Улучшенная конструкция ВЭУ с горизонтальной осью вращения: исследования, схемы, виды и преимущества ветрогенераторов. Ветрогенератор горизонтальный
плюсы и минусы, производители устройств и необычные конструкции
уже прочитали: 274
Возрастающий интерес конструкторов к ветроэнергетике, стремление обеспечить автономность, независимость жилья от поставщиков ресурсов, вызвали появление множества разработок, функционально опережающих традиционные образцы. Обилие конструкций и разновидностей ветряков заставляет рассмотреть их внимательнее.
Основные виды ветрогенераторов
В первую очередь, ветрогенераторы принято разделять на вертикальные и горизонтальные. Эти группы называются так из-за расположения оси вращения крыльчатки. Горизонтальные конструкции напоминают пропеллер или вентилятор, а вертикальные по своему строению близки к карусели. Такое разделение условно, в настоящее время имеются конструкции, сочетающие в себе элементы и той, и другой группы. Есть также отдельные устройства, которые не могут быть причислены к этим категориям.
Горизонтальные конструкции, их особенности, достоинства и недостатки
Горизонтальные устройства имеют более высокую эффективность, поскольку энергия потока усваивается ими намного полнее. Все созданы практически по одной конструктивной схеме, есть некоторые отличия лишь в строении ротора. К недостаткам этой группы можно отнести необходимость настройки на ветер, которая хоть и производится автоматически, но требует наличия дополнительного шарнирного соединения, обеспечивающего вращение устройства вокруг вертикальной оси.
Кроме того, для горизонтальных устройств важно наличие высокой опоры — мачты, обеспечивающей оптимальный режим контакта с потоками ветра. Специфика работы требует наличия , которая при увеличении силы потока отводит ротор от ветра, вследствие чего частота вращения резко падает.
Вертикальные генераторы, особенности, плюсы и минусы
менее эффективны вследствие наличия останавливающего воздействия потока ветра на обратные стороны лопастей. Этот недостаток практически единственный. Вертикальные конструкции не нуждаются в наведении на ветер, не требуют установки на высокие мачты, доступны для ремонта, обслуживания или самостоятельного изготовления.
Именно вертикальные конструкции обеспечивают такое разнообразие форм и моделей ротора, созданных профессиональными конструкторами и талантливыми любителями. Рассмотрим некоторые варианты конструкции вертикальных роторов:
Ротор Дарье
Отличается конфигурацией лопастей, которые расположены вертикально и по касательной к окружности вращения. Кроме того, форма лопасти имеет строение как у крыла самолета, поэтому при вращении создается подъемная сила, облегчающая движение и способствующая работе со слабыми потоками ветра.
Ветровая турбина Савониуса
Этот вид имеет две лопасти, установленные напротив друг друга. Форма лопастей напоминает желоб, при воздействии ветрового потока на обратную сторону происходит расщепление струи воздуха, которая частично уходит в сторону, а частично соскальзывает с обратной стороны одной лопасти на рабочую часть второй. является одной из самых старых разработок, но до сих пор вполне успешно используется как в промышленных, так и в самодельных устройствах.
Выбор вертикального ветрогенератора
Для того, чтобы правильно подобрать конструкцию вертикального ветрогенератора, надо учесть размеры ротора, силу ветра в регионе, потребность в определенном количестве электроэнергии, и сопоставить эти величины. Чем больше ротор, тем он тяжелее и тем труднее ему начинать вращение. Способность начинать вращаться при слабых ветрах присуща не каждому виду вертикальных устройств, поэтому следует для больших ветряков использовать наиболее чувствительные конструкции.
Вариантов выбора много, их параметры мало отличаются друг от друга, но некоторая разница присутствует. Если рассматриваемая конструкция не способна обеспечить желаемое количество энергии, следует отказаться от нее и рассмотреть другой вариант.
Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
Кроме указанных параметров надо помнить, что самодельное устройство во многих случаях выгоднее и надежнее, так как легче ремонтируется и не требует больших расходов, что при выборе может сыграть решающую роль.
Генераторы российского производства
Российские фирмы-производители ветряков пока не могут в полную силу конкурировать с зарубежными изготовителями. При этом, отечественные конструкторы учитывают специфику и потребности российского пользователя. Конструкции российских фирм рассчитаны на потребление в масштабах одного дома, или одной небольшой системы (освещение, водяной насос и т.д.). Такой подход позволяет создавать устройства, доступные по цене и удобные по параметрам.
