Роторные ветрогенераторы: преимущества и недостатки, изготовление и установка своими руками

Содержание

Роторный ветрогенератор своими руками: материалы, особенности сборки и установки

Ветрогенераторы – один из альтернативных способов получения энергии, который широко применяется в регионах с сильными ветровыми потоками, как на суше, так и в прибрежных водах. Чаще всего ветрогенераторы устанавливаются на обособленной территории вдали от жилых домов, так как шум, который возникает при работе ветряков нельзя назвать полезным для человека. Индивидуальные единичные ветрогенераторы не слишком распространены из-за сложности установки и эксплуатации ветрогенератора. Однако находятся потребители, которые устанавливают вблизи своих домов один или два ветрогенератора для выработки электроэнергии.

Альтернативная энергетика для загородного дома и дачи

Конструктивно все ветрогенераторы можно разделить на несколько групп. Наибольшим КПД из всех типов ветрогенераторов обладают ветрогенераторы с горизонтальной осью или роторные ветрогенераторы. Вариант самостоятельного изготовления роторного ветрогенератора рассмотрим в данной статье.

Среди преимуществ роторных ветряков можно выделить их более высокий КПД, по сравнению с классическими ветряками типа «мельница», а также отсутствие зависимости в работе ветрогенератора от направления ветра, т.к. ротор будет вращаться в любом случае. Для сборки ветрогенератора в домашних условиях понадобятся:

1. Три фанерных диска толщиной не менее 10мм и диаметров около 1м. Фанера должна быть влагостойкой. Перед сборкой ветрогенератора фанеру необходимо пропитать олифой или другими средствами с водоотталкивающим эффектом.
2. Четыре лопасти (толщина 3…6мм; размеры 500х1050мм) из пластика или металла (оцинкованная сталь, алюминиевые листы).
3. Алюминиевые уголки 30х30мм и деревянные бруски 40х40мм для соединения конструктивных элементов ветрогенератора.
4. Крепежные винты.
5. Для изготовления ротора необходимы: два тормозных автомобильных диска; медный провод длиной 5м с сечением жилы до 4 кв. мм.; неодимовые магниты 10х30мм (30 шт.).

Как обуздать энергию ветра?

Конструкция ветрогенераторов роторного типа может быть различной. В сети имеется несколько десятков различных конструкций ветрогенераторов, на основе которых можно собрать свой. Большинство самодельных ветрогенераторов имеет мощность до 1кВт при скорости ветра 22…30 м/с. Однако мощность ветрогенератора зависит не только от силы ветра, но и от правильной сборки обмотки ветрогенератора, что без специальных навыков сделать достаточно сложно.

При сборке роторного ветрогенератора стоит учитывать следующие особенности:
- собрав и испытав ветрогенератор всю конструкцию необходимо окрасить, т.к. ветрогенератор будет установлен на улице.
- при испытаниях ветрогенератора не должны быть слышны посторонние шумы. Часто они возникают из-за трения оси и шайбы или отсутствия жесткости в конструкции ветрогенератора.
- для изготовления мачты ветрогенератора лучше всего подойдут металлические трубы или квадратный профиль. Соединять все элементы мачты ветряка лучше всего болтовыми соединениями, т.к. при сварной конструкции в местах сварки из-за постоянной вибрации возможно образование трещин. Болтовые соединения при эксплуатации ветряка необходимо просто подкручивать.

В основе принципа действия любого ветрогенератора лежат аэродинамические законы. Поэтому устанавливать ветрогенератор необходимо в том месте, где скорость ветра будет максимальна.

Лучше всего устанавливать ветрогенератор в так называемом аэродинамическом коридоре, например, между пристройками и домом или между глухим забором и стеной здания, или на возвышенности.

Вертикальный ветрогенератор

Почему вертикальный ветрогенератор именуют вертикальным?

