Ветрогенератор осевой: Вертикальный ветрогенератор 15 кВт Sokol Air Vertical, российский — цена от производителя

Опубликовано в Разное

18 Окт 1971

Содержание

Вертикальный ветрогенератор 15 кВт Sokol Air Vertical, российский — цена от производителя

Вертикально-осевой ветрогенератор 15 кВт «Sokol Air Vertical» предназначен для регионов с пониженной среднегодовой скоростью ветра. Стартовая скорость ветра варьируется от 1,7 до 2 м/c (в зависимости от модели).

Номинальную мощность ВЭС выдает при скорости ветра около 7 м/c, что обуславливает их применение для слабых и средних ветров. Температура эксплуатации находится в диапазоне от -50 до +50 градусов. Лопасти изготавливаются из армированного полиэфира, в некоторых моделях из авиационного алюминия.

Основными отличиями данных станций от известных аналогов являются высочайшая эффективность при слабых ветрах, эффективная работа как при низких так и при высоких температурах, бесшумность, устойчивость к внешним воздействиям.

Решения, примененные в данных станциях, не имеют аналогов в России и мире. Ветрогенераторы изготавливаются в соответствии со всеми Российскими и международными стандартами. Конструкция данных станций защищена законодательством о авторском праве.

Технические характеристики вертикального ветрогенератора S.A.V. 15 кВт

Диаметр ветрутурбины, м	5
Высота лопасти	6
Количество лопастей	5
Номинальное число оборотов ротора, об/мин	60-90
Номинальная мощность, кВт	15
Максимальная мощность, кВт	16.5
Стартовая скорость ветра, м/c	2
Номинальная скорость ветра, м/с	8
Рабочий диапазон, м/c	3-20
Высота мачты, м	12
Масса ВЭС без мачты, кг	560
Коэффициент использования энергии ветра	>0,42
Тип генератора	3х фазный, на постоянных магнитах
Частота генератора, Гц	0-50
Ток с генератора	переменный
Номинальное выходное напряжение, В	240
Номинальный ток, А	65
Максимальный ток, А	70
Характеристики инвертора	в зависимости от характеристик системы
Рекомендуемое количество АКБ	20
Рекомендуемая емкость АКБ, Ач	200
Эффективность системы преобразования	>0,85
Уровень шума, Дб, Не более	45

Особенности ветрогенератора 15 кВт Sokol Air Vertical

Инновационная конструкция
Самая низкая стартовая и номинальная скорость ветра в классе малых ВЭС.
Простота и надежность конструкции. Защита от внешних воздействий. Долговечность.
Высокая адаптивность системы для районов с различным ветровым потенциалом.
Самый высокий КПД в классе. Коэффициент использования ветра >0.45.
Электромагнитная и аэродинамическая система торможения.
Использование современных материалов и новейших технологий (легкие и прочные конструкции).
Коррозийностойкие материалы и алюминиевые сплавы.

Генератор (собственная разработка)
Генерация электроэнергии начинается от 10 об/мин.
Отсутствие полюсного залипания (легкий старт ветрогенератора).
Минимальный нагрев генератора.
Высококачественные сверхсильные неодимовые магниты.
Отсутствие щеток и скользящих контактов.
Лопасти (собственная разработка)
Самораскручивающийся профиль лопасти, за счет феномена подъемной силы крыла.
Уникальный профиль лопасти имеет рекордно малый коэффициент лобового сопротивления.
Аэродинамический тормоз, способствующий ограничению оборотов ветроколеса.
Система управления и преобразования
Контролер изготавливается под заказ, в зависимости от того, на каком напряжении постоянного тока построена Ваша система.
Индивидуальные решения при комплектации дополнительным оборудованием.
Применение только современного и безопасного дополнительного оборудования.
Эксплуатация
Легкий, интуитивно понятный монтаж в соответствии с инструкцией.
Инсталляция системы в любом регионе при любом климате, включая труднодоступные места.
Отсутствие операторского контроля.
Гарантия — 3 года.

Базовая комплектация ветрогенератора 15 кВт S.A.V.

Мачта – 1 шт.
Тросы мачты (растяжки) – 1 комплект.
Генератор – 1 шт.
Ротор – 1 шт.
Лопасти – 1 комплект.
Штанги – 1 комплект.
Крепёж (монтажный комплект) – 1 шт.
Контроллер – 1 шт.
Технический паспорт – 1 шт.

Аккумуляторы и инвертор в базовый комплект ветрогенратора не входят, а подбираются по техническому заданию, так как для различных ветров и нагрузок на одну и ту же модель ветроэлектростанции возможна установка разных по мощности инверторов и различного количества аккумуляторов.

Для монтажа в зимнее время станции комплектуются винтовыми сваями, (время монтажа 1 день без использования бетона)

Большинство производителей ВЭС указывают в предложениях номинальную скорость ветра, при которой станция развивает «паспортную» мощность, в пределах 11-13 м/с.

Ветрогенераторы «Sokol Air Vertical» достигают номинальной мощности при 7-8 м/c. При ветрах же в 11-13 м/c, наши станции развивают в 2 и более раза большую мощность. То есть при установке ветрогенератора S.A.V. на 5 кВт его можно сравнивать с типовым ветряком на 10 кВт.

Вертикальный ветрогенератор 5 кВт Falcon Euro, российский — цена от производителя

Вертикальный ветрогенератор 5 кВт «Falcon Euro» предназначен для регионов со стабильными ветрами, где среднегодовая скорость ветра составляет не менее 5-6 метров в секунду. Ветрогенератор производится в соответствии с Европейскими стандартами по стартовой и номинальной скоростям ветра, отличается улучшенной отделкой лопастей, мачты, и кожуха генератора.

Технические характеристики вертикального ветрогенератора 5 кВт Falcon Euro

Диаметр ветрутурбины, м	3,6
Высота лопасти	4
Количество лопастей	3
Номинальное число оборотов ротора, об/мин	90-120
Номинальная мощность, кВт	5
Максимальная мощность, кВт	5.5
Стартовая скорость ветра, м/c	2
Номинальная скорость ветра, м/с	8
Рабочий диапазон, м/c	3-20
Высота мачты, м	6
Масса ВЭС без мачты, кг	290
Коэффициент использования энергии ветра	>0,42
Тип генератора	3х фазный, на постоянных магнитах
Частота генератора, Гц	0-50
Ток с генератора	переменный
Номинальное выходное напряжение, В	48
Номинальный ток, А	65
Максимальный ток, А	70
Характеристики инвертора	в зависимости от характеристик системы
Рекомендуемое количество АКБ	8
Рекомендуемая емкость АКБ, Ач	200
Эффективность системы преобразования	>0,85
Уровень шума, Дб, Не более	35

Особенности ветрогенератора 5 кВт Falcon Euro

Инновационная конструкция
Бесшумная работа ветрогенератора.
Высокий КПД.
Двойная система торможения.
Коррозиестойкие материалы отделки.
Генератор (собственная разработка)
Генерация электроэнергии начинается от 10 об/мин.
Отсутствие полюсного залипания (легкий старт ветрогенератора).
Минимальный нагрев генератора.
Высококачественные сверхсильные неодимовые магниты.
Отсутствие щеток и скользящих контактов.
Лопасти (собственная разработка)
Самораскручивающийся профиль лопасти, за счет феномена подъемной силы крыла.
Уникальный профиль лопасти имеет рекордно малый коэффициент лобового сопротивления.
Аэродинамический тормоз, способствующий ограничению оборотов ветроколеса.
Система управления и преобразования
Контролер изготавливается под заказ, в зависимости от того, на каком напряжении постоянного тока построена Ваша система.
Индивидуальные решения при комплектации дополнительным оборудованием.
Применение только современного и безопасного дополнительного оборудования.
Эксплуатация
Легкий, интуитивно понятный монтаж в соответствии с инструкцией.
Инсталляция системы в любом регионе при любом климате, включая труднодоступные места.
Отсутствие операторского контроля.
Гарантия — 3 года.

Базовая комплектация ветрогенератора 5 кВт Falcon Euro

Мачта – 1 шт.
Тросы мачты (растяжки) – 1 комплект.
Генератор – 1 шт.
Ротор – 1 шт.
Лопасти – 1 комплект.
Штанги – 1 комплект.
Крепёж (монтажный комплект) – 1 шт.
Контроллер – 1 шт.
Технический паспорт – 1 шт.

Горизонтально-осевой ветрогенератор СВ-3.1/200 48В — 215 000 руб. СПЭЙРС.RU

Горизонтально-осевой ветрогенератор СВ-3.1/200

Официальная поставка в РФ!

Производитель — Свiт вiтру, г. Харьков, Украина. Уникальная машина малой мощности с непревзойдёнными характеристиками. Единственный работающий вариант для регионов с сильными ветрами и прибрежных районов.
• Выходная мощность 0,8 кВт, недостижимая для конкурентов среднемесячная выработка электроэнергии до 200-400 КВт*ч.
• Данные машины разрабатывались для обеспечения электроэнергией небольших автономных объектов и за прошедшие годы доказали удачность решения, высокую надёжность.
• Единственные машины мощностью до 2КВт, имеющие систему механической стабилизации скорости вращения ветроколеса. При увеличении скорости ветра лопасти автоматически меняют угол атаки и поддерживают оптимальную скорость вращения генератора.
• Вырабатывают электроэнергию в диапазоне от 2 до 50 м/с, в отличие от всех аналогов, которые после 14-16 м/с переключаются в режим «торможения» и не выполняют полезной работы.
• Не требуют балластной нагрузки, которая создаёт массу проблем в процессе эксплуатации.
• Даже отключенные от контроллера заряда и АКБ СВ-3.1/200 не боится сильных ветров – скорость вращения ветроколеса не может превысить опасных значений в силу своей конструкции.
• Имеют систему механического останова ветроколеса. В случае нештатных ситуаций (ураган, обледенение) не требуется опускание мачты ветрогенератора для его гарантированного останова, всё выполняется с земли одним лёгким движением.
• Производство полного цикла под контролем и при участии лучших специалистов Харьковского Авиационного Института. Стабильно высокое качество, полное отсутствие риска в отличие от китайской продукции неизвестного происхождения, которая под разными «брендами» заполнила Российский рынок.
• Сервисное обслуживание и ремонт в европейской части РФ. Комплектующие и расходные материалы всегда на складе в РФ.

По желанию заказчика мы можем изготовить мачту нужной высоты, либо вместе с ветроустановкой бесплатно предоставить конструкторскую документация для самостоятельного изготовления такой мачты.

В комплект поставки ветрогенератора входит контроллер заряда 48В.

Что лучше — вертикально или горизонтально-осевая ВЭУ?

(по материалам специалистов по ветроэнергетике КБ «Южное»: д.т.н. М.И.Галась, инж. Ю.П.Дымковец, Н.А.Акаев, И.Ю.Костюков)

В настоящее время в мировом эксплуатируемом парке ветроэнергетических установок (ВЭУ) горизонтально-осевые или так называемые пропеллерные установки составляют более 90%, а их серийным выпуском занимаются несколько тысяч предприятий. Отставание в освоении вертикально-осевых ВЭУ вызвано несколькими причинами. Вертикально-осевые ВЭУ были изобретены позже горизонтально-осевых пропеллерных (ротор Савониуса — в 1929 г., ротор Дарье — в 1931 г., ротор Масгроува — в 1975 г.). Кроме этого, до недавнего времени главным недостатком вертикально-осевых ВЭУ ошибочно считалось, что для них невозможно получить отношение максимальной линейной скорости рабочих органов (лопастей) к скорости ветра больше единицы (для горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ это отношение достигает более 5:1).

Эта предпосылка, верная только для тихоходных роторов типа ротора Савониуса, использующих различные сопротивления лопастей при их движении по ветру и против ветра, привела к неправильным теоретическим выводам о том, что предельный коэффициент использования энергии ветра у вертикально-осевых ВЭУ ниже, чем у горизонтально-осевых пропеллерных, из-за чего этот тип ВЭУ почти 40 лет вообще не разрабатывался. И только в 60-х – 70-х годах сначала канадскими, а затем американскими и английскими специалистами было экспериментально доказано, что эти выводы неприменимы к роторам Дарье, использующим подъемную силу лопастей. Для этих роторов указанное максимальное отношение линейной скорости рабочих органов к скорости ветра достигает 6:1 и выше, а коэффициент использования энергии ветра не ниже, чем у горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ.

Играет определенную роль и то обстоятельство, что объем теоретических исследований принципиально новых вопросов аэродинамики ротора и опыт разработки, отработки и эксплуатации вертикально-осевых ВЭУ гораздо меньше, чем горизонтально-осевых пропеллерных.
Вертикально-осевые ВЭУ стали интенсивно осваивать с начала 80-х годов, причем диапазон их мощностей непрерывно расширяется. Сегодня практически все страны эксплуатируют вертикально-осевые ВЭУ с ротором Дарье, причем в Канаде, США, Нидерландах предпочтение отдается классической схеме с криволинейными лопастями, а в Великобритании и Румынии в качестве основной схемы приняты роторы с прямыми лопастями, параллельными оси вращения. Наибольших успехов добилась фирма VAWT (Великобритания). С 1986 г. на о-ве Сардиния была испытана ВЭУ этой фирмы с ротором диаметром 14 м и мощностью 40 кВт. В том же году была введена в промышленную эксплуатацию ВЭУ VAWT-450 с ротором диаметром 25 м мощностью 130 кВт. Сейчас фирма работает над созданием установки VAWT-850 мощностью 500 кВт. Фирма приступила к разработке более крупной установки VAWT -2400 с ротором диаметром 67 м мощностью 1.7 МВт.

