Ветряки с вертикальной осью вращения: Вертикальные ветрогенераторы для загородного дома

Вертикальные ветрогенераторы для загородного дома

Использование энергии ветра при помощи ветрогенераторов с вертикальной осью вращения является прекрасным способом обеспечения электроэнергией загородных и сельских домов, дачных и садовых домиков, фермерских хозяйств, не имеющих подключения к централизованным сетям. Таким способом также можно электрифицировать объекты, имеющие нестабильное по напряжению и частоте, или часто отключаемое электричество.

Ветрогенераторы, за счёт вращения лопастей, преобразуют энергию ветра в электрический ток. C увеличением скорости ветра, увеличивается и выработка электроэнергии. Как правило, ветряные установки производят большее количество электроэнергии в зимнее время. Потому они могут прекрасно дополнять собой солнечные батареи в те месяцы, когда коротка продолжительность светового дня. Ветряные генераторы могут быть легко интегрированы в системы солнечного электроснабжения, или использоваться как единственный источник энергии. Это хороший способ получения электричества, при наличии достаточной скорости ветра.

Вертикальные ветряные генераторы обладают великолепными характеристиками и по ряду параметров выгодно отличаются от горизонтальных. Они способны вырабатывать энергию при слабом и ураганном ветрах, чрезвычайно живучи, не боятся обильных снегопадов и ледяных дождей, снабжены минимумом электроники. Характеризуются низким уровнем шума в процессе работы.

Ветрогенераторы российского производства обладают большим сроком службы (не менее 15 лет), и не требуют обслуживания в течение первых трёх лет эксплуатации. По началу рекомендуется лишь периодический профилактический осмотр.

Зарядовая мощность отдельно стоящих ветроустановок составляет от 500 Вт до 5 кВт, при ветре 10 м/сек. Накопление энергии происходит в аккумуляторной батарее (АКБ). При помощи использования инвертора, являющегося составной частью системы и подключенного к АКБ, пользователь имеет возможность обеспечить качественным электропитанием разнообразные бытовые приборы, в том числе освещение, в течение расчётного времени.

При необходимости, можно увеличить мощность и ежедневную стабильность вырабатывания электроэнергии, установив дополнительно солнечные батареи. На самом деле, мы всегда рекомендуем сочетать ветрогенераторы с солнечными батареями, даже если вам кажется, что в вашей округе дуют относительно сильные и стабильные ветра. Наиболее ощутимы преимущества солнечных батарей в районах, где ветра достаточной силы могут отсутствовать по многу дней. Это может привести к полному разряду системы аккумуляторных батарей за эти несколько дней и оставить вас без электричества. В то же время, светлое время суток наступает неизбежно, а это означает и неизбежное начало работы установленных солнечных ФЭ модулей!

Максимальная мощность одновременно подключаемых приборов определяется мощностью инвертора напряжения. При достаточном количестве получаемой ежедневно электроэнергии от ветрогенератора (или ветро-солнечной системы), такие приборы как холодильник, охранная сигнализация или видеокамеры, могут эксплуатироваться в круглосуточном режиме.

При грамотном использовании электропотребителей, точном и сбалансированном подборе компонентов системы электроснабжения, можно полностью обеспечить потребности загородного или деревенского дома, фермерского хозяйства или небольшого производства.

Ветрогенераторы в нашем каталоге:

Наименование	Мощность (Вт)	Номинальное напряжение АКБ (В)	Начало заряда АКБ при скорости ветра (м/с)	Цена, руб
ОМ-500-12	500	12	1,5	90 000
ОМ-1000-12	1000	12	1,5	109 500
ОМ-1500-12	1500	12	1,7	127 700
ОМ-2000-24	2000	24	2	159 000
ОМ-3000-24	3000	24	2,2	249 000
ОМ-5000-24	5000	24	2,5	298 500

Ветрогенераторы делают жизнь немцев невыносимой (репортаж из Германии)

О борьбе жителей сельской Англии с промышленными ветрогенераторами

Электро-ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Некоторые страны, серьезно задумывающиеся о дополнительных источниках получения электроэнергии, используют на электростанциях ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения. Однако последние исследования в области техники позволяют предположить, что в будущем ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, станут основным источником получения энергии с помощью ветра.

Все известные на сегодняшний день генераторы можно разделить на два типа. Тип генератора зависит от вида оси, которая приводит в действие механизм. Ось может быть как горизонтального, так и вертикального типа.

Ветровые генераторы с вертикальной осью — преимущества и недостатки:

Ученые, наблюдая ветрогенератор с вертикальной осью, смогли установить, что в следующих областях данный вид генератора намного превосходит его горизонтальный аналог:

1. Нет необходимости в дорогостоящем дополнительном устройстве, которое определяет направление ветра и направляет генератор навстречу воздушному потоку;
2. Меньшее количество деталей которые двигаются, следовательно стоимость ремонта и затраты на производство менее значительные;
3. Конструкция вертикального ветрогенератора ниже, поэтому при обслуживании механизма нет нужды в дополнительных приспособлениях для подъёма обслуживающего персонала на высоту;
4. На эффективность генератора не влияет скорость и угол направления ветра.

Вышеперечисленные преимущества являются достаточно весомой причиной для продолжения исследований проводимых в данной области. Однако наряду с плюсами, вертикальные ветряные электростанции имеют ряд значительных недостатков:

1. Огромный объем лопастей. Пожалуй, самый существенный недостаток данной разновидности ветрогенераторов. У горизонтальной турбины при общем объеме лопастей 90 метров получаемая энергия может достигать 1-3 КВт, для достижения аналогичных результатов лопасти вертикальной турбины должны иметь общую площадь 270 метров.
2. Второй аспект плавно вытекает из первого. Ветрогенератор с вертикальной осью вращения имеет КПД почти в 3 раза ниже, чем с горизонтальной осью.

Монтаж ветрогенератора:

Единственным необходимым условием для работы ветрогенератора является наличие постоянного ветра, достаточной силы. Поэтому перед установкой вертикального ветряка стоит найти место, в котором ветер может дуть, не встречая препятствий. Обычно идеальным местом для установки ветряка будет вершина скалы или высокого холма, либо крыша дома, при условии, что она отвечает для этого техническим требованиям. Особое внимание следует уделить креплению всей конструкции ветрового генерирующего устройства, так как постоянная вибрация и давление ветра легко может завалить её.

Определить место расположения, в котором установка ветряка будет наиболее эффективной, можно при помощи интернета. Достаточно ввести в поисковик запрос о движении ветра в той области, где вы живете. Кстати, при помощи такой информации можно определить будет ли экономически выгодно устанавливать ветрогенератор вертикальный и как скоро он окупит вложенные в него средства.

Принцип работы:

Ветровые генераторы во время вращения турбин создают сразу три действующих силы: импульсную, подъемную и противодействующую им силу торможения. Импульсная и подъемная сила заставляют лопасти генератора крутится. В результате ротор генератора создает магнитное поле на статоре. Благодаря магнитному полю вырабатывается электричество.

Оправдают ли себя затраты:

Перед тем как купить вертикальный ветрогенератор, необходимо взвесить все за и против. К примеру, если воздушные потоки обходят стороной вашу местность, то эффективность использования мощного устройства вряд ли окупится. Для такой местности может подойти использование генератора маленькой мощности.

Иногда бывают места, в которых направление воздушных потоков может меняться по несколько раз в сутки, в таком случае, конечно, стоит задуматься вообще о том, является ли целесообразно использование ветряков, если да, то в таком случае единственно возможным остается использование ветрогенератора с вертикальной осью вращения.

Цена за генераторы варьируется в зависимости от мощности электростанции. Так станцию с мощностью 2 КВт можно приобрести за 6200$, а если мощность достигает 10 КВт — то на такой вертикальный ветрогенератор цена может достичь 40000$. Для получения электричества способного подзарядить аккумуляторы в автомобиле или мобильнике можно купить станцию мощностью 0,6 КВт, ее стоимость не будет превышать 3000$.
Генераторы могут существенно различаться в цене в зависимости от производителя и их вида. Цена на ветряк отечественного производителя обычно на треть дешевле импортного, а качество станции практически одинаковое.

Приобретение генератора работающего от ветра возможно при условии, что есть возможность вложить крупную сумму денег в долгосрочную инвестицию и при наличии благоприятных погодных условий.

как работает, достоинства и недостатки

Как работает вертикальный ветрогенератор

Данные установки преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения приводного вала. Вертикальная ось ветровой турбины соединена с ротором, работающим также в вертикальном положении. Ротор и генератор расположены в нижней части башни.

Лопасти ветряка присоединены прямо к центральной оси, соединенной с ротором генератора. Генератор располагается в нижней части установки, иногда даже на уровне земли.

Таким образом, при вращении лопастей винта ротор генератора также приходит в движение и, следовательно, появляется возможность выработки электроэнергии.

Видео: работа генератора с вертикальной осью вращения

Рассматриваемые ветряки не нуждаются в дополнительном оборудовании, которое определяет направление ветра и корректирует положение ветряка в соответствие с ним. На ветрогенераторах с горизонтальной осью вращения в качестве подобного устройства выступает специальная хвостовая лопасть.

Кроме того, эти турбины более устойчивы к турбулентности, чем стандартные горизонтальные.

Перечислим некоторые из доступных на сегодняшний день моделей таких генераторов: Giromill, ротор Дарье, ветряные мельницы с вращающимися парусами и турбины Савониуса.