Тот ветряк, который мыслят себе чаще всего и в первую очередь – это ветрогенератор в виде пропеллера. Многие даже не подозревают, что существуют какие-то другие. На самом же деле ветрогенераторы бывают и другого вида. Одни напоминают вращающуюся колонну, другие - цепочную карусель как в парке аттракционов. Только на месте цепочек располагаются вертикально расположенные лопасти. Такие ветрогенераторы называют вертикальными. Почему вертикальными? – Потому, что ось вращающегося генератора смотрит вверх, то есть, расположена вертикально.

В чём состоял замысел вертикального ветрогенератора

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения имеют конструкцию более сложную. Ведь вертикально установленные лопасти нужно удерживать в этом положении, причём надёжно удерживать на расстоянии от оси вращения. Зачем же тогда разрабатывали и внедряли такой агрегат?

Основными идеями, согласно которым создавался ветрогенератор ветрикально осевой, были следующие. Первая в том, что поскольку лопастям вертикалки всё равно с какой стороны на них дует ветер, всю конструкцию не нужно разворачивать к ветру как это делает флюгер. За счёт этого ветряку не нужно подстраиваться под меняющееся направление ветра в ходе которого теряется часть энергии.

Вторая, - тихоходность, а, следовательно, малошумность установки. Поскольку большие обороты здесь недопустимы, шум от вращающихся частей заметно ниже. А значит такой ветряк безо всяких опасений может быть установлен в городе и местах жилой застройки.

Третья идея, - большая устойчивость вертикального ветрогенератора к буревым ветрам. Этому способствует и эффект волчка, затрудняющий отклонение ротора от оси вращения. И то, что лопасти постоянно уходят от ветра. А в заторможенном состоянии плоскость лобового столкновения лопастей с ветром ниже, чем у горизонталки.

Технические особенности роторных ветрогенераторов последних моделей

Прежде всего, отметим, что наибольшее распространение получили и серийно выпускаются роторные ортогональные ветрогенераторы. Его вид представлен на фото.

В новейших моделях установок получили реализацию следующие новшества. В первую очередь, - это трёхярусный ротор. Лопасти такого ротора стали более лёгкими, крепление их более надёжно и распределены они более равномерно по радиусу.

Другим новшеством является каркасное оформление ветряка. Здесь низ и верх ротора имеют опоры. Соответственно его вращение более ровно и сам он надёжнее. Каркас позволяет устанавливать вертикальные ветрогенератор даже без мачты просто на плоскую поверхность или даже землю. А, будучи закреплённым, на подставке он особенно хорош для монтажа на плоской крыше. Также на подставке могут быть закреплены солнечные батареи.

Чтобы точнее выбрать и купить ветрогенератор посетите наш каталог.

крыльчатые ветрогенераторы, карусельные, барабанные и роторные.

Ветрогенераторами называют двигатели, преобразующие энергию ветра в механическую работу. По устройству ветряка и положению его в потоке ветра системы ветродвигателей разделяются на три класса:
1. Крыльчатые ветрогенераторы имеют ветроколесо с тем или иным числом крыльев. Плоскость вращения ветроколеса у крыльчатых ветродвигателей перпендикулярна направлению ветра, следовательно, ось вращения параллельна ветру
(фиг. 5,а). Коэффициент использования энергии ветра этих ветродвигателей достигает ξ= 0,42.
2. Карусельные и роторные ветрогенераторы имеют ветроколесо (ротор) с лопастями, движущимися в направлении ветра; ось вращения ветроколеса занимает вертикальное положение (фиг. 5,б). Коэффициент использования энергии ветра этих ветродвигателей равен от 10 до 18%.
3. Барабанные ветрогенераторы имеют такую же схему ветроколеса, как и роторные, и отличаются от них лишь горизонтальным положением ротора, т. е. ось вращения ветроколеса горизонтальна и расположена перпендикулярно потоку ветра (фиг. 5,г). Коэффициент использования энергии ветра этих ветряков от 6 до 8%.

Фиг. 5. Системы ветродвигателей: а — крыльчатые ветродвигатели; б) — роторные ветрогенераторы; в — карусельные ветрогенераторы; г — барабанные ветрогенераторы.


