Однолопастной ветрогенератор для слабых ветров: Ветрогенераторы (ветряки). ООО Ветрострой

изменяемый шаг винта безусловно позволяет увеличить диапазон эффективных скоростей работы. Но внедрение этого механзма неизбежно ведёт к усложнению конструкции лопасти, уменьшению общей надёжности ветрогенратора, утяжелению ветроколеса, а значит будут требоваться дополнительные усиления конструкции. Всё это приводит к удоражанию всей системы, как при покупке, так и при эксплуатации.

Безлопастные турбины — новый вид ветрогенераторов

voltNik

6 инновационных проектов ветряных турбин

Тайфунная турбина

Разработанный японцем Атсуши Шимицу ветрогенератор использует мощную энергию тайфунов, с которыми часто приходится сталкиваться жителям Японии. По расчетам Шимицу, энергии одного тайфуна хватит для обеспечения электричеством всего населения страны в течение 50 лет.

Установка в форме машинки для взбивания яиц может выдерживать сильнейшие порывы ветра за счет всесторонней вертикальной оси. Испытания уменьшенного прототипа системы прошли успешно, поэтому изобретатель ищет инвесторов, которые помогли бы построить полноразмерный генератор.

Гибридный ветро-гидрогенератор

Немецкая энергетическая компания Max Bögl Wind AG и американская GE Renewable Energy установят в одном из регионов Германии первые в мире ветро-гидротурбины.

При отсутствии ветра в работу будут включаться гидротурбины, благодаря чему процесс выработки энергии окажется непрерывным.

Четыре установки на 13,6 МВт будут построены к 2018 году в Швабско-Франконском лесу на холме, так как для эффективной работы станция должна располагаться на возвышенности.

GE Reports and Max Bögl Wind AG

Ветрогенератор-аэростат

Большинство ветрогенераторов прочно стоит на своих основаниях на земле или на дне моря, но появляются и исключения. Первая летающая ветряная установка была запущена в Фэрбенксе, штат Аляска, в 2014 году. Система BAT была создана стартапом из МТИ Altaeros Energies.

Цилиндрическая турбина, заполненная гелием может парить на высоте 300 м и собирать энергию в 5-8 раз более мощных порывов ветра, чем на земле. За 18 месяцев установка выработала достаточно энергии для обеспечения более десяти домов.

Кроме того, BAT может раздавать Wi-fi и мобильные сигналы, а также собирать метеоданные.

Безлопастные генераторы

Установки Vortex Bladeless специально избавлены от лопастей, чтобы защитить пролетающих мимо птиц — часто они становятся жертвами ветрогенераторов.

По форме турбины напоминают тонкие столбики, за счет чего их можно устанавливать на близком расстоянии друг от друга. Vortex собирает энергию вихрей в воздушном потоке.

Разработчики утверждают, что производство таких установок обходится на 53% дешевле, а расходы на эксплуатацию сокращаются на 80%.

Ветряная труба от SheerWind

Инновационная установка вырабатывает в 600 раз больше энергии, чем обычные ветряки. Система подхватывает ветер у поверхности земли, а затем прогоняет его по воронке внутри генератора. Таким образом скорость движения воздуха увеличивается.

Установка INVELOX, созданная компанией SheerWind, может вырабатывать энергию даже при слабом ветре, а отсутствие лопастей не вредит представителям дикой природы.

Строительство такой установки также обходится дешевле, чем возведение классического ветрогенератора.

Ловец ветра Catching Wind Power

Любитель птиц Реймонд Грин в 2012 году разработал систему Catching Wind Power. Оборудованные подобием мегафонов генераторы подхватывают ветер, прокручивают в воронках, а затем сжимают его.

Снаружи полностью отсутствуют подвижные детали, поэтому ветряки полностью безопасны для пролетающих мимо птиц и летучих мышей. Ветрогенератор можно масштабировать и использовать как для крупных промышленных предприятий, так и для дома.

Ветрогенераторы

• Основные виды предлагаемого нами оборудования
• Ветряки с горизонтальной и вертикальной осью вращения
• Ветрогенераторы однолопастные, двухлопастные, трехлопастные, многолопастные, безлопастные
• Жёстколопастные и парусные ветрогенераторы
• Ветрогенераторы с фиксированым и изменяемым шагом винта

получили наибольшую популярность, ось вращения турбины расположена параллельно земле, лопасти вращаются против ветра. Эта турбина известна всем в виде ветряной мельницы.

Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы. Если ветер начинает дуть в другую сторону, то и турбина вместе с лопастями меняет своё направление.

Горизонтальные ветряки могут применяться не только в крупных энергостанциях (ветрофермах), но и для обеспечения электроэнергией отдельных жилых и нежилых построек.

лопасти таких турбин движутся параллельно земле. Их можно ввести в действие на любой местности, так как на их движение не влияет направление ветра.

Ось турбины устроена так, что всё её оборудование можно установить на небольшом расстоянии от земли и производителю не нужно строить высокую башню. Вертикальные ветрогенераторы гораздо менее эффективны, чем горизонтальные.

У вертикальных турбин половина работы лопасти происходит противоположно направлению ветра. А у горизонтального генератора, темп теряется только из-за смены ветра и, соответственно, поворота лопастей в другую сторону.

Для его установки понадобиться гораздо больше места, чем для горизонтального генератора. С учётом что для ориентирования горизонтального ветрогенератора достачно флюгера, то вертикальный ветрогенератор для автономного электроснабжения теряет все преимущества.

российские инженеры недавно разработали новый вид ветрогенераторов. Новинка получила название однолопастные генераторы, которые имеют массу преимуществ. Однолопастные ветрогенераторы Electro Wind были приспособлены к работе в условиях слабых ветров. Они в два раза быстрее.

И это заметно даже при одинаковых условиях работы, то есть скорости и направлению ветра. Кроме этого, стоимость нового ветрогенератора ниже за счет того, что цена на ветряк на 80 процентов отражает стоимость электрогенератора. В них используется двигатель, который стоит на порядок ниже.

Еще одним преимуществом однолопастных ветрогенераторов является высокое КПД. Этот показатель составляет 50 процентов и выше КПД обычного генератора на 2 процента. Конструкция однолопастного ветрогенератора просчитана до мельчайших деталей. Этим занимались специалисты по динамике из академии Жуковского.

Работа однолопастных ветрогенераторов практически бесшумна, а в некоторых случаях уровень шума может быть таким же, как и у обычных генераторов.

имеют те же преимущества, что и однолопастные. Еще одним безусловным достоинством этих ветрогенераторов является уравновешенность ротора при любом угловом положении лопастей, за счет четного их количества.

Это их достоинство нашло применение в самоподъемных ветрогенераторах малого и среднего диапазона мощностей.

При подъеме с земли или опускании на землю самоподъемных двухлопастных ветрогенераторов, плоскость их ротора, при любом угловом положении лопастей будет стремиться занять горизонтальное положение, что значительно упрощает технологию процесса подъема или опускания этих устройств.

являются наиболее распространенными из предлагаемых на рынке ветряков. Их номинальная мощность составляет от нескольких ватт до 7 МВт. Все ветроэнергетическое оборудование большой мощности (от 500 кВт и выше) представляют трехлопастные горизонтально-осевые ветрогенераторы.

начинают вращаться на меньших скоростях, чем двух- и трёхлопастные, но для выработки электроэнергии важен не сам факт фращения, а выход на нужные обороты.

Каждая дополнительная лопасть увеличивает общее сопротивление ветроколеса, а это усложняет выход на рабочие обороты генератора, увеличивая необходимую рабочую скорость ветра.

Многолопастные будут начинать вращаться при меньших скоростях, но они больше применимы, где важен сам факт вращения, то есть для перекачки воды или других подобных действий. При применении же для выработки электроэнергии многолопастных ветряков, они создают лишь видимость работы.

такой ветрогенератор, созданный стараниями инженеров компании Saphon Energy, работает по принципу парусника.

Он сконструирован так, что «парус», который больше похож на тарелку, ловит ветер, преобразуя энергию движущейся массы воздуха в электричество.

Благодаря напору ветра (даже небольшого) парус колеблется, способствуя движению небольших поршней, расположенных в верхней части системы.

Поршни, в свою очередь, запускают в работу особую гидравлическую систему, которая и преобразует кинетическую энергию в электричество.

По словам разработчиков, Saphonian, так называется система, не содержит ни трансмиссий, ни «коробки передач». Кроме того, такая система практически не шумит. В то же время, КПД такой системы в 2,3 раза выше, чем у обычного ветрогенератора.

Кроме того, расходы на поддержание системы в работе на 45% ниже, чем в случае традиционной схемы работы.

жёсткие лопасти ветрогенератора изготавливаются из металла (легкие твердосплавы – дюраль, титан), стеклопластик, углеволокно, древесина. Для них требуется ежегодное обслуживание (замена антикорозийной плёнки на концах лопастей). Без обслуживания жёсткая лопасть продолжит работать, чуть потеряв в своих характеристиках.

для изготовления применяются различные современные высокотехнологичные ткани – гельвенор (Gelvenor), Cuben, NewSkytex, Toray, Sofly. Ранее использовались парусина, лаке, Pertex, Carrington. Стоят они значительно меньше жёстких да и проще в изготовлени.

Но это дешивизна может обернуться большими расходами. При диаметре ветроколеса в 3 метра на рабочих оборотах генератора (400-600 оборотов в минуту) конец лопасти движется со скоростями в 500 км/ч.

Даже в идеальных условиях это серъёзное испытание, а если учеть что в востухе постоянно есть пыль и песок, то для парусной лопасти может потребоваться полная замена не через год, а уже после первых сильных ветров.

Поэтому для автономного электроснабжения, где требуется значительная наджность компонентов системы, применение парусных лопастей не рекомендуется.

достоинством таких винтов является простота конструкции и технологичность изготовления, при некоторой, вполне определенной скорости потока, которую задал разработчик, все сечения лопасти работают на оптимальном угле атаки, КПД винта на таком режиме приближается к теоретически возможному и винты создают минимальный шум. Недостатком такого винта является однорежимность. Увеличение или снижение скорости потока нарушает картину обтекания и снижает КПД до 25-35%. Эти винты также должны работать с ограничителями частоты вращения ротора. Их целесообразно использовать в условиях малого градиента скоростей ветра.

изменяемый шаг винта безусловно позволяет увеличить диапазон эффективных скоростей работы. Но внедрение этого механзма неизбежно ведёт к усложнению конструкции лопасти, уменьшению общей надёжности ветрогенратора, утяжелению ветроколеса, а значит будут требоваться дополнительные усиления конструкции. Всё это приводит к удоражанию всей системы, как при покупке, так и при эксплуатации.

Бесшумный вертикальный ветрогенератор без лопастей от Vortex Bladeless, стартап испанских инженеров

К небольшим ветрогенераторам, особенно вертикальным, в альтернативной энергетике принято относится несколько скептически. Эта концепция часто подвергается критике «зеленых» энтузиастов, иногда не безосновательно. Но такое отношение совсем не останавливает желающих разрабатывать новые, отличные от «традиционных» модели ветровых турбин. Так, команда дизайн-студии Vortex Bladeless надеется, что их разработка станет «прорывной» технологией в ветроэнергетике, поскольку их ветряк «более эффективный, дешевый и экологически дружественный способ производства энергии».

Ветрогенератор Vortex радикально отличается от привычного всем дизайна, напоминающего ветряную мельницу — у него нет вращающихся лопастей (вообще не просматриваются какие-либо движущиеся части), а внешний вид напоминает покачивающуюся гигантскую бейсбольную биту. Принцип работы нового устройства основан на феномене «вихревая дорожка Кармана» — явлении, при котором наблюдаются образования цепочек вихрей при обтекании газом или жидкостью цилиндрических объектов.

Компания заявляет, что конструкция ветротурбины Vortex Bladeless позволяет снизить производственные затраты на 53%, сократить затраты на техническое обслуживание на 80% и уменьшить углеродный след (количество парниковых газов выделенных при производстве продуктов, транспортировке и т.  д.) на 40% в сравнении с лопастными ветровыми установками. Кроме того, создатели утверждают, что новый ветряк работает тише обычных турбин и представляет гораздо меньшую угрозу для птиц и всей окружающей среды.

В Vortex уверяют, что их вертикальный безлопастной ветрогенератор может генерировать больше энергии в меньшем пространстве, так как его габариты меньше традиционных ветроустановок. Кроме того, конструкция позволяет располагать ветряки намного ближе друг другу — важный фактор для проектировки и строительства крупных ВЭС.

«Мы протестировали работу устройств в аэродинамическом туннеле, расположив два ветряка Vortex напротив друг друга и выяснилось, что вторая установка получает даже больше энергии, поскольку использует вихри, образованные первой», — говорит Давид Суриол (David Suriol), один из разработчиков Vortex.

Первая модель, представленная Vortex, называется Mini и представляет собой ветрогенератор мощностью 4 кВт и высотой в 12,5 метров, предназначенный для небольших ВЭС и частных домохозяйств. Также ведутся работы над созданием Gran – моделью с мощностью в 1 МВт и более, которая станет основой для создания крупных ветропарков.

Vortex уже привлекла более 1000 000 евро частных и инвестиций крупных компаний в Европе и планирует выпустить действующий коммерческий прототип своей ветротурбины в течение года.

На сайте компании говорится, для реализации стартапа в июле 2015 будет запущена краудфайндинговая компания, однако более подробной информации, такой как технические характеристики ветрогенератора Vortex Bladeless, его стоимость и т.  д. пока не сообщается.

• Небольшой видеобзор устройства (англ. язык)
• Источник treehugger.com

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в х!

Безлопастные турбины: более экономный способ добычи электроэнергии из ветра

Компания-стартап из Испании считает, что, несмотря на всю прелесть обычных ветряных генераторов, есть еще более дешевый способ получения электроэнергии из ветра. Их проект носит название Vortex Bladeless, и на первый взгляд может показаться, что ветряные турбины, которые здесь используются, выглядят как обычные столбы, закопанные в землю.

Эти столбы-турбины тоже используют ветер для генерации электричества. Правда, ветер здесь используется не для раскручивания лопастей. Лопастей здесь нет вовсе. Вместо этого ветер здесь используется для создания колебаний ветряка.

Обычно инженеры-строители при проектировке различных высотных сооружений стараются найти способы избежать воздействия подобных сил на конструкцию.

Однако создатели турбин Vortex, напротив, нашли полезное применение этой особенности колебаний.

Как правило, структура может быть оптимизирована на вибрацию только на определенных частотах, при определенной скорости ветра, но в Vortex говорят, что «настройка» турбины под любой тип ветра и прямо во время работы возможна за счет использования магнитов. Когда структура начинает вибрировать, генератор в основе турбины преобразует механическое движение в электричество.

В чем преимущество новых турбин по сравнению с традиционными ветряками? В Vortex заявляют, что стоимость производимой их турбинами энергии в конечном итоге будет примерно на 40 процентов ниже, по сравнению со стоимостью энергии, добываемой сейчас обычными ветровыми генераторами. Все дело в том, что огромная часть этой экономии зависит от стоимости обслуживания ветряков.

Так как турбины Vortex не имеют двигающихся частей и приводов, то: во-первых, они гораздо дольше смогут прослужить; во-вторых, не потребуют периодичного обслуживания. Кроме того, простой дизайн конструкции подразумевает и более низкую цену при строительстве и установке.

Затраты снижаются примерно вполовину, по сравнению с традиционными ветряками (где немалая часть стоимости приходится на огромные лопасти).

В интервью порталу Wired испанская компания рассказала о том, что их турбины добывают примерно на 30 процентов меньше энергии, по сравнению с обычными. При этом компания просит учесть, что благодаря конструкции их турбин на одной и той же площади можно установить гораздо больше таких ветряков. Бонус — безлопастные турбины работают совершенно бесшумно.

В настоящий момент компания работает над несколькими размерами турбин. «Мини-версия» представляет собой турбину высотой около 12 метров. Для коммерческого использования она будет готова в следующем году. Более крупные, индустриальные версии турбин планируется начать производить в 2018 году.

Бесшумный ветрогенератор VORTEX

C. Шовкопляс

Представьте себе ветряную турбину. Что будет, если удалить лопасти?

Vortex – это вертикальный ветрогенератор без лопастей (рис. 1).

Вместо того, чтобы захватывать энергию ветра вращательным движением турбины, Vortex использует завихрения воздуха: аэродинамический эффект, возникающий при разрыве ветра при обтекании им жесткой структуры (вихревая дорожка Кармана, рис. 2). При обтекании ветром структура начинает колебаться и поглощать энергию, которую можно впоследствии использовать.

Рис. 1. Ветрогенератор Vortex

Система Vortex не просто не имеет лопастей. Для ее создания используется меньше сырья и материалов, становятся меньшими издержки и время производства этого оборудования.

Кроме того, отсутствие контактирующих подвижных частей означает, что в самой конструкции очень мало деталей, которые могут сломаться.

Это увеличивает время между интервалами технического обслуживания, и сокращает время простоя. В результате – низкие эксплуатационные затраты.

Рис. 2. «Дорожка Кармана» — аэродинамический эффект, вызывающий колебания стержня

Наконец, Vortex работает очень тихо, поскольку колеблется с частотой меньше слышимого шума (ниже 20 Гц). Это также безопаснее для птиц, которые часто страдают от столкновения с лопастями.

Vortex – довольно простая структура с пятью основными частями: фундамент, стержень, система генерации, система настройки, мачта.

Одним из главных преимуществ Vortex является его низкая стоимость, он будет производить энергию на 40% дешевле, чем сопоставимая по мощности лопастная ветровая установка.

Нынешняя приведенная стоимость производства энергии (LCOE) для типичной береговой ВЭС сейчас составляет $0,035/кВтч (около 35 евро за МВтч), включая капитальные затраты, эксплуатацию и техническое обслуживание, изготовление, аренду земли, страхование и другие накладные расходы.

В 2012 году компания получила большой грант на разработку технологии. На данный момент завершены испытания в аэродинамической трубе, проведены всесторонние исследования и разработки, имеется рабочий прототип. В 2014 году были проведены полевые испытания в Gotarrendura (Авила, Испания). Сегодня получены несколько патентов на технологии для Vortex.

В апреле 2015 года Vortex перебрался в Бостон, в Центр разработки инновационных технологий ВИЭ под эгидой Американского консультативного совета при Гарвардском университете с участием IDEO, TerraForm Power (SunEdison Group) и Dat Venture.

Технология VORTEX имеет очень низкий уровень капиталоемкости для подобных проектов, она конкурентоспособна как среди ВИЭ, так и по сравнению с традиционными технологиями.

Снижение затрат связано с сокращением производственных издержек: Vortex объединяет башню и генератор в одну структуру с меньшим количеством подвижных и трущихся частей, используя меньше материалов для производства одинакового количества энергии. Также отсутствуют гондола, опорные механизмы и лопасти которые являются самыми дорогими компонентами обычного ветрогенератора.

Экономия на производстве оценивается примерно в 53% от обычной стоимости производства ветряных турбин. Производство, транспортировка, строительство и сборка также будут проще, чем для обычной ветроэнергетики.

Конструкция Vortex полностью исключает механические элементы, которые могут страдать от износа и трения, что приводит к снижению затрат на техническое обслуживание на 80%. Нет необходимости менять какие-либо механические части или добавлять масло в механизм во время всего жизненного цикла Vortex.

Конечно, конструкция будет подвергаться усталости. Ветер может вызвать скручивание и деформацию конструкции, прежде всего в упругом стержне, особенно в его нижней части, которая должна выдерживать большие усилия.

Однако исследования, проведенные компанией, подтверждают, что напряжение на стержне далеко от предельных значений для материалов (углеродного волокна).

Расчетное моделирование оценивает срок службы установки от 32 до 96 лет.

Конструкцию легко собирать и обслуживать, поскольку сам генератор (и центр тяжести всей структуры) находится близко к земле. Это также означает, что нужен фундамент меньшего размера и массы. Радиус колебаний верхней части вихревого ветрогенератора равен диаметру самой широкой части установки на ее верхнем конце.

Система Vortex должна быть достаточно высокой. Она может захватить около 40% энергии ветра; теоретический максимум, которого можно достичь, составляет 59% (закон Бетца).

Но на одну и ту же площадь можно поместить гораздо больше установок Vortex и по меньшей цене, то есть производить с одной и той же площади больше электроэнергии, чем на обычных ветрогенераторах.