Приобретение крупных образцов отечественному пользователю не по карману, а удовлетворить потребности одной усадьбы можно одним-двумя небольшими комплексами. Поэтому российские фирмы выпускают более привлекательные модели, что создает для них неплохие перспективы и повышает конкурентоспособность.
Необычные конструкции ветрогенераторов
Среди широкого ряда конструкций ветряков встречаются устройства весьма специфического вида. При этом, они полностью функциональны и выполняют свою работу на достаточно высоком уровне (для опытных или пилотных образцов). Некоторые конструкции совершенно выбиваются из общего ряда и обладают уникальными свойствами, другие намного ближе к традиционным формам. Рассмотрим их поближе:
Устройство на водяных каплях
Из необычных ветрогенераторов этот — самый необычный. Он не похож ни на одну известную конструкцию. Он даже не имеет вращающихся частей. Представляет собой раму, внутри которой расположены горизонтально трубки с водой. На поверхности трубок имеются сопла, из которых выпускаются капли воды, заряженной положительно при помощи электродов, находящихся внутри трубок. При порыве ветра капли попадают на противоположные электроды, изменяя их заряд, что вызывает возникновение электрического тока в системе.
Дизайнерский ветрогенератор revolution air
Этот ветрогенератор создан, по сути, с декоративными целями. Его свойства таковы, что пользоваться им как полноценным устройством вряд ли получится. Для запуска ему нужна скорость потока от 14 м/сек, а при минимальной цене в 2500 евро такие характеристики нельзя рассматривать как нормальные рабочие параметры. Устройство имеет оригинальный внешний вид, хотя, по сути, является переосмысленным в художественном смысле вариантом ветрогенератора ортогонального типа.
Парусный ветряк
Еще одна оригинальная конструкция ветряка, имеющего весьма широкие лопасти. Они изготовлены в виде рам, на которые натягивается плотное полотно, образующее парус. Такая конструкция способствует получению больших лопастей при малом весе.
Имеется также конструкция, где парус создает давление на систему поршней без вращения. Большая площадь позволяет эффективно использовать полученную энергию ветра, но имеется опасность выхода из строя при сильном порыве. Конструкция практически не шумит, не имеет движущихся частей, что увеличивает срок службы и снижает расходы на обслуживание устройства.
Конструкция Третьякова
Ротор имеет довольно сложную конструкцию, хотя, по сути, он является разновидностью ротора с диффузором. Устройство имеет вертикальный ротор-крыльчатку. Вокруг нее располагается подвижный воздухоприемник со стабилизатором, автоматически устанавливающим конструкцию по ветру. Воздухоприемник имеет также ряд направляющих, организующих поступление потока в нужном направлении.
Воздух, попадая внутрь корпуса, обходит рабочее колесо снизу и направляется к лопаткам. Такой сложный путь потока способствует получению правильного направления струи и отсутствию противодействующего контакта с обратными сторонами лопастей. Ротор способен начинать вращение при ветре от 1,4 м/сек, что очень ценно в условиях нашей страны, не отличающейся сильными и ровными ветрами.
Летающий ветрогенератор-крыло
Идея создания такой конструкции опирается на тот факт, что на высоте потоки ветра более активны и имеют большие скорости. Разработчики используют приспособление, напоминающее гигантский воздушный змей, который поднимается на большую высоту и летает по заранее задуманной траектории, вырабатывая электрический ток. Устройство позволяет отказаться от создания высоких мачт, поднимать ветряк на большие высоты и обеспечивать максимально возможные скорости ветра.
Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
Внимание! Большинство необычных разработок до сих пор не запущено в массовое производство. Причиной этого стали относительно невысокие показатели, которые демонстрируют конструкции, и сложности в осуществлении некоторых операций эксплуатационного характера (например, запуск ветряка-крыла).
Мощные генераторы электроэнергии
Мощные ветрогенераторы используются для выработки электроэнергии в промышленных масштабах. Их создание было необходимостью, вызванной полным отсутствием других возможностей. Созданные большие ветряки имеют большую мощность и действуют в составе ветроэнергетических станций (ВЭС).
В них входят десятки таких ветряков, обеспечивающих суммарную выработку 400-500 мВт энергии, что уже сопоставимо с возможностями ГЭС, хотя и не может перекрыть их. Размеры таких ветряков действительно огромны, размах лопастей турбины «Энеркон» составляет 126 м, а высота от земли до оси ротора — 135 м.