Так как крыльчатые ветрогенераторы работают значительно эффективнее карусельных и роторных, то в дальнейшем изложении мы будем говорить только о крыльчатых ветродвигателях.
Крыльчатый ветродвигатель состоит из следующих элементов (фиг. 6):
1. Ветряк может иметь от 2 до 24 лопастей. Ветряки с числом лопастей от 2 до 4 называются малолопастными; если у ветроколеса более 4 лопастей, то оно называется многолопастным.
2. Головка ветродвигателя представляет опору, на которой монтируется вал ветроколеса и верхняя передача (редуктор).
3. Хвост крепится к головке и поворачивает ее около вертикальной оси, устанавливая ветроколесо на ветер.
4. Башня ветродвигателя служит для выноса ветроколеса выше препятствий, нарушающих течение воздушного потока. Маломощные ветродвигатели, работающие на генератор, обычно монтируются на столбе или трубе с растяжками.
5. У основания башни вертикальный вал приключается к нижней передаче (редуктору), которая передает движение рабочим машинам.
6. Регулирование оборотов ветроколеса представляет приспособление или механизм, с ограничивающий обороты ветроколеса с увеличением скорости ветра.

Ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью Статьи о ветряных установках

« Назад

Классификация установок с приводом от ветра

Классификация типов ветрогенераторов начинается с положения их оси:

  1. Установки с горизонтальной осью или горизонтальные. Высокая скорость вращения обеспечивает достаточно высокий к.п.д. Большинство энергетических генераторов строят по этой схеме.

    Бывают несколько разновидностей. Все используют лопасти с поперечным профилем, аналогичным профилю крыла.

    • Однолопастные – вместо второй лопасти установлен небольшой обтекаемый противовес. Могут развивать высокую скорость и за счет этого уменьшить вес и габариты установки.
    • Двухлопастные – от предыдущих почти не отличаются.
    • Трехлопастные – подавляющее большинство промышленных мощных установок. Мощность может достигать 5 – 8 МВт.
    • Многолопастные – до 50 лопастей. Тихоходные, с большой силой вращения. В ХХ веке использовались для водяных насосов.

    Установки требуют флюгерный механизм. На сильном ветре нужно торможение или флюгирование лопасти, т. е. ее поворота для уменьшения скорости.

  2. С вертикальной осью, т. е. вертикальные ветрогенераторы.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Вращение начинается при малейшем движении ветра. Его направление не имеет значения.

Наиболее известные конструкции ветрогенераторов с вертикальной осью вращения:

  1. С роторами Савониуса. Роторы по горизонтали имеют S-образную форму. Характеризуются небольшой скоростью и большим моментом. Бывают двух- и многолопастные конструкции.Разновидностью является щелевой ротор Савониуса, в котором между лопастями в зоне оси механизма имеется щелевой зазор, который увеличивает эффективность вращения.
  2. С ротором Дарье. Несколько узких лопастей полукруглой или треугольной формы с профилем крыла. Малый момент в начале движения компенсируется большой скоростью. Удельная мощность по отношению к массе достаточно велика.
  3. С ротором на эффекте Магнуса. Подъемная сила возникает при вращении цилиндра. Разновидностями являются роторы Флетшера и Мадараса. При обтекании цилиндра потоком воздуха и его вращении возникает сила, перпендикулярная направлению потока.
  4. Ортогональные ветродвигатели или малые ветрогенераторы. Несколько лопастей параллельных оси установки, размещенных на небольшом расстоянии от оси. Эффективность снижается движением лопастей против ветра на нерабочей части. Число лопаток – от трех до десятка.
  5. Многолопастные роторные ветрогенераторы с направляющим аппаратом. Снаружи установлено несколько неподвижных поворачивающихся плоскостей, направляющих поток воздуха на вращающиеся лопасти. Поток воздуха подается под самым оптимальным углом, повышая энергоэффективность устройства.