В России разработкой вертикально-осевых ВЭУ с прямыми лопастями занимаются КБ “Радуга”, ООО «ГРЦ-Вертикаль», Объединение «Гидропроект», ЦАГИ, ВНИИ электроэнергетики, ООО “Электросфера” и многие другие. Созданы опытные установки ВЛ-2М, ВДД-16 и др., которые при испытаниях показывают неплохие результаты.

Почему для разработки все больше выбирают вертикально-осевые ВЭУ с прямыми лопастями?
Встречающиеся в литературе сопоставления ВЭУ вертикально-осевой и горизонтально-осевой пропеллерной схем обычно ограничиваются упоминанием о предпочтительности вертикально-осевых ВЭУ в связи с их основной особенностью — нечувствительностью к направлению ветра и, следовательно, возможностью значительного упрощения конструкции установки. Более того, прогнозируется наибольшее применение вертикально-осевых ВЭУ в развивающихся странах, не владеющих современными технологиями. В обоснование такого прогноза выдвигается именно конструктивная простота вертикально-осевых установок, не требующих поворотных устройств и систем.

Однако опыт проектирования и эксплуатации ветрогенераторов (ветроэлектрических или ветроэнергетических установок) показывает, что отсутствие поворотных устройств и систем — не единственный оценочный параметр для сравнения их с горизонтально-осевыми пропеллерными. Вертикально-осевые и горизонтально-осевые ВЭУ — принципиально разные решения, многие характеристики этих установок не повторяются.

Поэтому кроме независимости работы вертикально-осевых ВЭУ от направления ветра, как явно положительной характеристики, обусловливающей многие другие достоинства, существует целый ряд других их принципиальных особенностей и конструктивных решений, которые можно рассматривать как не менее важные.

Ниже приведены некоторые сопоставительные оценки вертикально-осевой и горизонтально-осевой пропеллерной схем, проведенные с разных точек зрения. Сравнениям будет подвергаться пропеллерная установка в традиционном исполнении и вертикально-осевая типа Дарье с прямыми лопастями.

ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЭУ ОТ НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА

Наибольшая эффективность горизонтальных пропеллерных ВЭУ достижима только при условии обеспечения постоянной коллинеарности оси ветроколеса и направления ветра. Необходимость ориентации на ветер требует наличия в конструкции ВЭУ механизмов и систем ориентации на ветер для непрерывного слежения за ветровой обстановкой, поиска направления с максимальным ветровым потенциалом, поворота ветроколеса в этом направлении и его удержания в таком положении. Наличие в конструкции ВЭУ системы ориентации на ветер само по себе усложняет ветроагрегат и снижает его надежность (по данным опыта эксплуатации зарубежных ВЭУ этого типа до 13% общего количества отказов приходится на системы ориентации).

Кроме того, практически невозможно эффективно ориентировать ветроколесо при изменении направления ветра из-за запаздывания действия механизмов ориентации. Для ветроустановок средней и большой мощности с диаметром ветроколеса более 30-40 м эффективность его ориентации на ветер снижается вследствие некомпланарности и различия в скоростях ветрового потока по длине размаха лопастей, что приводит к невозможности установки ветроколеса а оптимальное направление ориентации. Из-за этого снижаются выработка электроэнергии (вследствие уменьшения используемой энергии ветрового потока) и экономическая эффективность ветроустановки.

К конструктивным недостаткам можно отнести то, что система ориентации разрывает жесткую связь между гондолой (корпусом ветро-агрегата) и опорной башней горизонтально-осевой пропеллерной ВЭУ, чем обусловливаются появление автоколебаний и различие в частотных характеристиках подвижной и неподвижной частей конструкции, что в конечном счете снижает надежность и увеличивает амортизационные издержки.

Эффективность же работы вертикально осевых ВЭУ принципиально не зависит от направления ветра, в связи с чем отпадает необходимость в механизмах и системах ориентации на ветер. Неравенство характеристик ветрового потока по высоте приводит лишь к некоторому выравниванию моментов поворота, снимаемых с лопастей.

КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА

Теоретически доказано, что коэффициент использования энергии ветра идеального ветроколеса горизонтальных, пропеллерных и вертикально-осевых установок равен, 0.593. Это объясняется тем, что роторы ВЭУ обоих типов используют один и тот же эффект подъемной силы, возникающий при обтекании ветровым потоком профилированной лопасти, К настоящему времени достигнутый на горизонтальных пропеллерных ВЭУ коэффициент использования энергии ветра составляет 0.4. На данный момент этот коэффициент у ветрогенераторов (ветроустановок) ГРЦ-Вертикаль составляет 0.38. Проведенные экспериментальные исследования российских вертикально-осевых установок показали, что достижение значения 0.4-0.45 — вполне реальная задача. Таким образом, можно отметить, что коэффициенты использования энергии ветра горизонтально-осевых пропеллерных и вертикально-осевых ВЭУ близки.

ЗАПУСК ВЭУ

Считается, что момент трогания горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ не равен 0, поэтому для их запуска не требуются внешние источники энергии. Однако на практике ветроколесо этого типа самозапускается только в том случае, если оно с той или иной точностью направлено на ветер. При боковом же ветре мощное ветроколесо может и не самозапуститься и необходим внешний источник энергии для разворота гондолы с ветроколесом на ветер.

Долгое время считалось, что момент трогания вертикально-осевых ВЭУ равен 0, т. е. считалось, что они не самозапускаются.
Однако ученые ГРЦ-Вертикаль разработали ветро-ротор H-Дарье, который самозапускается при скорости ветра 3.5-4 м/с в зависимости от мощности (массы) ветро-турбины. Момент трогания этих ветроустановок гораздо больше 0, а для самораскрутки достаточно лишь небольшого порыва ветра.

Тем не менее, крупные ветроэнергетические установки обычно оснащают дополнительными турбинами типа Савониуса для гарантированного старта.
Усложнение конструкции ВЭУ приводит к снижению надежности, а введение дополнительных аэродинамических устройств — к снижению мощности ветровой турбины, что хуже, чем наличие источника мощности для запуска. Это учитывается на современном этапе и при проектировании новых конструкций горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ. Так, разработчики установки серии МОД мощностью 4.4 МВт отказались от одного из важнейших преимуществ этого типа ВЭУ — возможности самозапуска, выполнив лопасти ротора с фиксированным шагом, рассчитанным на наиболее эффективную работу в номинальном диапазоне скоростей ветра. Для запуска был использован прием, заимствованный у вертикально-осевых ВЭУ, — кратковременное переключение генератора на двигательный режим и разгон ротора.

РАЦИОНАЛЬНОСТЬ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ВЕТРОТУРБИНЫ

Инерционные нагрузки на лопасть горизонтально-осевой пропеллерной ВЭУ направлены вдоль лопасти, т. е. наиболее выгодным образом. Ступица колеса и элементы опорно-подшипникового узла компактны и малогабаритны. Инерционные нагрузки на лопасть вертикально-осевой ВЭУ направлены поперек лопасти вдоль траверсы. Ступица и опорно-подшипниковый узел имеют большие габариты. Таким образом, ветротурбина (ветро-ротор) вертикально-осевой ВЭУ в меньшей степени удовлетворяет требованию рациональности силовой схемы, чем ветротурбина горизонтально-осевой пропеллерной. Как результат этого ветотурбина с вертикально-осевой ВЭУ оказывается тяжелее горизонтально-осевой пропеллерной.

Между тем при переходе к ВЭУ мегаваттных мощностей необходимо учитывать значительно меняющийся характер нагружения. Во-первых, аэродинамические нагрузки на лопасть горизонтально-осевой ВЭУ в верхнем в нижнем положении неодинаковы из-за разницы скоростей ветра по длине размаха лопастей. Лопасть работает в разных быстроходностях и передает ступице пульсирующий крутящий момент. Во-вторых, возрастает значение сил гравитации. Пульсирующие аэродинамические и гравитационные нагрузки существенно снижают виброживучесть лопасти, ступицы и опорно-трансмиссионной системы. Возрастают также силы Кориолиса при поворотах турбины на ветер.

КОНСТРУКЦИЯ ЛОПАСТИ

Все сечения лопасти горизонтальной пропеллерной ВЭУ находятся в разных энергетических состояниях из-за различия в них окружных скоростей и углов атаки. Это различие значительно снижается благодаря скрутке сечений лопасти одно относительно другого. Особенности инерционного нагружения лопасти приводят к необходимости сужения профиля к концу лопасти. Таким образом, пропеллерная лопасть конструктивно представляется значительно более сложной, чем прямоугольная, симметричная относительно хордовой плоскости лопасть вертикально-осевой ВЭУ. С другой стороны, сборка стеклопластиковой лопасти вертикально-осевой ВЭУ из отдельных секций представляет значительную трудность ввиду необходимости организации фланцевых стыков.

ПОВОРОТ ЛОПАСТЕЙ

Поворот лопастей горизонтально-осевой пропеллерной ВЭУ отработан и используется не только как средство торможении ветроколеса (наряду с обычным фрикционным), но главным образом как средство поиска оптимального угла установки лопасти для удержания ветроколеса на предельно возможном числе оборотов во избежание выхода его в разнос.

Применение системы поворота лопастей значительно усложняет конструкцию ВЭУ, так как при этом нужны и система непрерывного слежения за числом оборотов, и поворотные устройства с приводами для каждой лопасти, и система автоматического управления углами поворота лопастей. С точки зрения предотвращения опасности выхода на аварийный режим вращения ветроколеса поворотные системы и устройства для горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ совершенно необходимы.

Поворот лопастей вертикально-осевой турбины был бы весьма эффективен не только для торможения, но и для поддержания оптимального угла атаки при всех положениях лопасти на окружности вращения. Установки с таким принципом работы в настоящее время применения не находит по следующим соображениям: массивная лопасть за время одного оборота вокруг оси вращения должна сделать несколько качаний, сориентированных на направление ветра. Не говоря уже о сложности создания самих систем и устройств для таких поворотов, установка становится зависящей от направления ветра, а ее конструкция будет значительно усложнена. Однако главным соображением по этому поводу остается тот факт, что и без поворота лопастей эффективность вертикально-осевой ВЭУ находится на уровне эффективности горизонтально-осевой пропеллерной.

ОМЕТАЕМАЯ ПОВЕРХНОСТЬ И ЭНЕРГИЯ, СНИМАЕМАЯ С ЕДИНИЦЫ ДЛИНЫ ЛОПАСТИ

Ометаемая поверхность горизонтальных пропеллерных определяется площадью круга, образуемого вращающимися концами лопастей. Для вертикально-осевой ВЭУ эта поверхность определяется как площадь прямоугольника со сторонами, равными длине лопасти и диаметру ветротурбины (ветро-ротора). Таким образом ометаемая поверхность вертикально-осевой ВЭУ образуется более выгодным образом, так как прямоугольная поверхность может изменяться не только за счет изменения длины лопастей, но и за счет диаметра их вращения, что расширяет тактические возможности варьирования параметрами ветротурбины при ее проектировании и отработке.

Энергия, снимаемая с единицы длины лопасти горизонтально-осевой пропеллерной ВЭУ, несмотря на кручение лопасти сильно изменяется от комля к концу лопасти, главным образом вследствие увеличения быстроходности (от 0 в районе комля лопасти до максимального значения на конце лопасти).

Если говорить о вертикально-осевой ВЭУ, то значение снимаемой энергии незначительно изменяется по длине лопасти, причем это изменение зависит только от изменения качества энергии ветрового потока: наличия порывов ветра, непостоянства скорости ветра по высоте. Однако здесь есть другие причины потерь снимаемой энергии — неоптимальные углы атаки, в разных положениях лопасти на окружности вращения, падение моментов вращения ветротурбины в положениях, когда лопасть движется вдоль потока, и снижение моментов вращения от лопасти, проходящей аэродинамическую тень башни. Таким образом, надо ожидать, что эффективность съема энергии ветра лопастями установок обоих типов будет примерно одинаковая.

Необходимо отметить, что у малых (до 5 кВт) ветроустановок ГРЦ-Вертикаль угол атаки выставляется оптимальным образом, в зависимости от ветровой обстановки региона, в котором будет работать ВЭУ.
В крупных установках угол атаки может регулироваться в зависимости от режима работы. При трогании угол атаки должен быть больше, а по мере увеличения угловой скорости уменьшаться. Такая система серьезно повышает эффективность, хотя и ведет к соответствующему удорожанию.