Преимущества

• Основным достоинством является ортогональное расположение оси ротора, позволяющее размещать устройство вблизи поверхности земли. Соответственно, ветрогенератор и передаточный механизм расположены на этой же высоте и не требуют сооружения высоких конструкций для их установки.

• Кроме того, турбина не обязательно должна быть ориентирована по направлению ветра, что делает её очень простой в эксплуатации.

• Применение вертикальных ветрогенераторов даёт высокий эффект при их установке на верхней части холмов, столовых гор, по линии горных хребтов и в других местах, где вблизи поверхности земли присутствуют турбулентные потоки воздуха.

• В местах, где запрещено размещение высотных ветровых турбин, могут быть расположены вертикальные. При этом, вы сэкономите денежные средства и время, которые потребовались бы вам для получения соответствующих согласований для разработки и монтажа высоких башенных установок ветряков с горизонтальным расположением вала.

• Также, неоспоримым преимуществом устройств с вертикальным валом является их возможность поворота в любом направлении вместе с ветром.

Недостатки

• Одним из недостатков вертикальных турбин является их низкая эффективность в зоне постоянных ветров. Это происходит из-за высокой силы сопротивления, действующей с противоположной стороны, при попытке захватить движущийся поток воздуха.

  Поэтому, на равнинах и других местах с преобладающими постоянными ветровыми потоками наилучшим вариантом являются горизонтальные ветроустановки. Они позволяют наиболее полно использовать энергию ветра в данных районах.

  При наличии же турбулентных потоков у поверхности земли рекомендуется применять ортогональные ветроустановки.

• Другим минусом вертикальных ветроустановок является возможность разрушения лопастей винта. Это вызвано тем, что при вращении вокруг главной оси, на них постоянно воздействуют центробежные силы. То есть, со временем, лопасти сгибаются, трескаются и разрушаются. При их поломке вся машина выходит из строя.
• Если разместить ветряк рядом со зданием, то он не будет работать, так как находится в мертвом воздушном пространстве.

Вывод

Вертикальные ветроустановки существуют в течение тысяч лет, но из-за плохой надежности и эффективности они не пользуются популярностью. Однако, их продолжают выпускать и по сей день.

Производители утверждают, что данные устройства могут уловить ветер любого направления, что, по сути, также верно и для горизонтальных турбин.

По сравнению с горизонтальными установками, рассматриваемые модели обладают меньшим коэффициентом полезного действия.

Ветряки с вертикальной осью вращения

Актуальность внедрения альтернативных источников энергии побуждает изобретателей и конструкторов всё больше наращивать возможности в этой области. Ветровые установки, уже давно оправдавшие свою эффективность использования, разделяются на два типа: с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Отличаются они расположением вращающегося ротора, соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Горизонтальные — это всем известные вентиляторы на высоких мачтах, что же из себя представляет ветряк с вертикальной осью вращения?

Как это работает?

Ветряк с вертикальной осью вращения имеет турбину значительно больших размеров, чем с горизонтальной. Диаметр роторов промышленных ветряков может достигать 270-300 метров (проект Maglev Turbine). Ротор располагается вертикально, значительно уменьшая количество подвижных деталей, ведь ему нет необходимости «быть по ветру», потому конструкция значительно упрощается.

Огромный ветрогенератор Maglev Turbine

Отличие этого типа ветроустановок заключается в особенностях действия лопастей механизма: вращаясь вокруг опоры по принципу самостабилизации, они реагируют на силу ветра и выравнивают скорость вращения. Это схоже с принципом работы юлы, которая самостабилизируется при увеличении скорости вращения. Ветродвигатели характеризуются тихоходностью, допускается использование простых электросхем.

Более распространённым и привычным для использования считается тип с горизонтальной осью. Но стереотипное суждение о том, что вертикальные ветряки не способны составить им конкуренцию − недостаточно обосновано с технической точки зрения.

Виды ветряков с вертикальной осью вращения

Преимущества ветряка с вертикальной осью вращения:

• Независимость генерирования энергии от силы и наклона ветра. Работа установки возможна уже при минимальной скорости воздушных потоков. В районах со шквальными ветрами — они незаменимы.
• Меньшая подверженность механическим повреждениям из-за особенностей конструкции, предусматривающей небольшое количество подвижных деталей.
• Саморегулирование ветрогенератора с вертикальной осью позволяет отказаться от покупки дополнительных комплектующих.
• Бесшумность. Благодаря этому свойству ветряк можно устанавливать вблизи от жилых комплексов. Не наносится урон окружающей среде шумовым загрязнением.
• Небольшая высота упрощает замену и уход за деталями. Установка ветроустановки с вертикальной осью целесообразна в местах, где нежелательны высокие сооружения.
• Устройство на воде таких ветряков значительно проще, чем с горизонтальной осью. Классические ветряки должны основанием упираться в дно моря или океана, в то время как вертикальные можно располагать на плавучем основании, лишь закрепив его тросами.

Наряду с заманчивыми преимуществами, у данного типа существует и ряд недостатков, связанных с особенностями его конструкции. Изучив нижеприведенные изъяны, многие покупатели отдают предпочтение горизонтальной оси, ведь её КПД зачастую превосходит вертикальную.

Недостатки ветрогенераторов с вертикальным ротором:

• Значительно меньшая эффективность (практически в два раза) по сравнению с ветряками имеющими горизонтальную ось вращения.
• Увы, меньшая эффективность совсем не означает меньшую стоимость. В этом случае существует оборотная зависимость: вертикалки существенно дороже. Разница в цене с горизонтальными ветряками может составлять 2-3 раза!
• Громоздкость. Как говорилось, огромные лопасти – главная внешняя особенность этих генераторов. Они создают неудобства как в изготовлении, так и в установке. Хотя эта проблема на сегодня решается, путем усовершенствования конструкции лопастей.
• Слабое место этого типа ветряков – опорные подшипники.

Стоимость ветряка с вертикальной осью вращения:

Заплатить за ветряки с вертикальной осью вращения придется в зависимости от их мощности. Комплект в 1000 Вт обойдётся около 3300€, 2000 Вт – 5200€, а мощность в 3000 Вт оценивается примерно в 8200€. Для производства больших объёмов энергии, установка в 10 КВт будет стоить от 30000€.

Цены на продукцию отечественных производителей намного ниже, чем на импортные товары. Стоит отметить, что качество российских марок практически не уступает иностранным и благодаря этому можно существенно сэкономить.

Пример работы вертикально-роторного ветряка (видео):

 

Роторные ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Кто за вертикаль? Кто против?

Если бы мы оказались на собрании специалистов, спорящих какие ветряки выгоднее поставить возле загородного дома или котеджном посёлке – ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, или горизонтальные, то предстала бы такая атмосфера, выдающая плюсы-минусы этих видов ветроустановок. Сначала о преимуществах вертикального ветряка:

• почти бесшумный при самых сильных порывах ветра;
• обеспечивает оптимальный КПД при любых ветровых капризах;
• ловит любые направления движения воздуха;
• неприхотлив;
• отсутствие токосъёмных щёток не требует их замены;
• берёт старт при минимальном дуновении ветерка до 1 м/сек;
• в его конструкции используется лишь один подшипник за счёт левитации оси;
• его можно располагать вблизи дома, или на крыше;
• не требует дополнительных приборов для запуска;
• совершенно безобиден для птиц, пчёл, окружающей среды;
• не боится мокрых снегопадов и обледенений.

А те, кто предпочтение отдаёт горизонтальным ветрякам, отмечают один из немногих, но существенных недостатков вертикалок:

• не эффективно используют ветровую энергию по сравнению с горизонталками;
• больше уходит материала на их сборку;
• заметная разница цен в сторону завышения.

Их оппоненты не сдаются: ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, возражают они, неприхотливы к порывам ветра при любых направлениях (вихреобразных), что даёт возможность устанавливать их в местах с небольшими пространствами. Кроме того, им безразличны разрушительные ураганы, так как при увеличивающейся скорости вращения повышается устойчивость оси с крыльчаткой. В довершение преимуществ вертикалок перед традиционными горизонтальными ветроустановками является то, что их можно использовать где угодно: на крышах домов, на платформах, вышках, таёжных бытовках, вагончиках.

Хотя, как бы ни спорили о плюсах-минусах той или иной установки, а перевешивают аргументы практики. Они дают возможность оценивать достоинства, недостатки любой ветрогенераторной установки при конкретных условиях работы.

Да, горизонтальный ветряк дешевле, зато вертикальный не потребует больших средств при монтаже и установке. Да, горизонтальный ветрогенератор имеет более высокий КПД, зато роторный ветрогенератор не требует поднятия на большую высоту, чем упрощает его эксплуатацию. Да, горизонтальный ветряк требует меньше материала на крыльчатку, зато его собрат более устойчив к ураганным ветрам.

Как говорится, кто куда, а я в сберкассу. Кто за что, а большинство за вертикальные ветряки. Тем более, с каждым годом изобретатели усовершенствуют эту установку и она скоро выйдет в число лидеров по спросу.

Ветер – на деньги!

Стоп! Вы не ошиблись, случаем, в смысле заголовка? Не поменять ли слова местами? – можешь спросить уважаемый читатель. Нет, когда речь идёт о том, как роторный ветрогенератор победно шествует по нашей планете, уверенно занимает место под солнцем, — такое словосочетание вполне приемлемо.

Для доказательства данного утверждения можно привести один пример из тысячи вариантов. Возьмём подобное детище конструктора Александра Сергеевича Абрамова. На просторах России именно ему принадлежит идея выгодного использования роторного ветрогенератора. Потому что при главном достоинстве этой установки работать при малейшем дуновении воздуха, при любом его направлении, такой ветрогенератор как нельзя лучше пригоден для слабых российских ветров.