Такие габариты вызвали массу домыслов о вреде для здоровья человека, об опасности для пролетающих птиц и прочих небылицах. Использование этих гигантов дает возможность снабжать энергией целые регионы Германии, Дании и прочих государств, расположенных на побережье Атлантики и Балтики.
Возникающие слухи свидетельствуют лишь о неграмотности населения и не имеют ничего общего с реальной ситуацией. Эксплуатация крупных ветрогенераторов была бы попросту невозможной, если бы они имели какое-либо отрицательное воздействие на природу или человека. Европейские законы на этот счет весьма строги и не допускают исключений.
energo.house
Горизонтальные ветрогенераторы разных типов.
Двухлопастные ветрогенераторы В сравнении с ВЭУ с количеством лопастей три и более, двухлопастные имеют те же преимущества, что и однолопастные. Еще одним безусловным достоинством этих ветрогенераторов является уравновешенность ротора при любом угловом положении лопастей, за счет четного их количества. Это их достоинство нашло применение в самоподъемных ветрогенераторах малого и среднего диапазона мощностей. При подъеме с земли или опускании на землю самоподъемных двухлопастных ветрогенераторов, плоскость их ротора, при любом угловом положении лопастей будет стремиться занять горизонтальное положение, что значительно упрощает технологию процесса подъема или опускания этих ВЭУ. Примером самоподъемной двухлопастной ветроустановки является Gev MP, номинальной мощностью 275 кВт, французской фирмы Vergnet S.A. (рисунок 2).
alternativenergy.ru
Виды ветродвигателей —
Дата публикации: 19 ноября 2013
Для начала давайте договоримся, что говоря о ветродвигателях мы имеем в виду ту часть ветро-силовой установки (ВСУ), которая преобразует энергию ветра в энергию вращательного движения. Ветродвигатель приводится в движение ветром, он напрямую или посредством какого-то передающего механизма связан с валом, вращение которого приводит в действие оборудование, выполняющее полезную работу (например, генератор или водяной насос). Часто ветродвигатель называют ротором или ветроколесом.
В этой заметке мы расскажем об основных типах ветродвигателей. Дилетанту, впервые столкнувшемуся с ветроэнергетикой не просто сделать правильный выбор из множества типов таких установок.
Компас выбора
В первую очередь, надо чётко знать, что тебе надо, какую желаемую мощность ожидаешь получить от своей установки, какие погодные условия местности и после всего переходить к детальному знакомству с тем или иным типом ветряка. А различные виды ветрогенераторов выдают совершенно разные результаты своей работы. В данной публикации вы узнаете, какие типы ветрогенераторов существуют на сегодняшний день, и вам нетрудно после знакомства с ними сделать правильный выбор.
Для скромных аппетитов подходящим выбором будет так называемый ортогональный ветрогенератор, который может подойти к применению в той местности, где бывают очень слабые дуновения ветерка. Он имеет несколько параллельных к оси лопастей, расположенных на некотором расстоянии от неё. (см. фото).
Итак, ветрогенераторы по своему виду различаются по:
- количеству лопастей,
- расположению оси вращения к поверхности земли,
- шаговому признаку винта.
По числу лопастей они бывают одно-двух-трёх и многолопастные. Последние начинают своё вращение при малейшем движении воздуха, но применимы лишь для таких целей, где сам факт вращения важен, а не вырабатываемая электроэнергия. То есть, они незаменимы, скажем, при перекачке воды из глубоких колодцев.
По материалам, из чего сделаны лопасти, различают жёсткие и парусные ветрогенераторы. Парусные намного дешевле жёстких, сделанных из стеклопластика, или из металла, но в ходе эксплуатации можно замучиться ремонтировать их.
По расположению оси вращения к поверхности почвы различают горизонтальные ветрогенераторы и вертикальные. Их отличия настолько деликатны, что при разных условиях они меняются местами в своём превосходстве. С вертикальной осью ветряки сразу схватывают малейшие дуновения ветерка, не требуют флюгера, но они менее мощные, чем горизонтальные.
По шаговому признаку винта ветрогенераторы бывают с изменяемым и фиксированным шагом. Изменяемый шаг, бесспорно, даёт возможность увеличить скорость вращения, но какова конструкция! Она сложна, увеличивает вес ветряка, то есть, потребует неисчислимых лишних затрат. Куда более прост и надёжен фиксированный шаг.Таков, вкратце, ваш компас, чтобы не заблудиться в выборе.
Нужно еще привести список некоторых терминов и сокращений, которые будут использованы в дальнейшемю
- КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
- КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
- Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
- Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
- Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
- Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
- Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
- Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
- Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
- Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
- Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
- Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.