 

Ветрогенератор 30 кВт– Aeolos Ветряк 30 кВт, Роторные ветрогенераторы

30 КВт Ветрогенератор

Применение 30 кВт Ветрогенератора

30 кВт ветрогенератор Aeolos-H - это модель с трехфазным генератором прямого привода, без редуктора или мультипликатора. Он более надежен и производителен, чем ветрогенераторы оснащенные асинхронным генератором с редуктором или мультипликатором. Автоматическое управление 30 кВт ветрогенератором Aeolos-H осуществляется котроллером ПЛК с сенсорным экраном. Конструкция данного ветрогенератора обеспечивает тройную эксплуатационную безопасность. Предусмотрена возможность подключения дистанционной системы управления. Доступ к панели управления осуществляется через интернет из любой точки мира.

30 кВт ветрогенератор в автономном режиме используется совместно с аккумуляторной станцией для электроснабжения, крупных фермерских хозяйств, поселков, школ и небольших предприятий. В режиме подключения в сеть 30 кВт ветрогенератор часто становится инвестиционным инструментом в коммерческих проектах энергогенерации в странах с ветреной погодой, таких как Италия, Греция, Испания, Великобритания, Франция, Австралия, Германия и США. Гондола ветрогенератора может быть установлена на гидравлическую мачту Aeolos высотой 18 - 24 метра. В случае ее использования расходы на установку и обслуживание снижаются, а также обеспечивается сохранность ветрогенератора при ветрах штормовой силы .

Подробнее о моделях Ветрогенераторов с Горизонтальной Осью Вращения Ветроколеса

Техническая Характеристика

Номинальная Мощность 30 кВт
Максимальная Мощность 35 кВт
Генератор Безредукторный Магнитоэлектрический Генератор Постоянного Тока
Количество Лопастей 3 Лопасти из Стекловолокна
Диаметр Ветроколеса
15. 6 m (51.2 ft)
Стартовая Скорость Ветра 2.5 m/s (5.6 mph)
Номинальная Скорость Ветра 9.0 m/s (20.1 mph)
Максимальная Рабочая Скорость Ветра 59.5 m/s (133.1 mph)
Контроллер ПЛК с сенсорным экраном
Система Безопасности Контроль Привода Опорно-Поворотного Устройства, Электронный Тормоз, Гидравлический Тормоз
Вес Турбины 3480 кг (7672.1 lbs)
Уровень Шума 55 дБа при скорости ветра 7м/c
Диапазон рабочих температур от -20°C до +50°C
Проектный срок службы 20 лет
Гарантия Стандартная на 5 лет

Преимущества Ветрогенераторов Aeolos

• Надежность Конструкции
• Тройная Система Защиты от Возможных Сбоев
• Высокий КПД
• Конкурентоспособная Цена
• Комплексный Подход
• Стандартная Гарантия на 5 лет

Для уточнения цены и получения брошюры по 30000 Вт ветрогенератору вышлите нам запрос по адресу: [email protected] com

Ветрогенераторы бытовые

Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.

Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от постоянного тока, поэтому за аккумуляторами ставится другое инвертор для преобразования в переменный ток. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).  Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.

Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру. В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.

Существует две разновидности ветрогенераторов:

  • С горизонтальным расположением ротора.
  • С вертикальным ротором.

Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).

Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).

К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов. Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.

Роторные колеса вертикальных ветряков

Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов. 

Как рассчитать и подобрать ветрогенератор?

Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем. Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.

Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряную электростанцию ставить нет смысла. 

Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора. 

Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт. При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.