Меньшая стоимость и большая плотность установки компенсируют более низкую эффективность преобразования энергии (примерно на 30% меньше).

Уже сейчас имеются установки мощностью 4 кВт для использования возле жилых домов. Дополнительно Vortex работают и как радиотелевизионные антенны для частных домов. Они также могут работать как отдельно, так и в составе сети. Кроме того, Vortex прекрасно сочетается с солнечными батареями.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!

Просмотрено: 4 547

Вам также может понравиться

Безлопастный ветрогенератор: принцип работы необычного ветряка будущего

Ветроэнергетика прочно заняла свою нишу среди других способов производства электроэнергии.

Доля произведенного промышленными ветрогенераторами электротока от общего количества потребляемой энергии, например, в Дании, составляет 36%.

Возможности этого метода еще не изучены полностью, а обилие новых разработок, постоянно появляющихся и демонстрируемых конструкторами, говорит о перспективности этого направления.

Слишком заманчиво производить энергию из ветра, который достается совершенно бесплатно и в неограниченном количестве. Энергия есть, ее много, надо только суметь получить.

Ветряки необычных конструкций

Согласно расчетным данным, максимально возможный КПД ветрогенератора составляет 59,3%.

Причина этого кроется в особенностях конструкции ветряков и в большом количестве потерь на трение, передачу вращения и прочих тонких эффектах, в сумме отбирающих половину (а то и больше) эффективности устройств.

Ограниченные возможности существующих ныне ветрогенераторов стали причиной активного поиска более удачных конструкций, работающих на иных принципах и способных к более интенсивному приему энергии ветра.

Наиболее привлекательна идея отказаться от привычных лопастей и пойти по пути использования более простых конструкций. Это позволит снизить расходы на производство и обслуживание, увеличит срок службы, снизит уровень шума и опасность для птиц и животных. Разработки, уже имеющиеся в этом направлении, сулят большие перспективы в случае их широкого распространения.

Ветрогенератор без лопастей

Безлопастные ветрогенераторы разрабатываются уже довольно давно, но дальше предложенных проектов пока дело не заходило. Наконец, испанская компания Vortex представила полноценную рабочую конструкцию ветротурбины, полностью лишенной лопастей.

Вариант, предложенный Vortex, вызвал немалый интерес среди представителей научных и деловых кругов. Учитывая скептицизм, который принято испытывать по отношению к различным «непонятным» конструкциям, подобное отношение наглядно демонстрирует наличие проблемы и существование серьезной заинтересованности в ее решении.

Существуют и другие безлопастные конструкции, например, парусные ветряки, не имеющие вращающихся частей, а использующие силу давления ветра на сплошное полотно.

Поток, взаимодействующий с парусом, используется полностью, но велики потери при передаче энергии на систему поршней, от которых приводится во вращение генератор.

Кроме того, сильный порыв ветра создает большую нагрузку на полотно, что создает угрозу разрушения или опрокидывания мачты с ветряком.

Все имеющиеся до сего времени варианты конструкции безлопастных ветрогенераторов имели общий недостаток — они использовали для производства энергии обычные тихоходные генераторы, нуждающиеся во вращении. Поэтому любая разработка имела один и тот же проблемный узел — участок преобразования полученной энергии во вращательное движение.

Специалисты Vortex, похоже, нащупали способ решения проблемы, отказавшись от традиционных генераторов.

Как устроены безлопастные ветряки?

Конструкция, которую вынесли на суд общественности инженеры Vortex, по их заверениям, имеет большую эффективность, экономичность, экологическую чистоту. Внешне устройство выглядит необычно и несколько футуристически — ветряк представляет собой вытянутый конус, установленный на вершину.

Определить на вид предназначение такого сооружения невозможно, если заранее не иметь о нем никакого представления. При работе никакого вращения нет, устройство лишь слегка раскачивается под действием ветра.

Компания планирует начинать массовое производство с небольших моделей, имеющих вес 10 кг, высоту 3 м и развивающих мощность 100 Вт.

Параллельно разработана более солидная установка на 4 кВт, имеющая 13 м высоты и вес 100 кг.

В ближайшее время предстоит тестовый запуск станции из 100 столбов, которые будут обеспечивать электроэнергией 300 частных домов в Шотландии.

В планах компании проект создания мегаваттной установки, способной обеспечивать энергией серьезные количества потребителей в масштабе больших городов, крупных промышленных предприятий.

Проект получил широкую поддержку экологических организаций и общественных движений.

Принцип работы

Действие генератора основано на образовании воздушных завихрений, которые создаются при обтекании потоками ветра цилиндрических препятствий. Конусообразная форма устройства способствует раскачиванию, чувствительность к нарушению равновесия является важным показателем работы ветряка.

Образующиеся вихри создают достаточно сильную вибрацию, приводящую в движение всю конструкцию столба, на изменение положения реагируют чувствительные магниты, создающие сильное поле. Эффект образования завихрений, создающих цепочки возмущений потока, известен уже более 100 лет. Он впервые описан и рассчитан Теодором фон Карманом в 1912 году, но на пользу его никто не пытался обратить.

Воздушные завихрения, использованные в основе конструкции, до сих пор считались вредными паразитными проявлениями.

Их влияние способно к серьезным воздействиям на конструкцию, что наглядно продемонстрировал мост Такома-Нарроуз в Америке, который разрушился из-за таких колебаний.

Подобных примеров, приведших к сильной раскачке мостовых конструкций, можно привести достаточно много. Ветрогенератор, предложенный компанией Vortex, является первой попыткой направить эти силы на пользу.

Испытания, проведенные специалистами, показали, что наилучшие показатели достигаются при использовании нескольких установок, расположенных неподалеку друг от друга.

Колебания, инициированные первым столбом, улавливаются второй конструкцией, усиливаются и направляются дальше — нарастающей.

Такая способность натолкнула конструкторов на мысль о необходимости использовать не отдельные устройства, а комплекты, дающие сильный эффект, производящие большее количество энергии.

Ветрогенераторы будущего

Усиленные исследования в области безлопастных конструкций дают основания предполагать рост производства подобных изделий. Существующие уже сегодня разработки сулят большие перспективы этому направлению, поскольку экономичность и эффективность таких моделей даже на стадии макетирования намного превышают показатели сегодняшних промышленных образцов.

Исследователи, конструкторы не хотят мириться с недоступностью дармовой, неисчерпаемой энергии ветра, использование которой позволяет отказаться от опасных или вредных для окружающей природы атомных или гидроэлектростанций.

Возможности ветрогенераторов пока не могут полностью решить проблему, но, по мере появления более успешных разработок, неминуемо начнут понемногу занимать место отработавших свой срок службы нынешних энергетических гигантов. Такой процесс будет плавным, резкого перехода не будет, поэтому каких-либо неудобств или потерь никто не почувствует.

Создание бесшумных, не имеющих вращающихся частей установок значительно снизит их себестоимость, что отразится на цене конечного продукта — электроэнергии, увеличит ее доступность, позволит всем без исключения пользоваться энергией ветра.

Рекомендуемые товары

Различные виды и типы ветрогенераторов

Для начала давайте договоримся, что говоря о ветродвигателях мы имеем в виду ту часть ветро-силовой установки (ВСУ), которая преобразует энергию ветра в энергию вращательного движения. Ветродвигатель приводится в движение ветром, он напрямую или посредством какого-то передающего механизма связан с валом, вращение которого приводит в действие оборудование, выполняющее полезную работу (например, генератор или водяной насос). Часто ветродвигатель называют ротором или ветроколесом.

В этой заметке мы расскажем об основных типах ветродвигателей. Дилетанту, впервые столкнувшемуся с ветроэнергетикой не просто сделать правильный выбор из множества типов таких установок.

Компас выбора

В первую очередь, надо чётко знать, что тебе надо, какую желаемую мощность ожидаешь получить от своей установки, какие погодные условия местности и после всего переходить к детальному знакомству с тем или иным типом ветряка. А различные виды ветрогенераторов выдают совершенно разные результаты своей работы. В данной публикации вы узнаете, какие типы ветрогенераторов существуют на сегодняшний день, и вам нетрудно после знакомства с ними сделать правильный выбор.

Для скромных аппетитов подходящим выбором будет так называемый ортогональный ветрогенератор, который может подойти к применению в той местности, где бывают очень слабые дуновения ветерка. Он имеет несколько параллельных к оси лопастей, расположенных на некотором расстоянии от неё. (см. фото).

Итак, ветрогенераторы по своему виду различаются по:

• количеству лопастей,
• материалам, из которых изготовлены лопасти,
• расположению оси вращения к поверхности земли,
• шаговому признаку винта.

По числу лопастей они бывают одно-двух-трёх и многолопастные. Последние начинают своё вращение при малейшем движении воздуха, но применимы лишь для таких целей, где сам факт вращения важен, а не вырабатываемая электроэнергия. То есть, они незаменимы, скажем, при перекачке воды из глубоких колодцев.

По материалам, из чего сделаны лопасти, различают жёсткие и парусные ветрогенераторы. Парусные намного дешевле жёстких, сделанных из стеклопластика, или из металла, но в ходе эксплуатации можно замучиться ремонтировать их.

По расположению оси вращения к поверхности почвы различают горизонтальные ветрогенераторы и вертикальные. Их отличия настолько деликатны, что при разных условиях они меняются местами в своём превосходстве. С вертикальной осью ветряки сразу схватывают малейшие дуновения ветерка, не требуют флюгера, но они менее мощные, чем горизонтальные.

По шаговому признаку винта ветрогенераторы бывают с изменяемым и фиксированным шагом. Изменяемый шаг, бесспорно, даёт возможность увеличить скорость вращения, но какова конструкция! Она сложна, увеличивает вес ветряка, то есть, потребует неисчислимых лишних затрат. Куда более прост и надёжен фиксированный шаг.
Таков, вкратце, ваш компас, чтобы не заблудиться в выборе.

Нужно еще привести список некоторых терминов и сокращений, которые будут использованы в дальнейшемю

• КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
• КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
• Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
• Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
• Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
• Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
• Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
• Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
• Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
• Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
• Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
• Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

Два вида, два соперника

Как уже было отмечено, в продаже пока существуют ветрогенераторы двух видов (по расположению вала вращения к поверхности земли) – горизонтальные и вертикальные. Поговорим вначале о вертикальных.

Ветросиловые установки (ВСУ) с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок.

Ротор Савониуса

В начале октября 1924 года русские изобретатели братья Я. А. и А. А. Воронины получили советский патент на поперечную роторную турбину, в следующем году финский промышленник Сигурд Савониус организовал массовое производство подобных турбин. За нам и осталась слава изобретателя этой новинки.

Ротор Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС, это, как минимум, два полуцилиндра на вертикальной оси вращения (см. фото). И какое бы направление ветра не было, как бы резко он не изменял свои порывы, такой ветряк будет спокойно вращаться вокруг своей оси, вырабатывая энергию. Это единственное и главное преимущество вертикального ветряка перед горизонтальным.

А главный его недостаток – низкое использование ветровой энергии. Объясняется это тем, что лопасти-полуцилиндры работают только в четверть оборота, а остальную часть окружности вращения они как бы тормозят своим движением скорость вращения. Расчёты показали, что при этом используется лишь третья часть ветровой энергии.

Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».

Вертикальные ветрогенераторы с ротором Дарье

В 1931 году французский конструктор Жорж Дарье (George Darrieus) предложил свой вариант ротора, который имеет от двух и более плоских лопастей. Он еще проще, чем ВС: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Прост в изготовлении и монтаже, но с малой эффективностью — КИЭВ – до 20%.

Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию. Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.

Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре. Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.

Геликоидный ротор

И, наконец, существуют ветрогенераторы с многолопастным ротором. Это один из самых эффективных типов из разряда вертикальных ветрогенераторов. (См. рисунок).

Ветрогенераторы с горизонтальной осью

Переходим к описанию горизонтальных ветрогенераторов. По количеству лопастей их разделяют на одно-двух-трёх и многолопастные. Достоинства горизонтальных – более высокий КПД по сравнению со своими вертикальными соперниками. Недостаток: необходимость устройства флюгера для постоянного поиска направления ветра. Кроме того, при повороте к ветру скорость вращения снижается, что уменьшает его КПД.

Главное достоинство однолопастных – высокие обороты вращения. У них вместо второй лопасти установлен противовес, мало влияющий на сопротивляемость движению воздуха, что даёт возможность использовать их для генераторов с высокими оборотами вращения. А это позволяет уменьшить массу и габариты всей установки. (См. рисунок однолопастной ВЭУ).

Двухлопастные ВЭУ мало чем отличаются по мощности с однолопастными и рассматривать их более подробно не имеет смысла.

Трёхлопастные горизонтальные ветряки – самые распространённые на рынках сбыта. Их мощность на выходе может достигать семи мегаватт.

Многолопастные установки с числом лопастей до пяти десятков обладают большой инерцией, за счёт чего при небольших оборотах вращения развивают большой крутящий момент. Такое преимущество позволяет использовать установки для работы водяных насосов, где они и занимают лидирующее положение.

Как курицу превратили в страуса

Кто не в курсе, что ветровые установки используют в качестве дополнительного источника? Все в курсе. Но как всегда, человечеству этого показалось мало, курицу пытаются превратить в страуса и, представьте себе, фигурально выражаясь, такое удаётся. В результате неустанных поисков появились совершенно новые типы ветрогенераторов, которые способны производить электричество…без лопастей. А есть и такие, которые обходятся даже без воздуха и ветра! Сейчас более подробно.

Уже выпущен довольно результативный ветрогенератор, который ловит ветер без лопастей. Такой ветрогенератор действует по принципу парусника (см. фото). «Парус», который скорее смахивает на тарелку, ловит напор воздуха, за счёт чего начинают двигаться поршни, которые находятся сразу за тарелкой, в верхней части установки.

Поршни приводят в действие гидросистему, которая и вырабатывает электричество. Такое сооружение не имеет ни шестерёнок, ни передатчиков и почти не шумит. КПД намного выше, чем у классического ветрогенератора. Кроме всего прочего, расходы при эксплуатации наполовину ниже, чем у привычных установок. Страна рождения такого проекта – Тунис.

Но и этого оказалось мало! В Португалии решили не прибегать к ветровым услугам, а использовать морскую воду. Ведь море постоянно движется, волнуется, иногда штормит, но никогда не останавливается. Налицо кинетическая энергия пропадает даром.

И пять лет тому назад, в нескольких километрах от берега, на воды Атлантического океана была спущена установка, которая даёт более 2 мегаватт электроэнергии, что вполне хватает для освещения более полутора тысяч домов.

Схематическое устройство таково. Сооружение состоит из трёх секций, между которыми находятся поршни. Внутри секций вмонтированы гидродвигатели и генераторы. Принцип работы простой до безобразия. Секции качаются на волнах, которые их изгибают, что приводит в движение гидропоршни. Те давят на масло, оно поступает в гидравлические двигатели и далее движение передаётся на генераторы. Всё, электроэнергия пошла на берег.

Сейчас работает три секции, к ним планируют подсоединить ещё 25 таких конверторов и тогда проектная мощность морской установки увеличится до 20 мегаватт, что даст возможность снабдить током около 15000 домов.

Теперь вы верите в то, что из курицы можно сотворить настоящего страуса!

В.Ильин

Поплавковые электростанции конструируют во всем мире, в том числе и в России:

Ветроэнергетика — общая информация — Полезная информация — ВАРМА

   Ветрогенераторы

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) преобразует кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию, удобную для практического использования. ВЭУ производят электрическую энергию для бытовых или промышленных нужд. Существуют два основных вида установок: ветроустановки с вертикальной осью вращения и ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Ветроустановки с горизонтальной осью составляют около 95% всех ветроустановок, подключенных к сетям энергосистем. Ветроустановка включает следующие основные подсистемы и узлы: ротор или лопасти, который преобразует энергию ветра в энергию вращения вала, кабину или гондолу, в которой обычно расположен редуктор ( некоторые турбины работают без редуктора), генератор и другие системы, башню, которая поддерживает ротор и кабину, электрическое и электронное оборудование, также как и панели управления, электрические кабели, оборудование заземления, оборудование для подключения к сети, система молниезащиты, система накопления электроэнергии и ее стабилизации, и др. Диаметр ротора ВЭУ по мере возрастания мощности ветроустановки от 1 до 3000 кВт увеличивается от 2 до 100 м, а высота башни от 8 до 100 м. Для ВЭУ выше 150 кВт диаметр ротора и высота башни примерно равны.

В каких случаях выгодно использовать ветрогенератор?

Ветровые электростанции установки наиболее выгодно использовать в местах, где невозможно провести общую электросеть, или соединение является очень затратным, а также — в местах с частыми отключениями электричества. Ветровые электростанции смысл устанавливать, если в месте становления среднегодовая скорость ветра превышает 3 м/с.

Скорость ветра- важнейший элемент в проектировании и использования ветроустановки.В общем случае, при среднегодовой скорости ветра более 4 м/с на высоте 10 м ( на этой высоте на метеостанциях устанавливаются анемометры — приборы, измеряющие скорость ветра) возможно эффективное применение ветроустановок, а ветер с меньшей скоростью годится для водоподъемных устройств. Главное правило состоит в том, что возможная вырабатываемая мощность пропорциональна кубу скорости ветра и квадрату диаметра ротора. Это означает, что при удвоении скорости ветра возможная вырабатываемая мощность увеличивается в 8 раз. Так, ветроустановка, работающая при средней скорости 6 м/с, генерирует мощность на 44% большую, чем при скорости 5 м/с. Если скорость ветра определяется местом, где сооружается ветроустановка, то диаметр ее ротора — это элемент конструкции, величина которого зависит от многих расчетных параметров. Чаще всего решается обратная задача: задается проектируемая мощность ВЭУ и далее определяется требуемый диаметр при определенной расчетной скорости.

Формула мощности ВЭУ выглядит следующим образом:

P=½·ρ·A·V³·C_p·η_г·η_м, Вт

где ρ= 1,22 — плотность воздуха (стандартная), кг/м³
V — скорость ветра,, м/с
η_г·η_м— коэффициенты полезного действия генератора и механической передачи между ветроколесом и генератором,
C_p — коэффициент использования ветра, зависящий от профиля лопастей и других режимных параметров, предельное значение которого равно 0,593, а достигнутое в эксплуатации- 0,4-0,45,
А — площадь ветротурбины, в случае пропеллерной турбины вычисляется по формуле:

А=¼π·D², м²

где D, м- диаметр ротора,π=3,14.

Наиболее экономически выгодное применение ВЭУ имеет место, если ветротурбины объединены в группы. Их называют ветроэлектрическими станциями (ВЭС), а за рубежом «ветровыми фермами» (wind farm). Их мощность колеблется от сотен киловатт до сотен мегаватт. Ветроустановки большой мощности не предназначены для автономной работы или работы параллельно друг с другом. Поэтому как только отключается ЛЭП (линия электропередачи), связывающую ВЭУ с энергосистемой, останавливаются и ВЭС. Обычно при проектировании обеспечивается связь с двумя ЛЭП с разных точек энергосистемы. Для одиночных ВЭУ и небольших ВЭС, питающих определенную нагрузку, нужно иметь резервный источник электроснабжения (дизель-генератор, газотурбинная установка, солнечные батареи).

Очень важным параметром в проектировании ВЭУ является коэффициент использования установленной мощности, дающий представление об эффективности работы ВЭУ. Это отношение средней выработки генерирующего устройства к максимально возможной. Большинство современных ВЭУ работают с коэффициентом использования установленной мощности от 25 до 35%. Электростанции, работающие на невозобновляемых источниках энергии, имеют коэффициент использования установленной мощности от 40 до 80%. Лучшие ветроустановки в хороших ветровых условиях работают с коэффициентом 0,5. Хорошими ветровыми условиями в России обладают следующие субъекты РФ: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская области, Краснодарский, Приморский, Хабаровский края, Дагестан, Калмыкия. Карелия, Коми. Ненецкий автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.

Как выбрать ветрогенератор?

Распространенная ошибка — выбирать мощность ветроустановки по пиковой мощности нагрузки. Ветрогенератор, также как и солнечные батареи, является источником энергии, а не мощности. Поэтому расчет ветроэнергетической системы ведется в несколько шагов, и желательно, если это сделает специалист.