СТЕПЕНЬ БЫСТРОХОДНОСТИ

Среди горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ наибольшее распространение получили быстроходные (до 5-7 модулей) установки с числом лопастей менее четырех. Они обеспечивают наивысший коэффициент использования энергии ветра, т. е. наиболее эффективны. Высокая степень быстроходности предполагает использование значительно усложняющих конструкцию ВЭУ специальных устройств и систем для ограничения угловой скорости вращения в определенных жестких пределах и предотвращения разноса ветроколеса и трансмиссии. Постоянство довольно высокой рабочей скорости вращения обусловливает упрощение трансмиссионных связей ветроколеса с генератором и достаточно высокое качество электроэнергии без усложнения преобразующих электрических схем.

В то же время постоянство рабочей скорости вращения, ограниченной прочностью лопастей на инерционную нагрузку, означает ограничение рабочих скоростей ветра (обычно в пределах 12—15 м/с) и работу ветроустановки в оптимальном режиме только при определенном ветре, что, естественно, несколько снижает эффективность установки.

Для горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ с турбинами больших диаметров возрастает влияние некомпланарности скорости ветра по высоте и воздействия гравитационных сил, вызывающих пульсирующие нагрузки в материале лопасти, в опорных устройствах трансмиссий и в самих трансмиссиях. Эти влияния и воздействия тем ощутимее, чем выше быстроходность, предопределяющая повышенное внимание к динамической устойчивости работы всех вращающихся элементов, повышенные требования к прочности конструкции и точности ее изготовления, к качеству сборки, смазке и балансировке вращающихся деталей и узлов.

С этой точки зрения трудно переоценить вертикально-осевую схему, принципиально обеспечивающую ВЭУ тихоходную работу. Во всех известных экспериментах, в том числе и в тех, которые были направлены на поиск средств достижения максимально возможного коэффициента использования энергии ветра, быстроходность не превышала 2.5-2.8 модулей. Значение этого обстоятельства станет особенно понятным, если учесть, что все энергетические характеристики (в том числе и коэффициент использования энергии ветра) вертикально-осевых ВЭУ остаются на уровне этих характеристик горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ. Снижение быстроходности (в 2-3 раза) — это резкое улучшение условий эксплуатации механизмов благодаря снижению уровня динамичности, упрощения требований к опорно-трансмиссионным элементам, исключение необходимости в механизмах и системах, обеспечивающих постоянство скорости вращения. Снижение быстроходности позволяет работать с оптимальным коэффициентом использования энергии ветра при всех значениях скорости ветра, входящих в рабочий диапазон, т.е. повысить эффективность ВЭУ при довольно простой конструктивной схеме лопасти. Рабочий диапазон скоростей ветра на тихоходных ветроустановках расширяется до 20—25 м/с. Однако при всем этом необходимо иметь в ввиду, что при тихоходности повышаются крутящие моменты, что приводит к увеличению материалоемкости лопастей ветротурбины в целом за счет длинных траверс, габаритной ступицы и массивных трансмиссий. Необходимо также учитывать, что переменность частоты вращения ветротурбины предполагает введение в электрическую схему преобразователей в целях повышения качества вырабатываемой электроэнергии и согласования ее качества с качеством сетевой энергии.

Принципиально вертикально-осевая ВЭУ с прямыми лопастями может быть быстроходной, ограничением является прочность лопастей па поперечные инерционные нагрузки и вибронагрузки. Тенденция разработки все более и более прочных, легких и дешевых композиционных материалов открывает перспективы создания быстроходных прямолопастных ветродвигателей типа Дарье.

РАЗМЕЩЕНИЕ ГЕНЕРАТОРА И МУЛЬТИПЛИКАТОРА

Бесспорно большим преимуществом вертикально-осевых ВЭУ является возможность размещения генератора и мультипликатора на фундаменте установки, исключения угловой передачи крутящего момента. Это позволяет отказаться от мощной, вероятнее всего многопоточной угловой передачи крутящего момента, упростив требования к монтажепригодности оборудования (исключить ограничения по габариту и массе) и к условиям эксплуатации (отсутствие толчков и вибраций). При размещении оборудования на фундаменте резко улучшаются условия его монтажа и эксплуатации, упрощается передача вырабатываемой электроэнергии.

В горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ избегают вводить угловую передачу и размещают оборудование во вращающейся гондоле. При этом неизбежны сложности в связи с повышением требований к монтажепригодности оборудования, условиям его эксплуатация, а также при организации подъема оборудования и его эксплуатации в верхнем положении. Немало трудностей вызывает и передача электроэнергия от вращающегося вместе с гондолой генератора. Для того, чтобы избежать скручивания силовой шины, необходимо ограничивать поворот гондолы, вводить коллекторную передачу либо отсоединять и раскручивать шину. Во всех этих случаях в конструкцию ветроустановки вводятся дополнительные устройства, усложняющие ее.

Необходимо отметить, что передача крутящего момента на уровень фундамента связана с введением длинного трансмиссионного вала, однако обусловленное этим усложнение конструкции вполне компенсируется преимуществами нижнего размещения оборудования, даже в том случае, если вал будет послередукторным, т. е. быстроходным. При доредукторном (тихоходном) исполнении длинный вал особых конструктивных усложнений не вносит.

В ветроустановках ГРЦ-Вертикаль редуктор (мультипликатор) отсутствует, что дает выигрыш в эффективности (при его наличии уменьшается КПД). Генератор и часть силовой электроники расположены непосредственно в корпусе ступицы, что, с одной стороны, усложняет обслуживание, а с другой стороны улучшает эффективность.

НАДЕЖНОСТЬ

В горизонтальных пропеллерных ВЭУ удачно используются достижения авиационной техники, в частности в области проектирования лопастей, систем управления углами их установки, трансмиссий. Следовательно, есть все основания полагать, что эти установки достаточно отработаны и их надежности могут быть даны далеко не низкие оценки. Тем не менее, очевидно, что после отработки вертикально-осевые ВЭУ, особенно агрегаты большой мощности, обещают более высокую надежность. Основанием для такого суждения являются значительное упрощение их конструкции, снижение уровня требований к изготовлению трансмиссий, упрощение условий монтажа и эксплуатации и т. д., что обусловлено следующими особенностями этих установок: отсутствие механизмов и систем управления поворотом гондолы на ветер, размещение генератора и мультипликатора на фундаменте, отсутствие необходимости в устройствах и системах управления углом установки лопастей, отсутствие проблем с передачей электроэнергии от генератора.

Необходимо отметить, что высокий уровень надежности сложной конструкции предполагает высокий уровень развития технологии. Этот фактор очень важен для оценки оптимальности вариантов кооперации различных предприятий по изготовлению отдельных узлов и агрегатов установок. Если учесть сказанное, трудно предположить, что значительно более простая и надежная конструкция ветроустановки окажется более дорогостоящей, несмотря на ее несколько большую материалоемкость.

МОЩНОСТЬ

В последние годы в мировой ветроэнергетике наблюдается тенденция к увеличению единичной мощности ВЭУ, что объясняется следующими факторами. Ввиду того что с ростом мощности установки снижается стоимость электроэнергии, получаемой с 1 м2 ометаемой поверхности, уменьшаются расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание установки, сокращаются площади отчуждаемых земельных участков, растет и эффективность ВЭУ.

Однако укрупнение горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ малоэффективно. Оно имеют верхний предел мощности в З-4 МВт, так как на их лопасти помимо центробежных действуют изгибающие силы, переменные по величине и направлению, что ограничивает размеры лопастей, существенно снижает надежность горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ и сокращает сроки их эксплуатации. Поэтому переход на большие мощности предполагает качественное изменение конструкции ВЭУ. В свете этого наиболее предпочтительным решением является вертикально-осевая схема, теоретический предел мощности которой по современным представлениям на порядок выше теоретического предела мощности горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ.

РАСЧЕТНАЯ СКОРОСТЬ ВЕТРА

Как уже отмечалось выше, расчетная скорость ветра горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ обычно находится в пределах 12—15 м/с по условию прочности лопастей на инерционную нагрузку. Произведенные объединением Гидропроект расчеты по определению расчетных скоростей ветра на основании данных более 200 метеостанций России о ветровом потенциале выявили ряд районов (на восточном побережье Северного Ледовитого океана, Охотского моря, в Приморье, на Камчатке, Курильской гряде, в горах Казахстана, Кавказа, Крыма и др.), где экономически обоснованными являются расчетные скорости ветра 18-20 м/с и рабочий диапазон скоростей ветра высокой обеспеченности — до 30 м/с. Как показали исследования казахских специалистов, проведенные для района Джунгарских ворот (здесь при среднегодовой скорости ветра 8 м/с преобладает ветер со скоростью более 15 м/с), начальная скорость ветра слабо влияет на уровень используемой энергии. Так, при изменении начальной скорости ветра от 4.5 до 7.5 м/с выработка электроэнергии снижается менее чем на 2%. Влияние же расчетной скорости ветра на выработку электроэнергии весьма велико. Например, увеличение расчетной скорости ветра с 10.4 до 20 м/с приводит к увеличению выработки более чем в 4 раза. Это свидетельствует о том, что для районов с высоким ветровым потенциалом значения расчетной скорости ветра, принимаемые для обычных ВЭУ, оказываются недостаточными, так как при этом окажутся недоиспользованными слишком большие ветроэнергетические ресурсы.

Как было указано выше, рабочий диапазон скоростей ветра для тихоходных вертикально-осевых ВЭУ повышается до 20-25 м/с, в связи с чем в районах с высоким ветровым потенциалом без всякого сомнения вертикально-осевые ВЭУ заведомо предпочтительнее.

Ветрогенераторы (ветроустановки) ГРЦ-Вертикаль работают в диапазоне скоростей ветра 4-60 м/с, при номинальной (рабочей) скорости 10.4 м/с. По достижении номинала скорость ВЭУ стабилизируется за счет аэродинамических тормозов.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

Тихоходные вертикально-осевые ВЭУ с точки зрения воздействия на окружающую среду имеют преимущества перед быстроходными горизонтальными пропеллерными: при их работе ниже все уровни аэродинамических и инфрашумов, вибрации, меньше теле- и радиопомехи, меньше радиус разброса обломков лопастей в случае их разрушения, ниже вероятность столкновения лопастей с птицами.

В частности, уровень шума ветрогенераторов ГРЦ-Вертикаль находится в пределах 40-50 Дб в непосредственной близости к ВЭУ, а на расстоянии 10 метров заглушается шумами окружающей среды. Для сравнения, шум вентилятора компьютера составляет 50 Дб. Электромагнитные колебания практически отсутствуют, в связи с чем данные ветроустановки можно размещать вблизи коммуникационных центров (в т.ч. аэропортах), где требования к чистоте эфира достаточно высоки в связи с присутствием навигационного оборудования.

Горизонтальные и вертикальные вибросмещения мачты и ступицы, возникающие при действии аэродинамических и инерционных возмущающих сил, могут также явиться последствием дисбаланса (смещения центра масс) ротора. Большинство исследований виброколебаний вертикально-осевых установок, служащих основной причиной возникновения шумов и инфразвука, было проведено в ООО “ГРЦ-Вертикаль”. В отличие от горизонтально-осевых пропеллеров малой мощности (до 10 кВт), вызывающих вертикальные вибросмещения амплитудой до 5 мм, ВЭУ “ГРЦ-Вертикаль” генерируют вибросмещение до 0.2 мм, что не оказывает существенного влияния на фундамент или сооружение, на котором расположена ВЭУ. Более того, согласно применимым ГОСТам и СНиПам такие ВЭУ можно располагать на жилых, офисных и производственных зданиях, не говоря о сложных инженерных сооружениях (мосты, фермы, и т.д.).

ХАРАКТЕРИСТИКИ МАССЫ

Для приведенной ниже сравнительной оценки рассматривались характеристики трех ветроустановок: NEWECS-45 (Голландия), ВТО- 1250Б (Россия), предварительный проект установки Д. де Рензо (США), из которых ВТО- 1250Б является вертикально-осевой:

ХАРАКТЕРИСТИКИ	NEWECS-45	ВТО-1250Б	Д. де Рензо
Установленная мощность, МВт	1	1.25	1.5
Расчетная скорость ветра, м/с	14.1	20	11.5
Массовые характеристики, кг:
ветроколесо, в том числе:	—	40000	17430
— лопасть	3000	4000	2580
— втулка (ступица)	19000	8000	12270
— траверса	—	16000	—
система передачи момента, в том числе:	—	16000	35180
— редуктор	2000	10000	20860
— прочее	—	6000	14320
электрическая система, в том числе:	—	10000	—
— генератор	3000	5000	6950
опорная башня	70000	70000	69360
прочие системы	—	6000	—
Общая масса, кг	142000	136000	128940

Необходимо отметить, что массовые характеристики предварительного проекта установки Д. де Рензо получены расчетным путем на основании теоретических методик, и при рабочем проектировании с учетом конкретных конструктивных и технологических требований реальные характеристики ветроустановки будут конечно выше.