Кто будет спорить с тем, что выгоднее иметь подле своего дома более чувствительную ветроустановку, чем ту, которая согласна работать только при довольно сильных ветрах. А где такие найдёшь на бескрайних просторах России?

Именно Абрамову впервые в России пришла мысль перейти на производство, а также на внедрение таких ветрогенераторов. Что самое ценное в этой идее – при вечном дефиците материалов для строительства ветряка, да плюс при знаменитой выдумке русского народа – такую установку может смастерить даже самый ленивый сельский мужичок. Не верите?

Подобный ветрогенератор без особого труда можно сконструировать из самых подручных материалов, валяющихся буквально под ногами: из больших, 3-х литровых пластиковых бутылок, из жестяной банки, фанеры или текстолита, стальной оси, бросового электромотора. Схема вертикального простейшего ветродвигателя из консервной банки (см. на рис).

Достаточно разрезать бутылку пополам, скрепить её вогнутыми сторонами в противоположные стороны, а по центру смастерить ось вращения, которая должна быть связана с генератором. Всё. Ветряк готов к работе. Можете брать его в походы. Он осветит вашу таёжную, походную палатку, зарядит батарейку телефона, ноутбука.

Здесь необходимо пару слов сказать о самом Абрамове. Александр Сергеевич – старейший приверженец мастеровитости, ни одного дня не представляющий себя без технического творчества. В его мозгах, а потом на бумаге, появлялись всё новые модели двигателей, которые работают за счёт немыслимых, для поверхностного взгляда, источников энергии. До самых своих последних дней (а прожил он 96 лет), Александра Сергеевича интересовали роторные ветрогенераторы, которым он предсказывал большое будущее. Изобретатель был глубоко убеждённым в том, что из ветра-таки можно делать деньги. Причём, легко.

Известно пренебрежение конструкторов к роторным ветрогенераторам. Якобы, они по сравнению с горизонтальными ветряками малоэффективны в использовании энергии ветра. Александр Сергеевич Абрамов не возражал своим оппонентам. Он просто молча сделал, опробовал несколько моделей собственной конструкции вертикальных ветрогенераторов. Все его конструкции продемонстрировали безукоризненную эффективность при любых напорах воздушного потока, начиная от лёгкого дуновения до ураганного ветра. Это главнейшее отличие их от своих горизонтальных собратьев говорит о многом. Бесполезное дело – сотрясать воздух спорами, криками, лучше сделать. Показать.

Вот ещё наглядный пример самостартующегося ветрогенератора с вертикальной осью при скорости ветра меньше 1 м/сек. В этом видео показан экспериментальный образец вертикального ветряка, который начинает вращаться в условиях совсем незначительного движения воздуха. Даже ветки деревьев неподвижны, а ветряк медленно вращает свои крылья, радуя глаз изобретателя.

В заключение необходимо добавить, что роторные ветрогенераторы мало того, что бесшумны, способны работать при любых ветрах. Сегодня они выпускаются с двух и трёх – ярусными роторами применительно к мощности установки и господствующим в данной местности ветрам.

В.Ильин

преимущества, разработки и отличия от вертикальных ветряных генераторов

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

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

Исследования и разработки

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

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

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

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

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

Виды ветрогенераторов

Из ныне существующих конструкций ветрогенераторов принято выделять две основные группы:

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

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

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

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

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

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

Конструктивные схемы

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

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

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

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

Ветрогенераторы: вертикальные против горизонтальных

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

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

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

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

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

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

Конструкции с вертикальной осью вращения

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

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

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

Установка отсекающих колпаков снижает противодействие, но значительно усиливает фронтальную ветровую нагрузку на конструкцию. Эти причины ограничивают размеры установок и, соответственно, мощность. При этом, для небольших потребителей в пределах частного дома или усадьбы, вертикальные устройства являются оптимальным выбором.

Ветряные генераторы с горизонтальной осью вращения

Горизонтальные ветряки имеют меньше вариантов конструкции, так как принято считать, что они устроены достаточно удачно. При этом, большинство из таких устройств нуждается в наличии двух точек вращения — крыльчатка и узел поворота для установки на ветер. Это усложняет конструкцию, выдвигает к ней повышенные требования по прочности, устойчивости к нагрузкам. Ветряки нуждаются в периодическом обслуживании, что непросто, учитывая высоту подъема над землей.

Конструкция

Промышленные образцы, вырабатывающие большие объемы энергии, в большинстве имеют одинаковую конструкцию, состоящую из высокой мачты, крыльчатки, оборудованной тремя продолговатыми лопастями и комплекта сопутствующей аппаратуры. Установки меньшей мощности устроены подобным образом, но, в дополнение к перечисленному, имеют узел поворота вокруг своей оси и хвостовой стабилизатор, позволяющий автоматически ориентировать крыльчатку по ветру.

Кроме перечисленных узлов горизонтальные ветряки часто оборудуются устройствами защиты от сильного ветра. Шквальные порывы создают скачки напряжения, выводят из строя крыльчатку. Для экстренного торможения используются устройства, отводящие ось крыльчатки от направления ветра при резком увеличении скорости ветра.

Крупные промышленные установки, работающие в составе ВЭС и снабжающие энергией большое количество потребителей, имеют весьма крупные размеры и массу. Это служит аргументом для противников ветроэнергетики, утверждающих, что ВЭУ создают сильную вибрацию, шумят, мерцающая тень приводит к различным психическим расстройствам. В целом, эти особенности имеются, но их наличие не способно вызвать сколько-нибудь серьезные последствия для людей или животных.

Особенности эксплуатации

Работа горизонтальных ветрогенераторов совершается только при наличии ветра, способного заставить лопасти крутиться с определенной скоростью. Когда параметры потока не достигают минимальных значений, устройство бездействует, а питание потребителей производится от аккумуляторных батарей, которые отдают накопленный заряд через инвертор.

Обслуживание и ремонт установок является необходимостью, периодически возникающей при появлении признаков затруднения вращения, падения производительности или иных видимых неполадок. Для обеспечения возможности качественного и быстрого производства работ надо заранее продумать технику демонтажа мачты и опускания механизма вниз на удобную ремонтную площадку.

В обязательном порядке надо оборудовать устройство молниеотводом и создать качественный заземляющий контур. Эти позиции необходимо учитывать в первую очередь тем, кто самостоятельно изготавливает свои ветрогенераторы, чтобы защитить конструкцию и потребители от поражения молнией.

Рекомендуемые товары

Ветрогенераторы вертикальные — ALTENEX.RU — портал об альтернативной и возобновляемой энергетике, ВИЭ, энергоэффективности и энергосбережении

Вертикальный ветряк имеет циклоническую форму, которая устанавливается на прочное основание. Функционирует независимо от направления движения ветра.

Статья:

ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Виды генераторов бывают различными, но и этот фактор никаким образом не влияет на воздействие воздушного потока. При этом воздух на одну сторону оказывает большее давление, чем на другую. В результате этой разницы в показаниях производится вращение генератора, а далее выработка электрической энергии. Сила ветра направляется одновременно на две стороны ветроустановки, однако при этом показания воздействия ветровых усилий все же больше, чем у аналогов горизонтального типа при предусмотренном качестве конструктивных элементов. Имеет место самораскрутка или увеличение крутящих оборотов даже при небольшой ветровой нагрузке, к примеру, от 3 м/с.

ВСЕГО СУЩЕСТВУЕТ НЕСКОЛЬКО РАЗНОВИДНОСТЕЙ ВЭУ

1. Ротор Савониуса. Лопасти для вертикального ветрогенератора в количественном показателе могут проектироваться две и более. Выполняются они в форме полукруга. В принципе вращения заложено, что давление на внешнюю часть круга в несколько раз превышает показатели давления на противоположную сторону. Конструкция проста, и чтобы ее изготовить, необязательно обладать опытом этой работы. Но при всех ее преимуществах у нее имеются и недостатки. Во-первых, достигается высокая парусность. Под воздействием ветра подшипник выходит из строя и при этом создается напряжение в вертикальной оси, что способствует крену. Во-вторых, если лопастей всего 2 или 3, то вращение будет недостаточно обеспечиваться. Для этого производится установка одновременно двух ветряков при закреплении их под прямым углом.
2. Ротор Дарье. Он же ещё имеет название ортогональный. При большом количестве модификаций этой конструкции в принципе работы заложена неизменность технологии. Процесс вращения производится за счет функционирования крылообразной лопасти. Под воздействием силы воздушного потока создается сила подъема, в результате этого происходит вращение оси. К недостаткам можно отнести невысокую эффективность функционирования конструкции. К тому же показатель скорости ветра должен быть не менее 4 м/с. Нельзя дополнительно производить подключение нагрузки до набора полных оборотов, иначе ветряк перестанет работать. Функционирование подвижных деталей усиливает шум лопастей. Ввиду высокой вибрации, происходит выход из строя подшипников, а также основных несущих элементов.
3. Геликоидный ротор. Роторный ветрогенератор подобной формы необычен, по существу этот ветряк является ортогональным с вертикальной осью для обеспечения вращения. При этом обеспечивается равномерно распределенная нагрузка на ось и повышается срок эксплуатации. Этот роторный ветрогенератор при всех преимуществах обладает и некоторыми недостатками. Его изготовление достаточно сложно, и соответственно, по этой причине, имеет высокую цену.
4. Многолопастной роторный ветряк. По сравнению с другими типами, этот генератор имеет высокую производительность. Наименьшая нагрузка на подвижные части позволяет его долго эксплуатировать. Внутри его размещены дополнительные лопасти, позволяющие улучшить результат работы ротора. Его стоимость высока в связи с установкой на нем дорогостоящих деталей.