Для выбора ветрогенератора сначала Вам необходимо определить своё потребление в кВт*часах в месяц, пиковую (суммарную) мощность всех приборов и постараться узнать среднегодовую и среднемесячные скорости ветра в Вашей местности. Последний параметр не всегда возможно определить с достаточной точностью. Даже если вы получите данные по многолетним скоростям ветра от ближайшей метеостанции, не факт, что в месте установки вашей ветротурбины будет именно такая скорость ветра. Поэтому для больших ветростанций необходимо обязательно проводить мониторинг скорости ветра хотя бы в течение одного года, а затем сделать корреляцию полученных данных с данными от ближайшей метеостанции. Для малых ветроустановок такой путь слишком дорог, и очень часто малые ВЭУ устанавливаются на страх и риск хозяина. В таких случаях обычно, если ветра недостаточно, признается, что решение об установке ветротурбины было ошибочным. Если же ветер хороший, то следующим шагом обычно является увеличение мощности малой ветростанции.

Для получения электричества в необходимом объёме нужно понимать, что количество вырабатываемой ветряком энергии напрямую зависит от ометаемой ветротурбиной площади или максимального сечения ветротурбины. Для минимального обеспечения пары лампочек, ТВ, холодильника, электрочайника — диаметр ветряка должен быть не менее 2,5 метров при средних по силе ветрах.

Особое внимание стоит уделять не только мощности ВЭУ (именно ВЭУ, а не инвертора, входящего в комплект), но и при какой скорости ветра эта мощность может быть получена. Некоторые продавцы представляют завышенные показатели. Для этого не поленитесь подсчитать по несложной формуле мощность, которую способен отдать ветряк с винтом конкретного диаметра. Эта мощность практически зависит только от скорости ветра V и диаметра ветротурбины D, а все остальные факторы — количество лопастей, их вес, площадь, профиль, крутка, генератор, подшипники и т. д. — второстепенные и большой погрешности не дают.

Упрощенная формула расчета реально отдаваемой ветром мощности в зависимости от скорости ветра и диаметра винта: 
Р = D²V³/7000, кВт, 
с точностью ±20% (зависит от КПД турбины и генератора). +20% — идеальная ВЭУ, ее цена увеличится в 2-3 раза. -20% — первый ветрякэнтузиаста-любителя. При равной мощности ВЭУ выбирайте ту, у которой диаметр ветроколеса больше.

Как это не парадоксально, но чем меньше лопастей в ветроколесе, тем выше его КПД. Это проверено как теоретическими исследованиями, так и продувками в аэродинамической трубе, хотя разница между 1, 2, 3 лопастями незначительна. Однако, с уменьшением количества лопастей также уменьшается момент страгивания и ухудшается работа при низких скоростях ветра. У однолопастных ветротурбин также есть серьезная проблема с балансировкой и надежностью ветроколеса.

Ветрогенераторы с 2-3 лопастями относятся к быстроходных с более высоким КПД и частотой вращения, но при этом низкий стартовый момент ротора. Поэтому быстроходные ветрогенераторы выгодно объединять с электрическим генератором, так как электрический генератор имеет высокую частоту вращения (для улучшения массогабаритных характеристик) и низкий пусковой момент. Тихоходные многолопастные ветротурбины обычно работают в связке с водяными насосами, у которых большой момент запуска и меньшая частота вращения. Быстроходные 3-х лопастные ветрогенераторы получили большее распространение, чем 2-х лопастные, несмотря на их высокую стоимость. 3-х лопастным ротором генерируется меньше вибрация и выглядит он более эстетично. Поэтому во всем мире оптимальным количеством лопастей горизонтально-осевой ветротурбины признано 3.

Некоторые производители представляют результаты продувок своих ветроэлектрических установок по мощности в аэродинамической трубе. Это хорошо, и говорит о серьезном подходе к делу. Однако, необходимо учитывать, что мощность в аэродинамической трубе и в природе на ветру отличаются примерно на 10-30% вследствие идеализации воздушного потока в трубе. Реальный поток ветра имеет турбулентности, которые существенно ухудшают параметры ветроколеса.

Мощность, вырабатываемая ветрогенератором, пропорциональна кубу скорости ветра. Это означает, что мощность ветрогенератора на слабых ветрах (даже если он вращается) очень мала. Но, с усилением ветра, идет резкое нарастание мощности. А поскольку ветер на практике дует с постоянной скоростью и направлением только в аэродинамической трубе, понятно, что мощность, вырабатываемая ветрогенератором, является постоянно меняющейся по времени величиной. Поэтому любая энергетическая система с использованием ветрогенератора в качестве источника энергии должна иметь стабилизирующее звено.

В малых автономных системах роль такого звена обычно играет аккумуляторная батарея. Если мощность ветрогенератора больше мощности нагрузки, батарея заряжается. Если мощность нагрузки больше – батарея разряжается. Из этого следует следующая важная особенность ветрогенератора, как источника мощности: если большинство других источников выбираются по мощности пиковой нагрузки, ветрогенераторы следует выбирать, исходя из величины потребления электроэнергии в месяц (или в год, как кому нравится).

Проиллюстрируем это на примере. На берегу моря, где средняя скорость ветра приближается к 6 м/с, стоит домик, куда приезжает семья из трех человек на выходные. Электрооборудование включается тоже только на выходные. В день потребление достигает 15 кВт*ч, при этом пиковая нагрузка – до 3 кВт. Следовательно, в месяц потребление энергии равно 120 кВт*ч. При среднегодовой скорости ветра 6 м/с выработку 120 кВт*ч в месяц может обеспечить небольшой 700-ваттный ветрогенератор. Кроме того, для аккумулирования энергии в течение 5 дней потребуется батарея большой емкости, и инвертор (который преобразовывает постоянное напряжение батареи в стандартное переменное) мощностью 3 кВт, чтобы обеспечить пиковые нагрузки.

Как можно видеть, в каждом из вышеописанных случаев мощность ветрогенератора отличается в разы от пиковой мощности нагрузки. Мощность пиковой нагрузки определяет мощность преобразователя. Сам ветрогенератор определяет только величину выработки в определенный временной промежуток при определенной среднемесячной скорости ветра. Кроме средней скорости ветра, существуют более подробные вводные данные для оценки ветровых ресурсов, называемые параметрами распределения Вейбулла, которые отражают распределение длительности ветра определенной силы для данного места, они используются при проектировании ветропарков мощностью в десятки МВт.

Вертикально-осевые ветроустановки, использующие силу давления ветра, имеют право на жизнь, но наукой и опытом давно доказана их очень низкая эффективность по сравнению с горизонтально-осевыми. Это примерно как гребные колеса у дореволюционных пароходов по сравнению с обычным винтом любого современного корабля или катера. Такие ветротурбины имеют большую материалоемкость и, соответственно, высокую удельную стоимость.

Ортогональные ветроустановки с вертикальной осью вращения, которые используют подъемную силу крыла, имеют КПД немногим менее пропеллерных, поэтому их эффективность также высока. Но у таких вертикально-осевых турбин есть другой недостаток — они не могут самостоятельно начать вращение, и для их запуска их надо раскрутить — или от сети, или с помощью другой ветротурбины, имеющей стартовый момент вращения (часто используется турбина Савониуса для этих целей).

Не стоит увлекаться поиском ВЭУ, начинающих работать на малых скоростях ветра — до 3 м/с, так как на этих скоростях ветра его энергия ничтожно мала. Например, для ВЭУ с диаметром винта 5 м вырабатываемая мощность при скорости ветра 2 м/с будет менее 30 Вт, причем половина этой мощности уйдет на всякие потери в механических элементах, генераторе и контроллере, а оставшиеся 15 Вт — это мизер для аккумуляторов, рассчитанных на номинальную мощность 5 кВт. Так что, кроме наслаждения от вида вращающегося ветроколеса, вы больше ничего не получите.

Какие нужны документы и разрешения для установки ветрогенератора?

Импортируемые ветроустановки также не подлежат сертификации. Вы можете без проблем установить на своей территории для себя ветрогенератор мощностью до 75 кВт и высотой до 30 метров для личного некоммерческого использования. Для этого не нужны никакие документы, справки или разрешения.

Ветрогенератор — как выбрать ветряк

С целью экономии расходов на электроснабжение на производствах и в частных домах устанавливают ветрогенераторы. В данной статье рассмотрим основные характеристики, разновидности и принцип работы ветрогенераторов.

Оглавление:

1. Устройство и принцип работы ветрогенератора
2. Разновидности ветряков
3. Рекомендации по выбору ветрогенератора
4. Обзор производителей ветрогенераторов

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Основные составляющие ветрогенератора:

1. Генератор — преобразователь механической энергии в электрическую. Генератор заряжает аккумуляторные батареи. Чем выше скорость ветра, тем быстрее заряжаются батареи.

2. Лопасти ветрогенератора — часть ветрогенератора, которая подвергается силе ветра, а затем воздействует на генераторный вал.

3. Мачта — устройство на котором крепится генератор и лопасти. От высоты мачты зависит скорость и устойчивость работы ветрогенератора.

Дополнительные компоненты ветрогенератора:

1. Контроллеры — устройство управления ветрогенератором, отвечающее за направление лопастей, особенности заряда аккумулятора, защиту ветрогенератора. Основной функцией контроллера является преобразование переменной энергии в электрическую постоянную.

2. Батареи аккумулятора — приборы для накапливания энергии, которую используют в то время когда отсутствует ветер. Еще одной функцией аккумулятора выступает выравнивание и стабилизация энергии, вырабатываемой генератором. Аккумуляторные батареи обеспечивают электропитание.

3. Анемоскопы или устройства измерения направления ветра — собирают и обрабатывают данные о скорости, направлении и порывах ветра. Анемоскопы устанавливают на более мощных ветрогенераторах, предназначенных для переработки большого количества энергии.

4. Автоматические регуляторы питания предназначены для объединения ветрогенератора, электросети, дизельного генератора или других источников энергии.

5. Инверторы — устройства для переработки постоянного тока в переменный, предназначенный для работы бытовой и электротехники.

При попадании ветра на лопасти ветрогенератора происходит вращение устройства. Во время работы ветрогенератора вырабатывается переменный ток, который попадает в контроллер и перерабатывается в постоянный. Постоянный ток заряжает аккумуляторы, которые обеспечивают электричеством частный дом или большое предприятие. Но, для работы большинства электроприборов необходим переменный однофазный или трехфазный ток, который образуется в инверторе.

Варианты использования ветрогенератора в системе электроснабжения:

• работа ветряка с аккумулятором в автономном режиме;
• параллельная работа ветрогенератора на аккумуляторах и солнечных батареях;
• работа ветрогенератора с параллельным использованием резервного (дизельного, бензинового или газового) генератора;
• параллельная работа ветрогенератора и обычной электросети.

Преимущества использования ветрогенератора:

• получение экологически чистой, безопасной и надежной электроэнергии,
• снижение расходов оплаты за электричество;
• бесшумность работы устройства;

• наибольшее количество энергии ветрогенератор производит осенью или зимой, во время большей востребованности электричества для обогрева помещений;
• цена на ветрогенераторы намного ниже, чем стоимость альтернативных источников получения электроэнергии;
• возможность ветрогенератора параллельно работать с другими источниками электроэнергии;
• возможность выбора мощности ветроустановки, в зависимости от типа местности и количества необходимой электроэнергии;
• возможность использования ветрогенераторов на яхтах или кораблях;
• потратившись один раз на ветроустановку, обеспечивается электроснабжение минимум на 20 лет.

Разновидности ветряков

В зависимости от размещения турбин выделяют ветрогенераторы:

• вертикального типа,
• горизонтального типа.

Ветрогенератор вертикального типа имеет вертикально размещенную турбину, по отношению к поверхности земли, а горизонтальный наоборот. Вертикальный ветрогенератор легко улавливает самые малейшие дуновения ветерка, а горизонтальный — более мощный, по преобразованию энергии.

Разновидности вертикальных ветрогенераторов:

1. Изобретение вертикального ветрогенератора принадлежит шведскому изобретателю Савониусу. Вертикальный ветряк состоит из двух цилиндров, которые имеют вертикальную ось вращения. Независимости от силы и направления ветра вертикальный ветряк постоянно вращается вокруг своей оси. Основным недостатком вертикального ветрогенератора является неполное использование ветровой энергии. Во время исследований было выявлено, что вертикальный ветряк использует только третью часть ветровой энергии.

2. Вертикальный ветряк с наличием ротора Дарье был изобретен на несколько десятков лет позже обычного. Роторный ветрогенератор имеет две или три лопасти и ротор. Ветрогенераторы с ротором просты в изготовлении и легки в монтаже. Главным недостатком такого ветрогенератора является то, что ротор нужно запускать вручную.

3. Ветрогенератор с вертикальной осью вращения и с наличием геликоидного ротора — имеет закрученные лопасти. которые обеспечивают равномерное вращение ветрогенератора. Преимущество: уменьшение нагрузки на подшипники, тем самым увеличение срока службы устройства. Недостатки: высокая стоимость, сложность монтажа.

4. Вертикальный ветрогенератор с наличием многопластного ротора — самое эффективное устройство по переработке ветровой энергии. Имеет сложный ротор, который состоит из большого количества лопастей.

5. Ортогональные ветрогенераторы не требуют большой скорости ветра. Для работы такого устройства подойдет скорость ветра от 0,7 м/с. Ортогональные вертикальные ветроустановки имеют высокие технические характеристики, бесшумное вращение мотора и интересный дизайн. Устройство ортогонального ветрогенератора основывается на вертикальной оси вращения и на нескольких лопастях, которые удалены от оси на определенном расстоянии. Несмотря на большое количество преимуществ, ортогональная ветроустановка имеет недостатки:

• небольшой строк службы опорных узлов;
• лопасти более массивные, чем у обычных ветрогенераторов;
• большой вес установки затрудняет монтаж устройства.

Горизонтальные ветрогенераторы имеют более высокий коэффициент полезного действия. Главным недостатком горизонтальных ветрогенераторов является необходимость в постоянном поиске ветра при помощи флюгеля, который устанавливается отдельно от устройства.

Горизонтальные ветрогенераторы разделяют на:

• устройства однолопастного типа — характеризуются высокими оборотами вращения, имеют небольшой вес и легкую конструкцию;
• ветрогенераторы двухлопастного типа — по устройству схожи с однолопастными, только отличаются количеством лопастей;
• ветряки трехлопастного типа имеют наибольшую мощность около 7 мВт, считаются одними из самых популярных среди ветрогенераторов, предназначенных для дома;
• многолопастные ветрогенераторы имеют от четырех до пятидесяти лопастей, данные устройства используют для обеспечения работы водяных установок.

В соотношении с количеством лопастей все ветрогенераторы подразделяются на:

• однолопастные,
• двухлопастные,
• трехлопастные,
• многолопастные.

По материалам, из которых состоит ветрогенераторная установка выделяют:

• ветрогенераторы парусного типа,
• ветрогенераторы жесткого типа, изготовлены из стекловолокна или металла.

В зависимости от шагового признака винта ветрогенераторы разделяют на:

• устройства измеряемого шага,
• устройства фиксированного шага.

Ветрогенератор на основе изменяемого шага имеет довольно сложную конструкцию, но в то же время увеличенную скорость вращения. Ветрогенератор с фиксированный шагом отличается надежностью и простотой.

Все ветрогенераторы условно разделяют на два вида:

• ветрогенераторы промышленного типа;
• домашние ветрогенераторы.

Промышленные ветряки используют для получения большого количества электроэнергии. Для устройства ветрового парка, состоящего из нескольких десятков или сотен ветрогенераторов требуется тщательное обследование местности, которое проводят на протяжении года или двух. Промышленные ветрогенераторы позволяют получать электроэнергию для обеспечения электричеством нескольких десятков домов или определенного производства.

Ветрогенератор для дома — позволяет значительно снизить расходы на электроснабжение и обеспечивает независимость от работы общей электросети.

Рекомендации по выбору ветрогенератора

1. Перед выбором ветрогенератора следует определиться с мощностью и функциональным назначением данного устройства.

2. Внимательно изучите разновидности ветряков и ознакомьтесь с климатическими условиями данного региона, в котором планируется установка ветрогенератора.

3. Определите выходную мощность ветряка, которая напрямую зависит от мощности преобразователя (инвертора). Второе название выходной мощности — пиковая нагрузка — совокупность количества приборов, которые одновременно будут работать с ветрогенератором. То есть, выходная мощность определяется как общая мощность ветряка. Даже при редком, но большом потреблении электроэнергии следует выбирать ветрогенератор с большой мощностью. Чтобы увеличить выходную мощность, следует установить несколько инверторов.

4. Время на непрерывную работу устройства — определяют мощностью аккумулятором, которые устанавливаются на ветряк. При безветренной погоде аккумуляторы обеспечивают помещение электричеством.

5. Темпы заряда аккумулятора определяются мощностью устройства, скоростью ветра, высотой установки и рельефом территории, на которой установлен ветрогенератор. Чем выше мощность ветрогенератора, тем быстрее происходит заряд батарей. При постоянном потреблении электроэнергии или при слабом ветре выбирайте более мощные модели ветряков. Чтобы увеличить скорость заряда батарей, следует подключить несколько генераторов к ветроустановке.

6. Не следует покупать много аккумуляторных батарей, при слабой силе ветра, так как ветрогенератор не успеет заряжать все батареи. Если батареи не до конца заряжаются это приводит к быстрому выходу их строя, поэтому количество батарей следует рассчитывать из потребляемой мощности всех электроприборов в доме.

7. Чтобы ветряк купить, следует обратить внимание на главный фактор — вырабатываемую энергию устройства. Этот критерий указан в технических характеристиках ветрогенератора.

8. Чтобы определить потребляемую мощность дома, в котором будет производиться установка ветряка, следует просмотреть счета за электричество за последние 12 месяцев, и вывести минимальный, средний и максимальный коэффициент потребления энергии.

9. С помощью исследований ближайшей метеорологической станции, узнайте о среднегодовой скорости ветра на предполагаемом участке установки ветряка. Оптимальная работа ветрогенератора обеспечивается при ветре 5 м/с.

10. Лучше устанавливать ветрогенератор как дополнительный источник питания в паре с дизельным или бензиновым генератором.

11. Испытайте ветрогенератор в работе, обратите внимание на уровень шума и необходимость в техническом обслуживании ветряка. Некоторые мощные ветрогенераторы имеют достаточно высокий уровень шума, что приводит к дискомфорту и проблемам с соседями.

12. Средний срок эксплуатации ветрогенератора составляет шесть-семь лет.

13. Лучше отдать предпочтение ветрогенератору, лопасти которого изготовлены из твердых материалов: стекловолокна или металла.

14. Обратите внимание на оптимальную работу ветрогенератора при средней скорости ветра, которая характерна для данного региона.

15. Безредукторные ветрогенераторы намного проще в установке, легко собираются и не требуют дополнительного техобслуживания, в то время как редукторные несмотря на сложность монтажа обеспечивает большую мощность и лучшее качество работы ветряка.

16. Не следует обращать внимание на такие рекламные лозунги о том, что ветрогенератор имеет улучшенную конструкцию, магнитную левитацию или большой контроллер, в большинстве случаи такая реклама, направлена на то, чтобы за обычный ветрогенератор получить больше денег.

17. При покупке ветрогенератора, потребуйте гарантию и выполнение всех обязательств производителя ветрогенераторов перед покупателем. Например, наличие креплений — комплект ветрогенератора, который включает все комплектующие: инверторы, генераторы, аккумуляторы. При покупке данных устройств у разных производителей, риск неправильной работы ветрогенератора увеличивается.

18. Формула расчета мощности ветрогенератора: Р = 0,5 * rho * S * Ср * V3 * ng * nb. Р — мощность ветрогенератора, rho — величина обозначения плотности воздуха, S — величина площади метания ротора, Ср — коэффициент аэродинамического действия, V — величина скорости ветра, ng — радиаторный коэффициент полезного действия, nb — при наличии редуктора. КПД редуктора.

19. Стоимость ветрогенератора напрямую зависит от таких факторов:

• количество лопастей,
• мощность аккумуляторов,
• мощность генератора,
• количество инверторов,
• материал изготовления лопастей,
• наличие редуктора,
• номинальная мощность ветряка,
• тип ветрогенератора: горизонтальный, вертикальный,
• материал, из которого изготовлена установка,
• наличие дополнительных комплектующих.