Из приведенных данных видно, что рабочие органы (лопасть, траверса) ветроколеса горизонтально-осевой пропеллерной установки легче вертикально-осевой, однако втулка (ступица) у них значительно тяжелее. Система передачи момента легче у вертикально-осевой установки, даже несмотря на наличие в ряде случаев трансмиссионного вала. Массы электрической системы и опорной башни установок обоих типов примерно одного порядка.

Общая масса рассмотренных установок находится примерно на одном уровне с небольшим преимуществом вертикально-осевой ВЭУ благодаря отсутствию гондолы, механизмов и систем ориентации на ветер и поворота лопастей.

В ветроустановках ГРЦ-Вертикаль трансмиссионный вал отсутствует, что создает дополнительное преимущество этих установок перед остальными вертикально-осевыми ВЭУ.

В сложном сочетании свойств, чаще всего двойственно характеризующих каждый из типов ВЭУ, невозможно разобраться методами их качественной оценки (тяжелее-легче, сложнее-проще, эффективно-неэффективно). Необходим количественный анализ всего комплекса характеристик ВЭУ на основе теоретических и модельно-экспериментальных исследований с получением данных об эффективности ветроустановок обоих типов в экономической и метеорологической обстановке конкретного региона.

Если сравнивать с требованиями к ветроэлектрическим установкам средней мощности (до 1 МВт), то требования к установкам мегаваттного класса более высокие, в первую очередь в части потребительских свойств (надежность, экологическая чистота, удобство обслуживания и ремонта, простота конструкции, срок эксплуатации и т.п.). Учитываются и такие важные свойства, как экономическая эффективность, стоимость строительства, затраты на эксплуатацию и т. п. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют вертикально-осевые ВЭУ, не уступающие горизонтально-осевым пропеллерным по энергетическим характеристикам, но отличающиеся свойствами, которые могут обеспечить снижение себестоимости электроэнергии в районах с повышенным ветровым потенциалом.

По оценкам экспертов установки ГРЦ-Вертикаль малой мощности также имеют преимущество перед горизонтально-осевыми ВЭУ.

Если рассуждать в самом общем плане, то необходимо подчеркнуть, что одной схемой, как и одним типоразмером ВЭУ, не удовлетворить потребности всех регионов даже одной страны. Ветроэнергетика как подотрасль энергетики станет конкурентоспособной только при условии развития различных направлений, способных создать государственный рынок ветроэнергетической техники.

Горизонтально-осевой ветрогенератор 50 кВт (ветряк, ВЭУ, ВЭС) в Омске (Ветрогенераторы)

Ветрогенераторы — это набирающий популярность вид энергетического оборудования!

В НАШЕЙ КОМПАНИИ ВЫ МОЖЕТЕ КУПИТЬ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВЫЕ (ВЕРТИКАЛЬНЫЕ) ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ ПО ВЫГОДНОЙ ЦЕНЕ С ДОСТАВКОЙ В ЛЮБОЙ РЕГИОН РФ

Ветряной генератор (ветряк) используется для обеспечения независимого электроснабжения. Основные достоинства, которые делают востребованными – это автономность, экономичность в использовании, возможность выбора ветрогенератора подходящей мощности. Благодаря этому ветрогенераторы можно использовать в отдаленной местности и даже на плавательных средствах. А при эксплуатации ветряк обходится дешевле бензиновых и дизельных генераторов. Наиболее известный тип ветрогенераторов – это горизонтальные ветрогенераторы, такой ветряк имеет простую конструкцию, но зато действует только при достаточной силе ветра. Из-за этого подобные ветрогенераторы подходят далеко не для всякой местности.

Технико-эксплуатационные достоинства ветрогенераторов:

Автономная выработка и потребление электрической энергии
Низкая стартовая скорость.

Самостоятельный запуск системы.
Абсолютная безопасность для человека и окружающей природы.
Возможность установки на любой местности, вблизи с жилыми объектами.
Высокая устойчивость к сильным ветрам.

Наибольшую популярность получили горизонтальные ветрогенераторы, ось вращения турбины которых расположена параллельно земле. Этот тип получил название «ветряной мельницы», лопасти которой вращаются против ветра. Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы.

Ветрогенераторы горизонтального типа больше подходят для производства электроэнергии в промышленных масштабах, их используют в случае создания системы ветряных электростанций. Вертикальные часто применяют для потребностей небольших частных хозяйств.

Номинальная мощность

50000 Вт

Максимальная мощность

55000 Вт

Диаметр ветроколеса

18 м

Частота вращения

60 об/мин

Номинальная скорость ветра

10 м/с

Стартовая скорость ветра

2,5 м/с

Рабочая скорость ветра

2,5-25 м/с

Допустимая скорость ветра

40 м/с

Выходное напряжение

380 В

Высота мачты

18 м

Количество АКБ в комплекте / Емкость

60 шт./ 12В 200Ач

Цена без АКБ

129 738 $

Цена с АКБ

163 907 $

Что лучше — вертикально или горизонтально-осевая ВЭУ?

ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЭУ ОТ НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА

КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА

ЗАПУСК ВЭУ

РАЦИОНАЛЬНОСТЬ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ВЕТРОТУРБИНЫ

КОНСТРУКЦИЯ ЛОПАСТИ

ПОВОРОТ ЛОПАСТЕЙ

ОМЕТАЕМАЯ ПОВЕРХНОСТЬ И ЭНЕРГИЯ, СНИМАЕМАЯ С ЕДИНИЦЫ ДЛИНЫ ЛОПАСТИ

СТЕПЕНЬ БЫСТРОХОДНОСТИ

РАЗМЕЩЕНИЕ ГЕНЕРАТОРА И МУЛЬТИПЛИКАТОРА

НАДЕЖНОСТЬ

МОЩНОСТЬ

РАСЧЕТНАЯ СКОРОСТЬ ВЕТРА

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

ХАРАКТЕРИСТИКИ МАССЫ

ХАРАКТЕРИСТИКИ	NEWECS-45	ВТО-1250Б	Д. де Рензо
Установленная мощность, МВт	1	1.25	1.5
Расчетная скорость ветра, м/с	14.1	20	11.5
Массовые характеристики, кг:
ветроколесо, в том числе:	—	40000	17430
— лопасть	3000	4000	2580
— втулка (ступица)	19000	8000	12270
— траверса	—	16000	—
система передачи момента, в том числе:	—	16000	35180
— редуктор	2000	10000	20860
— прочее	—	6000	14320
электрическая система, в том числе:	—	10000	—
— генератор	3000	5000	6950
опорная башня	70000	70000	69360
прочие системы	—	6000	—
Общая масса, кг	142000	136000	128940

Удивительные ветрогенераторы — Энергетика и промышленность России — № 21 (353) ноябрь 2018 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 21 (353) ноябрь 2018 года

Объединяет их лишь одно: рабочей силой является движение воздушных масс. О некоторых оригинальных агрегатах мы и хотим рассказать в этом материале.

Ветрогенераторы становятся все более популярными. Их используют не только как дополнительный источник электричества, но зачастую и как основной, например, при обустройстве загородного дома. Тому способствует удобство эксплуатации и вполне хороший эстетичный вид ветряков. К тому же это вполне экологичные конструкции, не требующие затрат на природные ресурсы: ветер бесплатен. К тому же нынче промышленность выпускает контроллеры энергии, обеспечивающие работу даже при слабом ветре, собирающие энергию «порциями», и конструкции с автоматически изменяющимся углом атаки лопастей в зависимости от направления и силы ветра.

В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные, где вращающийся вал расположен горизонтально относительно направления ветра и с самым высоким КПД, барабанные и карусельные, в которых вал, вращающий лопасти, расположен вертикально и которые монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).

Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести установки из строя.

Достоинства ВЭС – простота конструкции, экономичность и возобновляемость источника энергии. Кроме того – доступность (ветер дует везде) и независимость источника энергии (например, от цен на топливо).

Недостатки – зависимость от ветра, шумность и необходимость использования больших площадей (в случае постройки крупных электростанций). Кроме того, стартовая стоимость и дальнейшее использование – вполне затратны (необходимы накопители энергии, которые имеют ограниченный срок эксплуатации).

Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.

В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.

Это касается, в первую очередь, так называемых «традиционных» ветряков. Но среди всего разнообразия установок есть и оригинальные, не вписывающиеся в обычные представления о них.

Дерево-ветрогенератор

Например, французская группа инженеров создала искусственное дерево, способное генерировать электричество с помощью ветра. Устройство производит энергию даже при небольшом движении воздуха.

Идея пришла автору изобретения Жерому Мишо-Ларивьеру, когда он наблюдал шелест листьев в безветренную погоду. Устройство использует небольшие пластины в форме скрученных листьев, которые преобразуют ветряную энергию в электрическую. Причем независимо от направления движения воздуха. Дополнительное преимущество «дерева» заключается в его полностью бесшумной работе.

На создание 8‑метрового прототипа инженеры потратили три года. Энергогенерирующее «дерево» установлено в коммуне Плюмер-Боду на северо-западе Франции.

Новая установка, Wind Tree, эффективнее обычного ветрогенератора, поскольку вырабатывает энергию даже при скорости ветра всего 4 м / с.

Мишо-Ларивьер надеется, что «дерево» будет использовано для питания уличных фонарей или зарядных станций для электромобилей. В будущем он планирует усовершенствовать установку и подключить ее к энергоэффективным домам. Идеальное электрогенерирующее «дерево», по словам изобретателя, должно иметь листья из натуральных волокон, «корни» в виде геотермального генератора и «кору» с фотоэлементами.

Биоразлагаемые лопасти

Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках.

Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.

Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.

Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.

Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.

Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.

Крылья стрекозы

Несколько исследователей из Франции попробовали сделать ветряную турбину еще эффективней за счет изменения ее компонентов. Насекомые, а именно стрекозы, вдохновили их на создание гибких лопастей. Ветровая турбина на сегодняшний день работает только при оптимальных скоростях ветров, но новый био-дизайн может дать способ обойти этот факт.

Исследователи построили прототипы с обычными жесткими лопастями, умеренно гибкими лопастями и очень гибкими лопастями турбины. Последний дизайн оказался слишком гибким, но умеренно гибкие лопасти превосходят жесткие, создавая на целых 35 % больше мощности. Кроме того, они продолжали работать в условиях слабого ветра и не были подвержены повреждениям при сильном ветре.

Теперь ученым предстоит найти оптимальный материал, который не был бы слишком гибким, но и не являлся жестким.

Воздушная ветроэнергетика

Воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращенно AWE) запускает в небеса летающие ветряные электростанции – дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащенные ветряными турбинами или приводящие в действие наземные генераторы с помощью своих «поводков».

Летающие ветрогенераторы не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. При этом они работают с хорошим «коммерческим» ветром – на высотах в несколько сотен метров ветер стабильнее и сильнее. Поэтому коэффициент использования установленной мощности воздушных ветряных электростанций достигает 70 %.

Например, это шотландский ветроэнергетический проект Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.

А ветроэнергетическая система Airborne Wind Energy System использует для добычи энергии следующую схему. Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 до 450 метров. Когда самолет движется, он тянет тросик, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (~750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.

Ветрогенератор закрытого типа

Компания «Оптифлейм Солюшенз», реализующая в рамках «Сколково» проект по созданию нового поколения малых и средних ветрогенераторов закрытого типа, создала предсерийный образец ветроустановки для подготовки к промышленному производству.

Традиционные ветрогенераторы открытого типа обладают высоким уровнем потенциальной опасности и поэтому располагаются преимущественно в нежилых зонах на удалении. Ветрогенераторы закрытого типа, оснащенные турбиной наподобие самолетной, можно размещать в любых местах, например на крышах жилых или коммерческих зданий.

Установочная мощность образца – 1 / 2 кВт. Он протестирован в аэродинамической трубе и в реальных условиях. В дальнейшем планируется создать и более мощные разработки.

Вместо обычного двух- или трехлопастного вентилятора здесь используется осевая турбина самолетного типа. Это повышает КПД и снижает стоимость изготовления, т. к. сами лопатки существенно меньше вентиляторных. Конструкция имеет внешний направляющий аппарат, который дополнительно повышает КПД и служит защитой от птиц, а также имеются внешний и внутренний обтекатели, служащие защитой в случае разрушения лопаток.

В итоге получен ветрогенератор с рекордно низкой стоимостью генерации кВт-часа, который принципиально возможно размещать в жилой зоне, в том числе – на крышах городских домов. Обычный ветряк там ставить невозможно, так как в пределах десяти диаметров от него должно быть свободное пространство.

По сравнению с обычными ветрогенераторами данная конструкция безопасна в рабочем состоянии для обслуживающего персонала и летающих животных. Также оно работает при более низком уровне шума и не является значительной угрозой для безопасности людей и строений в округе. При аварии обычного ветрогенератора массивные лопасти, двигающиеся с большой скоростью, как правило, разрушают всю конструкцию при повреждении одной из них.

Безредукторный ветроагрегат

В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.

Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.

«Водонапорная башня»

Самый фантастический проект представили американцы. С дальнего расстояния этот ветрогенератор похож, скорее, на водонапорную башню. Лишь поблизости можно увидеть медленное вращение лопастей.

Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчетам, она одна должна поставлять столько электроэнергии, что ее хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.

Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.

О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счет магнитной левитации. Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, становится как бы невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух.

Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счет магнитной левитации давно занимала ученые и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы.

В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывает воздушный поток. По предположению, такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене.

Это, конечно, лишь часть необычных для традиционного взгляда проектов. Некоторые из них, например, относящиеся к воздушной ветроэнергетике, уже успешно используются. Некоторым – еще предстоит найти свое место в истории. Понятно одно – на традиционных ветряках ветроэнергетика вовсе не заканчивается, она, как и любое направление техники, неуклонно продолжает развиваться.

Что стало с ветряком с вертикальной осью?

Наряду с историей о сегодняшней коммерчески успешной винтовой ветряной турбине с горизонтальной осью (HAWT), существует менее известная история с ветряной турбиной с вертикальной осью (VAWT). Когда-то рассматриваемые в качестве конкурента в установлении стандарта дизайна ветряных турбин, VAWT для коммунальных предприятий становятся все более и более необычным зрелищем. Тем не менее, прототипы VAWT для коммунальных предприятий время от времени все еще появляются, поскольку делаются попытки внедрить технологию вертикальной оси на рынке, где полностью доминируют станки с горизонтальной осью.Это ретроспективный обзор проектов VAWT для коммунальных предприятий с турбинами мощностью 100 кВт и более.

Есть записи о ветряных турбинах с вертикальной осью еще в Персии 9-го века или даже в афганском нагорье 7-го века до нашей эры. Эти ранние VAWT были простыми устройствами, основанными на аэродинамическом сопротивлении; одна сторона турбины была закрыта, а ветер просто толкал лопасти с другой стороны. Был изобретен гораздо более эффективный VAWT на основе аэродинамического подъемника
Жорж Дарье во Франции еще в 1920-х годах запатентовал VAWT с изогнутыми лопастями «взбиватель яиц» (здесь просто называемый турбиной Дарье) и VAWT с прямыми лопастями (здесь называемый H-ротором).Хотя сам Дарье построил ряд небольших моделей с изогнутыми и прямыми лопастями, первые силовые агрегаты VAWT на основе аэродинамического подъемника были построены французом Жан-Батистом Морелем, который в 1950-х годах построил ряд моделей с прямыми лопастями. Турбины Дарье мощностью до 7 кВт на юге Франции.

Исследователи из Национального исследовательского совета Канады (CNCR) заново изобрели VAWT в середине 1960-х годов, очевидно, не подозревая о давно забытых ранних усилиях Франции.

Канадские исследования были заново открыты в 1970-х годах Сандийскими национальными лабораториями, которые, помимо своей основной миссии по разработке ядерного оружия, были поручены Министерством энергетики США изучать альтернативные источники энергии.

Sandia построила турбину Дарье мощностью 60 кВт около Альбукерке, штат Нью-Мексико, в 1976 году, которая в то время стала крупнейшей из когда-либо построенных VAWT. Хотя Сандиа была в центре усилий по развитию VAWT в Северной Америке в 1970-х и 1980-х годах, они построили только одну VAWT (под которым мы здесь подразумеваем ≥100 кВт), турбину Дарье мощностью 500 кВт, установленную в 1988 году в Бушленде, штат Техас.Эта экспериментальная турбина имела регулируемую скорость, конструкцию без подкосов и была спроектирована таким образом, чтобы большинство частей можно было изменять в исследовательских целях. Отсутствие подкосов, вероятно, было основным фактором в достижении коэффициента мощности (отношение выходной электроэнергии к затратам энергии ветра) 0,43, что, скорее всего, все еще является рекордом для VAWT размером с коммунальные предприятия.

Североамериканские усилия Дарье

Сотрудничая или используя технологии CNRC или Sandia, несколько корпораций начали попытки коммерциализировать VAWT типа Дарье в 1970-х / 80-х годах.

В Канаде производитель алюминия DAF Indal стал основным партнером VAWT с CNRC, и в 1977 году они побили рекорд размера, установленный Sandia годом ранее, с турбиной Darrieus мощностью 230 кВт, которая была установлена на острове Магдалина в заливе Святого Иоанна. Лоуренс в Квебеке, Канада. Эта турбина также известна тем, что доказала, что VAWT действительно может запускаться самостоятельно. В 1978 году технические специалисты оставили ротор отсоединенным от трансмиссии на ночь, но сильный ветер ночью вынудил ротор работать с превышением скорости, что привело к отказу растяжек, и ротор, в конечном итоге, сам вкрутился в землю.

В 1983–1984 годах компания DAF-Indal построила три турбины мощностью 500 кВт, которые в основном были версиями турбины мощностью 230 кВт с более высокими номиналами. Одна из турбин, которая была размещена на перевале Сан-Горгонио недалеко от Палм-Спрингс, Калифорния, рухнула во время пусконаладочных испытаний на растяжение оттяжек, к сожалению, унеся жизнь инженера, стоявшего на ней, когда она упала. Другая турбина, которая находилась на острове Принца Эдуарда, также упала на землю после поломки лопастей в 1985 году. DAF-Indal в конечном итоге остановила свою программу VAWT в 1991 году.

В конце 1970-х годов алюминиевая компания ALCOA, расположенная в Питтсбурге, штат Пенсильвания, начала разработку VAWT в соответствии с соглашением о передаче технологии с Sandia. ALCOA построила несколько больших турбин Дарье, в том числе три машины мощностью 500 кВт, которые к 1980 году стали крупнейшими из построенных до сих пор VAWT. Одна из турбин мощностью 500 кВт, расположенная на перевале Сан-Горгонио,
Калифорния, рухнула незадолго до конференции Калифорнийской энергетической комиссии 1981 года в соседнем Палм-Спрингс. В результате отключения электроэнергии ротор разогнался до скорости, лопасти оторвались от своего нижнего крепления и оторвали тросы перед отлетом на расстояние около 300 м, и турбина упала на землю.Естественно, запланированную демонстрацию пришлось отменить, но, смело, вместо этого во время конференции была показана видеозапись инцидента, вызванная овациями аудитории. В конце концов, ALCOA отменила свою программу VAWT, хотя ее части были проданы недавно созданной VAWTPOWER Inc, которая установила 40 турбин на перевале Сан-Горгонио в период с 1983 по 1984 год. Это предприятие, первая настоящая ферма VAWT, работала с 1988 года.

Когда дело доходит до ферм, связанных с VAWT, на ум приходит FloWind.Компания FloWind установила более 500 турбин на перевале Техачапи недалеко от Лос-Анджелеса и на перевале Альтамонт в районе залива Сан-Франциско. Их модели мощностью 170 и 200 кВт были установлены в период с 1983 по 1986 год, а общая установленная мощность составила около 95 МВт. К моменту ввода в эксплуатацию последних турбин FloWind в 2004 году они выработали в общей сложности около 1 ТВт-ч электроэнергии за свой срок службы. К 2010 году все турбины FloWind были демонтированы, хотя их остатки можно найти в виде дорожного заграждения на переходе на гребне холма на перевале Техачапи.

В 1986 году у FloWind-19 произошел катастрофический сбой, в результате которого лезвие попало в соседний измерительный трейлер, в результате чего был разрушен компьютер DOE / Sandia внутри. Это было началом конца, поскольку это напугало инвесторов, и FloWind обанкротился.

Как и другие вышеупомянутые разработчики турбин Дарье, FloWind использовала алюминиевые лопасти, которые были спроектированы с возможностью изгиба. Из-за плохой способности алюминия выдерживать циклические нагрузки это приводило к отказам, вызванным усталостью. Эти проблемы привели к тому, что турбины FloWind имели больше времени простоя, чем ветряные турбины с горизонтальной осью, устанавливаемые одновременно в Калифорнии.После реорганизации в начале 1990-х годов были построены два прототипа с лопастями из стекловолокна, но это оказалось слишком поздно, и одна из турбин с лопастями из стекловолокна рухнула во время сильного ветра.

Несколько необычная конструкция турбины Дарье использовалась канадской компанией Adecon, которая применила внешний решетчатый каркас для замены растяжек. В 1984 году они построили 17-метровую турбину мощностью 125 кВт на острове Принца Эдуарда. Турбина, ротор которой находился на высоте 17 м над землей, проработала всего несколько часов, прежде чем разогнаться и разрушиться.

После реорганизации компания Adecon установила десять турбин мощностью 150 кВт возле Пинчер-Крик, Альберта. В этих турбинах отсутствовала опорная конструкция ротора, но вместо растяжек по-прежнему использовались решетчатые мачты. Решетчатые мачты вызывали резонансы, которые приводили к отказу компонентов. Это привело к тому, что две турбины упали, а большинство других не работали большую часть времени. К 2006 году все десять турбин были сняты.

Обязательно упомяните могущественный ÉOLE (по-французски Эол, властитель ветра в греческой мифологии), строительство которого было завершено в 1987 году и расположено в Кап-Шате, на южном берегу реки Святого Лаврентия в Квебеке.Обладая общей высотой 110 м, вращающейся массой 880 метрических тонн и номинальной мощностью 3,8 МВт, ÉOLE побил все предыдущие рекорды и до сих пор остается самым большим из когда-либо построенных VAWT.

Этот монстр со стальными лопастями и регулируемой скоростью работал до 1993 года, когда сломался нижний подшипник. Приятно сообщить, что ÉOLE все еще стоит и летом проводит экскурсии. Настоятельно рекомендуется посетить: ÉOLE — легенда для энтузиастов ветроэнергетики, а красивый полуостров Гаспе — отличное место в целом.Удобно, что экскурсия может проводиться на английском языке, и если вы заплатите несколько дополнительных долларов, вас могут отвезти на верхнюю платформу ÈOLE, откуда открывается захватывающий вид.

Были и другие турбины Дарье для коммунальных предприятий, даже некоторые из них были построены в Европе в 1980-х годах. Но серьезные попытки делаются все реже. Проблемы с усталостью лезвия, необходимость в ровной местности для крепления растяжек и недостатки расположения ротора так близко к земле — все это причины того, что «взбиватель яиц» Дарье не смог зарекомендовать себя в качестве конкурента HAWT.

Между тем в Европе

Частично перекрывая североамериканские разработки Дарье, VAWT также исследовались в Европе, но здесь больше всего внимания уделялось концепции H-ротора, которая имеет некоторые преимущества по сравнению с обычной турбиной Дарье. Что наиболее важно, он обычно размещается на отдельно стоящей башне, что делает ротор выше и делает ненужными тросы.

Самым известным и, пожалуй, самым амбициозным европейским проектом VAWT был проект, предпринятый британской компанией VAWT Ltd в 1980-х / 90-х годах в результате исследования, проведенного Питером Масгроувом из Университета Рединга в Великобритании.

Сначала концепция VAWT Ltd отличалась изменяемой геометрией, которая позволяла складывать лопасти для регулирования мощности. Но после оценки турбины с изменяемой геометрией мощностью 130 кВт, установленной в 1986 году в Кармартен-Бэй в Уэльсе, было решено, что мощность можно также контролировать с помощью неподвижных прямых лопастей. Таким образом, последующий прототип мощностью 500 кВт, построенный в 1990 году, имел прямые лопасти. Эта турбина испытала несколько отказов, связанных с передачей мощности, и в конечном итоге разрушительный отказ одной из лопастей из стекловолокна.Вскоре после этого государственное финансирование было приостановлено, и проект в конечном итоге завершился.

В 1990-х годах немецкий изобретатель и предприниматель Гётц Гейдельберг начал разработку концепции H-ротора с регулируемой скоростью и магнитом с постоянными магнитами в мюнхенской компании Heidelberg Motor GmbH. В 1991 году их первый крупномасштабный (300 кВт) прототип был установлен в Kaiser-Wilhelm-Koog на немецком побережье Северного моря. Он использовал установленный на земле генератор и поддерживался растяжками, подключенными к верхнему подшипнику, позволяя всей башне вращаться (во многом как турбина Дарье).После отказа от наземного генератора было разработано пять новых прототипов мощностью 300 кВт, в которых большой многополюсный кольцевой генератор размещался на вершине треножной башни. После того, как проблема со сваркой привела к разрушению одной турбины в начале 1995 года, другие машины были выведены из эксплуатации и окончательно демонтированы в 1997 году. Это также привело к отказу от финансируемой ЕС разработки версии концепции мощностью 1,2 МВт. и это было также концом этой попытки VAWT.

Стоит упомянуть, что Heidelberg установил свою меньшую, 20 кВт, версию для работы в экстремальных условиях на немецком исследовательском центре в Антарктиде, который, как сообщается, проработал 15 лет, прежде чем был выведен из эксплуатации в 2008 году.

Непрерывные усилия

Если даже немецкие инженеры не смогли заставить VAWT держаться вместе, можно было догадаться, что от этой концепции наверняка отказались после середины 1990-х. Что ж, это было не так, хотя только в 2010 году был построен следующий прототип H-ротора общего назначения, на этот раз шведской компанией Vertical Wind AB.