Ветряки с вертикальной осью вращения сегодня начинают использоваться для выработки электроэнергии, что позволяет сэкономить ее и соответственно снизить денежные затраты на энергоресурсы.

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ОСЕЙ

Вертикальные ветряки отличаются некоторыми достоинствами, независимо от их типа:

• функционируют при любом направлении ветра;
• в связи с установленной вращающей ветродвигатели осью в единственном числе они меньше подвергаются износу, если их сравнивать с горизонтальными аналогами;
• даже при установке на небольшой высоте он будет работать, но все зависит от модели;
• удобство при обслуживании, так как самые важные части, обеспечивающие движение, находятся внизу.
• собрать можно в домашних условиях, несмотря на отсутствие опыта;
• в связи с жесткостью установки конструктивных элементов, ветрогенератоы вертикальные будут продолжать работу даже при запредельной скорости ветра;
• устойчивость по отношению к нагрузкам силы ветров высока;
• создание внутри конструктивных элементов внутренней циркуляции воздушного потока, именно по этой причине возникает эффект быстроходности;
• установленная линейная скорость лопастей превышает скоростной поток ветра почти в 20 единиц.

Наряду с перечисленными достоинствами, ветрогенератор с вертикальной осью вращения обладает существенным преимуществом: вал ротора можно увеличивать до необходимой длины, при этом нет потери КПД.

НЕДОСТАТКИ КОНСТРУКЦИИ

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения имеют и некоторые минусы при эксплуатации:

• конструкция габаритна, вес совместно со стойкой самого маленького технического устройства составляет 300 кг;
• по отношению к горизонтальным, вертикально осевые ветрогенераторы менее эффективны;
• во время работы лопастей зафиксированы высокие характеристики шума.

Модели ветряков можно приобрести в розничной продаже, но несложно изготовить их самим, при этом обладать опытом необязательно.

Ветровые турбины с вертикальной осью и ветровые турбины с горизонтальной осью

В сфере ветряных турбин в основном есть два типа турбин: ветряные турбины с вертикальной осью и ветровые турбины с горизонтальной осью. У них обоих есть свои преимущества и недостатки, и цель этой статьи — помочь вам выбрать правильную систему для вашего приложения.

Горизонтально-осевой ветряк

Ветровые турбины с горизонтальной осью преобладают в большинстве ветроэнергетических установок.Горизонтальная ось означает, что ось вращения ветряной турбины расположена горизонтально или параллельно земле. В условиях сильного ветра горизонтальные ветряные турбины — это почти все, что вы когда-либо увидите. Однако в небольших ветроэнергетических установках и ветряных установках в жилых помещениях вертикально-осевые турбины находят свое место. Преимущество горизонтального ветра заключается в том, что он может производить больше электроэнергии из заданного количества ветра. Поэтому, если вы постоянно пытаетесь создать как можно больше ветра, горизонтальная ось, скорее всего, вам подойдет.Однако недостатком горизонтальной оси является то, что она обычно тяжелее и плохо работает при турбулентных ветрах.

Ветрогенератор с вертикальной осью

В комплект входит ветряк с вертикальной осью. В ветряных турбинах с вертикальной осью ось вращения турбины стоит вертикально или перпендикулярно земле. Как упоминалось выше, турбины с вертикальной осью в основном используются в небольших ветроэнергетических проектах и ​​жилых помещениях. Вертикально-осевые ветряные турбины Эта ниша проистекает из заявлений OEM-производителей о способности турбин с вертикальной осью хорошо работать в суровых ветровых условиях.Турбины с вертикальной осью приводятся в действие ветром, идущим со всех 360 градусов, и даже некоторые турбины приводятся в действие, когда ветер дует сверху вниз. Из-за этой универсальности ветряные турбины с вертикальной осью считаются идеальными для установок, где ветровые условия нестабильны, или из-за общественных постановлений турбину нельзя разместить достаточно высоко, чтобы использовать устойчивый ветер.

---

Рубрика: Строительство, Проекты

---

Лучшие ветряные турбины с вертикальной осью для домашнего использования: проверено

Когда мы думаем о ветряных турбинах, мы почти наверняка представляем себе огромные ветряные электростанции на холмах в сельской местности или построенные в море.Мы, наверное, и не думаем покупать такой для дома. К счастью, технологические достижения в области возобновляемых источников энергии таковы, что теперь вы можете купить вертикальные ветряные турбины для домашнего использования, которые имеют элегантный дизайн, эффективны, когда дело доходит до космоса, и могут использовать силу ветра даже при легком ветру.

Независимо от того, хотите ли вы обеспечить электропитание определенной части вашего дома, хранить излишки энергии в резервном генераторе на случай отключения электроэнергии, или вы хотите добавить дополнительный элемент возобновляемой энергии в свой текущий проект дома с экологически чистой энергией, инвестируя в Вертикальная ветряная турбина — это разумный способ максимально использовать один из самых сильных, самых щедрых и бесплатных ресурсов природы: ветер.Мы рекомендуем использовать вертикальную ветряную турбину в дополнение к установке солнечных батарей, чтобы максимально использовать возможности возобновляемой энергии.

Как работают вертикальные домашние ветряные турбины?

Из приведенных выше фотографий наших лучших в своем классе продуктов вы сразу увидите, что вертикальные ветряные турбины для домашнего использования не похожи ни на какие из обычных ветряных электростанций. В то время как ветряные электростанции выглядят как гигантские ветряные мельницы с достаточно большими роторами, чтобы их можно было использовать для производства электроэнергии, те, которые предназначены для домашнего использования, по сравнению с ними выглядят излишне маленькими.

Тем не менее, они работают. Единственный вопрос: как именно? Сначала давайте рассмотрим общий процесс производства энергии в ветроэнергетике. В отличие от солнечной технологии, которая использует естественное явление фотоэлектрического эффекта в элементах, состоящих из определенных материалов, энергия ветра является полностью механической технологией.

Во-первых, ветер ударяет по лопастям турбины, кинетическая энергия которого заставляет лопасти начать вращение своего ротора. (Эти лопасти разработаны с учетом переменных направлений ветра, часто изогнуты и даже закручены, чтобы максимально увеличить воздействие движущей силы ветра.) Кинетическое вращение лопастей связано с генератором в корпусе турбины через систему шестерен, которые служат для увеличения крутящего момента кинетической энергии. Как только эта энергия достигает генератора, она вызывает взаимодействие магнита и ряда медных катушек: это взаимодействие генерирует электричество. Затем электричество проходит через трансформатор, который усиливает свое напряжение для использования в вашем доме и / или офисе.

Хотя вертикальные домашние ветряные турбины могут выглядеть очень иначе, чем крупномасштабные турбины, они функционируют почти идентично.Основное отличие — это просто форма и положение лезвий. Вертикальные домашние ветряные турбины спроектированы с лопастями, которые направлены прямо к небу, а не наружу (хотя они такие же аэродинамические, как и горизонтальные лопасти турбины) — это сделано для максимизации пространства, доступного домовладельцу, у которого, вероятно, нет свободной доступной земли. необходимо установить стоячую горизонтальную турбину. Вертикальная конструкция также делает эти турбины более универсальными, и поэтому их можно устанавливать на внедорожниках и лодках, а также по всему дому.

Получайте уведомления о наших последних розыгрышах, скидках и руководствах

Плюсы и минусы вертикальных ветряных турбин для дома

Ветряные технологии — самый быстрорастущий сектор возобновляемой энергии (даже опережающий солнечную энергию), и поэтому становится все более популярным. еще более доступным и доступным. Тем не менее, у этой технологии есть как плюсы, так и минусы.

Плюсы:

1. Универсальность. Благодаря их компактной конструкции вам не понадобится большой газон, чтобы установить одну из этих турбин в вашем доме.Вы даже можете прикрепить его к своей крыше или взять с собой для установки на автодом или моторную лодку, благодаря погодоустойчивым материалам, из которых изготовлены эти турбины.
2. Зеленая энергия. Наш мир страдает из-за нынешнего климатического кризиса, и последнее, что ему нужно, — это больше использовать ископаемое топливо. Замена сетевого электричества в вашем доме на экологически чистую, возобновляемую электроэнергию не только рентабельна, но и полезна для земли.
3. Экономьте на счетах. А если говорить о рентабельности, когда ваш дом питается от возобновляемых источников энергии, вы быстро обнаружите, что экономите кучу денег на счетах за электроэнергию.Хотя первоначальный инвестиционный капитал, необходимый для установки массива эко-энергии в вашем доме, может быть высоким, окупит и более вовремя.
4. Совместим с солнечной батареей. Сочетание вертикальной домашней ветряной турбины с солнечной может гарантировать, что у вас никогда не будет недостатка в возобновляемой электроэнергии. Когда день пасмурный, и ваши солнечные панели не получают достаточно солнечного света, высока вероятность, что ветер усилился, и ваша ветряная турбина извлечет выгоду из этого.Точно так же в тихий солнечный день, когда ваша турбина неактивна, ваши солнечные панели могут компенсировать провисание.