Два вида, два соперника
Как уже было отмечено, в продаже пока существуют ветрогенераторы двух видов (по расположению вала вращения к поверхности земли) – горизонтальные и вертикальные. Поговорим вначале о вертикальных.
Ветросиловые установки (ВСУ) с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок.
Ротор Савониуса
На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса.
В начале октября 1924 года русские изобретатели братья Я. А. и А. А. Воронины получили советский патент на поперечную роторную турбину, в следующем году финский промышленник Сигурд Савониус организовал массовое производство подобных турбин. За нам и осталась слава изобретателя этой новинки.
Ротор Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС, это, как минимум, два полуцилиндра на вертикальной оси вращения (см. фото). И какое бы направление ветра не было, как бы резко он не изменял свои порывы, такой ветряк будет спокойно вращаться вокруг своей оси, вырабатывая энергию. Это единственное и главное преимущество вертикального ветряка перед горизонтальным.
А главный его недостаток – низкое использование ветровой энергии. Объясняется это тем, что лопасти-полуцилиндры работают только в четверть оборота, а остальную часть окружности вращения они как бы тормозят своим движением скорость вращения. Расчёты показали, что при этом используется лишь третья часть ветровой энергии.
Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».
Вертикальные ветрогенераторы с ротором Дарье
В 1931 году французский конструктор Жорж Дарье (George Darrieus) предложил свой вариант ротора, который имеет от двух и более плоских лопастей. Он еще проще, чем ВС: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Прост в изготовлении и монтаже, но с малой эффективностью — КИЭВ – до 20%.
Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию. Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.
Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре. Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.
Геликоидный ротор
Ещё один вид ветрогенератора с вертикальной осью вращения – с геликоидным ротором. Он способен равномерно вращаться благодаря закрутке лопастей. Достоинство: уменьшает нагрузку на подшипник и увеличивает срок службы. Но из-за сложной технологии слишком дорогой. (См. рисунок).
И, наконец, существуют ветрогенераторы с многолопастным ротором. Это один из самых эффективных типов из разряда вертикальных ветрогенераторов. (См. рисунок).
Ветрогенераторы с горизонтальной осью
Переходим к описанию горизонтальных ветрогенераторов. По количеству лопастей их разделяют на одно-двух-трёх и многолопастные. Достоинства горизонтальных – более высокий КПД по сравнению со своими вертикальными соперниками. Недостаток: необходимость устройства флюгера для постоянного поиска направления ветра. Кроме того, при повороте к ветру скорость вращения снижается, что уменьшает его КПД.
Главное достоинство однолопастных – высокие обороты вращения. У них вместо второй лопасти установлен противовес, мало влияющий на сопротивляемость движению воздуха, что даёт возможность использовать их для генераторов с высокими оборотами вращения. А это позволяет уменьшить массу и габариты всей установки. (См. рисунок однолопастной ВЭУ).
Двухлопастные ВЭУ мало чем отличаются по мощности с однолопастными и рассматривать их более подробно не имеет смысла.
Трёхлопастные горизонтальные ветряки – самые распространённые на рынках сбыта. Их мощность на выходе может достигать семи мегаватт.
Многолопастные установки с числом лопастей до пяти десятков обладают большой инерцией, за счёт чего при небольших оборотах вращения развивают большой крутящий момент. Такое преимущество позволяет использовать установки для работы водяных насосов, где они и занимают лидирующее положение.
Как курицу превратили в страуса
Кто не в курсе, что ветровые установки используют в качестве дополнительного источника? Все в курсе. Но как всегда, человечеству этого показалось мало, курицу пытаются превратить в страуса и, представьте себе, фигурально выражаясь, такое удаётся. В результате неустанных поисков появились совершенно новые типы ветрогенераторов, которые способны производить электричество…без лопастей. А есть и такие, которые обходятся даже без воздуха и ветра! Сейчас более подробно.
Уже выпущен довольно результативный ветрогенератор, который ловит ветер без лопастей. Такой ветрогенератор действует по принципу парусника (см. фото). «Парус», который скорее смахивает на тарелку, ловит напор воздуха, за счёт чего начинают двигаться поршни, которые находятся сразу за тарелкой, в верхней части установки.
Поршни приводят в действие гидросистему, которая и вырабатывает электричество. Такое сооружение не имеет ни шестерёнок, ни передатчиков и почти не шумит. КПД намного выше, чем у классического ветрогенератора. Кроме всего прочего, расходы при эксплуатации наполовину ниже, чем у привычных установок. Страна рождения такого проекта – Тунис.