В 2010 году недалеко от Фалькенберга на западном побережье Швеции они построили опытный образец мощностью 200 кВт с прямым приводом и регулируемой скоростью. Турбина с башней из клееной древесины и многополюсным генератором с прямым приводом собственного производства с прямым приводом в основном использовалась для измерений, но все еще работает, хотя и при ограниченной скорости ветра.Вертикальный ветер остановил свое развитие после потери ключевого инвестора в 2010 году, но все еще производит генераторы.

Подобно программам DAF Indal и ALCOA VAWT 1970-х / 80-х, которые были инициативами производителей алюминия, польская компания Anew Institute, занимающаяся проблемами VAWT, действует сегодня и является дочерней компанией производителя стали Stalprodukt SA. В 2015 году вновь был построен прототип мощностью 200 кВт, а в 2017 году — прототип мощностью 1,5 МВт, который уступает только ÉOLE, крупнейшему в истории VAWT, по установленной мощности.Неудивительно, что в конструкции используется как можно больше стали, но, к счастью, по крайней мере, лезвия сделаны из стекловолокна.

А как насчет плавучих VAWT?

Плавучие ветряные турбины (например, торговой ассоциацией WindEurope) были определены как ключевая технология, обеспечивающая значительный рост ветроэнергетики на шельфе. Низкий центр масс VAWT хорошо сочетается с плавучей платформой, и это вызвало возрождение интереса к этой концепции, и в 2010-х годах был начат ряд плавучих проектов VAWT.

MODEC, японская компания, специализирующаяся на плавучих платформах для нефтегазовой промышленности, например, разработала гибридную систему выработки энергии с плавающим ветром и приливным течением под названием skwid (Savonius Keel and Wind Turbine Darrieus). Концепция состояла из H-образного ротора над поверхностью и турбины Савониуса, собирающей токи внизу. Однако их прототип мощностью 500 кВт дважды затонул во время ввода в эксплуатацию в 2013/14 году, и MODEC отказалась от своих амбиций в отношении VAWT.

Еще одна попытка коммерциализации плавучих VAWT была предпринята французской компанией NENUPHAR, которая стремилась разработать двухтурбинную плавучую морскую платформу мощностью несколько МВт.

Никаких крупных плавучих VAWT никогда не применялось, но в 2014 году NENUPHAR установила наземный прототип мощностью 600 кВт в Фос-сюр-Мер на французском побережье Средиземного моря, для которого были испытаны различные конфигурации лопастей. Однако в 2018 году NENUPHAR была ликвидирована после того, как ее покинул промышленный партнер.

Можно упомянуть несколько других усилий по разработке плавающего VAWT, которые стремятся вскоре развернуть большие прототипы. Но эта краткая ретроспектива ограничена проектами, которые, независимо от конечного результата, включали фактическое строительство вертикальных осевых турбин для коммунальных предприятий.Так что эти «бумажные» проекты здесь опущены, но могут быть предметом будущего отчета.

Плавучая ниша возрождает интерес

Таким образом, концепция ветряных турбин с вертикальной осью, которая почти исчезла, в последние несколько лет снова стала вызывать интерес, особенно в отношении плавучих морских платформ. Конкуренция с концепцией горизонтальной оси, которая становится все более и более технологически развитой после того, как в 1980-х годах превзошла VAWT в качестве стандарта ветряных турбин, становится все труднее, но рынок плавающих ниш может быть возможностью, которую ждали ветровые турбины с вертикальной осью.

Информация об авторе: Эрик Мёллерстрём Ридбергская лаборатория прикладных наук, Университет Хальмстада, почтовый ящик 823, SE-301 18, Хальмстад, Швеция ([электронная почта защищена])

Для получения более подробной информации об упомянутых VAWT а также другие более мелкие проекты VAWT, не описанные здесь, следующий документ доступен в открытом доступе: Möllerström E, Gipe P, Beurskens J, Ottermo F, «Исторический обзор установленных ветряных турбин с вертикальной осью мощностью 100 кВт и выше», Возобновляемая энергия & Обзоры устойчивой энергетики, Том 105 (2019).

Технология ветряных турбин с вертикальной осью продолжает совершенствоваться

John Yan , Китай, sawt.com

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

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

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

Несколько компонентов в обычной ветряной турбине.

Малые ветряные турбины с вертикальной осью

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

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

Низкое энергопотребление
Они работают в узком диапазоне скоростей ветра и часто тормозят, что снижает их выходную мощность

Плохая устойчивость при вращении сокращает срок службы турбины.

В галерее представлен широкий спектр конструкций с вертикальными осями.

1.2 Решение трех проблем

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

1.3 Как сконструировать хорошую небольшую ветряную турбину с вертикальной осью

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

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

2. Средние и крупные технологии VAWT

Хотя многие другие производители турбин разрабатывают средние и большие VAWT, они переняли конструктивный подход от малых VAWT, просто пропорционально увеличив маленькую турбину до «среднего или большого VAWT». Они не совсем понимают характеристики VAWT.

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

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

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

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

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

2.2 Ферменная конструкция для главного вала большого VAWT

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

Потенциал ветра: принцип Бернулли, примененный к парусным лодкам

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

3.1 Проблемы с традиционным дизайном

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

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

Решение: Супер Турбина и как она работает

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

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

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

3.3 Технологии, проверенные испытаниями в аэродинамической трубе

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

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

Несколько дополнительных деталей по дизайну.

3.4 Характеристики супер турбины

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

3,6 Снижение затрат на оборудование

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

подпись

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

В рубрике: Новости
С тегами: sawt.com

Новые 6-лопастные ветряные турбины с вертикальной осью могут обеспечить безопасность вашего автономного дома в течение 30 лет

Новая 6-лопастная турбина IceWind с вертикальной осью для выработки электроэнергии с помощью ветра.

IceWind

Обновлено 21 августа с комментариями специалиста по ветроэнергетике

Исландская компания по производству возобновляемой энергии IceWind запускает свои инновационные шестилопастные ветряные турбины для домашнего использования в США.

В настоящее время на долю ветра приходится 7,2% электроэнергии, вырабатываемой в Соединенных Штатах, и IceWind утверждает, что менее чем за десять лет, к 2030 году, эта цифра составит около 20%. лезвия длиной 747.Всякая зеленая энергия — это хорошо, хотя есть опасения, что птица может погибнуть, но домовладелец вряд ли сможет ее установить.

Новая модель Freya от IceWind, которая стоит от 3200 долларов, имеет совершенно другой дизайн.

«То, что мы разработали в IceWind, на самом деле представляет собой ветряную турбину с вертикальной осью», — сказал мне недавно в подкасте TechFirst Сэмюэл Гербус, один из инженеров-механиков IceWind. «Большая разница в тех больших турбинах, когда ветер дует с разных сторон, вам нужно либо использовать редуктор, чтобы изменить эти лопасти, чтобы они смотрели на это направление ветра, либо остановите их и измените его.Ветровые турбины с вертикальной осью являются всенаправленными. Мы можем встречать ветер с любого направления ».

Шестилопастная конструкция создана специально: внутренние лопасти обеспечивают низкие стартовые скорости, сказал мне Гербус, а также действуют как тормоз, когда скорость ветра становится слишком высокой.

Кроме того, конструкция более безопасна для домашней установки — нет огромных вращающихся лопастей, похожих на пропеллер, — и «полностью безопасна» для птиц. компания говорит. К тому же они тихие: до 30 децибел шума.

Другим важным преимуществом для владельцев домов, которые хотят дополнить свое сетевое питание или полностью запитать автономную кабину, является долговечность.Хотя только долгосрочные испытания могут быть окончательными, по словам Гербуса, турбины построены так, чтобы выдерживать ветры со скоростью «более 130 миль в час» и защищены от попадания пыли, льда, воды или грязи в генератор. Изготовленные из алюминия и нержавеющей стали, лезвия служат значительно дольше, чем лезвия, изготовленные из нейлонового волокна, стали, пластика или стекловолокна. В конце концов, компания базируется в Исландии, которая не известна своим длинным летом и мягкой погодой. Хотя он и не такой холодный, как некоторые думают, он испытывает относительно постоянный ветер со случайными ураганными ветрами до 160 миль в час.

Конечно, это крайний пример.

Вы не можете запитать весь дом от одной Freya. Гербус сказал мне, что он будет обеспечивать только от 150 до 200 Вт при скорости ветра 25 миль в час. Так что для питания типичного большого дома в США вам понадобится несколько. (Дрю Герц, инженер Northwind Engineering, говорит, что вам понадобится шесть, даже если скорость ветра будет постоянно оставаться на уровне 25 миль в час и, вероятно, больше, поскольку это нереально.)

IceWind заявляет, что в какой-то момент в будущем у него будет более крупная модель, способная в 7–12 раз увеличить выходную мощность.

Гербус не стал уточнять период окупаемости, но сказал, что большинство инвестиций в возобновляемые источники энергии окупают ваши первоначальные затраты через пять-десять лет. Однако Герц, инженер из Northwind, считает это очень оптимистичным для небольшой системы.

(Я не думаю, что солнечная крыша Tesla попадает в эту категорию, но она также обеспечивает крышу, которая вам понадобится в любом случае. Солнечные крыши Tesla могут стоить около 25000 долларов после федеральных скидок на систему в десять киловатт.)

Прямо сейчас Freya лучше всего подходит для дополнительных целей, если только вы не находитесь в очень ветреном месте или не хотите использовать несколько турбин.Это также отличный дополнительный компонент к системе смешанного источника энергии.

Еще один тип ветрогенератора от IceWind.

IceWind

«Это действительно зависит от того, где вы находитесь, и какой возобновляемый источник будет работать для вас и вашего региона», — говорит Гербус. «В Аризоне вам, вероятно, не понадобится ветряная электростанция. Вероятно, вам понадобится больше солнечной батареи, а в ветреной и облачной среде вам понадобятся ветряные турбины, а не солнечная батарея.И затем, как наша компания в IceWind, у которой есть много геотермальных мощностей, это то, что вы там используете … и я думаю, что это самая красивая часть, потому что в любом регионе, где бы вы ни находились, есть какая-то способность использовать возобновляемые Энергетический ресурс.»

Еще одно преимущество?

По словам Гербуса, если вы умеете собирать мебель из ИКЕА, вы можете установить и Фрейю.

Значит, я просто смогу заставить его работать.

Полный текст нашего разговора можно найти здесь.

Ветряная турбина с вертикальной осью

— обзор

Ветряная турбина с горизонтальной осью

Причина отказа от ветряной турбины с вертикальной осью может быть найдена в альтернативной машине с горизонтальной осью, которая оказалась гораздо более успешным и надежным средством сбора урожая ветра энергия. Сегодня «рабочей лошадкой» ветроэнергетики является трехлопастная ветряная турбина с горизонтальной осью, установленная на трубчатой башне. Эта конструкция за последние 20 лет стала стандартом для крупных одиночных турбин и ветряных электростанций как на суше, так и на море.До этого, в период с конца 1970-х до начала двадцать первого века, было испытано большое количество вариантов. Сегодня, хотя базовый формат является стандартным, остаются вариации в трансмиссии и конструкции лопастей, а также новые подходы к конструкции башни, которые проходят испытания, чтобы упростить установку очень больших турбин на берегу.

Стандартная ветряная турбина для коммунальных предприятий имеет ротор с тремя лопастями, поскольку это считается оптимальным компромиссом между балансом и стоимостью.В прошлом были построены роторы других типов, в том числе турбины с одной, двумя, тремя, четырьмя и, в редких случаях, даже с большим числом лопастей. Чем больше лопастей, тем более равномерно сбалансирован ротор. Кроме того, скорость вращения ротора для идеального захвата энергии будет тем ниже, чем больше у него лопастей, и это, в принципе, может позволить построить более крупные турбины, потому что центробежное напряжение ниже при более низкой скорости вращения. В определенных пределах большее количество лезвий может улавливать больше энергии. Обратной стороной роторов с множеством лопастей является их стоимость.Лопасти сложны и дороги, поэтому чем их меньше, тем дешевле ветряная турбина. Крайний, ротор с одной лопастью, был испытан, но не оказался практичным; Две лопасти могут улучшить балансировку ротора, но по-прежнему создают проблемы, отсюда и стандартизация трех лопастей.

Скорость вращения ротора определяется в первую очередь ветром, но должны быть средства управления этим. Управление скоростью вращения осуществляется либо пассивно с использованием лопасти с формой крыла, которая автоматически замедляется, если скорость ветра становится слишком высокой, либо с помощью подвижных элементов в лопастях, которые позволяют количеству энергии, отбираемой от ветра, изменяться в зависимости от скорости. меняется.Ротор турбины также нуждается в тормозной системе, которую можно использовать для полной остановки его вращения, особенно в условиях очень сильного ветра.