Минусы:

1. Дорого. Хотя технология ветряных турбин становится все более доступной, эти комплекты иногда могут быть довольно дорогими. Для экономных потребителей окружающей среды солнечная технология может быть более привлекательным вариантом.
2. Низкое энергопотребление. К сожалению, хотя вертикальные домашние ветряные турбины делают все возможное с доступным для них пространством, им просто не приходится конкурировать с эффективностью и производительностью их горизонтальных собратьев.Ветроэнергетика, как и солнечная энергия, нуждается в солнечном свете, нуждается в достаточном доступе к ветру. Это означает много свободного пространства вокруг турбины и лопатки турбины с большой площадью поверхности. Эти намного меньшие, гораздо более компактные турбины просто не могут производить столько электроэнергии.
3. Зависит от ветра. Как и любая технология возобновляемой энергии, ветровые турбины полагаются на наличие естественного источника их энергии: ветра. Если вы живете в районе со слабым ветром или часто переживаете безветренные дни, вы должны быть готовы к тому, что вряд ли вы получите большую выгоду от ветряных турбин.

Обзор лучших продуктов

Взглянув на наши подборки из высшей категории, пришло время более глубоко взглянуть на самые лучшие генераторы ветряных турбин, которые может предложить рынок. Вот они, краткий обзор плюсов и минусов.

TQ 500W AC 12V 24V Ветряные турбины Генератор Фонарь

• Марка: TQ
• Низкая скорость ветра при запуске, высокая эффективность
• Использование интеллектуального микропроцессорного управления высокой мощности с отслеживанием
• Защита от тайфунов сильнее
• Безопасность и надежность операция

Как и большинство ветряных турбин в форме фонаря, представленных на рынке (которые, как правило, имеют аналогичные эксплуатационные пределы), этот комплект мощностью 500 Вт от TQ начинает использовать энергию ветра от 2 м / с. мощность, и работоспособна от -40 ℃ ～ 80 ℃ и при ветре до 45 м / с.

Лопасти этой домашней ветряной турбины изготовлены из литого под давлением алюминиевого сплава и установлены на запатентованном интеллектуальном микропроцессоре с электромагнитной осью, что позволяет максимально эффективно использовать даже небольшой ветер. Немного дороже по сравнению с конкурентами, TQ 500W все равно станет хорошим дополнением к вашей ветроэнергетической системе; однако остерегайтесь вводящей в заблуждение информации в его списке (указывается номинальная мощность 5000 Вт, а не фактические 500 Вт его выходной мощности).

Плюсы:

• Универсальный и прочный
• Интеллектуальный микропроцессор и электромагнитная ось работают даже при небольшом ветре

Минусы:

• Меньше энергии за большие деньги по сравнению с конкурирующими брендами
• Вводящая в заблуждение информация о листинге Amazon
• Не поставляется с контроллером.

Smaraad New Energy 400W Ветрогенератор с вертикальной осью турбины

• Торговая марка: Smaraad
• Горизонтальное вращение с высокой эффективностью.
• Лопасти с изогнутой конструкцией

Как и в случае с нашим выбором «Самая тихая конструкция», в ветряной турбине Smaraad New Energy 400 Вт используются «умные» лопасти в форме крыльев самолета, чтобы минимизировать занимаемое ею пространство и при этом максимизировать выходную мощность. Компания Smaraad обещает, что срок службы этого продукта составляет 20 лет, и предлагает своим клиентам гарантию на 1 год.

Маленький, легкий и устойчивый Smaraad работает при скорости ветра 2,5-25 м / с. Намного дороже, чем многие из продуктов в этом списке, с более узким полем оптимальной работы и мощностью всего 400 Вт, мы все же решили включить его в наш список из-за его уровня шума при работе <20 дБ и того факта, что что это только 1 из 2 вариантов, которые дают вам этот изящный дизайн, в то время как они доступны в нескольких цветовых вариантах.

Плюсы:

• Заметно тише, чем у ветряных турбин, спроектированных фонарями
• Выбор нескольких цветов
• Поставляется с контроллером MPPT 400 Вт

Минусы:

• Самый дорогой продукт в нашем списке
• Работает только на расстоянии до 25 м / с скорость ветра
• Только выходная мощность 400 Вт

FLYHERO Ветрогенератор 600 Вт 12 В / 24 В

• Торговая марка: FLYHERO
• Низкая скорость запуска
• Высокая степень использования энергии ветра
• Использование гибридных ветряных солнечных батарей

Другой Разработанная в виде фонаря домашняя ветряная турбина для ваших систем возобновляемой энергии, FLYHERO выдает впечатляющую мощность 600 Вт и начинает вырабатывать электричество при скорости ветра всего 2 м / с.В гладком белом цвете и с пятью лопастями из нейлонового волокна вы можете купить эту ветряную турбину с мощностью 12 В или 24 В, в зависимости от ваших потребностей.

FLYHERO обещает простую установку и еще более легкое обслуживание. С контроллером создание вашей домашней системы, использующей экологически чистую энергию, не может быть проще с таким простым продуктом, как этот.

Плюсы:

• Мощность 600 Вт
• Возможности 12 В или 24 В означают большую универсальность использования
• Простота установки и обслуживания

Минусы:

• Немного дороже, чем другие почти идентичные продукты конкурентов

TOPINCN 12 В Комплект ветрогенератора с вертикальной осью 600 Вт

• Торговая марка: TOPINCN
• Трехфазный двигатель переменного тока
• Принять 5-лепестковую вертикальную лопастную и двухосную фланцевую башню
• Широкое применение

Мы назвали эту домашнюю ветряную турбину нашей «Лучшей ценой». «покупай, но не обманывайся, думая, что« ценность »- это код для дешевой.Отнюдь не. Вертикальная ветряная турбина TOPINCN 600 Вт 12 В изготовлена ​​из алюминиевого сплава и нержавеющей стали и предназначена для работы в любых погодных условиях, кроме самых экстремальных.

Используя простой 6-этапный метод установки, производитель предоставляет детализированные схемы разборки продукта, которые помогут вам справиться с разборкой и повторной сборкой ветряной турбины. Кроме того, его магнитный трехфазный двигатель переменного тока помогает снизить крутящий момент сопротивления на этом ветрогенераторе, эффективно увеличивая его эффективность и мощность, которую он генерирует.

Плюсы:

• Самый доступный продукт на рынке
• Прочная конструкция из алюминиевого сплава и нержавеющей стали
• Мощная выходная мощность 600 Вт
• Простая установка

NINILADY Free Energy 600 Вт Вертикальный ветрогенератор

• Торговая марка: NINILADY
• Конструкция изогнутых лопастей
• Горизонтальное вращение и конструкция крыла самолета
• Радиус вращения

Это может быть намного более дорогая конструкция, чем более типичная конструкция фонаря других вертикальных ветряных турбин, но мы не можем не полюбить NINILADY 600W Комплект.Разработанный так, чтобы максимально использовать доступное вам пространство, NINILADY работает при скорости ветра всего 2,5 м / с.

Это также наш лучший выбор «Самый тихий дизайн». Это означает, что если вас беспокоит снижение шума, мы настоятельно рекомендуем вам взглянуть на этот конкретный продукт. Единственным серьезным недостатком его конструкции является то, что, будучи почти бесшумным, компактным и простым в установке, он не имеет такого динамического рабочего диапазона, как модели конкурентов, разработанные с использованием фонаря, и работает только между двумя.Ветры 5 и 25 м / с.

Плюсы:

• Уникальный компактный дизайн
• Почти бесшумный во время работы (незаметный уровень шума)
• Привлекательный

Минусы:

• Дорого
• Не такая универсальная, как другие модели

MONIPA Генератор ветровой турбины 600 Вт постоянного тока, 24 В

• Торговая марка: MONIPA
• Высокая производительность
• Фонарик Мотор Вертикальная ось Ветряная мельница

С 5 лопастями из нейлонового волокна, расположенными в привлекательной форме фонаря, и выкачивающими 600 Вт постоянного тока 24 В, MONIPA вертикальный Осевая ветровая турбина максимально использует энергию ветра, несмотря на ее небольшой и компактный корпус.Он идеально подходит для домов, уличных фонарей, мониторинга освещения, использования на море, а также для дополнения уже существующей энергосистемы.

Также доступный (лишь немного дороже, чем наш комплект Best Value), трехфазный генератор Maglev от MONIPA работает от ветра со скоростью от 2 м / с и до 45 м / с, в то время как он может выдерживать температуры от -40 ℃ (минимум) до 80 ℃ (максимум).

Плюсы:

• Доступный
• Долговечный
• Универсальный

Руководство покупателя

При рассмотрении вопроса об установке ветряной турбины для вашего дома важно учитывать несколько моментов.

Пространство и расположение

Где вы собираетесь установить у себя дома ветряную турбину с вертикальной осью? Очевидно, вы захотите установить его там, где ваша собственность наиболее подвержена ветру — например, телефонные столбы станут отличной опорой для ветряных турбин. Однако вам также необходимо убедиться, что в выбранном вами комплекте имеется достаточная длина проводки для подключения к вашей основной электросети или системе возобновляемых источников энергии. Что касается места, то, если вам это нужно, то предпочтительнее использовать один из комплектов с крыльями самолета, тогда как если у вас есть свободное место, вполне подойдет ветряная турбина в форме фонаря.

Шум

Размеры ветряных турбин, которые мы обсуждали в этой статье, на самом деле недостаточно велики, чтобы быть особенно шумными, но если предположить, что вы живете в тихом районе и не хотите каких-либо дополнительных помех, то опять же , эти комплекты лопастей самолета предпочтительнее (хотя и более дорогие).