Но и этого оказалось мало! В Португалии решили не прибегать к ветровым услугам, а использовать морскую воду. Ведь море постоянно движется, волнуется, иногда штормит, но никогда не останавливается. Налицо кинетическая энергия пропадает даром.
И пять лет тому назад, в нескольких километрах от берега, на воды Атлантического океана была спущена установка, которая даёт более 2 мегаватт электроэнергии, что вполне хватает для освещения более полутора тысяч домов.
Схематическое устройство таково. Сооружение состоит из трёх секций, между которыми находятся поршни. Внутри секций вмонтированы гидродвигатели и генераторы. Принцип работы простой до безобразия. Секции качаются на волнах, которые их изгибают, что приводит в движение гидропоршни. Те давят на масло, оно поступает в гидравлические двигатели и далее движение передаётся на генераторы. Всё, электроэнергия пошла на берег.
Сейчас работает три секции, к ним планируют подсоединить ещё 25 таких конверторов и тогда проектная мощность морской установки увеличится до 20 мегаватт, что даст возможность снабдить током около 15000 домов.
Теперь вы верите в то, что из курицы можно сотворить настоящего страуса!
В.Ильин
Поплавковые электростанции конструируют во всем мире, в том числе и в России:
altenergiya.ru
преимущества, разработки и отличия от вертикальных ветряных генераторов
уже прочитали: 195
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 .
Нынешние 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 , 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:
- горизонтальные
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.
Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
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:
- ротор Дарье
- ортогональный устройства
- гиперболоидные конструкции
- гелиоцентрические ВЭУ и т.д.
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 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.
Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
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.
Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
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 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.
energo.house
О ветрогенераторах для самостоятельного изготовления
Между тем ветрогенераторы давно и полностью изучены, выведены все формулы, расчеты и программы для проектирования ветроустановки от и до. Многие люди пытаясь что-то понять натыкаются на кучу формул и естественно сначала ничего не понимают, поэтому пренебрегают изучением теории и сразу переходят к практике, и только потом начинают разбираться, почему так мало мощности и т.д. А многие и не пытаются что-то изучать, так-как насмотрятся роликов в интернете и думают что все легко и просто.
Но ветрогенератор, не важно какого типа и размеров, это целый комплекс элементов, от параметров которых зависят характеристики законченного ветрогенератора. Конечно самая важная часть ветрогенератора это генератор, от его параметров зависят размеры всех остальных элементов. Для горизотальных ветрогенераторов расчеты правильнее проводить под имеющийся генератор. То-есть уже под имеющийся генератор подгоняется ветроколесо, рама и все остальные элементы. Но и сам генератор нужен более-менее подходящий для ветрогенератора. Для вертикальных ветрогенераторов проще наоборот, сначала рассчитать размеры ротора, и уже после подбирать подходящий генератор по оборотам и мощности.
О лопастях горизонтального ветряка
Для горизонтальных винтов ветрогенераторов есть такое понятие как быстроходность винта. Быстроходность это отношение скорости кончика лопасти к скорости ветра. Обычно трехлопастные винты имеют быстроходность Z5. Чем больше лопастей, тем меньше быстроходность так-как лопасти при вращении попадают в турбулентный поток, созданный впереди идущими лопастями, и тормозятся теряя обороты и мощность.>
Еще один значимый фактор это заполнение ометаемой площади винта лопастями, чем больше лопастей и чем они шире, тем меньше за единицу времени они пропускают через себя ветра. Ветер просто не успевает проваливаться сквозь лопасти и образуется воздушная подушка перед винтом, о которую тормозятся новые порции ветра, из-за этого винт получает уже приостановленный ветер потерявший часть энергии, который частично отражается от воздушной подушки и уходил в сторону. Поэтому КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) много-лопастных ветрогенераторов значительно меньше чем у двух-трехлопастных. Так-же на быстроходность влияет и ширина лопастей, чем они уже, тем меньше их сопротивление потоку воздуха по ходу вращения.
>
Так-же хочу отметить что на мощность абсолютно не влияет количество лопастей. Когда обороты ветроколеса маленькие, то лопасти за единицу времени успевают отнять энергию у меньшего количества ветра и тут мощность можно поднять количеством лопастей, но обороты при этом не поднимутся, а наоборот чем больше лопастей тем меньше будут обороты. Когда лопастей всего две-три, то им ничто не мешает раскручиваться до больших оборотов, и они за единицу времени проходят больший путь и отнимают энергию у большего количества ветра. То-есть например мощность будет одинаковая если три лопасти за секунду сделают 1оборот, или 1лопасть сделает три оборота за секунду. Мощность одинаковая на валу, но обороты в три раза выше у одной лопасти в сравнении с тремя лопастями. Так-же если сравнить например классические 3 лопасти и 6 лопастей, или 12.