Обзор производителей ветрогенераторов

Чтобы ветрогенератор купить, нужно предварительно рассчитать мощность ветрогенератора и потребляемое электричество. После проведения расчетов обратите внимание на стоимость ветряка.

Первые позиции по производству ветрогенераторов занимает Германия, Дания и Франция. Несколько десятков лет назад началось изготовление российских ветрогенераторов, которые, по сравнению с зарубежными моделями, требуют усовершенствования.

Рассмотрим основных популярных производителей ветрогенератовор для дома:

1. AEOLOS (Дания)

Особенности ветрогенераторов AEOLOS:

• компания занимается разработкой ветрогенераторов более 35 лет;
• мощность вертикальных ветрогенераторов составляет от 500 Вт до 500 кВт;
• мощность горизонтальных ветряков — 300-10000 Вт;
• сфера применения ветрогенераторов: частный сектор, фермерское хозяйство, обеспечение электричеством поселков и школ;
• высокий уровень выработки электроэнергии;
• использование генератора без редуктора обеспечивает высокий уровень надежности ветроустановки;
• небольшая стоимость технического обслуживания;
• высокий уровень безопасности обеспечивает функция контроля положения устройства ветрогенератора;
• наличие электронной системы торможения.

Технические характеристики AEOLOS Н 1кВт:

• величина номинальной мощности: 1 кВт;
• величина максимальной мощности: 1,5 кВт;
• выходное напряжение: 48 В;
• характеристика лопастей: 3 штуки, материал — стекловолокно;
• особенности генератора: генератор трехфазного магнитноэлектрического типа, который обеспечивает постоянный ток;
• коэффициент полезного действия: менее 0,95;
• гарантийный строк: 5лет;
• максимальный строк эксплуатации: 20 лет.

2. ENERCON (Германия)

Особенности:

• мощность ветрогенераторов компании ENERCON от 330 Вт до 7,58 мВт;
• наличие кольцевого генератора;
• отсутствие трансмиссии;
• выполнение мировых стандартов качества: надежность и долговечность.

Технические особенности ENERCON Е80:

• величина номинальной мощности: 80 кВт;
• величина высоты башни: 53 м;
• величина номинальной скорости ветра: 12 м/с;
• минимальная скорость ветра: 3 м/с;
• максимальная скорость ветра: 30 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки;
• величина диаметра ротора: 18 м.

3. AMPAIR (Великобритания)

Характеристика сферы использования:

• катера;
• лодки;
• удаленные автономные системы питания.

Особенности:

• небольшой размер;
• легкий монтаж;
• возможность установки на ограниченном пространстве;
• высокое качество и надежность.

Технические особенности Ampair 100:

• величина номинальной мощности: 100 Вт;
• величина напряжения генератора: 12 Вт;
• характеристика лопастей: 6 штук;
• необходимая скорость ветра: от 3 м/с;
• стоимость: 2700 $.

4. Fair Wind (Бельгия)

Особенности:

• возможность использования в частном доме, отеле, АЗС, на ферме;
• высокий уровень европейского качества;
• изготовление лопастей — бельгийское;
• происхождение генераторов — финское;
• производством инверторов и контроллеров занимается немецкая компания;
• произведение тестирования и проверки каждой ветроустановки;
• максимальные порывы ветра 55 м/с;
• система безопасности имеет полную автоматизацию;
• присутствует пассивное аэродинамическое торможение;
• ветроустановки Fair Wind используют вместе с установками солнечных батарей;
• большая вариация мощностей поможет подобрать ветроустановку для каждого участка индивидуально.

Технические особенности Fair Wind F16:

• величина номинальной мощности: 10 кВт;
• величина диаметра ветроколеса: 4 м;
• величина номинальной скорости ветра: 15 м/с;
• минимальная скорость ветра: 3 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки, выполнены из авиационного алюминия;
• величина диаметра ротора: 18 м;
• стоимость: 20000 $.

5. Fuller Wind (США)

Особенности:

• полное отсутствие лопастей;
• компактность использования;
• небольшая стоимость, по сравнению с классическими ветрогенераторами;
• основа ветрогенератора — Турбина Теслы, которая состоит из большого количества металлических дисков, которые разделены кольчатыми прокладками;
• высокий уровень производительности электроэнергии.

6. Fortiss (Нидерланды)

Особенности:

• использование: электроснабжение домов, снабжение телекоммуникационного оборудования, водоочистительные системы;
• обеспечение полной независимости от промышленных источников электроэнергии;
• возможно совместное использование ветроустановок и традиционных источников электропитания;
• стабильное электроснабжение и понижение расходов на электричество;
• простота конструкции и легкость монтажа ветрогенераторов;
• возможность использования солнечных батарей или дизельных генераторов;
• низкий уровень шума;
• высокий уровень безопасности.

Технические особенности Fortiss Montana 5,8:

• характеристика генератора: генератор синхронного магнитного типа;
• максимальная скорость ветра: 55 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки;
• необходимая скорость ветра: от 2,5 м/с;
• варианты системы торможения: механический, электрический;
• стоимость: 20000 $.

Ветрогенератор для дома. Выбор ветрогенератора, рекомендации.

Ветрогенератор для частного дома

Ветрогенератор для дома своими руками: мой отзыв

Интернет начинает «трещать по швам» от хвалебных статей авторов, предлагающих всем желающим использовать природную энергию ветра для получения бесплатного электричества.

Я предлагаю рассмотреть этот вопрос с практической точки зрения, оценить экономический эффект до того, как начнете создавать ветрогенератор для частного дома своими руками или даже приобретать заводскую модель.

Поговорим о трудностях, с которыми вам придется столкнуться: их необходимо предусмотреть и преодолеть. Тема сложная. Надо оценить аэродинамические и механические характеристики, сделать электротехнический расчет.

Содержание статьи

Промышленные ветрогенераторы: образец для подражания

Не секрет, что альтернативная энергетика действительно позволяет получать электричество буквально из ветра. В странах Европы промышленные ветрогенераторы занимают огромные площади и работают автономно на благо человека.

Они имеют огромные размеры, расположены на открытых всем ветрам участках, возвышаются над деревьями и местными предметами.

А еще ветряки установлены на удалении друг от друга. Поэтому случайные поломки и повреждения одного не могут причинить вреда соседним конструкциям.

Эти принципы создания ветровых генераторов будем брать за основу разработки самодельных устройств. Они созданы по научным разработкам,
опробованы уже длительной эксплуатацией, эффективно работают.

Начнем с анализа характеристик местности, на которой планируем создавать ветряную электростанцию.

Как определить скорость ветра: хватит ли его напора для бытового ветряка

Вопрос обсудим на основе научных фактов и уже допущенных ошибок многими владельцами частных домов

Теоретическая часть проекта: на что обратить внимание при выборе конструкции

Среднегодовое значение ветра для любой местности России или другой страны можно узнать на карте ветров. Эти данные имеются в широком доступе.

Если рассмотреть всю территорию, то мест для благоприятного пользования ветряной энергией со скоростью от 5 м/сек и выше у нас не так уж много, как в Европе.

Я объясняю эту ситуацию тем, что теплый воздух Гольфстрима, поднимаясь от нагретой воды, сразу устремляется в холодные районы. Чем выше перепад температур, тем больше его скорость.

Пройдя несколько тысяч километров над Европой, его сила слабеет. Наибольший перепад температур весной и осенью вызывает бури и ураганы.
Нам важно понимать, как определить скорость ветра правильно в своей местности.

Возьмем величину 5 м/сек за основу, и рассчитаем мощность ветрового потока для наиболее распространенного горизонтально расположенного осевого генератора.

Учтем, что его лопасти охватывают площадь круга S (м кв.) с диаметром D (м). Через нее проходит ветер со скоростью V (м/сек).

Ветровая энергия Рв рассчитывается по формуле:

Рв=V³∙ρ∙S

ρ — это плотность воздушной массы (кг/м куб.)

Если взять усредненные значения, например, площадь 3 м кв и плотность
воздуха 1,25 кг/м³, то ветер, дующий со скоростью 5 м/сек, способен создать мощность чуть меньше, чем 2 киловатта.

Теперь наша задача — определить, какая ее часть сможет преобразоваться в полезную электрическую энергию. Грубо ее можно оценить по процентному соотношению в 30÷40%. Конструкция и технологические характеристики ветряного колеса просто не позволят эффективно взять больше.

Более точное определение находят формулой, учитывающей:

• коэффициент ε, определяющий долю использования ветряной энергии конструкцией ветряка. Максимальная величина, создаваемая быстроходными конструкциями, составляет 40-50%;
• КПД редуктора —∙максимум порядка 90%;
• КПД генератора ≈85%.

Величины всех этих коэффициентов у разных моделей генераторов ветряков сильно отличаются между собой. Я привел значения для промышленных изделий. У самодельщиков они будут значительно ниже.

Если подставить все эти цифры, то даже для заводской конструкции ветрогенератора, сделанной по точным чертежам и на промышленных станках, мы сможем при скорости 5 м/сек и описываемой площадью лопастями винта 3 метра квадратных получить меньше 700 ватт электрической энергии.

Какую ее часть сможет взять самодельный ветряк, остается только догадываться.

Мировые производители ветрогенераторов указывают, что для того, чтобы вырабатывать 3 кВт электроэнергии, а это оптимальная величина для частного дома, необходимо:

• снимать с ветряного колеса порядка 5,1 кВТ;
• иметь диаметр ротора 4,5 метра;
• располагать ветряк на высоте от 12 метров;
• использовать ветер со скоростью 10 м/сек.

Колесо должно начинать вращать генератор уже на 2 м/сек. Только в этом случае можно говорить об окупаемости всей конструкции и эффективном использовании мощности ветра.

Если же скорость снизится, хотя бы до 7 м/сек, то энергия ветрогенератора упадет на 50%. А теперь еще раз внимательно посмотрите на карту ветров России…

Однако не все так плохо. Теоретические расчеты можно проверить на практике. Для нашего случая продажа предлагает многочисленные конструкции измерительных приборов — анемометры.

Стоят они не дорого, имеют дополнительные функции измерения температуры, указания текущего времени. Их можно заказать в Китае.

Такой анемометр позволяет реально оценить силу ветра на вашей местности, чтобы проанализировать варианты эксплуатации будущей ветроэлектростанции (ВЭС). А их минимум 2:

1. частичное удовлетворение потребностей в электроэнергии;
2. полный переход на альтернативную энергетику.

Скрытая ошибка — слабый ветер: что умалчивают продавцы

Первая трудность

Обратите внимание на высоту размещения ветряного колеса относительно земли. Подумайте, почему все промышленные ветряки располагают от 25 метров и более.

Ведь это значительно усложняет их установку, эксплуатацию, обслуживание, ремонт. Приходится применять дорогую высотную технику, создавать прочные площадки для ее размещения.

А ответ прост: на высоте от 25 метров скорость ветра намного выше, чем у земли. Все таблицы и справочники с картами ветров создаются в первую очередь для промышленных установок, поднятых в зону 50-70м.

Если вы смонтируете свой самодельный ветрогенератор на 10 метрах, то ветер будет дуть слабее, чем указано в справочнике. А на большую высоту без специальных технических средств поместить ветряк весьма проблематично.

Работу ветряного колеса вызывает не столько скорость передвижения воздушной массы, сколько ее давление на лопасти колеса. А оно зависит еще от веса и плотности атмосферы.

Альтернативные энергетики давно учитывают соотношение, определяющее, что удвоение давления ветра увеличивает в восемь раз вырабатываемую ветрогенератором мощность.

Как влияет зона турбулентности

Работу ветряка, расположенного на небольшой высоте, может значительно осложнять зона турбулентности, которая зависит не только от рельефа местности и формы возвышенности, но и от скорости перемещения воздушных масс.

Молниезащита ветрогенератора

Работающая крыльчатка постоянно трется о воздух, накапливая статическое электричество, как и фюзеляж любого самолета во время полета. Авиаконструкторы успешно решают этот вопрос различными способами.

Промышленные ветрогенераторы тоже снабжены действенной защитой от молнии, разряды которой могут возникнуть в любой момент грозоопасного периода.

Большинство же владельцев частных домов даже не задумывается об этой проблеме, а зря. В лучшем случае у отдельных хозяев можно встретить УЗИП в вводном электрощите, чего явно не достаточно.

Подняв над крышей своего жилища железную конструкцию, которая к тому же вырабатывает электрическое напряжение, они уже создали отличный молниеприемник. Он будет надежно притягивать на себя огромные токи атмосферных разрядов.

Если не обеспечить действенный путь их отвода мимо здания на потенциал земли, то придется постоянно испытывать судьбу, подвергать себя неожиданной опасности.

Как лукавят производители ветряков

Окончательные испытания заводские модели проходят в аэродинамической трубе при идеальной ламинарности потока с равномерной структурой его направленности и высокой плотности.

В реальных условиях частного дома таких условий просто нет. Они больше подходят для движения воздушных масс у промышленных установок, расположенных на большой высоте.

Для самодельных ветрогенератов, смонтированных даже на 10 метрах, условия турбулентности и слабый ветер могут сильно ограничивать раскрутку ротора.

Рельеф местности влияет на удельную мощность. Например, непосредственно под холмом она резко снижается, а на его вершине создаются идеальные условия за счет сжатия аэродинамических характеристик и повышения давления.

Также будут сказываться хозяйственные застройки, деревья сада, заборы, соседние здания.

Ветряки для дома своими руками: обзор конструкций

Как вы уже поняли, самая первая часть, которая воспринимает энергию ветра — это ветряное колесо. Без него не обходится ни одна схема ветряка для дома.

Его можно выполнить:

• с вертикальной осью вращения;
• или горизонтальной.

Вертикальный ветрогенератор

Покажу фотографией одну из легких для изготовления конструкций, сделанную из обычной стальной бочки.

Вот такой вертикальный ветрогенератор, изготовленный своими руками, да еще расположенный над самой землей в окружении застроек и растений, не сможет развить нормальных оборотов для выработки достаточного количества электроэнергии, чтобы питать частный дом.

Он сможет выполнять только какие-то единичные задачи для маломощного оборудования. Причем небольшая скорость вращения его ротора потребует обязательного использования повышающего редуктора, а это дополнительные потери энергии.

Такие конструкции были популярны в начале прошлого века на пароходах. Водяное колесо, расположенное своими лопастями вдоль направления движения судна, обеспечивало его движение.

Сейчас это раритет, утративший свою актуальность. В авиации такая конструкция не то что не прижилась, а даже не рассматривалась.

Ротор Онипко

Из тихоходных конструкций ветряных колес сейчас через интернет массово распространяют ротор Онипко. Рекламщики показывают его вращение даже при очень слабом ветре.

Однако к этой разработке у меня почему-то тоже критическое отношение, хотя повторить ее своими руками не так уж и сложно. Восторженных отзывов среди покупателей не нашел, как и научных расчетов экономической целесообразности ее использования.

Если кто-то из читателей сможет меня разубедить в этом мнении, то буду признателен.

Горизонтальный ветрогенератор

С самого начала двигатели самолетов стали применять винт, прогоняющий поток воздуха вдоль корпуса самолета. Его форму и конструкцию выбирают так, чтобы использовать дополнительно к активной силе давления реактивную составляющую.

По этому принципу работает любой горизонтальный ветрогенератор, который делают промышленным способом или своими руками. Пример самодельной конструкции показываю фотографией.

По принципу использования энергии ветра это более эффективная конструкция, а по исполнению для обеспечения бытовых вопросов снабжения электроэнергией — маломощная.

Небольшой электродвигатель, ротор которого раскручивает ветряк, может даже при оптимальном давлении и силе ветра, выработать в качестве генератора только малую мощность. На нее можно подключить слабенькую светодиодную лампочку.

Подумайте сами, нужно ли собирать такой флюгер с подсветкой или не стоит. С другими задачи подобная конструкция не справится. Хотя ее еще можно использовать для отпугивания кротов на участке. Они очень не любят шумы, сопровождаемые вращением металлических частей.

Для того, чтобы полноценно пользоваться электроэнергией, получаемой от ветра, рабочее колесо ветрогенератора должно иметь соответствующие потребляемой мощности размеры. Рассчитывайте примерно на пятиметровый диаметр.

При его создании вы столкнетесь с технической трудностью: вам придется точно выдержать балансировку больших деталей. Центр масс должен постоянно находиться в средней точке оси вращения.

Это сведет к минимуму биения подшипников и раскачивание конструкции, расположенной на большой высоте. Однако выполнить подобную балансировку не так уж просто.

Как установить ветрогенератор: надежная схема мачты для крепления на высоте

Вес рабочего колеса для нормального получения электрической энергии получается довольно приличным. На простой стойке его не установить.

Потребуется создавать прочный бетонный фундамент под металлическую мачту и анкерные болты оттяжек. Иначе вся собранная с большим трудом конструкция может рухнуть в любой неподходящий момент времени.

Стойка для ветрогенератора, поднятого на высоту, может быть выполнена:

1. в виде сборной мачты, собранной из секций с раскосами;
2. или конусной трубчатой опорой.

Обе схемы потребуют усиления от опрокидывания за счет создания нескольких ярусов оттяжек из тросов, которые необходимы для удержания мачты при шквальных порывах ветра. Их придется надежно крепить к стопорам и анкерам.

Из личного неудачного опыта: во время пользования аналоговым телевидением у меня работала антенна «Паутинка» с диаметром обруча 2м. Она располагалась на высоте 8 метров, была закреплена на деревянном шесте с двумя уровнями оттяжек. Шквальные порывы ветра ее раскачали так, что стойка развалилась.

Современное цифровое телевидение, к счастью, требует использования антенн значительно меньших размеров. Их не только просто делать своими руками, но и крепить не так уж сложно.

Как сделать мачту для ветряка

Сразу обратите внимание на создание прочной, безаварийной конструкции. Иначе просто повторите печальный опыт работников «ЯнтарьЭнерго», у которых во время шторма произошла авария: многотонная мачта рухнула, а осколки от лопастей разлетелись по всей округе.

Устройство мачты потребует расчета количества материалов, необходимых для создания сооружения из стального уголка различного сечения. Форма и габариты выбираются по местным условиям.

Ее делают из трех или четырех вертикальных стоек. Каждая из них снизу монтируется на упор. Вверху мачты создается площадка для установки ветряка.

Поскольку длина уголков ограничена, то мачту собирают из нескольких секций. Жесткость общему креплению придают боковые ребра, крепящиеся через раскосы.

Обязательным элементом фундамента являются закладные металлические элементы. Они будут использоваться для крепежа деталей. Придется позаботиться о сварке и соединительных болтах.

Не стоит пренебрегать дополнительными оттяжками.

Как сделать опору из труб

Телескопическую конструкцию из стальных труб соответствующего профиля собрать проще, но ее следует более тщательно рассчитать на прочность. Изгибающий момент, создаваемый тяжелой верхушкой при штормовом ветре не должен превысить критического значения.

При этом возникнут сложности с профилактическим обслуживанием, осмотром и ремонтом собранной воздушной электростанции. Если по мачте можно подняться на высоту как по лестнице, то по трубе это сделать проблематично. Да и работать наверху очень опасно.

Поэтому сразу необходимо продумать вариант безопасного опускания оборудования на землю и доступного способа его подъема. Это позволяет выполнить одна из двух схем с:

1. Поворотной осью на основной опоре.
2. Упорным рычагом на нижней части опорной стойки.

В первом случае создается прочный фундамент для установки основной опоры. На ее оси вращения крепится сваренная трубная конструкция с ветряком и полиспастной системой на стальных тросах.

Снизу трубы расположен противовес, облегчающий работу по подъему и опусканию с помощью ручной лебедки.

На картинке не показаны страховочные тросы поясов оттяжек. Они просто свисают со своих креплений вниз на землю при подъеме и опускании мачты, а к стационарным забетонированным кольям крепятся для постоянной работы.

Схема установки и опускания ветряка по второму варианту приведена ниже.

Мачту и расположенный под прямым углом к ней упорный рычаг с противовесом, усиленный ребром жесткости, поворачивают в вертикальном направлении лебедкой с полиспастной системой.

Ось вращения созданной конструкции находится в вершине прямого угла и закреплена в направляющих, вмонтированных в фундамент. Троса оттяжек при подъеме или опускании мачты снимают со стационарных креплений на земле. Они могут использоваться в качестве страховочных фал.

Ветрогенератор: устройство и принцип работы электрической схемы простыми словами

Промышленные ветряные электростанции спроектированы так, что способны сразу выдавать электрическую энергию в сеть потребителям. Своими руками так сделать не получится.