Бюджет

Это может показаться очевидным, но это важный элемент, который необходимо учитывать. Больше не всегда означает лучше, и в случае домашних ветряных турбин с вертикальной осью ни одно дорогое не всегда означает больше мощности.Фактически, наша «Лучшая бюджетная» турбина дает действительно хороший импульс по очень привлекательной цене, а также долговечна. Не позволяйте обманом тратить больше без необходимости — будьте осторожны со своими деньгами и взвешивайте стоимость с тем, как выбранный вами продукт сравнивается с другими более дешевыми вариантами.

Требуемая мощность

Это, несомненно, самая важная вещь, которую необходимо учитывать. В частности: что вы хотите получить от своей домашней ветряной турбины? Простой факт в том, что если вы хотите, чтобы ветряная турбина вносила большой объем электроэнергии в вашу домашнюю энергосистему, то использование одной только вертикальной ветряной турбины просто не сократит ее .Мы настоятельно рекомендуем добавить вертикальную ветряную турбину в качестве дополнительного элемента в систему возобновляемой энергии, желательно связать вашу турбину с солнечной энергией, чтобы даже при слабом ветре вы могли использовать возобновляемую энергию солнца. Более того, если у вас есть для этого земля и вы хотите полностью отключиться от сети, мы рекомендуем инвестировать в горизонтальную ветряную турбину — конечно, больше денег, но в равной степени вы получите гораздо больше энергии.

Доска Pinterest

Ознакомьтесь с нашей обновленной доской Pinterest с лучшими вертикальными ветряными турбинами для дома:

Часто задаваемые вопросы

Почему вы рекомендуете совмещать энергию ветра с солнечной?

Если вы используете только энергию ветра, что происходит в тихий солнечный день? Соединение недавно купленной ветряной турбины с вертикальной осью и домашней солнечной системой означает, что даже в те дни вы можете использовать возобновляемые источники энергии; а затем, когда у вас будет солнце и ветер , вы сможете втянуть всю зеленую энергию, какую только возможно.

В чем разница между двумя основными конструкциями вертикальных домашних ветряных турбин?

Более высокие из двух, которые мы здесь называем «лопастями с крыльями самолета», предназначены для максимального увеличения эффективности использования пространства и снижения шума, в то время как турбины «в форме фонаря» передают мощность в космос и производят немного больше шума на (правда, при достаточно тихой работе).

В чем разница между «вертикальными» и «горизонтальными» домашними ветряными турбинами?

Во многом то же самое, что и разница между двумя различными конструкциями вертикального типа — в одном отдается предпочтение пространству над энергией, а в другом — энергии над пространством.«Горизонтальные» турбины, подобные тем, что вы видели на ветряных электростанциях, производят намного больше энергии, чем их вертикальные собратья, но как таковые занимают гораздо больше места; тогда как «вертикальные» турбины малы и достаточно компактны, чтобы их можно было установить практически на любом участке, независимо от места, но они, как правило, не производят столько энергии.

Легко ли установить эти домашние ветряные установки?

Большинство из них, да. Однако вам понадобится генератор, чтобы подключить их или подключить напрямую к устройству, которое вы хотите использовать с помощью энергии ветра.Возможно, более сложный в установке, чем солнечная энергия, так как требует некоторых ноу-хау в области электропроводки.

Вертикальные турбины — будущее морской ветроэнергетики?

Визуализация концепции морских ветряных турбин с вертикальной осью (VAWT).

Всемирный экономический форум

Что делает возобновляемые источники энергии настолько захватывающими, так это огромный экономический потенциал новаторских технологических достижений.

Недавнее открытие инженеров Школы инженерии, вычислений и математики Оксфордского Бруксского университета может навсегда изменить конструкцию оффшорных ветряных электростанций.Исследование, проведенное профессором Яковосом Цанакисом, демонстрирует, что глубоководные и прибрежные ветровые турбины могут достичь 15% -ного увеличения выходной мощности, если традиционные ветровые турбины с горизонтальной осью (HAWT) будут заменены конструкцией ветряных турбин с вертикальной осью (VAWT). В то время как классические ветряные мельницы HAWT вырабатывают энергию со стандартной трехлопастной «вертушкой», VAWT использует более цилиндрическую форму с лопастями, вращающимися вокруг центрального вала.

Анимированное сравнение HAWT и ведущих конструкций VAWT

Всемирный экономический форум

Основная проблема обычных ветряных электростанций HAWT, которые могут насчитывать от 60 до 70 турбин на площади более 1500 акров, заключается в том, что эффективность быстро снижается в задних рядах из-за турбулентности от первых рядов формации.Турбины с вертикальной осью решают эту проблему, создавая меньшую турбулентность, а в некоторых случаях даже повышая эффективность соседних турбин.

В основе их исследований лежит анализ вычислительных потоков с использованием 11 500 часов компьютерного моделирования для оптимизации размещения. Они также проанализировали влияние турбулентности, создаваемой ниже по потоку, которая снижает эффективность традиционных HAWT на заднем ряду до 25-30%.

Это открытие требует дальнейшего изучения конденсированных ветряных электростанций, поскольку современные конструкции турбин предназначены для использования в единственном приложении.При установке в непосредственной близости друг от друга рабочие характеристики изменяются, снижая эффективность окружающих турбин из-за турбулентности, создаваемой ветром. Типичная оффшорная турбина от GE огромна, имеет размер 220 м в поперечнике и 248 м в высоту, и в среднем выдает 12–14 МВт мощности, чего достаточно для питания до 12 600 домов.

Текущая мощность ветряных турбин в США составляет 118 ГВт или 8,4% от производства энергии в масштабе коммунальных предприятий. Морская ветровая мощность составляет жалкие 42 МВт во главе с первой оффшорной ветроэлектростанцией на острове Блок, штат Род-Айленд, на долю которой приходится 30 МВт — 1 ГВт составляет 1000 МВт.В дополнение к недавно объявленному проекту Vineyard Wind Project мощностью 800 МВт, датская компания Orsted разрабатывает два проекта Ocean Wind, чтобы обеспечить в общей сложности 2,3 ГВт штату Нью-Джерси.

Первые применения технологии ветряных турбин начались в 1970-х годах с упором на удаленные маломасштабные приложения, такие как исследовательские станции, отключенные от электросети. Самым большим препятствием в развитии конструкций VAWT является отсутствие надлежащей формы аэродинамического профиля и проблемы с тормозными системами, стоимость приводного устройства которых возрастает.Традиционные аэрокосмические приложения послужили источником многолетних исследований и технической базы для создания широко распространенной конструкции «вертушка». На рынке наземных ветряных турбин преобладает стандартная трехроторная конструкция HAWT, но стандартной конструкции для VAWT нет. В недавних инвестициях в морские ветряные электростанции, такие как Vineyard Wind Project, используется типичная конструкция HAWT с тремя роторами, предлагаемая лидером рынка GE, для применения в скальных породах, не подходящих для глубоководных работ.

Остров Блок, Р.I .: Морская ветряная электростанция Deepwater Wind на острове Блок, Род-Айленд, 14 августа… [+] 2016 г. (Фото Марка Харрингтона / Newsday RM через Getty Images)

Newsday через Getty Images

Учитывая жестокие и непредсказуемые условия глубоководной воды океана, не говоря уже о весе и балансе ветряной турбины, понятно, что технология, необходимая для установки плавающей турбины, была создана только недавно. Предлагаемое решение было разработано Сандийской национальной лабораторией в сотрудничестве с Министерством энергетики и университетами по всей стране.После проведения Фазы 1 исследования в рамках гранта в размере 4,1 миллиона долларов в течение 5 лет, это решение обеспечило понимание, которое включало снижение приведенной стоимости энергии (LCOE) за счет применения дизайна VAWT.

Большая часть первоначальной работы Sandia Labs заключалась в создании моделирования морских ветроэнергетических проектов. Дальнейшие разработки включали улучшение конструкции аэродинамических профилей и механических генераторов, а также совершенствование методов обеспечения безопасной работы турбины в условиях глубокой воды.Исследование проекта завершилось в 2014 году, после чего в 2017 году была опубликована публикация Министерства энергетики с официальными рекомендациями по проектированию.

Текущие рыночные решения VAWT ориентированы на применение в микросетях и в экстремальных погодных условиях. Они обладают неотъемлемым преимуществом в том, что они могут хорошо работать в стрессовых погодных условиях; турбины могут работать даже в погоду тайфуна, что может быть спасением для глубоководной инфраструктуры океана, такой как нефтяные скважины.

Страны, включая Соединенное Королевство и Германию, уже находятся в авангарде производственных мощностей и инвестиций в оффшорную ветроэнергетику. На Британских островах находится первая оффшорная установка мощностью 12 МВт (мегаватт) производства GE, такая же конструкция используется в проекте Vineyard Wind.

Британские интересы связаны с прибрежными морскими приложениями, где условия легко регулируются разработкой HAWT, предлагаемой GE. Американский проект — это ветряная электростанция на Блок-Айленде в трех милях от побережья Род-Айленда, которая вырабатывает 30 МВт из серии блоков, предоставленных GE, которых достаточно для питания 27000 домов.Немногие страны в настоящее время используют глубоководную энергию ветра, поскольку она может стоить вдвое дороже, чем прибрежная альтернатива на основе LCOE.

Оффшорный ветер нашел нишевое применение для обеспечения оффшорной энергии. Одним из самых требовательных клиентов в области морской энергетики является нефтяная промышленность, которая в настоящее время снабжает платформы дизельными электрическими генераторами. Типичная морская нефтяная скважина потребляет 20-30 кубометров (5200-8000 галлонов) в день. Это конкретное приложение позволяет считать конкурентоспособным высокий показатель LCOE, аналогичный оффшорному ветру.