>
Так-же на быстроходность влияет и угол установки лопастей относительно набегающего потока ветра. Если говорить по просту, то максимальная тяга лопасти будет при установке лопасти под углом 45градусов. Но это справедливо если лопасть стоит и не вращается. Когда лопасть начинает вращаться, то реальный угол набегания ветра изменяется. Представьте что вы сидите в машине, а на улице идет снег или дождь, ветер дует вам в бок и снежинки бьют в боковое стекло, но как только вы начнете движение ветер будет дуть уже не в бок и снег бивший вам в боковое стекло бьет под углом уже и в лобовое стекло, а если скорость еще увеличить, то снег будет бить уже прямо в лобовое стекло.
Так и с лопастью, когда она вращается, то реальный угол набегания ветра на нее изменяется, и тот угол 45градусов, под который установлена лопасть при движении лопасти изменяется. Если изменяется угол, то изменятся и тяга лопасти, падает мощность, и когда угол между набегающим ветром и углом установки лопасти сравняются, то лопасть больше не сможет набирать обороты и ее мощность упадет до нуля.
Так-же понятно что лопасть по своей длинне имеет разную быстроходность, например если скорость кончика лопасти Z5, то-есть он вращается со скоростью в 5 раз больше скорости ветра, то середина лопасти вращается с в два раза меньшей скоростью, значит быстроходность в середине лопасти равна Z2,5. Это значит что поток ветра набегает на лопасть под разными углами, и чтобы лопасть имела максимальную тягу по всей свей длине, ей нужна правильная крутка.
Если проанализировать ктутку лопастей заводских ветрогенераторов с быстроходностью Z5, то можно увидеть некоторую закономерность, так например кончик лопастей имеет угол около 3-4 градуса, середина лопасти около 12градусов, а у корня угол около 24градуса. Эти углы можно применять для создания самодельных лопастей с хорошим КИЭВ. Но правильнее рассчитывать лопасти конкретно под генератор, чтобы генератор был оптимально нагружен в большом диапазоне оборотов винта. Как известно зависимость мощности ветра от его скорости кубическая, это значит что при увеличении скорости ветра в два раза, мощность ветра увеличится в 8 раз. Поэтому и генератор должен быть с такой-же кривой роста мощности что и винт, чтобы от ветра забирать максимум и при этом не перегрузить винт и не давать винту пойти в разнос при сильном ветре.
Ротор вертикального ветряка
Ротор вертикальных ветрогенераторов типа "Бочка" в отличие от пропеллеров не может иметь быстроходность выше скорости ветра, и быстроходность концов лопастей может быть максимум Z1. Это связано с тем что лопасти здесь проваливаются под давлением, а не выдавливаются ветром как в пропеллере, и следовательно чем быстрей ветер тем быстрей лопасть поворачивает ветром. Но когда ротор имеет максимальную скорость вращения, мощность вся уходит на это вращение. Максимальная мощность будет на валу ротора примерно при вдвое меньшей скорости вращения концов лопастей относительно скорости ветра.Так-же так-как площадь ротора большая, то на нем сразу-же образуется воздушная подушка набегающим ветром, и новые порции ветра набегая тормозятся о нее теряя часть энергии и частично отражаясь от нее в стороны. Именно этот фактор и снижает КИЭВ вертикального ветрогенератора, так-как из-за образования этой воздушной подушки набегающий ветер теряет на ней до трети мощности, особенно на высоких скоростях, плюс сопротивление возвращающихся лопастей добавляет сопротивление и общая мощность очень низкая для вертикальных ветрогенераторов типа "Бочка". Реальный КИЭВ обычно равен 10-20% использования энергии ветра.
Для примера вот небольшой расчет ротора вертикального ветряка.