Ветрогенератор роторный, горизонтальный, вертикальный, инструкции, видео, отзывы

Filter products by params

Ветрогенераторы - это установки, которые служат для преобразования кинетической энергии потока ветра, в энергию механического вращения и дальнейшую трансформацию этой энергии, в электрическую.
По своему предназначению, ветрогенераторы разделяются на две категории: промышленные и дамашние (бытовые). Промышленные ветрогенераторы объединяют в целые комплексы, в результате получая ветрянную электростанцию, такие комплексы могут позволить себе только государственные програмы либо крупне энергетические корпорации. Основное приемущество ветрогенераторных электростанций — полное отсутствие сырья и отходов. Единственный необходимый ресурс для ветрогенераторов — высокий уровень ветренности.
Существуют два основных типу :
- Ветрогенераторы роторного типу - с вертикальной осью вращения
- Ветрогенераторы крыльчатые - с горизонтально росположеной крыльчаткой
Теперь про преимущества и недостатки разных типов ветрогенераторов:
Высокая популярность горизонтальных крильчатых ветрогенераторов обусловлена их высокой продуктивностю. Практически все лопастные ветряки могут достигать коэффициента использования энергии ветра почти в 30 %. А самые современные роторные ветрогенераторы, достигают не болие 20 %.
К бытовым ветрогенераторам относятся энергоустановки до 100 кВт мощности. Ветрогенераторы мощностью менее 1 кВт относятся к домашним прибороам, их часто устанавливают в часных домах, фермах, яхтах.
Как правило, бытовые ветрогенераторы состоят из:
1.Лопастей или ротора
2.Генератор
3.Основания (мачта с ростяжкой или каркас)
4.Аккомуляторы
5.Контроллер заряда аккумуляторов
6.Инвертор
Некоторые бытовые ветрогенераторы могут работать автономно, без подключения к электросети.
Также существуют ветрогенераторы с модулем постоянного тока- специально для работы с солнечными батареями и может быть частью домашней системы электропитания.
принято считать, что применение бытовых ветрогенераторов малоэффективно из-за:
-Высокой стоимости преобразовательного в 220В инвертора
-Высокой стоимости накопительных аккумуляторов
Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.
Наиболее экономически еффективно, на сегоднешний день, является получение с помощью ветрогенераторов не не просто электрической энергии, а постоянного тока переменной частоты, с подальшей трансформацией его с помощью ТЭНов в полезное тепло, для нагрева системы отопления или водоснабжения.

Отопительная система на базе ветрогенератора имеет несколько преимуществ:
- Отопление является самой затратной частью в содержании любого дома .
- Система управления ветрогенератором кардинально упрощается.
- В качестве аккумулятора энергии используется косвенный бойлер для отопления или ГВС.
- отопление не так требовательно к качеству и бесперебойности, температурный режим может поддерживатся в широком диапазоне без ущерба для потребителей.
Рынок домашних ветрогенераторов активно развивается, и за небольшую сумму уже сейчас можно приобрести современный ветрогенератор для обеспечения энергонезависимости вашого дома на долгие годы. Обычно для небольшого дома вполне достаточно ветрогенератора мощностью 1 кВт, при средней скорости ветра 7 м/с. Если местность не ветреная, ветрогенератор можно дополнить фотоэлектрическими солнечными батареями.

Эта миниатюрная ветряная турбина может привести в действие ваш дом на легком ветру

Когда вы впервые видите ветряную турбину Nemoi, вы можете вообще не понимать, что это турбина. Немой - это бело-серебристая металлическая структура размером с садовый кустарник, с тремя вертикальными лопастями, которые вращаются вокруг центральной оси подобно карусели. Вращение происходит постоянно, но совершенно бесшумно, и оно не выглядит достаточно быстрым, чтобы генерировать много энергии.

Но внешность обманчива. По словам ее создателя, генерального директора Semtive Energy Игнасио Хуареса, турбина Nemoi может приводить в действие дом из четырех человек при скорости ветра всего 10-13 миль в час.Он также на 95 процентов изготовлен из перерабатываемого алюминия, может быть быстро собран одним человеком и производится на месте.

Semtive Energy / Flickr

Nemoi был создан энергетическим стартапом Semtive в очень сжатые сроки - среднесрочный прогноз Международного энергетического агентства по возобновляемым источникам энергии на 2016 год предсказывает, что к 2021 году 60 процентов мировой энергии будет поступать из возобновляемых источников, а в ближайшее время , ветряные турбины будут увеличиваться со скоростью 2,5 каждый час.