Недавние инвестиции норвежского поставщика энергии Equinor в Северное море сосредоточены на обеспечении своих нефтяных платформ ветровой энергией. Предлагаемый проект Hywind Tampen включает 11 плавучих HAWT мощностью 88 МВт, удовлетворяющих более 35% потребности в энергии для серии из пяти морских платформ. Ожидается, что проект Hywind сократит выбросы CO2 на 200 000 тонн в год. Дальнейшие инвестиции в морскую ветроэнергетику могут полностью устранить потребность в дизельном топливе.

В США были небольшие проекты по испытанию конструкций плавучих HAWT.В 2013 году консорциум DeepCwind в сотрудничестве с Университетом штата Мэн установил масштабную модель у побережья штата Мэн. Компания Principle Power из Сиэтла установила свою запатентованную конструкцию Windfloat у западного побережья США на глубоководных участках. В настоящее время компания Principle Power имеет пять действующих блоков и доказала способность их конструкции выдерживать волны до 17 м (55 футов 9 дюймов) и ветер со скоростью 41 м / с (92 мили в час).

Если Соединенные Штаты решат и дальше инвестировать в развитие технологии плавающих турбин VAWT, они могут стать мировым лидером в области глубоководного ветра.После преодоления технических барьеров, создаваемых материалами и механическими системами, производственные мощности глубоководной ветряной электростанции можно бесконечно масштабировать при использовании правильной технологии. Такие модели, как те, что были созданы командой Университета Оксфорд-Брукс, подтверждают идею замены плавучих нефтяных платформ ветряными турбинами. По иронии судьбы нефтяные гиганты применяют свои глубоководные технологии для разработки первой линии масштабируемых плавучих турбин для глубоководных приложений.

При содействии Шона Морони

Действительно ли будущее за ветряными турбинами с вертикальной осью?

Недавно опубликованное исследование Оксфордского университета Брукса предполагает, что H-образные турбины Дарье с вертикальной осью (VAWT), установленные определенным образом, могут превзойти «традиционные пропеллерные» ветряные турбины или HAWT в ветряных электростанциях.

Когда они расположены близко друг к другу попарно, VAWT повышают эффективность друг друга до 15%, говорится в пресс-релизе британского института, что привлекло большое внимание средств массовой информации.Деловое издание Forbes написало в мае: «Недавнее открытие инженеров Школы инженерии, вычислений и математики Оксфордского Бруксского университета может навсегда изменить конструкцию оффшорных ветряных электростанций».

Но насколько реалистичны прогнозы, полученные на основе двумерного моделирования теоретических VAWT с 20-метровыми роторами по сравнению с нынешними «традиционными» оффшорными гигантами? А кто их будет развивать и строить?

Компьютерное моделирование

Исследование «Численное моделирование и оптимизация пар ветряных турбин с вертикальной осью: масштабный подход» было первоначально опубликовано в журнале Elsevier’s Renewable Energy в марте.Сообщается, что это первая компания, которая всесторонне проанализировала многие аспекты характеристик ветряных турбин в отношении угла установки, направления вращения, расстояния между турбинами и количества роторов.

Исследовательская группа университета во главе с Яковосом Цанакисом, профессором технологий, дизайна и окружающей среды, использовала обширное компьютерное моделирование для углубленного исследования. «Это исследование доказывает, что будущее ветряных электростанций должно быть вертикальным», — сказал Цанакис. «Вертикальные турбины ветряных электростанций могут быть спроектированы так, чтобы они были намного ближе друг к другу, что повысит их эффективность и, в конечном итоге, снизит цены на электроэнергию.В долгосрочной перспективе VAWT может помочь ускорить переход наших энергетических систем к «зеленому», так что больше чистой и устойчивой энергии будет поступать из возобновляемых источников ».

Исследователи утверждают, что VAWT в массиве ветряных электростанций не страдают от связанных с HAWT проблем турбулентного следа, создаваемого первым рядом, которые снижают мощность рядов турбин позади них до 40%. По их мнению, использование станков с вертикальной, а не горизонтальной осью не только устранило бы эту проблему, но и фактически повысило бы производительность друг друга.

Для исследований использовались два ротора одинакового размера, причем второй ротор располагался на расстоянии трех диаметров ротора ниже по потоку. Максимальное увеличение выходной мощности — по сравнению с двумя блоками, каждый из которых работает изолированно — было достигнуто при установке второго ротора под углом решетки 60 градусов (ß) к преобладающему направлению ветра.

Еще одна переменная, которую представила команда, заключалась в том, что два ротора могли либо совместно вращаться в одном направлении, либо вращаться в противоположных направлениях, в результате чего пара, вращающаяся в противоположных направлениях, работала лучше только при меньших углах решетки от -30 до +30 градусов.Минимальная выходная мощность логически достигается, когда ветер дует прямо над двумя роторами, расположенными на одной линии относительно преобладающего направления ветра (0 градусов).

Наконец, двумерное пространство стало неотъемлемой частью свойств моделирования вычислительной гидродинамики (CFD).

Увеличение производительности

Ведущий автор Йоахим Тофтегаард Хансен объяснил, почему команда выбрала для анализа форму ротора Дарье H-типа с диаметром ротора 20 метров: «Другие исследования подтвердили аналогичное увеличение производительности для других чисел Рейнольдса [для прогнозирования потока шаблоны] тоже.Это то, что мы, возможно, будем заинтересованы исследовать в наших будущих исследованиях, анализируя влияние размера турбины ».

Ключевой вопрос заключается в том, могут ли такие предполагаемые морские ветряные электростанции на базе VAWT действительно продвигать их наравне с новейшей HAWT-технологией, которая сейчас находится в масштабе 11-15 МВт и имеет 30-летний совокупный морской опыт.

Эксперт по аэродинамике Йенс Норкер Соренсен — профессор кафедры ветроэнергетики Датского технического университета (DTU), который в прошлом работал с VAWT.Он ставит под сомнение научную основу исследования в Оксфорд-Брукс, схему проектирования и результаты, на которых основаны выводы.

«Мои возражения сосредоточены на трех основных моментах. Первый касается использования двумерной формы для модели потока CFD. На мой взгляд, ветровой поток в группе ветряных электростанций следует всегда изучать с трехмерной точки зрения, потому что смешение свежего высокоэнергетического ветра из верхних, внешних слоев с ветровым потоком «обедненной энергии» внутри ветрового потока. Границы фермы имеют ключевое значение для непрерывной регенерации энергии для выработки в нижних рядах турбин.”

Это важное смешивание ветрового потока внутри ветряных электростанций с HAWT происходит автоматически, потому что вращающиеся лопасти« выдувают »свежий воздух из верхних слоев ветра в решетку во время каждого отдельного оборота ротора. Высота наконечников новейших и самых крупных оффшорных турбин сейчас достигает 250 метров, а вскоре достигнет 300 метров и более. На этих высотах скорость ветра и, следовательно, энергия ветра высоки.

Нет перемешивания ветра

Напротив, у VAWT ось вращения ротора является вертикальной, поэтому ротор, таким образом, всегда вращается в одной плоскости, объясняет Соренсен.В результате не происходит смешения свежего и уже «истощенного» ветрового потока, и этот «использованный» воздух остается внутри массива ветряных электростанций, что оказывает существенное негативное влияние на потенциальное производство электроэнергии во всех последующих рядах вниз по потоку.

Его вторая критика связана с исследовательской установкой, в которой задействовано всего два ротора. Согласно отчету, они «расположены во вращающейся области внутри большей прямоугольной области со стационарными стенками вверху и внизу, входом скорости и выходом нулевого манометра.Эта выбранная установка с двумя турбинами плюс граничные условия потока изображены на диаграмме ниже из отчета.

Рис. 3. Граничные условия. R1 всегда вращался против часовой стрелки, но направление вращения R2 варьировалось в зависимости от того, вращалась ли пара одновременно или против часовой стрелки. «Dist» — это расстояние между турбинами, а β — угол решетки (Источник: Oxford Brookes University)

По мнению Соренсена, эта общая концепция исследования содержит несколько других фундаментальных недостатков конструкции.

«Мое третье мнение заключается в том, что он игнорирует реальные условия внутри ветряной электростанции, поэтому таких идеальных условий равномерного ветрового потока с односторонним направлением ветра не существует. Взаимосвязанная ошибка исследования и проектирования заключается в том, что в нем не учитываются сложные, постоянно меняющиеся эффекты взаимодействия ветрового потока с другими рядами турбин ниже по потоку », — говорит он.

«Принимая во внимание все эти недостатки и ошибки, заявленное преимущество увеличения мощности до 15% для близко расположенных VAWT в массивах ветряных электростанций выглядит маловероятным», — говорит Соренсен.

«Наконец, HAWT могут быть расположены намного ближе друг к другу в ветряных электростанциях из-за их превосходной аэродинамической эффективности, поэтому они обеспечивают значительно более высокую производительность на единицу площади (см. Вертикальные и горизонтальные турбины). Производство электроэнергии с наименьшим жизненным циклом на основе LCoE остается ключевым моментом », — заключает он.

Огромный мгновенный скачок

Путь к коммерциализации технологии VAWT до самых современных уровней HAWT не рассматривался в исследовании, но он будет далеко не простым со многими препятствиями (см. И неопределенности.