Ротор установлен на одном конце приводного вала, другой конец которого соединен с генератором. Между этими двумя элементами может быть редуктор, чтобы согласовать скорость вращения ротора, которая обычно очень низкая по стандартам генераторов, со скоростью вращения, необходимой генератору для выработки переменного тока и напряжения на частоте сети.Основные компоненты привода ветряной турбины с горизонтальной осью показаны на Рисунке 3.3. Эта трансмиссия может иметь самые разные вариации, поскольку конструкторы пытаются создавать более эффективные и надежные ветряные машины. Они могут включать в себя полное исключение коробки передач, чтобы ротор приводил в действие генератор напрямую, и использование некоторой формы генератора с регулируемой скоростью, которая может извлекать оптимальное количество энергии из ветра независимо от скорости ветра. В ранних ветряных турбинах в качестве генераторов использовались модифицированные электродвигатели.Они не могли поддерживать частоту сети сами по себе и требовали, чтобы сеть контролировала скорость, с которой они вращались. Однако современные турбины должны поддерживать частоту сети независимо от сети.

Приводная передача размещена в конструкции, называемой гондолой, которая находится наверху башни ветряной турбины. Гондола защищает компоненты от непогоды. Вся конструкция верхней части башни прикреплена к башне через подшипник, который позволяет гондоле вращаться вокруг вертикальной оси, так что ротор всегда обращен против ветра.Чтобы сохранять свою ориентацию при изменении направления ветра, гондола должна быть оборудована двигателем рыскания, который при необходимости перемещает конструкцию верхней части башни. Многие более ранние ветряные турбины использовали ротор, обращенный против ветра. Это позволяло ветру контролировать ориентацию, поэтому двигатель рыскания не требовался. Однако такая конструкция может увеличить как шум от турбины, так и усталостное напряжение, поэтому предпочтительна ориентация против ветра.

Башня, на которой монтируется гондола, сегодня обычно представляет собой трубчатую стальную конструкцию.Башня будет сужаться, так что основание будет иметь больший диаметр, чем вершина. Возможны и другие методы строительства, включая использование бетона, хотя он обычно оказывается дороже стали. В первые годы развития ветряных турбин решетчатые стальные башни также были обычным явлением, но сегодня они редко встречаются, за исключением машин малой мощности. Небольшие ветряные турбины могут также использовать другие башенные конструкции, такие как треноги, столбы и растяжки. Башня большой ветряной турбины общего пользования будет иметь лифт для доступа к гондоле, а в ее основании будет трансформатор для повышения напряжения мощности от машины до ее подачи в сеть, обычно через местную подстанцию.

Для турбины и башни требуется устойчивый фундамент, чтобы ветер не опрокидывал конструкцию. На суше это обычно массивная бетонная конструкция, часто со стальной арматурой, которая зависит от прочности почвы, в которой она находится, чтобы противостоять силам, оказываемым ветром на башню. Более сложные фундаменты часто используются для морских сооружений, включая моноблоки, которые вбиваются в морское дно, и многоногие опоры, такие как треноги.

Хотя одиночные ветряные турбины являются обычным явлением, наибольшее количество больших ветряных турбин приходится на ветряные фермы.Это группы ветряных турбин, расположенных так, что они могут эффективно улавливать энергию ветра на большой площади земли, не мешая друг другу. Чтобы оптимизировать компоновку ветряной электростанции, необходимо проанализировать динамику ветрового потока через турбины и вокруг них. Большая ветряная электростанция будет действовать как единая электростанция, при этом энергия от каждой турбины будет собираться на местной подстанции перед подачей в сеть. Поскольку районы с хорошим ветровым режимом часто находятся далеко от центров спроса на электроэнергию и, следовательно, не расположены близко к магистральной сети энергосистемы, большие ветровые установки часто нуждаются в специальном подключении к сети, которое может поддерживать ее выработку.В регионах, где имеется большое количество ветряных электростанций из-за наличия особенно хороших ветровых ресурсов, коммунальные предприятия начинают создавать специальные ветровые сети для транспортировки этой энергии.

Размер ветряных турбин неуклонно растет с 1970-х годов. В таблице 3.1 показано, как увеличился средний размер устанавливаемых ветряных турбин между 1984 г., когда он составлял около 30 кВт, и 2009 г., когда средний размер установленных блоков составлял 1,6 МВт. В 2012 году средний размер турбины составлял 1,8 МВт. С тех пор средний размер стал еще больше, так что в середине второго десятилетия двадцать первого века он, вероятно, составлял от 2 до 3 МВт.В 2014 году средний размер оффшорных ветряных турбин составлял 4 МВт. Средний размер будет еще больше, особенно оффшорных, поскольку будут представлены машины с индивидуальной генерирующей мощностью, приближающейся к 10 МВт. Экономия на масштабе означает, что более крупные машины, как правило, дешевле, поэтому эта тенденция, вероятно, сохранится, если не будет достигнут некоторый естественный предел или размер не станет фактором.

Таблица 3.1. Средний размер ветряной турбины

Год	Средний размер ветряной турбины (кВт)
1984	30
1989	150
	1993
		642
1998	750
2000	800
2002	1100
2005	1300 2009		2005	1300	1800

Источник: Composites World, Riso and Force Energy, Wind Systems, Navigant.

Ветровые турбины с вертикальной осью Преимущества и недостатки

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

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

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

Преимущества VAWT

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

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

К другим преимуществам относятся:

Безопасность рабочих: обслуживающему персоналу не нужно подниматься так высоко, чтобы добраться до частей башни. Мало того, что VAWT короче. У них также есть основные компоненты, расположенные ближе к земле. Обслуживание генераторов, редукторов и большинства механических и электрических частей конструкции не требует масштабирования башни, поскольку они не установлены сверху.Подъемное оборудование и альпинистское снаряжение тоже не нужны.
Масштабируемость: конструкция может быть уменьшена до небольших размеров, даже таких, как та, которая уместится на городской крыше. В городах может не хватить места для всех технологий возобновляемой энергии, но вертикальные турбины представляют собой жизнеспособную альтернативу углеводородным источникам энергии.

Кроме того, VAWT:

Дешевле в производстве, чем турбины с горизонтальной осью.
Более простой в установке по сравнению с другими типами ветряных турбин.
Можно переносить из одного места в другое.
Оснащен ножами с малой скоростью вращения, что снижает риск для людей и птиц.
Работает в экстремальных погодных условиях, с переменным ветром и даже в горных условиях.
Допустимо там, где запрещены более высокие конструкции.
Работают тише, поэтому они не беспокоят людей в жилых районах.

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

Основные преимущества перед горизонтальными турбинами

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

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

Недостатки VAWT

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

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

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

Вертикально или нет

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

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

Ветроэнергетика: ветряки с вертикальной осью лучше?

Интерес к возобновляемым источникам энергии во всем мире привел к появлению целого ряда новых конструкций ветряных турбин. Некоторые из самых последних моделей на рынке представляют собой ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT), которые, по утверждению производителей, являются тихими, эффективными, экономичными и идеальными для производства энергии в жилищном секторе, особенно в городских условиях.

Мы попросили Мика Сагрилло, ветерана ветроэнергетики в жилищном секторе, ответить на наши вопросы об этой технологии и ее будущем в сфере альтернативной энергетики.

На самом деле существует два разных дизайна. Один из них называется ротором Савониуса, который, по сути, если вы возьмете 55-галлонный барабан и разрежете его пополам, затем смещаете две половинки и поместите их на вращающийся вал, вы получите ротор Савониуса. Это похоже на анемометр. Многие из того, что мы видим сегодня, — это роторы Савониуса. Они очень грубые, низкотехнологичные и неэффективные. Мы говорим о чем-то, что работает, скажем, в диапазоне эффективности от 5 до 10 процентов. Люди смогли настроить коэффициент эффективности — в идеале он может достигать 15 процентов.

Еще есть модель Дарье — типа, напоминающего взбиватель яиц. По сути, у вас есть два вертикально ориентированных лезвия, вращающихся вокруг вертикального вала. Но в моделях Дарье используется аэродинамическая конструкция. Профиль ветряной турбины работает так же, как крыло самолета. Профиль имеет плоскую сторону и изогнутую сторону. В результате прохождения воздуха через обе стороны возникает сила, известная как «подъемная сила». Когда самолет ускоряется по взлетно-посадочной полосе, воздух проходит по обеим сторонам крыльев аэродинамического профиля, подъемная сила буквально поднимает самолет в воздух.Это будет продолжаться до тех пор, пока над аэродинамическим профилем будет поступательное движение для создания необходимой подъемной силы.

Ветряная турбина использует тот же принцип, но вместо того, чтобы взлетать и удаляться, аэродинамические поверхности прикреплены к ступице, которая, в свою очередь, прикреплена к валу генератора. Воздух, проходящий над аэродинамическими профилями (лопастями ветряных турбин), преобразуется во вращательный момент, который раскручивает генератор.

На роторе Дарье, поскольку крылья такие же, как у ветряных турбин с горизонтальной осью, они будут работать с такой же эффективностью.Однако разница возникает из-за того, что рабочая область турбины с горизонтальной осью всегда обращена к ветру. Но в случае ветряной турбины с вертикальной осью рабочая область представляет собой цилиндр, перпендикулярный воздушному потоку. Таким образом, часть «рабочей области» работает, в то время как часть просто обдувается, а не под оптимальным углом для создания подъемной силы. Это приводит к тому, что ротор ветряной турбины с вертикальной осью является менее эффективным, чем ротор с горизонтальной осью.

Все, что имеет аэродинамический профиль, в идеале может иметь КПД 59,3%.На самом деле турбина с горизонтальной осью работает где-то около 35 процентов. Турбина с вертикальной осью ниже, может быть, достигает 30 процентов, что звучит не так много, но другие факторы, такие как повышенное техническое обслуживание и меньшее производство энергии, добавляют к разнице.

Производители ветряных турбин с вертикальной осью заявляют, что их износ меньше, поскольку им не нужно активно ориентироваться в направлении ветра. Это на самом деле неправда; все как раз наоборот.Есть много претензий относительно того факта, что турбина с вертикальной осью может принимать ветер с любого направления, ну и горизонтальные турбины тоже. На самом деле VAWT вызывает больше износа. У меня на конце резинки есть резиновый шарик. Когда я медленно вращаю его, он образует круг, а если я быстро вращаю его, резинка растягивается, и он образует больший круг. Это центробежная сила. Итак, на все, что вращается и имеет массу, действуют центробежные силы.

Самое интересное в турбинах с горизонтальной осью — и это просто случайность физики — связано с тем, как профиль разработан для горизонтального положения.Наибольшая нагрузка на него приходится на основание лопасти возле ступицы, которая является самой прочной частью лопасти. По вертикали, если это форма взбивания яиц (вроде овала), наибольшие силы действуют в центре, а не на концах, к которым он прикреплен. Если вы сделаете лезвие прямым, оно распределяет усилие более равномерно, что и произошло в последнее время, но есть некоторые внутренние проблемы с конструкцией вертикальной оси и центробежными силами, которые действительно невозможно преодолеть. Это просто характер дизайна.

Так что на самом деле VAWT больше изнашивается. Они преодолевают это за счет улучшения дизайна. Вот почему сегодня в Соединенных Штатах вы не видите коммерчески выгодных турбин с вертикальной осью. Производители должны использовать больше материалов, а значит, больше рабочей силы. Это также означает, что вертикальная техника весит больше. У вас есть подшипник на каждом конце, который нужно поддерживать, и это легко сделать на нижнем конце, но трудно сделать на верхнем. Если вы в конечном итоге поставите его на башню, вам понадобятся кабели с растяжками, которые простираются на большие расстояния, чтобы очистить ротор.

Некоторые изобретатели говорят, что его можно разместить на здании или на земле, что устраняет проблему с оттяжками. Что ж, вы можете, но им нужно вернуться и узнать что-то о гидродинамике. Причина, по которой турбины находятся на башнях, заключается в том, что там находится ветровой ресурс. Топливо увеличивается по мере того, как мы увеличиваем расстояние над землей. Вдоль земли у нас есть эта зона трения, и по мере того, как вы уходите от трения, вы получаете более быстрый движущийся воздух.

Войдите в здания. Почему не здание? Подумайте о флагштоке в городе, а флаг качается и меняет направление.Если вы пойдете в школу за городом, с широким открытым пространством, этот флаг просто выставлен прямо. Вы смотрите на эффект беспорядка на земле. Деревья, здания — все это создает турбулентность. Есть две проблемы с турбулентностью. Во-первых, ветер, который меняет направление, и скорость, которая увеличивается и уменьшается, приводит к значительному износу турбины, что сокращает срок ее службы. Другое дело, что у приземного ветра нет силы. Это просто хаотичное движение. Нет настоящей энергии.

Значит, наклон и подъем крыши не ускоряют и не концентрируют энергию ветра? Это подделка. Эта концепция работает и действительно верна, когда вы имеете дело с формами рельефа. Когда вы имеете дело с ландшафтом и топографией, у вас есть очень широкая открытая местность на многие мили вокруг, и у вас есть гребень, перпендикулярный ветру. Что происходит, когда ветер приближается к этому гребню, он сжимается, и поток фактически увеличивается. Когда вы имеете дело со зданием, ветер кружится и просто перекатывается через него.Они уменьшили масштаб идеи топографической гидродинамики и применили ее к зданиям. Это неточно, что хорошо подтверждено исследованиями потока. Ветер преодолевает препятствия, и когда он спотыкается, ветер не может выполнять ту работу, которую он мог бы сделать без препятствия. Вы создаете турбулентность и ухудшаете качество ветрового ресурса. Что касается ветра, мы имеем дело с количеством, да, но мы также имеем дело с качеством. Вам нужен хороший поток жидкости, а не турбулентность.