При выборе генератора, который будет раскручивать ветряное колесо, используют принцип обратимости электрических машин. К электродвигателю прикладывают крутящий момент и обеспечивают возбуждение обмоток статора.

Однако, идея раскручивать ротор трехфазного асинхронного электродвигателя в качестве генератора для получения электрического тока напряжением 220/380 вольт реализуется от двигателей внутреннего сгорания, напора воды, но не ветра.

Общая конструкция генератора с ротором станет иметь большой вес, а иначе обеспечить высокие обороты вала не получится.

Для небольших мощностей можно:

• использовать автомобильный генератор, который выдает 12/24 вольта;
• применить мотор колесо от электробайка;
• собрать
  конструкцию из неодимовых магнитов с катушками из медной проволоки.

Также за основу можно взять ветряк, продаваемый в Китае. Но ему необходимо сразу провести ревизию: обратить внимание на качество монтажа обмоток, состояние подшипников, прочность лопастей, общую балансировку ротора.

Придется настроиться на то, что величина выходного напряжения генератора будет сильно меняться в зависимости от скорости ветра. Поэтому в качестве промежуточного звена используют аккумуляторы.

Их зарядку необходимо возложить на контроллер.

Бытовые приборы сети 220 вольт должны питаться переменным током от специального преобразователя — инвертора. Простейшая схема домашней ветряной электростанции имеет следующий вид.

Ее можно значительно упростить потому, что бытовая цифровая электроника: компьютеры, телевизоры, телефоны работают от постоянного тока блоков питания 12 вольт.

Если их исключить из работы и запитать цифровое оборудование непосредственно от аккумуляторов, то потери электрической энергии сократятся за счет отмены двойного преобразования в инверторе и блоках.

Поэтому рекомендую сделать отдельные розетки на 12 вольт, запитать их сразу от аккумуляторов.

Внутри электрической схемы придется соблюдать такой же баланс мощностей, как и в механической конструкции. Каждая подключенная нагрузка должна соответствовать энергетическим характеристикам вышестоящего источника.

Бытовые приборы 220 вольт не должны перегружать инвертор. Иначе он будет отключаться от встроенной защиты, а при ее неисправности просто сгорит. По этому же принципу работают аккумуляторные батареи, силовые контакты контроллера, да и сам генератор.

Защита автоматическим выключателем домашней ветряной установки должна быть выполнена в обязательном порядке.

Для этого его необходимо правильно выбрать строго по
научным рекомендациям, проверить и наладить.

Случайную перегрузку, а тем более появление тока короткого замыкания предусмотреть невозможно. Поэтому этот модуль обязательно устанавливают в качестве основной защиты.

Схема подключения аккумуляторов, инвертора и контроллера для ветрогенератора практически ничем не отличается от той, что используется на гелиостанциях со световыми панелями.

Поэтому сразу напрашивается разумный вывод: собирать комбинированную домашнюю электростанцию, работающую от энергии ветра и солнца одновременно. Эти два источника вместе хорошо дополняют друг друга, а затраты на сборку одиночных станций значительно снижаются.

На Ютубе очень много каналов посвящено ветрогенераторам для дома. Мне понравилась работа владельца «Солнечные батареи». Считаю, что он довольно объективен при изложении этой темы. Поэтому рекомендую внимательно посмотреть.

Аккумуляторы для ветрогенератора: еще одна проблема для владельца дома

Одна из затратных задач ветряной или солнечной электростанции — вопрос хранения электрической энергии, которую решают только аккумуляторы. Их придется покупать и обновлять, а стоимость — довольно высокая.

Для их выбора необходимо знать рабочие характеристики: напряжение и емкость. Обычно применяются составные батареи из АКБ на 12 V, а количество ампер-часов в каждом конкретном случае стоит определить опытным путем, исходя из мощности потребителей, времени их работы.

Выбирать аккумуляторы для ветрогенератора придется из довольно широкого ассортимента. Ограничусь не полным обзором, а только четырьмя
популярными типами кислотных АКБ:

1. обычные стартерный автомобильные;
2. AGM типа;
3. гелевые;
4. панцирные.

Продавцы не рекомендуют приобретать для ветростанций стартерные аккумуляторы потому, что они созданы для работы в критических условиях эксплуатации автомобиля:

• при хранении на морозе должны выдерживать огромные токи стартера, которые создаются при раскрутке холодного двигателя;
• во время езды подвергаются вибрациям и тряске;
• подзарядка происходит в буферном режиме от генератора
  при движении авто с различными оборотами двигателя.

При этом:

• обслуживаемые АКБ, требующие периодического уровня электролита и доливки дистиллированной воды, созданы для выдерживания 100 циклов разряд/заряд;
• не обслуживаемые — имеют более сложную конструкцию и количество циклов 200.

Однако АКБ ветрогенератора при эксплуатации внутри дома:

• обычно помещаются в подвальном помещении, где температура, круглогодично поддерживаемая на уровне +5÷+10 градусов, является оптимальной;
• не подвергаются тряскам и вибрациям, стационарно
  установлены в неподвижном состоянии;
• не получают экстремальные нагрузки при стартерном запуске, а при включении бытовых приборов через инвертор работают в щадящем режиме;
• заряжаются от генератора небольшими токами, которые благоприятно действуют на режим десульфатации пластин.

Все это является самыми выгодными условиями для их эксплуатации. Поэтому этот вариант предлагаю взять на заметку тем, кому не лень периодически контролировать напряжение на банках и следить за уровнем
электролита в них.

AGM аккумуляторы более сложные по устройству. У них такие же пластины, но кислотой пропитаны стеклянные маты, работающие одновременно диэлектрическим слоем. Их цикл разряда/заряда — 250÷400. Перезаряд опасен.

Голевые АКБ тоже создаются необслуживаемой конструкцией с герметичным корпусом и загущенным до состояния геля электролитом. Они очень не любят перезаряд, но более стойки к глубокому разряду. Число расчетных циклов —350.

Панцирные аккумуляторы относятся к самым современным разработкам. Их электродные пластины защищены полимерами от воздействия кислоты. Диапазон циклов эксплуатации: 900÷1500.

Все эти четыре типа АКБ значительно отличаются по цене и условиям эксплуатации. Если взять во внимание рекомендации продавцов, то придется выложить довольно приличную сумму денег.

Однако я вам рекомендую предварительно послушать полезные советы, которые дает в своем видеоролике «Как выбрать аккумуляторы для ВЭС и солнечной станции» все тот же владелец «Солнечные батареи».

У него на этот счет свое, противоположное мнение. Как вы отнесетесь к нему — ваше личное дело. Однако, знать информацию из противоположных источников и выбрать из нее наиболее подходящий вариант: оптимальное решение для думающего человека.

Как рассчитать экономический эффект: цена ветрогенератора

Одним из маркетинговых ходов продавцов являются прайс листы,
показывающие расчеты экономии покупателей, создаваемой за счет приобретения их продукции. Стоит ли им верить?

Я предлагаю вам самостоятельно оценить экономическую выгоду от установки ветряной электростанции на вашем участке. Для этого потребуется учесть минимум расход денег на:

1. возведение фундамента под мачту, на который пойдет немало бетона и металлический арматуры;
2. создание высотной опоры для установки
   ветроколеса в зоне благоприятного давления ветра. Сюда войдут не только
   металлические уголки, трубы и крепежные детали со сваркой, но и затраты на весь монтаж;
3. цену приобретения готового ветрогенератора или
   его изготовление в домашних условиях;
4. покупку инвертора, контроллера, аккумуляторов, защитных модулей, кабелей и проводов. Учтите, что лет за 10-12 комплект АКБ придется сменить несколько раз;
5. эксплуатационные расходы на профилактическое обслуживание и ремонт;
6. решение ряда организационных вопросов.

Практика использования ветряных станций показала, что тихо они не работают, а постоянные вибрации и шумы ветрогенератора раздражают ближайших соседей. Иногда придется решать вопросы через суд.

К тому же в область вращающегося колеса иногда попадают птицы: пластиковые лопасти ломаются, металлические гнутся. Требуется надежная защита и резервный комплект запасных частей.

Можно даже допустить, что лет 10 все будет работать надежно и эффективно, хотя про скорость ветра я объяснил довольно подробно в самом
начале статьи.

Когда рассчитаете все эти затраты (сделайте поправку на часть непредвиденных расходов), то прикиньте цену 1 киловатта электроэнергии, которую вы платите по счетчику сейчас.

Умножьте ее на то количество киловатт, на которое создаете ветряную станцию, например на 3. Дальше останется определить период времени для сравнения.

Возьмем за основу время, за которое предварительно планируете окупить свои затраты, например, 15 лет эксплуатации. Оплату 3 кВТ в час надо умножить на этот срок, выраженный в часах, и сравнить со стоимостью затрат на создание и эксплуатацию ВЭС за этот же период.

Оценка очень приблизительная, цены плавают, но расчет для моего случая показал, что проще оплачивать электроэнергию государству. Затраты будут ниже в 4 раза.

Считаю, что ветрогенератор для частного дома своим руками создать можно. Примеров его работы много. Однако, надо хорошо продумать целесообразность его использования, обосновать экономическую пользу.

Без точного предварительного расчета деньги на его создание в прямом смысле могут быть пущены на ветер и не принесут никакой выгоды владельцу. Если я ошибся в прогнозах, то поправьте в комментариях.

Учтите, что ваш опыт интересует не только меня, но и большое количество других людей. Он принесет пользу и им.

Ветрогенератор для частного дома — принцип работы, виды, цены и производители

Принцип работы

Ветрогенератор представляет собой комплекс из нескольких устройств:

• Ветроколесо (ротор). Предназначен для приёма воздушного потока у горизонтальных конструкций или давления ветра у вертикальных. Выполняет функцию преобразования кинетической энергии ветра в механическую работу, которая передаётся генератору.

• Редуктор. Этим устройством комплектуются некоторые модели ветряков. Служит для повышения числа оборотов, передаваемых от ротора генератору.
• Генератор. Трёхфазная электрическая машина с ротором и статором. Обмотки статора, в которых вращающимся ротором возбуждается переменный ток, подключены к контроллеру. Для вертикальных ветрогенераторов генератор может комплектоваться мультипликатором, повышающим число оборотов, что позволяет повысить мощность генератора или уменьшить его размеры.
• Контроллер. В простейшем случае представляет собой выпрямительный диодный мост. Служит для преобразования, поступившего от генератора переменного тока в постоянный и передаче его для зарядки аккумуляторных батарей. Кроме того, контроллер регулирует скорость вращения ветроколеса, затормаживая его в случае необходимости – при сильном ветре или когда аккумуляторы полностью заряжены.
• Инвертор. Необходим для преобразования постоянного напряжения 12 вольт от аккумуляторной батареи в переменное 220 вольт, используемое потребителями.
• Мачта. Устройство для размещения ротора над землёй на определённой высоте. Существуют различные конструкции – из труб на стяжках, секционные конические, гидравлические.
• Комплект соединительных кабелей. Возможна комплектация устройства электрооборудованием для подключения потребителей (вводные щитки), устройством автоматического ввода резерва для переключения между ветрогенератором и централизованным электроснабжением.

Принцип работы устройства состоит в том, что напор (давление) ветра вращает ветроколесо, которое передаёт вращение на ротор генератора. Ротор генератора возбуждает переменный ток в обмотках статора генератора, который поступает на контроллер. Контроллер этот ток преобразует в постоянный и им заряжает аккумулятор.

Все потребители получают энергию от аккумулятора через инвертор (220 В) или напрямую (12, 24, 48 В – в зависимости от числа батарей). Напрямую энергия ветряка не передаётся потребителям, что связано с нестабильностью параметров получаемого им тока.

Достоинства и недостатки

Для начала рассмотрим достоинства ветряных электрост

Топ-20 горнолыжных курортов России, куда поехать покататься на горных лыжах

Горнолыжные курорты в России ничуть не уступают европейским. В преддверии новогодних каникул предлагаем ознакомиться с рейтингом на 2020-2021 год и выбрать направление для отдыха, где можно покататься на лыжах и на сноуборде.

Популярные горнолыжные курорты

Снег, горы, лес и чистый зимний воздух – великолепная программа на праздничные дни.

Красная Поляна

Этот горнолыжный курорт расположен недалеко от Сочи. В кластер Красная Поляна входят четыре комплекса: Роза Хутор, Горки Город, Горная Карусель, Газпром со склонами Лаура и Альпика.

Сезон длится с декабря по апрель, но знаменитый краснополянский пухляк, как утверждают знающие люди, реальней всего поймать именно в феврале и марте. На новогодние каникулы здесь устраивают сумасшедшие фейерверки.

Роза Хутор

Тут, по отзывам туристов, лучшая инфраструктура среди всех горнолыжных курортов. Здесь три уровня – Роза Долина, Роза Плато и Роза Пик. Последний находится на высоте 2300 метров, и вид, открывающийся отсюда, забыть невозможно.

Горки Город

Кроме спуска на лыжах или сноуборде здесь масса других зимних развлечений. Катание на собачьих упряжках, тюбинг, прогулки на снегоступах, каток – скучать не придётся никому.

Горная Карусель

Является частью комплекса Горки Город. Здесь тринадцать канатных подъёмников и тридцать шесть трасс различного уровня сложности. В Горной Карусели действует карта ски-пасс Горки Города.

Газпром

На этом курорте любят кататься молодожёны и влюблённые. По вечерам двенадцать трасс освещаются мягким романтичным светом, а их общая протяжённость превышает двенадцать километров.

Склон Лаура облюбовали новички, ширина трасс здесь достигает 66 метров, что гарантирует безопасность и комфорт начинающим лыжникам. Кроме того, имеются детские учебные склоны «Морозко», где малыши от пяти лет с опытными инструкторами учатся стоять на лыжах и сноубордах.

А вот на склоне Альпика новичков обычно не встретишь – трассы здесь сложные, хотя и безопасные для профессионалов.

Домбай

На территории Карачаево-Черкесской республики расположен один из самых престижных горнолыжных курортов. Здесь можно покорять заснеженные склоны с декабря по апрель. Средняя дневная температура около -5°C, что обеспечивает комфортное катание.

Для любителей внетрассового спуска несколько маршрутов на северной стороне горы Мусса-Ачитара. Можно подняться на вертолёте на самую вершину горы и устроить себе незабываемый суперэкстремальный спуск.

Эльбрус-Азау и Чегет

В природном парке «Приэльбрусье» располагается горнолыжный курорт Эльбрус-Азау, где сезон длится с ноября по май. Совсем рядом находится ещё один комплекс – Чегет. Оба курорта объединяют потрясающие ландшафты и вид на Кавказский хребет.

Здесь можно не только наслаждаться чудесными широкими трассами, но и полетать на параплане или совершить конную прогулку.

Архыз

В самом живописном районе Карачаево-Черкесской республики расположился горный курорт Архыз. Тут очень солнечно, так как хребет Абишира-Ахуба защищает Архыз от северного холодного ветра, и зима проходит без сюрпризов в виде оттепелей или дождей. Катаются здесь с декабря по апрель, но иногда сезон заканчивается раньше, уже в конце марта. Лучшие месяцы, по мнению опытных туристов – январь и февраль.

Подъёмники называются очень романтично – «Млечный путь», «Лунный экспресс».

Совет: не забывайте оформить страховку. Эвакуация пострадавших в посёлок платная, а медпункт принадлежит частному лицу.

Хибины

Здесь один из самых продолжительных сезонов катания – с октября по июнь. За зимний период накапливается много снега, а солнце в ложбины не проникает даже летом, так что трассы великолепные.

Внизу расположено озеро Большой Вудьявр и город Кировск. Сюда часто приезжают на новогодние каникулы, чтобы насладиться зрелищем северного сияния.

Кировск

В Мурманской области, рядом с Хибиногорским массивом, располагается курорт с забавным названием «Кукисвумчорр». Тут катаются почти что круглый год, без оглядки на календарь, потому как за полярным кругом нет недостатка в снеге. В середине декабря начинается полярная ночь, и светло будет только два часа в день, но катанию это не помеха — все трассы превосходно освещаются.

Шерегеш

Кемеровская область давно уже привлекает любителей горнолыжного отдыха. Шерегеш – отличный комплекс с развитой инфраструктурой, пригодный для катания с середины ноября по май. Туристы отмечают, что снег здесь сухой и пышный, благодаря чему трассы хорошо сохраняют свою форму. Стоит пересмотреть своё расписание, чтобы отыскать в нём лазейку для пары-тройки дней в горнолыжном раю.

Горный воздух

Горнолыжная база «Горный воздух» – одна из самых качественных «горнолыжек». Расположен в центре Сахалина, в городе Южно-Сахалинске. Катаются здесь с декабря по апрель, наслаждаясь мягкой зимой с обилием снега.

Бобровый лог

Находится в Восточной Сибири, практически в центре Красноярска, поэтому с размещением проблем не возникнет. С ноября по апрель четырнадцать спусков к услугам туристов, причём девять из них сертифицированы Международной федерацией лыжного спорта и пригодны для спортсменов-профессионалов. Оттепелей здесь почти не бывает, что гарантирует стабильность снежного покрова.

Сорочаны

Этот горнолыжный курорт радует жителей Москвы и Подмосковья с декабря по апрель. Здесь можно кататься до двух часов ночи, поэтому у молодёжи Сорочаны чрезвычайно популярны. Одиннадцать трасс и шесть подъёмников обеспечат всех желающих отличным настроением и бодростью.

Игора

Ещё один горнолыжный комплекс, расположенный вблизи крупного мегаполиса и радующий всех жителей и гостей Ленинградской области с декабря по март. Особенно популярно это место в новогодние каникулы, в праздники здесь жизнь просто кипит. Для тех, кто желает сэкономить, совет: остановиться можно в Санкт-Петербурге, а не в отеле самого комплекса, так выйдет значительно дешевле.

Абзаково

Уютный, небольшой курорт с очень доступными ценами расположен в республике Башкортостан. Сезон катания здесь длится с ноября и до конца апреля. Желающие могут кататься не только на горных, но и на беговых лыжах.

Здесь нет чёрных трасс и трасс для фрирайда, так что среди туристов в основном новички.

Белокуриха

Горнолыжный курорт Белокуриха, что в Алтайском крае, включает в себя пять комплексов. Тут со всех сторон горы, так что климат мягкий и комфортный для катания. Сезон начинается в декабре и заканчивается в конце марта.

Завьялиха

Сезон в Челябинской области длится с конца ноября по середину апреля. Рядом находится национальный парк «Зюраткуль», а снег здесь невероятно пушистый. По сравнению со многими другими «горнолыжками», цены тут весьма бюджетные.

Белорецк

На Урале, на горе Мраткино имеется ещё один популярный горнолыжный курорт – Белорецк. Изюминка комплекса – трассы расположены прямо в сосновом лесу. Абзаково совсем недалеко, так что желающие могут совместить знакомство с двумя горнолыжными комплексами и сравнить трассы.

Байкальск (гора Соболиная)

Гора Соболиная относится к хребту Хамар-Дабан и с ноября по май покрыта ровным слоем снега. Тут расположен семейный уютный курорт, где каждый найдёт себе занятие. Самая популярная трасса – «Пологая», с неё открывается невероятный вид на Байкал.

Хвалынск

На севере Саратовской области, в четырёх километрах от центра города Хвалынск, расположен комплекс «Хвалынский». Кроме активных видов отдыха здесь имеются уникальные термы – спа-бассейн под открытым небом, из которого открывается панорамный вид на волжские берега. Сюда можно приехать на Новый год всей семьёй, чтобы совместить активный отдых с расслаблением. Сезон длится с декабря по март.

Холдоми

Один из самых красивых курортов Хабаровского края доступен для горнолыжного отдыха с ноября по май. Местные жители и гости в праздничные и выходные дни могут насладиться неспешным спуском по освещённой до самого позднего вечера трассе протяжённостью 1850 метров.

Холдоми находится среди лиственных и хвойных лесов, поэтому воздух здесь необычайно свежий.

Губаха

На горе Крестовая, в Пермском крае, расположился комплекс «Губаха». Здесь имеется школа с профессиональными инструкторами, которые научат и детей, и взрослых необходимым премудростям. Тут девятнадцать трасс, работающих с декабря по март, особенно хвалят «Сюрприз».

