225 Вт (при 75 оборотах в минуту). При этом он отстоял от поверхности земли на высоте менее метра. По данным ресурса http://www.rktp-trade.ru сопоставимую мощность (300 Вт) развивает пятилопастной вертикальный ветряк, установленный на шестиметровой мачте, причём он имеет пять 1200 – мм лопастей, установленных на габаритном диаметре 2 000 мм.

То есть, если принять ометаемые ветром площади сравниваемых ветряков равными, то получится, что прототип энергоэффективнее известного ветряка в 2,5…3 раза, с учётом того, что у земли ветер слабее из-за близости к граничной поверхности и имеет выраженный турбулентный характер. Из этого, зная, что описанный аналог имеет коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) равный 0,2, можно оценить КИЭВ прототипа как 0,48, что намного выше, чем у VAWT типа «Савониус» и «Дарье» и соответствует лучшим мировым образцам горизонтально – осевых ветрогенераторов.

При этом материалоёмкость и себестоимость у прототипа несопоставимо ниже, чем у пропеллерных мачтовых ветряков, имеющих механизмы ориентации на ветер и высоко расположенный энергомодуль с дорогим повышающим редуктором планетарного типа.

Сравнительная оценка эффективности роторов ветровых турбин различных типов приведена ниже в таблице 1.

Таблица1

Тип ротора	Расположение оси вращения	Коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ)	Источник	Примечания
Ротор Савониуса	Вертикальное	0,17	Р.А. Янсон. Ветроустановки. Под редакцией М.Ж. Осипова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007г., стр.23, рис.13	Разработан около восьмидесяти лет назад, схема - рис. 7 (д) на стр.17 упомянутого источника
Ротор Н-Дарье с широко разнесёнными лопастями	Вертикальное	0,38	Там же	Разработан около века назад, схема - рис. 7 (а) на стр.17 упомянутого источника
Многолопастные сопротивления	Вертикальное	0,2	Там же, а также конкретный коммерческий продукт на сайте http://www.rktp-trade.ru	К этому типу относится и широко известный в Астане ротор Болотова.
Двухлопостные пропеллерные	Горизонтальное	0,42	Там же	Самый распространённый в мире тип ветродвигателей на сегодня
Ротор нашей турбины (формально Н-Дарье, но с плотно сомкнутыми лопастями, на которых установлены наклонные антикрылья и горизонтальная крыльчатка)	Вертикальное	0,48…0,5	Натурные замеры скорости ветра анемометром, крутящего момента ротора динамометром, оборотов ротора тахометром	КИЭВ определён косвенными методами. Необходим прямой замер электрической мощности на электрогенераторе, который предстоит приобрести.

Т.о, заявляемый объект не только нов и неочевиден, но и соответствует лучшим мировым стандартам по КИЭВ, превосходя мировые стандарты по сопутствующим затратам и сроку окупаемости.

В дальнейшем планируется сконструировать, изготовить и испытать полноразмерный пилотный образец. Планируется наладить массовый выпуск таких установок после отладки пилотного образца, с оснащением такими установками не элекрифицированных районов в сельской местности и новых зданий в городах. опубликовано