Однако для того, чтобы возобновляемые источники энергии получили широкое распространение, они должны быть более доступными.Это уже начало происходить с солнечными батареями, о чем свидетельствуют панели, которые вы можете видеть на крышах соседей. Ветер так же силен, как и солнечный свет, но его сложнее адаптировать в местном масштабе, и это часть проблемы, которую пытаются решить создатели Nemoi.

Во время посещения офиса Semtive в Маунтин-Вью Хуарес рассказал мне о своей мотивации к созданию Nemoi и своем видении децентрализованной экологически чистой энергии, генерируемой пользователями.

Меньше, ближе, проще

«Мы начали задаваться вопросом, почему нет ветряных турбин на каждой крыше, и мы начали думать о том, как решить проблемы с существующими турбинами», - сказал он.Он объяснил, что для обычных турбин требуется высокая скорость ветра, к тому же они большие, тяжелые и их сложно устанавливать и обслуживать.

Модель

GE мощностью 1,5 МВт, например, имеет лопасти длиной 116 футов, что делает диаметр вращающихся лопастей шире, чем размах крыльев Boeing 747. Вы не можете просто шлепнуть один из таких лопастей в центре вашего типичного города или города.

Вот почему мы видим ветряные электростанции, простирающиеся на бескрайних полях в глуши. И хотя эти массивные турбины с горизонтальной осью очень эффективны, вырабатываемую ими энергию все же необходимо транспортировать обратно к конечным пользователям.

«Вы теряете до 40 процентов этой энергии от точки ее выработки до точки использования, потому что вам необходимо транспортировать ее, хранить и преобразовывать», - сказал Хуарес. «Решение состоит в том, чтобы производить энергию там, где вы собираетесь ее потреблять».

И это то, что делают турбины Nemoi. После установки и подключения они сразу же начинают подавать питание в сеть, а также могут работать в автономном режиме. Цель состоит в том, чтобы каждая турбина производила то же количество энергии, которое использует ее владелец, или больше.

«Идея состоит в том, чтобы дома становились умнее, чтобы люди производили то, что им нужно, в своих собственных домах», - сказал Хуарес.

Менеджер по маркетингу

София Гарсия Энсизо добавила: «Мы хотим мотивировать людей становиться« просьюмерами », производителями и потребителями - вы производите собственную энергию, а затем потребляете ее».

Достоинства вертикальных

Турбины, которые мы привыкли видеть, имеют горизонтальные оси; как у ветряных мельниц, их лопасти вращаются параллельно и перпендикулярно земле.Как отмечалось выше, эти турбины стали огромными, потому что чем больше, тем лучше эффективность. Несмотря на потери энергии при транспортировке и преобразовании, большие турбины все же того стоят.

Но есть предел тому, насколько большими могут быть турбины с горизонтальной осью, и как только мы достигнем этого предела, нам понадобится другое решение. Доктор Маурицио Коллу из Центра оффшорных возобновляемых источников энергии Университета Крэнфилд считает, что ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) - это ответ.

«Турбины с вертикальной осью… испытывают постоянную силу тяжести, всегда в одном и том же направлении», - писал он. «Без напряжения, связанного с удержанием 80-метровых металлических лезвий за один конец, VAWT потенциально могут стать намного больше».

Поскольку их вращение не занимает столько места, как турбины с горизонтальной осью, добавляет он, вертикальные турбины могут быть размещены ближе друг к другу в ветряной электростанции, что означает, что в данном районе можно вырабатывать больше электроэнергии.

Добавьте больше турбин на данную квадратную площадь и меньше ветра, необходимого, чтобы они продолжали вращаться, и вы получите более дешевую электроэнергию. В Nemoi компания Semtive взяла эту концепцию и сделала ее доступной для небольших предприятий.«Мы рассматриваем это как шаг к демократизации энергетики», - сказал Хуарес.

Ветры перемен

Хуарес и Гарсиа Энсисо из Аргентины, и в соответствии с их менталитетом местного населения первым крупным заказчиком Nemoi было правительство Буэнос-Айреса. Город установил зарядные станции на солнечной и ветровой энергии на станциях метро, ​​в общественных парках и других муниципальных районах, а также прикрепил панели и турбины к уличным фонарям.