Похоже, они набирают популярность среди потребителей.Они стоят меньше? Знаете, это неважно. Дело не в первоначальной стоимости. Речь идет о производстве энергии в течение 20–30-летнего срока службы турбины. Вертикальная технология менее эффективна — окупаемость инвестиций с точки зрения стоимости киловатт-часа не так хороша.

Дело не в спиннинге. Вы можете купить вертушку, которая вращается. На самом деле речь идет о производстве электроэнергии, причем надежно в течение многих лет. Технология вертикальной оси просто не смогла выжить на рынке.

Они привлекательны на рынке, потому что в турбине с вертикальной осью есть что-то очень привлекательное. В Европе действительно есть исследования, показывающие, что люди очарованы ветряными мельницами. Это называется частотным эффектом. Это все равно, что сидеть на берегу и смотреть, как набегают волны, или у костра, или на ветру на траве прерий. Исследования показывают, что люди больше восхищаются турбинами с вертикальной осью, чем с горизонтальными, по одной причине, потому что вы не видите их так часто, по другой причине, потому что вертикальные турбины не имеют этого движущегося хвоста, который может отвлекать, в зависимости от того, как ветер двигает его.Люди очарованы этой технологией, потому что она очень успокаивает. Есть ряд изобретателей, которые этим пользуются.

Есть лучшие модели в пути? Это зависит от обстоятельств. К сожалению, слишком много из этих вещей было создано самозваными изобретателями, людьми, не имеющими инженерного образования, физики или математики. Они просто что-то придумывают. Я знаю человека, который пришел ко мне и сказал: «Мик, я хочу сделать ротор Савониуса. Я знаю, что это нерентабельно.Но если бы человек мог сделать его достаточно недорогим, но при этом надежным, чтобы он прослужил десятилетия, как это делают горизонтальные, вы бы поддержали его? »

И ответ — абсолютно да. Меня не волнует, вертикальный он или горизонтальный. Все дело в том, что выживает, что работает, что производит электричество на протяжении десятилетий. Это фантазия, а не реальность. Речь идет о вещах, которые действительно работают, а не о том, что мы делаем вид, будто работаем или хотим работать. Так что он имел инженерное образование, но плохо разбирался в ветре.И что интересно, во-первых, конструкция превратилась из неэффективного ротора Савониуса в ротор Дарреуса, и, во-вторых, он работал над этим в течение нескольких лет с реальной инженерной фирмой, которая проводила испытания на ветроэнергетику. в течение многих десятилетий. Он поступает правильно, вместо того, чтобы настраивать его и выдвигать диковинные заявления. Он привлек внимание NREL, которые, как и я, скептически относятся к вертикальным технологиям. Они собираются взять одну из этих турбин, чтобы проверить это.И я действительно рад этому, потому что он начал с мечты, получил образование, нанял нужных людей. Потому что его идея заключалась в том, чтобы сделать что-то достаточно надежное и недорогое, чтобы компенсировать коэффициент полезного действия, и я думаю, что у этого парня что-то есть. Я искренне думаю, что через год или два мы можем увидеть коммерческий продукт, который действительно работает и работает в течение 20 лет или около того, как и должно.

Итак, мы наконец увидим некоторые показатели производительности? В этом вся моя особенность: никто из них не умеет.Вот эта новая технология, и мы хотим, чтобы вы ее купили. Мы хотим, чтобы вы финансировали это. Я говорю: «Хорошо, пришлите мне производственные показатели, потому что речь идет не о вертикали, а о надежности, стоимости киловатт-часа и о том, сколько киловатт-часов турбина будет вырабатывать за месяц или год». Но они не могут вам это прислать. Потому что они не тестировали это, или они тестировали, и результаты плохие, или они не знают, как это проверить, и так далее. Это нелепо. Если вы обратитесь к компаниям, имеющим хорошую репутацию на рынке малых ветроэнергетических установок, они получат информацию о производительности или производстве.Могут предложить кривую мощности — и что? Кривая мощности похожа на кривую мощности вашего автомобиля, она не имеет никакого отношения к реальности. Что вам нужно знать, так это сколько вы получаете миль на галлон? Вы продаете эту штуку за 20 000 или 30 000 долларов и не можете позволить себе поставить на нее оборудование на 500 долларов для контроля за ее производством? Для меня это несколько удивительно.

Они менее шумные? Нет. Я слышал об очень тихих станках и слышал об очень шумных станках как с горизонтальной, так и с вертикальной осью.

Существуют ли какие-либо ситуации , в которых вертикальная модель была бы лучшим выбором, чем горизонтальная? Не сегодня. Просто потому, что нет ничего надежного, нет ничего рентабельного, нет результатов в производительности, нет реальности. Это могло измениться.

Суть в том, что ветряные турбины с вертикальной осью менее эффективны, и для их изготовления требуется больше материалов и труда. Это чистая экономика. Вещи добиваются успеха на рынке, потому что номер один — они работают, а во-вторых, они рентабельны.Если у вас есть технология, которая более рентабельна и надежнее, чем конкурирующие технологии, конкуренция исчезнет с рынка. С коммерческой точки зрения именно это и произошло. В начале 1980-х мы действительно видели коммерческую ветряную турбину, разработанную DOE и Alcoa, которая использовалась в ветряной электростанции на перевале Альтамонт. Они поддерживали их работу в течение долгого времени, пока не кончились деньги инвесторов, они не могли справиться с обслуживанием, не говоря уже о том, чтобы заставить их производить достаточно энергии. Итак, они все исчезли.Есть много утверждений о теории заговора. «Это подавленная конструкция и т. Д.» Нет, они существуют уже 80 лет, и это просто потрясение на рынке.

Первоначально опубликовано: февраль / март 2008 г.

Южнокорейская фирма рекламирует новую концепцию вертикально-осевой ветряной турбины

Южнокорейская фирма Odin Energy надеется занять новую нишу с помощью башни ветряного двигателя с вертикальной осью (VAWT), предназначенной для городских условий.

Концепция круговой башни компании может иметь до 12 этажей, каждый из которых содержит центральную VAWT, что позволяет производить гораздо больше энергии на единицу площади, чем это было бы возможно с одной турбиной.

Помимо увеличения общей номинальной мощности, компания заявляет, что верхние этажи ее башен Odin могут получить доступ к более высоким скоростям ветра и, таким образом, вырабатывать в четыре раза больше электроэнергии, чем наземная турбина.

Документы испытаний, представленные GTM, показывают, что у прототипа башни был достигнут 62-процентный рост энергоэффективности по сравнению с автономной турбиной, исходя из среднего показателя 16.5-процентное увеличение скорости ветра.

Видео прототипа башни Odin, построенного в 2011 году на острове Чеджу, Южная Корея и испытанного Корейским испытательным и исследовательским институтом и Jeju Energy Corporation в период с 2015 по 2017 год, показывает, что эта концепция практически бесшумна в работе, что делает ее подходит для городских условий.

Основатель и вице-президент Odin Energy Су Юн Сонг сообщил GTM, что компания ведет переговоры о строительстве башен в Южной Корее в рамках проекта по преобразованию островных электросетей на возобновляемые источники энергии и, отдельно, в рамках инициативы по строительству с нулевым потреблением энергии. столичное правительство Сеула.

Сеульский проект предполагает добавление этажей башни Odin к существующему зданию, сказал Сонг в интервью.

Возможность добавления башенных конструкций Odin на крыши существующих городов «является одной из сильных сторон, которые, по нашему мнению, у нас есть [по сравнению с] другими ветряными технологиями», — сказал Хёкон Чжанг, советник Odin Energy, в видеоинтервью.

В другом месте итальянский производитель VAWT Ropatec, который поставляет 19-киловаттные турбины, используемые в башнях Odin, ведет переговоры с потенциальным заказчиком строительного сектора в Италии.«У Ropatec есть запросы с итальянского рынка», — подтвердил в электронном письме Карло Занелла из Ropatec.

Odin Energy оценивает капитальные затраты на строительство первой в своем роде 10-этажной башни примерно в 1,4 миллиона долларов при нормированной стоимости энергии (LCOE) примерно в 90 долларов за мегаватт-час.

Хотя эту стоимость, вероятно, можно было бы снизить за счет строительства более высоких башен или за счет серийного производства компонентов башни, она остается высокой по сравнению с традиционными береговыми ветроэнергетическими установками.

В последнем исследовании LCOE Lazard, опубликованном в октябре, значения LCOE для берегового ветра находятся в диапазоне от 26 до 54 долларов за мегаватт-час.

Дорогостоящая ветроэнергетическая технология для нишевых приложений

Однако сторонники Odin Energy, в том числе основатель Сонг, нынешний генеральный директор Янг Ми Бэк и южнокорейские брокерские и инвестиционные банковские фирмы Shinyoung Securities и Hanyang Securities, не видят концепции башни напрямую конкурируя с береговым ветром.

Вместо этого, сказал Чжанг, технология, скорее всего, понравится городским застройщикам или компаниям, которым поручено построить островные микросети, причем обе среды, в которых пространство может быть в дефиците, и низкий уровень шума башен Odin может быть преимуществом.

В условиях острова, сказал Чжанг, башни Odin, вероятно, составят конкуренцию дизельной генерации.

Башни вполне могут быть конкурентоспособными в таких условиях: последнее исследование Lazard, включившее дизельное топливо в 2017 году, показало, что LCOE для дизельных поршневых двигателей составляет от 197 до 281 доллара за мегаватт-час.

Между тем, в городах и других городских условиях стоимость энергии от башен Odin может быть компенсирована коммерческой прибылью от альтернативных приложений, размещенных на первом и нижнем этажах, по словам Чжаня.

В 12-этажном здании, например, один или два нижних этажа могут использоваться для станций зарядки электромобилей или другой коммерческой или промышленной деятельности.

Несмотря на все обещания Odin Energy, Брайан Гейлорд, главный аналитик Wood Mackenzie по Латинской Америке и Южной Европе, сказал, что компания сталкивается с трудностями, пытаясь закрепиться на рынке ветроэнергетики.

«Есть причина, по которой практически вся ветроэнергетика строится на трехлопастных моделях турбин с противветренной трансмиссией и трансмиссией», — сказал он в электронном письме.«Это наиболее экономичный способ производства ветровой энергии».

Гейлорд заявил, что за последние годы в Южной Корее появилось множество бесшумных технологий VAWT, отметив, что «ни одна из них на самом деле никогда не набирала обороты».

Вертикально-осевые ветряные турбины и другие маломасштабные технологии ветроэнергетики пока не смогли завоевать большую популярность на рынке по сравнению с крупномасштабными ветряными турбинами в коммунальном масштабе или с солнечными фотоэлектрическими элементами в распределенном масштабе. Игроки в распределенной ветроэнергетике продолжают надеяться, что финансирование исследований и разработок может повысить эффективность и снизить затраты, чтобы позволить технологии конкурировать в определенных нишевых приложениях, таких как микросети.

Блог > Разное

Ветрогенератор осевой: Вертикальный ветрогенератор 15 кВт Sokol Air Vertical, российский — цена от производителя

Вертикальный ветрогенератор 15 кВт Sokol Air Vertical, российский — цена от производителя

Вертикальный ветрогенератор 5 кВт Falcon Euro, российский — цена от производителя

Горизонтально-осевой ветрогенератор СВ-3.1/200 48В — 215 000 руб. СПЭЙРС.RU

Что лучше — вертикально или горизонтально-осевая ВЭУ?

Горизонтально-осевой ветрогенератор 50 кВт (ветряк, ВЭУ, ВЭС) в Омске (Ветрогенераторы)

Что лучше — вертикально или горизонтально-осевая ВЭУ?

Удивительные ветрогенераторы — Энергетика и промышленность России — № 21 (353) ноябрь 2018 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Дерево-ветрогенератор

Биоразлагаемые лопасти

Крылья стрекозы

Воздушная ветроэнергетика

Ветрогенератор закрытого типа

Безредукторный ветроагрегат

«Водонапорная башня»

Что стало с ветряком с вертикальной осью?

Североамериканские усилия Дарье

Между тем в Европе

Непрерывные усилия

А как насчет плавучих VAWT?

Плавучая ниша возрождает интерес

Технология ветряных турбин с вертикальной осью продолжает совершенствоваться

Новые 6-лопастные ветряные турбины с вертикальной осью могут обеспечить безопасность вашего автономного дома в течение 30 лет

— обзор

Ветряная турбина с горизонтальной осью

Ветровые турбины с вертикальной осью Преимущества и недостатки

Ветроэнергетика: ветряки с вертикальной осью лучше?

Южнокорейская фирма рекламирует новую концепцию вертикально-осевой ветряной турбины

Дорогостоящая ветроэнергетическая технология для нишевых приложений

Оставить комментарий