Например диаметр ротора 1м, значит длинна окружности ротора равна 3,14м, это значит что при скорости 3,14м/с ротор сделает 1оборот. То-есть при ветре 3,14м/с скорость вращения ротора будет 60об/м, но мощность на валу будет близка к нулю. Стоит чуть нагрузить ротор как тут-же присядут обороты. Максимальная мощность будет при примерно вдвое меньшей скорости вращения. Значит на ветре 3,14м/с максимальная мощность ротора будет при 30об/м. Если диаметр ротора 2метра сделать, то максимальная мощность будет при 15об/м на этом ветре. С оборотами я думаю понятно.Теперь посчитаем какую мощность можно снять при этих оборотах. У нас к примеру ротор диаметром 1м и высотой 1м. Площадь ротора значит равна 1м^2. Так-как на роторе образуется воздушная подушка, то не все 100% энергии ветра приходятся на ротор. Этот коэффициент принято брать 0,6. Тогда по известной формуле 0,6*1*3,14*3,14*3,14=18,5 ватт/ч. Ротор получит на ветре 3,14м/с 18,5 ватт/ч, но еще нужно учесть КПД мультипликатора и генератора, другие потери в подшипниках и провалах, тогда смело можно делить мощность на 2 и реально можно увидеть только около 9ватт/ч. На так-как зависимость мощности ветра от скорости кубическая, то при 6,28м/с мощность будет уже не 9ватт/ч, а примерно72ватт/ч.
С ветроколесами я думаю понятно, для понимания расчета ветроколес можно прочитать другие статьи в разделе "Расчеты ВГ". Теперь немного про генераторы. Понятно что кривая мощности генератора должна хотя-бы примерно совпадать с кривой мощности винта. Но генераторов очень много видов и типов и что лучше тут спорный вопрос. Первое что попадается в интернете это дисковый генератор на постоянных магнитах. Его преимущество в том что он легко делается в домашних условиях, не имеет магнитного залипания и лопасти стартуют гораздо раньше чем на традиционные ветрогенераторы с генераторами из ЭТС. Но есть и минусы, первое это то что магнитов надо на генератор в два раза больше, так-как катушки не имеют сердечников. И второе это точный расчет, из-за ошибок в расчете генератор будет мизерной мощности или не тех характеристик что от него требуется.
Но все типы описывать не буду, я уже описал эти моменты в других статьях, поэтому пока все.
e-veterok.ru
Горизонтальный ветрогенератор: преимущества и недостатки
Человечество вот уже много веков использует энергию ветра в своих нуждах. Сегодня простое механическое движение лопастей ветрогенератора способно давать абсолютно бесплатную и, что немаловажно, экологически чистую электроэнергию. Сегодня мы попробуем ответить на вопрос: почему стоит обратить внимание на горизонтальные ветрогенераторы в Одессе, выясним сильные и слабые стороны эксплуатации энергии ветра.
Почему стоит купить именно горизонтальный ветрогенератор?
Ответ лежит на поверхности – горизонтальный ветрогенератор, как тот, что можно найти здесь http://antika.com.ua/vetrogeneratory, имеет собственную мачту, в то время как вертикальные модели, как правило, не имеют собственной матчи, и устанавливаются на высотные здания, конструкции.
Перед тем, как купить горизонтальный ветряк: преимущества и недостатки
Мы хотим быть честными с нашими читателями, именно поэтому собрали все сильные и слабы стороны данного типа альтернативной энергетики, чтобы читатель смог, изучив их, самостоятельно принять окончательное решение.
Преимущества
- Отсутствие производственных отходов и расходного сырья.
- Бесплатный характер, возобновляемый источник. Ветер – восстанавливаемый ресурс, при этом еще и общедоступный: на него не налагаются штрафы, лимиты, ограничивающие использование. Ветер не нужно добывать, выбрасывая в атмосферу тонны вредных веществ.
- Даже при высокой первоначальной стоимости, покупка ветрогенератора имеет гарантированную окупаемость. Это становится возможным, в том числе и по причине того, что в работе ветряка не задействуется ископаемое топливо.
Купить ветрогенератор в Украине: недостатки
Непременно найдутся и те, кому не захочется купить ветрогенератор в Украине по следующим причинам:
- шум от вращающихся лопастей;
- изменение ландшафта видом торчащей матчи электростанции;
- зависимость от силы ветра. Этот минус справедливо считать таковым для мест, где ветер дует непостоянно;
- необходимость выделить под обустройство генератора солидный участок земли.
Выбирайте горизонтальные ветрогенераторы в Одессе по принципу генерации 1 кВт электроэнергии, для которого достаточно скорости ветра в 7 м/с. Чтобы определить данный параметр необходимо провести исследование, основанное на замерах скорости ветра на протяжении всего года.