Две (британские) компании, Vertax Wind и Wind Power’s Aerogenerator X (см. Ниже), в 2009-2010 годах представили концепции VAWT мощностью 10 МВт для морских сооружений, но ни одна из них не достигла стадии прототипа. Обе конструкции имеют очень высокую удельную мощность: 649 Вт / м2 для конструкции Vertax 10 МВт (диаметр ротора 140 метров и длина лопастей 110 метров) и примерно 1050 Вт / м2 для аэрогенератора X.

Для сравнения, Siemens Gamesa SG 11-200 DD типа HAWT имеет мощность 350 Вт / м2, SG 222 DD (в режиме 14 МВт) — 362 Вт / м2.

Для разработки вертикально-осевых турбин в полномасштабные конкурентоспособные коммерческие концепции, соответствующие новейшей и крупнейшей флагманской категории HAWT мощностью 12-15 МВт, технологические компании в основном начинают с опыта, полученного в основном с турбинами киловаттного класса и, как правило, только с ограниченным опытом работы на суше.

Такие комплексные процессы разработки продуктов потребуют огромного мгновенного масштабного масштабирования ветряных технологий и масштабных усилий по индустриализации. Это также требует больших, сильных сторон с долгосрочными обязательствами и глубокими карманами, чтобы довести его до конца, а затем ускорить его коммерческое наращивание, что приведет к рентабельности и не только.

Вертикальные и горизонтальные турбины

Основным преимуществом ветряных турбин с вертикальной осью (VAWT) по сравнению с их (против ветра) горизонтальными аналогами (HAWT) является то, что они могут притягивать ветер со всех направлений, не нуждаясь в системе рыскания.

Главный недостаток по сравнению с современными крупномасштабными HAWT — гораздо более низкая аэродинамическая эффективность. В отчете Оксфордского университета Брукса указывается, что максимальный коэффициент давления (Cp) находится в диапазоне 35-40% по сравнению с почти 50% для HAWT, как для турбин, работающих изолированно.Vertax (на фото ниже) заявляет, что проектная цель Cp составляет 38-39%.

Основным следствием этого является то, что удельная мощность VAWT должна быть существенно ниже для достижения аналогичного производства энергии для компенсации их пониженной аэродинамической эффективности. Это означает, что существует неотъемлемая потребность в установке ротора большего размера на мегаватт в рамках тех же классов ветра, для которых они предназначены, и требуемых годовых часов полной нагрузки.

Некоторые конструкции VAWT также не имеют возможности самозапуска, требуя внешнего источника питания (с соответствующими потерями энергии) во время каждого действия запуска, либо двухрежимной электрической машины генератор-двигатель, либо двух отдельных устройств.

Исторически сложившиеся маломасштабные несамозапускающиеся роторы VAWT иногда оснащались внутри небольшим тормозным ротором Савониуса, но это всегда происходило за счет общей аэродинамической эффективности системы.

Другой проблемой VAWT является регулирование выходной мощности:

• Для конструкций с регулируемой частотой вращения и фиксированным углом лопастей вариантом управления выходной мощностью является регулирование частоты вращения ротора, при котором двухрежимный двигатель-генератор максимизирует и сохраняет номинальную выходной уровень. Главный недостаток — и проблема безопасности, по мнению некоторых экспертов, — это отсутствие аэродинамической тормозной системы, которая есть в современных HAWT с регулируемым шагом (три независимых отказоустойчивых аэродинамических тормоза).Взаимосвязанная проблема заключается в том, что постоянное переключение направления нагрузки во время работы турбины в номинальном диапазоне мощности может ускорить усталость материалов и вызвать преждевременные отказы.
• В качестве альтернативного решения с наклонными лезвиями каждое лезвие прикреплено к опорным рычагам и подшипникам, чтобы оно могло вращаться. Для этого требуется по крайней мере одна или несколько опор подшипников и системы шага для длинных лопастей, что увеличивает сложность, капитальные затраты и, вероятно, эксплуатационные расходы по сравнению с HAWT. Это связано с тем, что подшипники и системы шага расположены в труднодоступных открытых местах.Они могут быть удалены примерно на 110 метров от центра ротора для фиктивной турбины Дарье Н-типа мощностью 11 МВт с диаметром 220 метров, длиной лопастей 175 метров и номинальной мощностью 286 Вт / м2.

• Третья проблема заключается в том, что вся плоскость ротора VAWT всегда обращена прямо к ветру, и остановка плюс блокировка ротора в условиях сильного ветра потребует большой и дорогостоящей тормозной системы. Предыдущие усилия по созданию турбин Дарье Н-типа с регулируемыми или складными роторами оказались либо слишком дорогими, либо безуспешными по другим причинам, таким как быстрый износ шарнирных точек из-за, среди прочего, проблем со смазкой, создания дисбаланса, вибрации и преждевременных отказов. .

Более компактные и эффективные вертикальные турбины могут стать будущим для ветряных электростанций

Ферма ветряных турбин с вертикальной осью. Предоставлено: Университет Оксфорд-Брукс,

.

Знакомые теперь традиционные винтовые ветряные турбины в будущем могут быть заменены ветряными электростанциями с более компактными и эффективными вертикальными турбинами.

Новое исследование Оксфордского университета Брукса показало, что конструкция вертикальной турбины намного более эффективна, чем традиционные турбины в крупных ветряных электростанциях, а при парной установке вертикальные турбины увеличивают производительность друг друга до 15%.

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

Вертикальные турбины более эффективны, чем традиционные ветряные турбины

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

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

Комментарий профессора Цанакиса: «Это исследование доказывает, что будущее ветряных электростанций должно быть вертикальным. Турбины ветряных электростанций с вертикальной осью могут быть спроектированы так, чтобы они были намного ближе друг к другу, что повысит их эффективность и, в конечном итоге, снизит цены на электроэнергию.В долгосрочной перспективе VAWT может помочь ускорить переход наших энергетических систем к «зеленому», так что больше чистой и устойчивой энергии будет поступать из возобновляемых источников ».

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

Экономичный способ достижения целей в области ветроэнергетики

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

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

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

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

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

Исследование было опубликовано в Международном журнале Renewable Energy (ELSEVIER) .

Ссылка: «Численное моделирование и оптимизация пар ветряных турбин с вертикальной осью: подход к увеличению масштабов», Йоахим Тофтегаард Хансен, Махак Махак и Яковос Цанакис, 4 марта 2021 г., Возобновляемая энергия .
DOI: 10.1016 / j.renene.2021.03.001

Вертикально-осевые ветряные турбины — Энергосбережение в будущем

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

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

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

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

Что такое турбина с вертикальной осью?

Ветряные турбины с вертикальной осью

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

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

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

Типы ветряных турбин с вертикальной осью

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

Ветряная турбина Дарье

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

Ветряная турбина Дарье обладает следующими характеристиками:

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

Ветряная турбина Савониуса

Вертикально-осевая ветровая турбина Savonius представляет собой медленно вращающуюся машину с высоким крутящим моментом с двумя или более лопастями и используется в высоконадежных и низкоэффективных силовых турбинах. Большинство ветряных турбин используют подъемную силу, создаваемую лопастями в форме аэродинамического профиля для приведения в движение ротора, в Савониусе используется сопротивление, поэтому он не может вращаться быстрее, чем скорость приближающегося ветра.

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

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

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

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

Преимущества ветряных турбин с вертикальной осью

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

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

Недостатки ветряных турбин с вертикальной осью

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

Давайте посмотрим на некоторые недостатки использования VAWT:

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

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

Последние мысли

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

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

Изображение предоставлено: Натеш Рамасами,

Вертикально-осевые ветряные турбины могут снизить затраты на морскую ветроэнергетику

Новое исследование Sandia National Laboratories (Sandia) дает представление о технической и экономической осуществимости глубоководных морских установок менее распространенной конструкции ветряных турбин: ветряных турбин с вертикальной осью, или VAWT, в отличие от горизонтальных. -осевые ветряные турбины, которые обычно можно увидеть на берегу и в море.

В ходе исследования был определен оптимизированный дизайн системы для получения оценок приведенной к системе стоимости энергии (LCOE) для пяти потенциальных сценариев, таких как то, как LCOE может выглядеть сегодня, или какими могут быть затраты по мере развития технологии. Прогнозы LCOE для оптимизированной системы в исследовании отражают обновленный, глубокий анализ новых технологий, оптимизации системы и других факторов, связанных с конструкциями VAWT.

В целом, исследование предсказывает, что LCOE может составлять всего 110 долларов за мегаватт-час, если система включает ожидаемые технические усовершенствования для достижения оптимизированной конструкции.Прогнозируемая в краткосрочной перспективе LCOE, или то, что система оценивается сегодня, будет стоить 213 долларов за мегаватт-час (МВтч). Самые важные факторы, способствующие снижению затрат? Оптимизированная конструкция платформы, усовершенствования в материалах и конструкции ротора, стратегии управления для оптимизации выработки энергии и сниженная ставка финансирования, эквивалентная стоимости наземных ветряных турбин.

Хотя конструкция VAWT изучалась в Соединенных Штатах с 1970-х годов, первоначальные изученные конструкции были меньше, что было недостатком для VAWT, поскольку они не работали так же хорошо, как конструкции с горизонтальной осью в меньших масштабах.Кроме того, композитные материалы были редкостью. Исследования, проведенные Sandia в то время, основывались на сегментированных алюминиевых лезвиях, которые были склонны к усталости.

Теперь, более крупный масштаб морских ветряных турбин и улучшенные материалы показывают, что конструкции VAWT могут иметь определенные преимущества и выгоды для плавучих морских ветроэнергетических установок. Например, конструкции VAWT имеют более низкий центр тяжести, что снижает стоимость платформы.

.