Кант

Стоит упомянуть горнолыжный центр «Кант», который располагается в Москве. Здесь не найти умопомрачительных видов на горы и ущелья, зато тут целых девять трасс для новичков. Ни на одном крупном курорте нет такого бережного отношения к начинающим горнолыжникам. Школа «Нагорная» научит и ребёнка, и взрослого не бояться спуска на горных лыжах и управлять скоростью на любой трассе. Сезон длится с декабря по март.

Цветовые обозначения горнолыжных трасс

В зависимости от сложности трассы, ей присваивается определённое цветовое обозначение. Подобная практика обеспечивает безопасность. Обязательно проверяйте маркировку трасс на каждом конкретном курорте. Порой они имеют некоторые отличия, поэтому стоит разобраться в нюансах заблаговременно.

Синяя трасса

Предназначена для тех, кто только что научился стоять на лыжах или доске. Здесь нет уклона, так что иногда приходится отталкиваться от поверхности. На синей трассе не набрать скорость, опасность врезаться в кого-нибудь тут минимальная.

Зелёная трасса

Это предельно простой, широкий и пологий спуск для начинающих. На некоторых горнолыжных курортах зелёные и синие трассы совмещены, так как практически не отличаются. Иногда такая трасса называется беговой, потому что двигаться по инерции здесь не получится – приходится отталкиваться.

Красная трасса

Красные трассы предназначены только для опытных лыжников и сноубордистов. Угол наклона на таком спуске варьируется от 30 до 40°, в связи с чем развивается приличная скорость. Препятствия, повороты, скоростные участки – всё это подвластно только опытным райдерам.

Чёрная трасса

Это уже экспертный уровень. Даже среди профессиональных лыжников не каждый предпочитает чёрные склоны. Здесь трассу не обрабатывают ратраком (снегоуплотнительная машина), поэтому всевозможных сюрпризов в виде ухабов, сугробов целинного крутого снега и резких поворотов с перепадами склона достаточно.

В Штатах есть ещё одна классификация – двойные чёрные трассы. В народе их называют «widowmaker» (создатель вдов).

Лучшие трассы для новичков

Таблица составлена на основании отзывов туристов и может послужить маленькой подсказкой.

Лучшие трассы для профессионалов

В таблице упоминаются трассы, предназначенные для опытных лыжников и сноубордистов.

виды, как выбрать, обзор лучших вариантов

Что лучше: сделать ветрогенератор для дома своими руками или купить?

Самостоятельное изготовление ветрогенератора сулит весьма большую экономию. Даже с учетом приобретенных приборов или деталей, самодельные ветряки обходятся в десятки раз дешевле, чем купленные в магазине. Кроме прямой экономии, самодельные конструкции позволяют существенно сократить расходы на обслуживание и ремонт, так как свое изделие любой мастер разберет и соберет с завязанными глазами.

Единственной проблемой становится недоступность изготовления устройства для людей, не имеющих профильного образования, навыков или хотя бы элементарных познаний в электротехнике. В таких случаях выходом из положения будет либо приобретение готового устройства, либо использование альтернативных источников электроэнергии, не столь экологически чистых, но доступных для них.

Использование ветряных генераторов требует развития и продвижения. Возможности и перспективы такого способа выработки энергии вполне реальны, но нуждаются в определенных мерах со стороны производителей и администрации населенных пунктов. Отдельные частные генераторы проблему энергоснабжения региона не решат, но для конкретного владельца усадьбы такой вариант вполне может быть выходом из положения.

В чем суть?

Ветряные электростанции состоят из определенного количества генераторов, способных получать, преобразовывать и накапливать энергию ветра в переменный ток. Они вполне могут обеспечить целый дом электроэнергией, которая берется из ниоткуда.

Однако, нужно сказать, что затраты на оборудование и их обслуживание не всегда дешевле, нежели стоимость центральных электросетей.

Как сделать своими руками

Ветряк подобной конструкции не составит труда изготовить человеку умеющему работать с ручным инструментом и немного разбирающимся в электротехнике.

виды, примерные цены, бытовое использование и законность установки

Россия считается энергоизбыточной страной. Это положение верно, но имеются исключения. Существуют регионы, куда линии электропередач еще не проведены. Чаще всего, это ненаселенные регионы, северные территории и прочие труднодоступные участки. Обеспечение электрическим током в этих районах является весьма насущной проблемой, для решения которой следует рассматривать все возможные варианты. Один из них — использование ветрогенераторов.

Как устроен ветрогенератор?

Ветрогенератор — это устройство, перерабатывающее энергию ветра в электричество. Воздушный поток раскручивает ротор, который приводит во вращение генератор. Производимый ток накапливается в аккумуляторных батареях, соединенных с инвертором, преобразующим полученный заряд в номинальное значение для бытовых приборов и техники. Все используемое оборудование практически одинаково для любых типов ветряка и отличается лишь величиной напряжения.

В составе ветроэнергетических комплексов используются разные конструкции вращающихся частей — роторов, которые имеют свои достоинства и недостатки, разную эффективность и возможности. На сегодня существует большое количество разработок, способных взаимодействовать с ветрами разной силы и скорости.

Основные виды и особенности конструкции

Основными типами конструкции ветряков считаются:

• горизонтальные,
• вертикальные.

Горизонтальные устройства имеют форму пропеллера и являются более эффективными, чем вертикальные. Это вызвано тем, что лопасти таких ветряков получают только полезное усилие, целиком использующееся для переработки во вращательное движение. При этом, особенностью горизонтальных конструкций является необходимость точной настройки на ветер.

Отклонение крыльчатки вызывает остановку и, соответственно, прекращение выработки электротока. Еще одна особенность горизонтальных ветряков — требовательность к высоте над уровнем земли. Чем выше, тем эффективнее их работа, так как с набором высоты увеличивается сила ветра и уменьшаются помехи.

Вертикальные устройства лишены недостатков горизонтальных, но имеют меньшую эффективность из-за наличия отрицательного воздействия потока на обратные стороны лопастей. В то же время, они не нуждаются в наведении на ветер и не требуют высокого основания, что делает их более удобными для обслуживания и ремонта.

В отличие от горизонтальных конструкций, имеющих практически единственный тип ротора, вертикальные устройства обладают широким перечнем вариантов. Доступность и большие возможности вызвали интерес со стороны конструкторов, разработавших множество видов ветряков с разнообразными конструктивными особенностями. Широко известны:

• ротор Дарье;
• конструкция Савониуса;
• ортогональный ротор;
• ротор Горлова;
• геликоидный ротор;
• устройство Третьякова и т.д.

Перечень всех типов конструкции велик и постоянно пополняется новыми разработками.

Внимание! Большинство конструкций существуют лишь в виде проектов и опытных образцов, так как промышленность создает ветрогенераторы в малых количествах и широкого распространения они пока не имеют.

Схемы работы ветрогенераторов

Существуют две основные схемы работы ветрогенераторов:

• автономная. Устройство производит электроток и питает потребителей. Распространения е имеет, работа ведется лишь с оборудованием, подключенным напрямую.
• работа в параллельном с электросетями режиме. Этот вариант подключения широко распространен на Западе — ветряк не только питает собственные потребители, но и отдает част энергии в сеть, за что владелец получает определенную плату.

В России на сегодня возможен только первый вариант, так как оборудования, позволяющего совмещать сетевое и генерируемое электричество, в составе магистральных комплексов не имеется. При этом, для ветряка на имеет значения, по какой схеме он подключен к системе.

Рассматриваем ветровые электростанции для дома

Если рассматривать использование ветрогенератора в качестве источника электропитания для частного дома или усадьбы, то сразу же обнаруживаются две основные проблемы, препятствующие распространению ветроэнергетики среди населения:

Такие обстоятельства вынуждают большинство делать выбор в пользу дизельных или бензиновых электростанций, которые имеют более устойчивую работу и в целом обходятся дешевле, хотя и нуждаются в топливе и оказывают отрицательное воздействие на экологию региона.

Выбор ветрогенератора: ориентировочные цены

Если рассмотреть промышленные образцы ветрогенераторов, то можно отметить, что цены на них имеют несколько категорий:

• маломощные ветрогенераторы, самые дешевые, ценой 40-100 тыс руб;
• комплексы средней мощности, имеющие цены порядка 100-200 тыс руб;
• мощные системы ценой от 200 тыс руб и выше.

Наиболее доступны китайские образцы, которые заметно дешевле, чем изделия российских или западных производителей.

При выборе готового устройства надо учитывать необходимую мощность, возможность ремонта, а также накладные расходы — транспортировку, монтаж, настройку. Кроме того, понадобится дополнительное оборудование — контроллер заряда, АКБ, инвертор, коммутационное оборудование и т.д. Необходимо удостовериться, что все это входит в состав комплекса, иначе его стоимость возрастет на цену того, чего в нем не хватает.

Оправдана ли цена ветряка для частного дома?

Вопрос о том, насколько стоимость ветрогенератора оправдана, находится в плоскости возможностей владельца дома. Если доходы позволяют, то любая цена будет оправдана. Если же сравнивать стоимость с расходами на сетевую электроэнергию, то, конечно, разница окажется очень большой. Срок службы промышленного ветрогенератора, заявленный производителем, составляет около 20 лет. Учитывая суровые климатические условия, можно утверждать, что намного превысить заявленный предел оборудование не сможет.

Поэтому и распространены дизельные или бензиновые генераторы, которые более понятны рядовому пользователю, могут быть отремонтированы любым умельцем. Топливо, в котором они нуждаются, приобретается по мере необходимости, что тоже удобно для пользователей.

Если же никаких других вариантов нет, то цены на ветряки уже нет смысла обсуждать, приходится лишь подбирать вариант, оптимальный по цене и параметрам.

Действительно ли ветрогенератор выгоден?

В этом вопросе имеется некий подвох. Выгода ветрогенератора состоит в том, что он дает возможность пользоваться электроэнергией и не оказывает вредного влияния на окружающую среду. Если выбор производится между отсутствием электричества и его присутствием, то ответ очевиден. Если же сравнение производится между самым дешевым сетевым электричеством и генерируемым ветряком, то лидерство однозначно будет за сетевыми ресурсами.

При этом, надо учитывать возможность самостоятельного создания ветряка. В этом случае себестоимость энергии зависит от расходов на изготовление, которые иногда оказываются совсем мизерными. Конечный результат в данном случае зависит от наличия опыта, навыков и производственной базы, которыми располагает мастер.

Известны владельцы ветрогенераторов, полностью обеспечивающие свое жилище энергией ветра, которой им хватает на все нужды. Но наиболее распространен вариант, когда ветряки вырабатывают лишь дополнительную энергию, позволяющую экономить на освещении или водоснабжении участка.

Законность установки ветряка

Нормативных актов, напрямую регулирующих порядок установки ветрогенераторов на своем участке, в России на сегодня не имеется. Поэтому никаких разрешений получать не требуется, можно использовать ветряки на вполне законных основаниях. При этом, чиновники из администрации всегда имеют возможность придраться к различным обстоятельствам — например, жалобы соседей, уровень шума или магнитное воздействие на участке могут стать основанием для требования убрать ветряк или привести его конструкцию в соответствие с нормативами.

Если ветрогенератор установлен на участке, то проблем, скорее всего, не будет. Другое дело, если устройство установлено на балконе многоквартирного дома, но такие ситуации редки и рассматривать их незачем. Установлено, что ветрогенератор является электроприбором, поэтому пользование им разрешено так же, как использование электрокамина или утюга.

Что лучше: сделать ветрогенератор для дома своими руками или купить?

Самостоятельное изготовление ветрогенератора сулит весьма большую экономию. Даже с учетом приобретенных приборов или деталей, самодельные ветряки обходятся в десятки раз дешевле, чем купленные в магазине. Кроме прямой экономии, самодельные конструкции позволяют существенно сократить расходы на обслуживание и ремонт, так как свое изделие любой мастер разберет и соберет с завязанными глазами.

Единственной проблемой становится недоступность изготовления устройства для людей, не имеющих профильного образования, навыков или хотя бы элементарных познаний в электротехнике. В таких случаях выходом из положения будет либо приобретение готового устройства, либо использование альтернативных источников электроэнергии, не столь экологически чистых, но доступных для них.

Использование ветряных генераторов требует развития и продвижения. Возможности и перспективы такого способа выработки энергии вполне реальны, но нуждаются в определенных мерах со стороны производителей и администрации населенных пунктов. Отдельные частные генераторы проблему энергоснабжения региона не решат, но для конкретного владельца усадьбы такой вариант вполне может быть выходом из положения.

Рекомендуемые товары

выбираем маленький ветряной генератор для дома, принцип работы и устройство

Ветряные генераторы уже не представляют собой ничего экзотичного – сейчас их используют и расценивают как наилучшую возможность сэкономить. В статье рассмотрим популярные модели мини-ветрогенераторов для дома, особенности их устройства и принцип работы.

Особенности

Даже мини-ветрогенератор с легкостью преобразовывает всю ту энергию, которую несет в себе ветер. Успешное использование данных установок уже зарекомендовало себя благодаря тому, что их можно использовать как в частных домах, дачах и загородных постройках, так и на производствах и больших фабриках.

Ветряку для того чтобы получить электроэнергию, не нужны топливо и солнце. Это заставляет задуматься о том, как они работают, и какие предложения есть на рынке данных устройств.

Еще к одной особенности ветряного генератора можно отнести то, что его мощность напрямую зависит от размера окружности, что формируют его лопасти. Если увеличить ее диаметр в 2 раза, то при сохранении прежней скорости ветра электроэнергии, которую будет производить генератор, будет в 4 раза больше.

Принцип работы

Конструкция и принцип работы старых ветряных мельниц уверенно перекочевали к их современным последователям – ветряным электрогенераторам.

Сила ветра, вращающая лопасти, заставляет двигаться ось, к которой эти лопасти прикреплены, а она уже, в свою очередь, двигает шестерни и механизмы внутри мельницы.

В наши дни ветряные мельницы для производства электричества устроены практически так же, только энергия ветра заставляет вращаться ротор.

Рассмотрим более детально, как происходит преобразование ветра в электроэнергию.

1. Первичный вал с редуктором начинает вращаться от силы ветра, который толкает лопасти и заставляет их совершать обороты. Затем момент вращения передается на оборудованный магнитами ротор. Благодаря такой последовательности действий в статорном кольце образуется переменный ток.
2. При выработке электроэнергии в таком количестве необходимы аккумуляторы. Для того чтобы заряжать в безопасном режиме, необходим выпрямитель тока, который позволяет избежать скачков напряжения и увеличивает срок службы аккумуляторных батарей.
3. Чтобы создать привычное нам напряжение в 220 В, из аккумуляторов ток подается в инвертор, а затем уже к конечным потребителям. Чтобы ветряк всегда ловил наиболее сильный ветер, устанавливают хвост, который разворачивает лопасти по ветру. Всевозможные датчики позволяют современным моделям иметь системы торможения, складывания и отвода лопастей от ударов ветра.

Виды

Различные виды ветряных мельниц классифицируют по количеству лопастей, по материалу, из которого эти лопасти изготовлены, по шагу винта и еще ряду критериев. Независимо от того, как расположена ось вращения генератора, принцип его работы остается одинаковым для любого вида. Но в основном их разделяют по выбору расположения оси или вала.

• Горизонтальный вид. Это когда поверхность земли расположена параллельно оси вращения генератора.

• Вертикальный вид. У этого вида ветряков вращающий вал расположен перпендикулярно поверхности земли, а лопасти расположены вокруг него.

Составная часть пропеллера или ветроколеса у современных ветряных генераторов может состоять из разного количества лопастей. Уже признано устоявшимся утверждение, что пропеллеры с количеством лопастей до трех вырабатывают большое количество тока лишь при сильном ветре, в то время как многолопастные ветрогенераторы могут довольствоваться небольшими потоками воздуха.

Обзор моделей

Российский рынок отличается большим ассортиментом ветряных генераторов. Перед выбором стоит сравнить характеристики представленных моделей и варианты их применения. Разнообразие устройств представляет солидный ряд, в котором стоят как небольшие ветрогенераторы для дома, так и изделия для промышленного использования более крупных размеров.

• Ветряные генераторы Condor Home. Ветряки предназначены для использования в домашних условиях, мощность 0,5-5 кВт. Эти станции предназначены для использования при низких температурах, а также продуцируют энергию при слабых порывах ветра. Служат как основным, так и вспомогательным источником электричества на участке.

• Маленькие электростанции Falcon Euro. Чаще всего используются в комплексе с солнечными батареями или другими источниками энергии в случае значительного удаления от линий электропередач. Линейка моделей представлена технологичными ветряными генераторами преимущественно с вертикальными валами мощностью 1-15 кВт.

• Генераторы Sokol Air Vertical. Небольшие ветровые установки способны обеспечить электричеством как небольшие дома, так и средние производственные здания. Данные электростанции выпускаются с мощностью 0,5-15 кВт.

• Ветрогенераторы Energy Wind. Данные ветряки замечательно себя зарекомендовали как прекрасный вариант для электрообеспечения жилых домов, коттеджей и жилых построек. Есть как однолопастные, так и трёхлопастные модели с различной мощностью – 1-10 кВт.

• Ветряные мельницы Altek ЕВ. Сегмент загородных домов и дач покорили эти ветротурбины с горизонтальным валом вращения. Номинальная мощность от 1 до 10 кВт. Превосходно подходит для решения задач снабжения электричеством дачные участки.

Как выбрать?

Чтобы выбрать ветряную электростанцию, необходимо определиться с некоторыми пунктами, которые будут влиять на принятие решения. Все расчеты и подобные вычисления требуют большого внимания: нужно собрать и обработать важную информацию.

1. Необходимо рассчитать максимальное и минимальное количество электричества, которого хватит для комфортного обеспечения объекта.
2. Изучить показатели ветра в разное время года, выявить безветренные периоды и понять, какие нужны аккумуляторы, когда энергию от ветряной мельницы нужно заменить чем-то другим.
3. Учитывайте в первую очередь климатические и географические характеристики региона. В том случае, если будут сильные заморозки, ветряной генератор будет нерентабелен.
4. Хорошо изучить рынок, провести сравнение подходящих вам генераторов от всех производителей. И не забывайте про такой показатель, как шум при работе ветрогенератора.

Полный переход на такие электростанции для жилых домов на значительном удалении от линии электропередач не решит проблему целиком. Но может быть отличной альтернативой и выходом из положения в определенных ситуациях, а иногда и единственным способом обеспечить электричеством свой участок. Для того чтобы выбор оказался максимально оправдан, следует учесть каждую характеристику – от размеров, уровня шума, емкости аккумуляторов до способа установки, необходимой для работы скорости ветра и количества вырабатываемого электричества.

Подробнее о ветрогенераторе смотрите в следующем видео.

и видеозаписи

| Домостроение

Отечественные ветряные турбины недавно выпали из поля зрения радаров, но турбины продолжают оставаться жизнеспособным вариантом для некоторых. В первую очередь необходимо учитывать несколько факторов, в том числе:

• скорость ветра
• местоположение
• согласие на планирование
• шум и мерцание
• подключение к сети
• эффективность
• техническое обслуживание и долговечность
• стоимость

скорость ветра

Для бытовых ветряных турбин требуется много «чистого» ветра, в идеале непрерывный и постоянно дующий с одного направления.

Общее правило заключается в том, что для обеспечения продуктивности на площадке требуется среднегодовая скорость ветра более 5 метров в секунду (м / с), предпочтительно более 6 м / с. Оценка 5 м / с на 10 м над уровнем земли вполне может быть 6 м / с на 25 м над уровнем земли.

Чтобы решить, подходит ли ваш участок, обратитесь к базе данных о среднегодовой скорости ветра на берегу.

Если вы хотите получить более точные данные о скорости ветра, вам понадобится анемометр (Omega производит их примерно за 400 фунтов стерлингов). Анемометр должен находиться в правильном месте и на нужной высоте, чтобы иметь любое значение, и находиться на месте в течение всего года, чтобы получить полную среднегодовую скорость ветра.

Где разместить ветряную турбину

Полезный ветер зависит от топографии и препятствий, а также от скорости. Сильный ветер, который мешают деревья или высокие здания, не годится.