Все еще сомневаетесь в деталях выбора? В таком случае найдите свой горизонтальный ветрогенератор по этой ссылке — http://antika.com.ua/gorizontal-nie-vetryanie-ielektroctancii. Вам обязательно помогут консультацией, расскажут, как где и при каких обстоятельствах, эксплуатация ветряка даст наиболее позитивные результаты.
styldoma.ru
Преимущества и недостатки ветрогенераторов с вертикальной и горизонтальной осью вращения
Малый ветряных турбин с вертикальной осью отличаются футуристическим дизайном и часто привлекают внимание зрителя. Но все же о фактах, какие технические отличия от обычной ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения?
Для больших ветрогенераторов в мегаваттном класса развивающихся на протяжении десятилетий, преобладает тип конструкции с горизонтальной осью и тремя лопастями.
Для малых ветровых турбин, есть гораздо более широкий диапазон конструкций. Совершенно иной тип конструкции представляют так называемые вертикальные ветровые турбины, вал ротора расположен вертикально к земле. Но каковы технические различия между горизонтальными ветрогенераторами, каковы преимущества и недостатки?
Основным недостатком вертикальных ветровых турбин является их низкой эффективности.Однако растения с вертикальной осью также имеют преимущества, которые объясняются в первую очередь.
Преимущества вертикальных ветровых турбин
Нет необходимо ориентации на ветер:Вертикальные ветряные турбины не должна быть снабжена управления, который поворачивало бы ротор на ветер. Горизонтальные установки имеют обычно флюгер и системы слежения.
Больше подходит для турбулентных ветровых условий:На участках с сильной турбулентностью воздуха системы работают с вертикальной осью зачастую более надежны, чем горизонтальные конструкции. При длительных турбулентных ветровых условиях, ставит под вопрос установку малого ветрогенератора с горизонтальной осью вращения.
Скорость ветра при которой ветрогенератор запускается и производит энергию:
Вертикальная установки уже работает на низких скоростях ветра и способны производить электроэнергии.
Простота в обслуживании:Техническое обслуживание подвижных компонентов, такие как генератор расположены на уровне земли. В горизонтальных сооружений, детали машин находятся в гондоле. Когда мачта не может быть наклонена, нужен подъемник или кран.
Низкая скорость вращения и низкий уровень загрязняющего шума:Вертикальные ветряные турбины тише и поэтому подходят для жилых районов и городов.
Тени и отрицательный визуальный эффект:Растения с горизонтальной осью ротора может вызвать солнце находится низко неприятные тени в вертикальной системы могут быть практически исключены.
Недостатки вертикальной небольших ветровых турбин
Низкая эффективности:Основным недостатком вертикальной небольших ветровых турбин связано с низкой эффективностью. В то время как горизонтальные системы способны забирать у ветра до 50% энергии, значение для вертикального ротора составляет максимум 40%.Горизонтальное часто производят значительно больше энергии, чем вертикальные установки.
Высокие вибрации и нагрузки:Вертикальная установка может вызвать сильные резонансы.
Низкая высота:Роторы, как правило, близко к земле. Ветрогенераторы с Горизонтальная ось расположены на мачты или башнях в более высоких слоях атмосферы.
Проникновение строительство типов
Исследование, проведенное Университетом Касселя и института Фраунгофера для ветроэнергетики и технологии Энергетические системы IWES даже при небольших ветрогенераторы имеет горизонтальный ротор с тремя лопастями в настоящее время является наиболее распространенным. Из в общей сложности 118 видов конструкций рассмотрено 88% горизонтальной оси и 12% вертикальной оси.
Прогноз
Снижение эффективности вертикальной системы не означает, что концепция не в долгосрочной перспективе может утратиться. В фотоэлектрической промышленности технология относительно низкой эффективностью может преобладать в течение длительного времени.Производитель солнечных модулей First Solar может претендовать на лидирующие позиции на рынке, хотя эффективность ее тонкопленочных модулей была значительно ниже, чем у обычных модулей с кремниевых солнечных элементов. Причиной сильные позиции на рынке были существенной экономии издержек производства, так что конкретные инвестиционные расходы и связанные с этим расходы производства электроэнергии более низкие.
В настоящее время большинство малых ветрогенераторов реализованы с горизонтальной осью вращения, поскольку более высокая эффективность будет иметь положительное влияние на экономику. Вертикальная установка может принести свои сильные стороны, чтобы опереться на конкретные достоинства конструкции, такие как низкий уровень шума.
Понравилось это:
Нравится Загрузка...
Похожее
vetrodvig.ru