Турбина также должна быть:

• На 10 м выше любого препятствия в пределах 200 м — в идеале в «чистом воздухе», который не нарушается турбулентностью или смещением направления
• по крайней мере в 1,5 раза больше своей высоты от любого здания, дороги, пешеходной дорожки мосты, телефонные линии или линии электропередач или все, что может быть повреждено, если турбина упадет выше
• в месте, которое не «причинит вреда» соседям (как правило, нарушение шума), зданиям, внесенным в список, или национальным паркам

Сколько стоит Стоимость ветряной турбины?

Чем больше ветряк, тем дороже стоит.Ветряная турбина мощностью 5 кВт будет обычной для бытовой установки и будет стоить от 20 000 до 25 000 фунтов стерлингов. Добавьте к этому затраты на подготовку площадки, возведение турбины, прокладку кабелей до подключения к сети и согласование планирования, и окончательная стоимость может достигнуть 30 000-40 000 фунтов стерлингов.

Хорошая ветряная турбина мощностью 5 кВт, такая как Britwind R9000, будет:

• производить около 10 000 кВтч в год при средней скорости ветра 6 м / с, что почти достаточно для двух средних домашних хозяйств.
• привлекает льготный тариф в размере 8.26 пенсов / кВтч и экспортный тариф 4,8 пенсов / кВтч — доходность 1310 фунтов стерлингов в год.
• имеют общие капитальные затраты 30 000 фунтов стерлингов.
• имеют окупаемость не менее 23 лет.

Другим вариантом может быть крошечная турбина, такая как машина FuturEnergy Airforce1 мощностью 1 кВт. Это:

• стоит около 1200 фунтов стерлингов, при общей установленной стоимости 2000 фунтов стерлингов
• обычно не требует согласия на планирование
• не раздражает соседей
• может быть установлен на опоре строительных лесов
• будет производить около 2000 кВтч с Скорость ветра 6 м / с

Так как это не подключено к сети, нет льготного тарифа, и вся продукция должна использоваться на месте.Это дает электричеству стоимость 15 пенсов / кВтч, поскольку оно вытесняет электроэнергию, купленную из сети. Возврат составляет около 300 фунтов стерлингов в год — потенциальная окупаемость за семь лет.

Требуется ли согласие на проектирование ветряной турбины?

Ветряным турбинам требуется разрешение на планирование. Они почти всегда вызывают возражения, обычно со стороны соседей. Процесс может быть дорогостоящим и трудоемким, включая:

• планов
• чертежей
• экологических исследований и обследований летучих мышей
• шоссе
• визуальных воздействий
• обследований шума (для всего, что превышает 10 кВт)

Шум и мерцание

Возможный шум — обычное возражение без особых причин.Ветряные турбины не бесшумны, но поскольку между турбинами и любыми домами должно быть некоторое расстояние, ощутимого шума мало.

Мерцание может быть настоящей неприятностью и влиять на людей, страдающих эпилепсией. Это вызвано тем, что лезвия проходят перед солнцем и заставляют солнечный свет казаться мерцающим для любого, кто находится «ниже по течению». Чтобы этого избежать, турбину необходимо расположить так, чтобы она не находилась прямо между солнечным светом и соседними объектами.

Подключение к сети

Электросеть Великобритании приближается к максимальной мощности, а в некоторых районах, например на южном побережье Англии, она уже загружена.В этих областях может оказаться невозможным подключить турбину к сети. Даже если его можно подключить, обновление сетевого подключения может стоить тысячи или десятки тысяч фунтов.

Подключение без модернизации обычно возможно для генераторов мощностью менее 4 кВт. Это необходимо уточнить у оператора сети, прежде чем строить какие-либо другие планы.

Есть аргумент, что турбины должны быть 5 кВт или более, чтобы оправдать инвестиции. Однако машина мощностью 1–2 кВт, не подключенная к сети, сделает все, что нужно обычному дому.

Ветер или PV?

Предположим скорость ветра 6,5 м / с и мощность 2 кВт:

Установленные затраты: около 4000 фунтов стерлингов

Техническое обслуживание: 200 фунтов стерлингов в год

Производство: 3800 кВтч в год

Стоимость производства: Все используемые на объекте, без FiTs 570 фунтов стерлингов

Предположим, что крыша, выходящая на юг, и мощность 3,9 кВт:

Установленные затраты: около 5000 фунтов стерлингов

Обслуживание: 50 фунтов стерлингов год

Производство: 3200 кВтч в год

Стоимость производства: 40% используется на месте.FiTs в 4.11p. Экспорт в 4.8p. £ 360

КПД

Номинальная мощность ветряной турбины — это то, что турбина называется, например, турбиной мощностью 10 кВт. Это отражает его оптимальную скорость ветра, в данном случае обычно от 10 до 12 м / с, что является довольно сильным ветром.

Более важны скорости ветра при запуске и останове:

Скорость запуска — это скорость, необходимая для начала выработки, и она является ключевым фактором для производства.Чем ниже цифра, тем лучше. Полезно все, что около 2 м / с.

Скорость отключения — другое дело. Некоторые ветряные турбины «выравнивают» свою мощность на номинальной мощности до тех пор, пока ветер не достигнет своей «выживающей» скорости. Ветряная турбина мощностью 10 кВт со скоростью выживания ветра 30 м / с будет продолжать производить 10 кВт при увеличении скорости ветра с 12 до 30 м / с перед отключением. Максимальная мощность этой турбины мощностью 10 кВт может быть немного больше 10 кВт, до 12 кВт.

Турбина будет иметь необходимые элементы управления, чтобы гарантировать, что лопасти не вращаются быстрее, а от генератора требуется мощность не более 12 кВт.Другие не имеют этих средств управления и отключаются при превышении оптимальной скорости ветра. Возможность продолжать производство электроэнергии при низких и высоких скоростях ветра имеет решающее значение для эффективности и финансовой отдачи.

Техническое обслуживание и долговечность

Ветряные турбины — это сложные части комплекта со многими механическими компонентами, которые выйдут из строя. Меньшие и более дешевые ветряные турбины не имеют систем мониторинга, поэтому владельцы могут не сразу осознавать, что они не производят электричество.

Гондола (рабочая часть оборудования) находится наверху мачты, и ее необходимо опустить на уровень земли для обслуживания или ремонта, что будет дорого.

Ветровые турбины имеют гарантийный срок, обычно 10-20 лет. Обязательно прочтите мелкий шрифт: некоторые производители могут покрывать только детали. Это означает, что владелец оплачивает работу и падение гондолы и может использовать только детали, поставляемые производителем. Это фактически обесценивает гарантию.

Заключение: стоит ли того ветряка?

Есть более эффективные способы заработка, чем использование ветряных турбин в домашних условиях, а изменения тарифов означают, что обычные турбины мощностью 5 и 10 кВт менее жизнеспособны, чем раньше. Небольшая ветряная турбина мощностью 1–2 кВт может быть ответом. Это можно улучшить, добавив в систему аккумуляторную батарею, такую ​​как система Sunamp или Telsa, примерно за 3000 фунтов стерлингов.

Пример использования: «Это большой успех!»

Саймон и Энни Уинстенли установили ветряную турбину на своем участке в Дамфрисшире на склоне холма — и очень довольны результатами (изображенными в верхней части этой статьи).

Самостоятельная сборка Саймона и Энни должна стать эталоном низкоуглеродного дизайна. Герметичная конструкция изолирована в соответствии со стандартами PassivHaus и использует механическую вентиляцию с рекуперацией тепла, при этом обогрев дополняется напольным отоплением с помощью теплового насоса с воздушным источником тепла; Окна NorDan с тройным остеклением ориентированы на максимальное использование пассивного солнечного излучения.

Вся зеленая техника, однако, скрыта, и единственное свидетельство того, что это теплица, — это турбина от Segen, которая стоит 10 000 фунтов стерлингов и вырабатывает дополнительную электроэнергию для дома.

Итак, каковы экономические выгоды от этих энергоэффективных мер? «Дом стоит 10 фунтов стерлингов в неделю — на все», — говорит Саймон.

Wind Turbine Stock Video Videos — Видеоклипы 4K и HD

Вход

Зарегистрироваться

Стоят ли они? > ENGINEERING.com

Маленькая ветряная турбина на крыше — (Изображение Андола [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], через Wikimedia Commons).

Недалеко от моего места работы есть частная средняя школа с несколькими небольшими ветряными турбинами, установленными на крыше. Прямо по дороге от моего дома у одного жителя есть небольшая ветряная турбина на крыше гаража. Каждое утро по дороге на работу я проезжаю мимо фермерского дома с небольшой ветряной турбиной, установленной на 30-футовой башне.Сколько энергии могут генерировать турбины на крыше? Давайте посчитаем…

Рекламируются ветряки с номинальной мощностью. Небольшие турбины, вроде тех, что вы видели на крыше, обычно рассчитаны на мощность от 400 до 1 кВт. Итак, вы можете сделать быстрый мысленный расчет и предположить, что турбина мощностью 1 кВт будет вырабатывать 24 кВт · ч энергии каждый день (1 кВт x 24 часа). Что ж, это было бы правдой, если бы ветер дул постоянно с номинальной скоростью ветра. Но факт в том, что ни одно из этих условий вряд ли может возникнуть на крыше.

Во-первых, номинальная мощность турбины — это лучший сценарий. Это мера того, сколько мощности турбина будет генерировать при максимальной скорости ветра, которую она может выдержать. Чтобы получить более точную оценку, посмотрите кривую мощности турбины. Вот типичная кривая мощности для турбины мощностью 1 кВт:

Кривая показывает, что турбина начинает вырабатывать мощность со скоростью около 3 м / с (6,7 миль / ч) — скорость включения. Более медленный ветер не имеет достаточной мощности, чтобы заставить ротор вращаться. По мере увеличения скорости ветра происходит быстрое увеличение мощности, но выходная мощность достигает 1 кВт (номинальная мощность), когда скорость ветра составляет около 11 м / с (почти 25 миль в час).Для сравнения: если бы на вашей земле средняя скорость ветра составляла 25 миль в час, все ваши деревья были бы постоянно согнуты. Более вероятно, что вы увидите скорость ветра от 3 до 5 м / с, что означает, что турбина мощностью 1 кВт обычно вырабатывает менее одной десятой своего номинального значения.

Скорость останова — это скорость, при которой турбина задействует тормозной механизм для предотвращения повреждения. Типичная скорость останова всего на несколько м / с выше номинальной скорости, поэтому «золотая середина» — диапазон, в котором турбина вырабатывает свою номинальную мощность, — довольно узкий.

Чтобы сделать ветроэнергетику рентабельной, турбинам нужен доступ к сильным и устойчивым ветрам. Жилая крыша не предлагает ни того, ни другого. Скорость ветра увеличивается с высотой, и верх дома находится довольно близко к уровню земли. Хуже того, все препятствия — деревья, другие здания, даже сам дом — вызывают турбулентность на ветру. Таким образом, вместо быстрого устойчивого ветра, дующего в основном в постоянном направлении, вы получаете короткие порывы ветра, дующие со случайных направлений. Турбулентность не только снижает мощность турбины, но и вызывает механическое напряжение, которое сокращает срок службы турбины.Основное правило гласит, что турбина должна быть как минимум на 9 м (30 футов) выше любого препятствия в пределах 150 м (500 футов):

Недавно я увидел исследование, в котором говорилось, что турбины на крыше следует устанавливать ближе к центру крыши, а не по периметру, потому что турбулентность больше вокруг внешней стороны крыши, чем в центре. Достаточно справедливо, но это исследование рассматривало только турбулентность, а не общую добычу. Следование его рекомендациям означает, что ваша турбина прослужит дольше. Это хорошо, потому что турбине может потребоваться очень много времени, чтобы выработать достаточно электроэнергии, чтобы компенсировать стоимость самой турбины.Лучше не ставить ветряные турбины на крышу.

В курсе «Введение в устойчивую энергетику», который я преподаю, мы выполняем упражнение по расчету срока окупаемости различных небольших ветряных турбин. Не буду упоминать бренды, но мы выбрали ветряную турбину с горизонтальной осью мощностью 400 Вт (HAWT) и 1 кВт HAWT. И мы не стали возиться с установкой на крыше — мы выбрали башню высотой 10 м (33 фута), поскольку на больших высотах дуют устойчивые ветры. В северном Иллинойсе средняя зимняя скорость ветра на высоте 10 м составляет 3.6 м / с, или около 8 миль в час.

400 Вт HAWT

При ветре 3,6 м / с турбина мощностью 400 Вт вырабатывает 50 Вт. Если предположить, что она будет работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году, турбина будет вырабатывать 438 кВтч в год. Средняя национальная ставка на электроэнергию в США составляет 0,12 доллара за киловатт-час, поэтому турбина экономит владельцу 52 доллара в год на стоимости электроэнергии. Типичная турбина мощностью 400 Вт стоит около 400 долларов — и это просто турбина, а не башня. Самый дешевый комплект башни, который я смог найти, стоит чуть менее 400 долларов, не считая бетонного основания.Таким образом, одна из этих турбин и ее башня стоит как минимум 800 долларов. Это более чем 15-летний период окупаемости, который не будет ужасным для долгосрочных инвестиций, за исключением того, что на турбину предоставляется годовая гарантия.

1 кВт HAWT

Популярная турбина мощностью один киловатт с лучшей гарантией будет генерировать 77 ватт при скорости ветра 3,6 м / с. Это дает 675 кВтч каждый год, уменьшая годовой счет клиента за электричество на 81 доллар. Турбина продается за 4400 долларов без башни, и эта турбина намного тяжелее, поэтому для нее требуется более прочная башня.В общем, стоимость башни примерно такая же, как и стоимость турбины, поэтому инвестиции близки к 8800 долларам. Если бы родители Бильбо Бэггинса купили один из них в день его рождения, он окупился бы примерно во время его «одиннадцати первого» дня рождения. О, я даже не вдавался в стоимость профессиональной установки, которая может составлять 2000 долларов и более.

Легко сказать, что эти турбины не стоят своих денег по сравнению с электросетью, но как насчет удаленных мест, где электросеть недоступна? Давайте посмотрим на турбину мощностью 1 кВт и башню за 8800 долларов.Мы определили, что он производит 675 кВтч в год. Есть ли лучший возобновляемый источник энергии? Солнечная?

В том же месте средний солнечный ресурс составляет 4,5 пикового солнечного часа (PSH) в день, а в худшем случае — 2,6 PSH зимой. Для выработки 675 кВтч / год фотоэлектрической (ФЭ) батарее потребуется 1,85 кВтч / день. Зимой солнечная батарея мощностью 1 кВт могла бы покрыть это, даже если бы вся система была эффективна только на 75%. (85% — более реалистичное число.) Маленькая фотоэлектрическая система стоит около 4 долларов за установленный ватт, поэтому общие инвестиции, включая установку, составляют около 4000 долларов.Более того, в фотоэлектрической системе нет движущихся частей, поэтому она не требует ежегодного обслуживания.

Когда я провожу цифры, я просто не вижу причин, по которым домовладелец выбрал бы небольшую ветряную турбину, когда фотоэлектрическая энергия является лучшим вариантом. Подождите … Я могу вспомнить одно: у меня есть невестка, которая живет на Аляске!

Ветровая энергия — отличный источник возобновляемой энергии — в масштабах коммунального предприятия . Большие турбины более эффективны, чем маленькие, а более высокие башни достигают этих богатых энергией высокоскоростных ветров.Если вы думаете о небольшой турбине, подумайте еще раз. Если вы не находитесь в арктическом регионе, вам лучше потратить деньги на солнечные батареи.

Комментарии или отзыв? Продолжите этот разговор в визуальном виде в нашем новом сообществе ProjectBoard! Нажмите здесь

Следуйте за доктором Томом Ломбардо в Twitter, LinkedIn, Google+ и Facebook.

Стили дизайна

Первоначально большинство ветряных турбин работали с фиксированной скоростью при выработке электроэнергии. В последовательности запуска ротор может быть остановлен (удерживаться в остановленном состоянии), и при отпускании тормозов будет ускоряться ветром до тех пор, пока не будет достигнута требуемая фиксированная скорость. На этом этапе будет выполнено подключение к электросети, а затем сеть (через генератор) будет поддерживать постоянную скорость. Когда скорость ветра превысила уровень, на котором была произведена номинальная мощность, мощность могла бы регулироваться любым из способов, описанных ранее, путем сваливания или наклона лопастей.

Впоследствии была введена работа с регулируемой скоростью. Это позволило согласовать скорость ротора и скорость ветра, и таким образом ротор мог поддерживать наилучшую геометрию потока для максимальной эффективности. Ротор может быть подключен к сети на низких скоростях при очень слабом ветре, и его скорость будет увеличиваться пропорционально скорости ветра. По мере приближения к номинальной мощности и, конечно же, после того, как номинальная мощность была выработана, ротор возвращался к работе с почти постоянной скоростью, с изменением угла наклона лопастей по мере необходимости для регулирования мощности.Важные различия между работой с регулируемой скоростью, которая используется в современных больших ветряных турбинах, и более старой традиционной работой с постоянной скоростью:

• Регулируемая скорость при работе ниже номинальной мощности может способствовать увеличению захвата энергии
• Возможность изменения скорости выше номинальной мощности (даже в довольно небольшом диапазоне скоростей) может существенно снизить нагрузки, облегчить работу системы шага и значительно снизить изменчивость выходной мощности

Очевидно, что конструктивные вопросы зависимости шага от сваливания и степени изменения скорости ротора связаны.

В 80-е годы преобладала классическая датская трехлопастная конструкция с фиксированной скоростью и регулируемым срывом. Аэродинамики, не относящиеся к ветроэнергетике (например, вертолетам и газовым турбинам), были шокированы идеей использования стойла. Тем не менее, из-за того, что срыв ротора ветряной турбины происходит постепенно, это оказалось вполне жизнеспособным способом эксплуатации ветряной турбины и использования срыва, а не его предотвращения. Это один из уникальных аспектов ветровой техники.

Активное управление шагом — это термин, используемый для описания системы управления, в которой лопасти наклоняются вдоль своей оси, как лопасти воздушного винта. Этот подход, на первый взгляд, предлагал лучший контроль, чем регулирование сваливания, но благодаря опыту выяснилось, что регулирование шага ветряной турбины с фиксированной скоростью при высоких рабочих скоростях ветра, превышающих номинальную скорость ветра (минимальная устойчивая скорость ветра, при которой турбина может производить свою номинальную выходную мощность ) может быть довольно проблематично. Причины сложны, но в условиях турбулентного (постоянно меняющегося) ветра необходимо поддерживать регулировку шага до наиболее подходящего угла и высоких нагрузок, а чрезмерные колебания мощности могут возникать всякий раз, когда система управления « застревает » с лопастями в лопастях. неправильное положение.

Ввиду таких трудностей, которые были наиболее острыми при высоких эксплуатационных скоростях ветра (скажем, от 15 до 25 м / с), регулировка тангажа в сочетании с жестко фиксированной скоростью стала считаться «сложной» комбинацией. Первоначально Vestas решила эту проблему, представив OptiSlip (активная степень переменной скорости с контролем шага в режиме ограничения мощности, что позволяет изменять скорость примерно на 10% с использованием индукционного генератора с высоким скольжением). Suzlon в настоящее время использует аналогичную технологию Flexslip с максимальным скольжением 17%.Изменение скорости помогает регулировать мощность и снижает потребность в быстром шаге.

Переменная скорость имеет некоторые преимущества, но также вызывает проблемы с ценой и надежностью. Это рассматривалось как путь в будущее с ожидаемым снижением затрат и повышением производительности в технологии приводов с регулируемой скоростью. В какой-то степени это было реализовано. По экономическим соображениям не было однозначного аргумента в пользу переменной скорости: небольшая выгода от энергии компенсировалась дополнительными затратами, а также дополнительными потерями в приводе с регулируемой скоростью.Текущее стремление к переменной скорости в новых больших ветряных турбинах связано с большей эксплуатационной гибкостью и озабоченностью по поводу качества электроэнергии традиционных ветряных турбин с регулируемым срывом. Двухскоростные системы появились в 1980-х и 1990-х годах как компромисс, улучшающий характеристики захвата энергии и шума ветряных турбин с регулируемым срывом. Конструкция с регулируемым стойлом остается жизнеспособной, но технология регулируемой скорости обеспечивает лучшее качество выходной мощности для сети, и теперь она является основным направлением проектирования самых больших машин.Некоторые эксперименты проводятся с комбинацией переменной скорости и регулирования сваливания, но регулировка скорости естественно сочетается с регулировкой шага. По причинам, связанным с методами управления мощностью, электрическая система переменной скорости позволяет регулированию шага быть эффективным, а не сверхактивным.

Еще одним значительным стимулом к ​​применению управления по тангажу, и, в частности, к управлению по тангажу с независимым тангажем каждой лопасти, является признание сертификационными органами того, что это позволяет рассматривать ротор как имеющий две независимые тормозные системы, действующие на низкооборотный вал.Следовательно, для общей безопасности машины требуется только стояночный тормоз.

Контроль высоты тона вошел в технологию ветряных турбин в первую очередь как средство регулирования мощности, позволяющее избежать сваливания, когда срыв, исходя из опыта отраслей, не относящихся к ветроэнергетике, считался проблематичным, если не катастрофическим. Однако в сочетании с регулируемой скоростью и передовыми стратегиями управления он предлагает уникальные возможности для ограничения нагрузок и усталости в системе ветряных турбин и почти повсеместно используется в новых конструкциях больших ветряных турбин.Возможность ограничения нагрузки системы шага улучшает отношение мощности к весу системы ветряной турбины и эффективно компенсирует затраты и влияние на надежность, связанные с наличием системы шага.

типов ветряных турбин, их преимущества и недостатки — KOHILO Wind Turbines

Ветряные турбины с горизонтальной осью, также сокращенно HAWT, являются обычным стилем, о котором большинство из нас думает, когда думает о ветряной турбине. HAWT имеет конструкцию, аналогичную ветряной мельнице, у него есть лопасти, похожие на пропеллер, вращающиеся на горизонтальной оси.

Ветряные турбины с горизонтальной осью имеют вал главного ротора и электрический генератор наверху башни, и они должны быть направлены против ветра. Маленькие турбины указываются простой ветровой лопаткой, расположенной под углом к ​​ротору (лопастям), в то время как большие турбины обычно используют датчик ветра, соединенный с серводвигателем, чтобы повернуть турбину против ветра. Большинство больших ветряных турбин имеют редуктор, который превращает медленное вращение ротора в более быстрое вращение, которое больше подходит для привода электрического генератора.

Так как башня создает турбулентность позади нее, турбина обычно направлена ​​против ветра от башни. Лопасти ветряных турбин сделаны жесткими, чтобы они не вдавливались в башню сильным ветром. Кроме того, лопасти размещаются на значительном расстоянии перед башней и иногда немного наклоняются вверх.

Машины Downwind были созданы, несмотря на проблему турбулентности, потому что они не нуждаются в дополнительном механизме для поддержания их в соответствии с ветром.Кроме того, при сильном ветре лопасти могут изгибаться, что уменьшает их площадь движения и, следовательно, их сопротивление ветру. Поскольку турбулентность приводит к усталостным отказам, а надежность очень важна, большинство HAWT работают с наветренной стороны.

Преимущества HAWT

• Высокое основание башни обеспечивает доступ к более сильному ветру на участках со сдвигом ветра. На некоторых участках сдвига ветра каждые десять метров скорость ветра может увеличиваться на 20%, а выходная мощность — на 34%.
• Высокая эффективность, поскольку лопасти всегда движутся перпендикулярно ветру, получая мощность на протяжении всего вращения.Напротив, все ветряные турбины с вертикальной осью и большинство предлагаемых конструкций воздушных ветряных турбин включают в себя различные типы возвратно-поступательных движений, требуя, чтобы поверхности аэродинамического профиля отклонялись против ветра в течение части цикла. Обратный ход против ветра ведет к снижению эффективности.

HAWT Недостатки

• Для поддержки тяжелых лопастей, редуктора и генератора требуется массивная конструкция башни.
• Компоненты ветряной турбины с горизонтальной осью (коробка передач, вал ротора и тормозной механизм) поднимаются на место.
• Их высота делает их заметными на больших территориях, нарушая внешний вид ландшафта и иногда создавая сопротивление на местном уровне.
Варианты
• по ветру страдают от усталости и разрушения конструкции, вызванных турбулентностью, когда лопасть проходит сквозь ветровую тень башни (по этой причине в большинстве HAWT используется конструкция против ветра, когда ротор обращен к ветру перед башней).
Для
• HAWT требуется дополнительный механизм контроля рыскания для поворота лопастей по направлению ветра.
Для двигателей
• HAWT обычно требуется устройство торможения или рыскания при сильном ветре, чтобы турбина не вращалась, не разрушалась или не повреждала себя.
• Циклические напряжения и вибрация — Когда турбина поворачивается навстречу ветру, вращающиеся лопасти действуют как гироскоп. Когда он вращается, гироскопическая прецессия пытается повернуть турбину в сальто вперед или назад. Для каждой лопасти турбины ветрогенератора сила минимальна, когда лопасть расположена горизонтально, и максимальна, когда лопасть расположена вертикально.Это циклическое скручивание может быстро привести к усталости и растрескиванию оснований лопаток, ступицы и оси турбин.

Ветровые турбины с вертикальной осью, сокращенно VAWT, имеют вал главного ротора, расположенный вертикально. Основное преимущество такой схемы заключается в том, что ветряную турбину не нужно направлять против ветра. Это преимущество на участках, где направление ветра сильно меняется или бывает турбулентный.

Благодаря вертикальной оси генератор и другие основные компоненты могут быть размещены рядом с землей, поэтому башня не должна поддерживать его, а также упрощает техническое обслуживание.Основным недостатком VAWT является то, что он обычно создает сопротивление при вращении против ветра.

Трудно установить турбины с вертикальной осью на башни, это означает, что они часто устанавливаются ближе к основанию, на котором они опираются, например, к земле или крыше здания. Скорость ветра ниже на меньшей высоте, поэтому для турбины данного размера доступно меньше энергии ветра. Воздушный поток вблизи земли и других объектов может создавать турбулентный поток, который может вызвать проблемы с вибрацией, включая шум и износ подшипников, что может увеличить объем технического обслуживания или сократить срок их службы.Однако, когда турбина установлена ​​на крыше, здание обычно перенаправляет ветер через крышу, таким образом удваивая скорость ветра на турбине. Если высота турбинной башни, установленной на крыше, составляет приблизительно 50% от высоты здания, это близко к оптимуму для максимальной энергии ветра и минимальной турбулентности ветра.

Традиционные преимущества VAWT

• Они могут производить электричество при любом направлении ветра.
• Прочная опорная башня не нужна, поскольку генератор, редуктор и другие компоненты находятся на земле.
• Низкая стоимость производства по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью.
• Поскольку для повышения эффективности нет необходимости направлять турбину в направлении ветра, нет необходимости в механизме рыскания и тангажа.
• Простая установка по сравнению с другими ветряными турбинами.
• Легко транспортировать из одного места в другое.
• Низкие затраты на обслуживание.
• Возможна установка в городских условиях.
• Низкий риск для людей и птиц, поскольку лезвия движутся с относительно низкой скоростью.
• Они особенно подходят для районов с экстремальными погодными условиями, например, в горах, где они могут снабжать электричеством горные хижины.

Традиционный VAWT Недостатки

• Поскольку одновременно работает только одна лопасть ветряной турбины, эффективность очень низкая по сравнению с HAWTS.
• Им нужен первоначальный толчок, чтобы начать; этот начальный толчок, который заставит лопасти начать вращаться самостоятельно, должен быть запущен небольшим двигателем.
• По сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью они очень менее эффективны из-за дополнительного сопротивления, создаваемого при вращении их лопастей.
• Они обладают относительно высокой вибрацией, потому что воздушный поток у земли создает турбулентный поток.
• Из-за вибрации увеличивается износ подшипников, что приводит к увеличению затрат на техническое обслуживание.
• Они могут создавать шумовое загрязнение.
Для крепления
• VAWT могут потребоваться оттяжки (оттяжки непрактичны и тяжелы в сельскохозяйственных районах).

Thinair Wind Turbines: Wind Power for New Zealand

Здравый смысл, кажется, говорит, что невозможно произвести такую ​​же или большую мощность всего одним крылом, чем было бы возможно с двумя, тремя или более, почему не тридцатью?

Интересно, что здравый смысл и физика не всегда находятся в идеальном соответствии, и когда это происходит, обычно преобладает физика.

Ответ на этот вопрос с точки зрения производительности заключается в том, как ведет себя ветер, проходя через диск ротора. Первый шаг в понимании этого — полностью отказаться от вопроса о количестве лопастей и подумать о том, что называется «приводным диском». Это теоретическое устройство представляет собой круглый диск, который позволяет студентам, изучающим характеристики ветряных турбин, предлагать переменный коэффициент блокировки входящему ветру и без потерь собирать энергию, отдаваемую ветром при его замедлении.Когда ветер проходит через диск и замедляется, поток должен расходиться и расширяться, чтобы поддерживать непрерывность массового потока. Должен быть некоторый оптимальный фактор «замедления», чтобы ветер все еще уносился вниз по течению (вы не можете остановить ветер), но в равной степени, если вы недостаточно замедляете ветер, вы теряете восстановление энергии.

Альберт Бец впервые установил, что если вы отрегулируете приводной диск так, чтобы скорость на выходе составляла 1/3 скорости на входе, вы найдете этот оптимум. См. Википедию для объяснения и вывода, если вы хотите следовать этому.

Betz также показал, что при отсутствии сопротивления и идеальной производительности диска максимальная извлекаемая энергия в ветровом потоке составляет 16/27 (или 0,593) приходящей кинетической энергии ветра. Как только эта основа будет создана, мы можем перейти к разработке наилучшего возможного реального ротора для замены приводного диска. Как дизайнер, мы можем выбрать много лезвий, меньше лезвий, каковы эффекты?

Засорение, создаваемое ротором, зависит от количества лопастей, ширины лопастей (хорды), скорости вращения ротора, подъемных и лобовых свойств профилей, выбранных в условиях потока, которые они видят.Если мы выберем много лопастей, мы обнаружим, что для того, чтобы не слишком сильно блокировать ветер, нам нужны лопасти узкого сечения (малая хорда) с низкой скоростью вращения. Это типично для турбин, перекачивающих воду, связанных с американским Западом.

Это отличные машины, и они часто работают десятилетиями после того, как были заброшены, и, будучи тихоходными машинами, они вырабатывают большой крутящий момент (крутящее усилие), который хорошо подходит для управления водяным насосом с толкателем. Тем не менее, они создают большое вращение в следе, которое не восстанавливает энергию, и их общий КПД очень низок.Поскольку конструкторы хотели большей эффективности и более высоких скоростей привода генераторов, они перешли к использованию меньшего количества лопастей, более широких хорд и более быстрого вращения.

Следуя этой последовательности, многие конструкции остановились на 3 лопастях, при этом отношение скорости конца лопасти (скорость конца лопасти, деленная на скорость набегающего ветра), взято настолько высоко, насколько это возможно, не создавая шума. 3 лопасти также обладают полезным свойством иметь одинаковую инерцию вращения относительно оси рыскания турбины (той, которая выравнивает ее с направлением ветра) независимо от того, в каком угловом положении находятся лопасти.

Этот последний пункт не относится к машинам с двумя лопастями (или машинами с 1 отвалом и 1 противовесом). Инерция вращения вокруг оси рыскания отличается, когда пара лопастей расположена горизонтально по сравнению с вертикальной, что приводит к проблемам при повороте на
во время движения как для машин свободного, так и для механизированного рыскания.

Мы решили исследовать, продолжайте ли переходить не только через три лезвия, но и за два, только до одного. Какие эффекты и преимущества мы могли бы получить, сделав это, учитывая, что мы начинали дизайн с чистого листа бумаги?

Во-первых, мы поняли из Беца, что для правильного замедления ветра нам нужно либо идти быстрее, либо шире, чем у эквивалентной конструкции с двумя или тремя лопастями.Быстрее является привлекательным с точки зрения уменьшения крутящего момента генератора и, следовательно, меньшего размера, но существует риск возникновения шума по сравнению с конкурирующими конструкциями.
Столь шире при такой же скорости с высокопроизводительными аэродинамическими профилями казалось правильным путем.

Теоретически, опять же, для одностворчатой ​​конструкции по сравнению с тремя лопастями потеря энергии составляет около 6% при тех же условиях потока. Не кажется слишком обременительным — немного больше времени кажется небольшой платой за то, что нужно было сделать только один по сравнению с тремя, — но подождите — условия потока не те.

Наша конструкция работает на той же скорости, что и конкурирующая эквивалентная конструкция с 3 лопастями, но с гораздо более широким и толстым (с большей хордой) крылом. Существует очень важное «безразмерное число», называемое числом Рейнольдса (подробности см. В Википедии), которое является выражением отношения сил инерции в потоке, деленных на силы вязкости. Он определяет, влияет ли масса жидкости на поведение потока или на его «липкость».

В любой ситуации потока, когда вы увеличиваете скорость и масштаб потока, существует переход между ламинарным потоком (с преобладанием липкости) и турбулентным потоком (с преобладанием массы).Переход — это место, которого следует избегать, поскольку он непредсказуем, случайен и беспорядок. Для профиля число Рейнольдса (или Re) определяется как u.c / v, где u — скорость потока, c — хорда профиля, а v — динамическая вязкость жидкости.

Оказывается, небольшие ветряные турбины работают в диапазоне, в котором эффекты перехода важны, и увеличение числа Рейнольдса имеет большое значение для работы аэродинамических профилей. Переходя от 3 лопастей к 1 в нашем концептуальном дизайне (при том же соотношении конечных скоростей), мы переходим от чисел Рейнольдса в диапазоне от 200 000 до 600 000.Это звучит немного эзотерически, но это имеет важное значение для отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению аэродинамических поверхностей, а также для плавности хода сваливания. Это снова увеличивает эти 6% и немного больше и ставит нас в выгодное положение с точки зрения дизайна, обеспечивая производительность лучше, чем 3 лопасти с одним более широким и толстым крылом.

Это все еще оставляет некоторые важные вопросы для концепции и другие преимущества для изучения. Во-первых, конечно, необходим хотя бы один противовес, а если посмотреть на динамику, то потребуется качательный подшипник (например, качели), чтобы неуравновешенная аэродинамическая сила не попадала на вал.

С одним противовесом мы находимся в зоне, где могут возникнуть проблемы с рысканием, поэтому мы подумали о вариантах решения этой проблемы и исследовали 2 противовеса, чтобы получить три вращающиеся массы. Этим не только устраняются проблемы рыскания, но и узел ротора с правильной детальной конструкцией может свободно качаться под любым углом в диапазоне 180 градусов, и мы могли видеть преимущество в том, чтобы позволить крылу « парковаться » в горизонтальном положении. при ветре выше допустимого диапазона для обеспечения высокой скорости ветра для выживания.

Мы также тщательно исследовали аэродинамические характеристики нашей реализованной конструкции лопасти, которая очень детализирована и использует 3 аэродинамических профиля в области корня, средней части и вершины.Университет Отаго, в основном доктор Сара Уэйкс, предоставил неоценимый опыт в руководстве студенческими проектами, в которых использовалась вычислительная механика жидкости (CFD) для исследования характеристик вращения и остановки лопасти Thinair.

Статьи, опубликованные в результате этого исследования, могут быть полезны всем, кто хочет больше узнать об аэродинамических характеристиках конструкции Thinair. Статья Modsim — хорошая отправная точка.

Конструкция ветряной турбины для ветровой турбины

Конструкция ветряной турбины для ветроэнергетики

В основе любой возобновляемой ветроэнергетической установки лежит ветряная турбина .Конструкция ветряной турбины обычно состоит из ротора, генератора постоянного тока (DC) или генератора переменного тока (AC), который установлен на вышке высоко над землей.

Так как же устроены ветряные турбины для выработки электроэнергии ?. Проще говоря, ветряная турбина — это полная противоположность домашнему или настольному вентилятору. Вентилятор использует электричество из сети для вращения и циркуляции воздуха, создавая ветер. С другой стороны, конструкции ветряных турбин используют силу ветра для выработки электроэнергии.Движение ветра вращает или вращает лопасти турбины, которые улавливают кинетическую энергию ветра и преобразуют эту энергию во вращательное движение через вал, чтобы приводить в действие генератор и вырабатывать электричество, как показано.

Типовая конструкция ветряного генератора

На изображении выше показаны основные компоненты, из которых состоит типичная конструкция ветряной турбины . Ветряная турбина извлекает кинетическую энергию из ветра, замедляя ветер и передавая эту энергию вращающемуся валу, поэтому важно иметь хорошую конструкцию.Доступная мощность ветра, доступная для уборки урожая, зависит как от скорости ветра, так и от площади, охватываемой вращающимися лопастями турбины. Таким образом, чем выше скорость ветра или чем больше лопасти ротора, тем больше энергии можно извлечь из ветра. Таким образом, мы можем сказать, что выработка энергии ветряной турбиной зависит от взаимодействия между лопастями ротора и ветром, и именно это взаимодействие важно для конструкции ветряной турбины .

Чтобы улучшить это взаимодействие и, следовательно, повысить эффективность, доступны два типа конструкции ветряных турбин.Общая горизонтальная ось и конструкция вертикальной оси. Конструкция ветряной турбины с горизонтальной осью улавливает больше ветра, поэтому выходная мощность выше, чем у ветровой турбины с вертикальной осью. Недостатком конструкции с горизонтальной осью является то, что мачта, необходимая для поддержки ветряной турбины, намного выше, а конструкция лопастей ротора должна быть намного лучше.

Типовая конструкция ветряной турбины

Турбина с вертикальной осью или VAWT проще в проектировании и обслуживании, но обеспечивает более низкую производительность, чем турбины с горизонтальной осью, из-за высокого сопротивления простой конструкции лопастей ротора.Большинство ветряных турбин, вырабатывающих электроэнергию сегодня, коммерчески или внутри страны, являются машинами с горизонтальной осью, поэтому именно эти типы ветряных турбин конструкции мы рассмотрим в этом руководстве по ветряным турбинам.

Ротор — это основная часть современной конструкции ветряной турбины, которая собирает энергию ветра и преобразует ее в механическую энергию в форме вращения. Ротор состоит из двух или более «лопастей» из ламинированного дерева, стекловолокна или металла и защитной ступицы, которая вращается (отсюда и название) вокруг центральной оси.

Как и крыло самолета, лопасти ветряных турбин создают подъемную силу благодаря своей изогнутой форме. Лопасти ротора отбирают часть кинетической энергии от движущихся воздушных масс в соответствии с принципом подъемной силы со скоростью, определяемой скоростью ветра и формой лопастей. Конечный результат — подъемная сила, перпендикулярная направлению потока воздуха. Затем уловка состоит в том, чтобы сконструировать лопасть ротора так, чтобы она создавала нужную величину подъема и тяги лопасти ротора, обеспечивая оптимальное замедление воздуха и не более того.

К сожалению, лопасти ротора турбины не улавливают 100% всей мощности ветра, поскольку это означало бы, что воздух за лопатками турбины был бы полностью неподвижен и, следовательно, не позволял бы ветру проходить через лопасти. Теоретический максимальный КПД, который лопасти ротора турбины могут извлекать из энергии ветра, составляет от 30 до 45% и зависит от следующих переменных лопаток ротора: Конструкция лопастей , Число лопастей , Длина лопастей , Лопасти Шаг / угол , Форма лезвия и Материалы и вес лезвия и многие другие.

Конструкция лопастей — Конструкции лопастей ротора работают по принципу подъема или сопротивления для извлечения энергии из текущих воздушных масс. В конструкции подъемных лопастей используется тот же принцип, который позволяет самолетам, воздушным змеям и птицам летать, создавая подъемную силу, перпендикулярную направлению движения. Лопасть несущего винта по существу представляет собой аэродинамическое крыло или крыло, по форме напоминающее крыло самолета. Когда лезвие рассекает воздух, скорость ветра и перепад давления создается между верхней и нижней поверхностями лезвия.

Давление на нижней поверхности больше и, таким образом, оно «поднимает» лезвие вверх, поэтому мы хотим сделать эту силу как можно большей. Когда лопасти прикреплены к центральной оси вращения, как ротор ветряной турбины, эта подъемная сила преобразуется во вращательное движение.

Этой подъемной силе противодействует сила сопротивления, которая параллельна направлению движения и вызывает турбулентность вокруг задней кромки лопасти, когда она рассекает воздух. Эта турбулентность оказывает тормозящее действие на лопасть, поэтому мы хотим сделать эту силу сопротивления как можно меньшей.Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.