Semtive Energy / Flickr

С тех пор компания Semtive расширила свою клиентскую базу, включив в нее дистрибьюторов, коммунальные предприятия и конечных пользователей.«Клиенты на уровне конечных пользователей используют ветер в дополнение к солнечной энергии или в качестве альтернативы установке солнечных панелей», - сказал Хуарес.

Рекомендованная производителем розничная цена на турбины составляет 4695 долларов. Это немалая сумма для большинства домовладельцев, но государственные субсидии и программы стимулирования становятся все более распространенными, поскольку штаты и города поощряют своих жителей к тому, чтобы их жители становились экологичными.

При средней стоимости для конечного пользователя в пять центов за киловатт-час, по оценке Хуарес, владельцы Nemoi получают полную окупаемость своих инвестиций уже через два года владения - если они получили скидку и живут в ветреной местности - или семь самое долгое время, без скидки и в районах со слабым ветром.По его оценкам, стоимость установки солнечных панелей для выработки эквивалентной энергии составляет около 20 000 долларов.

Учитывая наши растущие потребности в энергии, преимущества технологии турбин с вертикальной осью, а также движение к возобновляемым источникам энергии, основанное на затратах и ​​заботе о защите окружающей среды, компании Semtive предстоит немало усилий.

Тем не менее, несмотря на четыре года и бесчисленное количество итераций, в результате которых дизайн Nemoi был идеальным, Хуарес и Гарсия Энсизо осознают, что их проблемы роста еще не закончились. Правительственные постановления и энергетическая политика в настоящее время накладывают некоторые серьезные ограничения.В Аргентине, например, конечным пользователям пока не разрешено кормить сетку.

Изменение структуры затрат и прибылей, которое произойдет с децентрализацией энергии, ставшей возможным благодаря технологиям, подобным Semtive, будет непросто для коммунальных предприятий, правительств и предпринимателей. В конце концов, однако, трудно ошибиться, выбрав одновременно дешевые и экологически чистые источники энергии.

«Правительства осознают, что им необходимо начать разработку возобновляемых источников энергии», - сказал Гарсия Энсизо. «Таким образом, их политика начинает меняться.”

Кредит изображения: Semtive Energy / Flickr

Ветроэнергетика: ветряные турбины с вертикальной осью лучше?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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


Первоначально опубликовано: февраль / март 2008 г.

Ветровые турбины с вертикальной осью Преимущества и недостатки

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

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

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

Преимущества VAWT

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

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

К другим преимуществам относятся:

  • Безопасность рабочих: обслуживающему персоналу не нужно подниматься так высоко, чтобы добраться до частей башни. Мало того, что VAWT короче. У них также есть основные компоненты, расположенные ближе к земле. Обслуживание генераторов, редукторов и большинства механических и электрических частей конструкции не требует масштабирования башни, поскольку они не установлены сверху. Подъемное оборудование и альпинистское снаряжение тоже не нужны.

  • Масштабируемость: конструкция может быть уменьшена до небольших размеров, даже таких, как та, которая уместится на городской крыше.В городах может не хватить места для всех технологий возобновляемой энергии, но вертикальные турбины представляют собой жизнеспособную альтернативу углеводородным источникам энергии.

Кроме того, VAWT:

  • Дешевле в производстве, чем турбины с горизонтальной осью.

  • Более простой в установке по сравнению с другими типами ветряных турбин.

  • Можно переносить из одного места в другое.

  • Оснащен ножами с малой скоростью вращения, что снижает риск для людей и птиц.

  • Работает в экстремальных погодных условиях, с переменным ветром и даже в горных условиях.

  • Допустимо там, где запрещены более высокие конструкции.

  • Работают тише, поэтому они не беспокоят людей в жилых районах.

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

Основные преимущества перед горизонтальными турбинами

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

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

Недостатки VAWT

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

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

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

Вертикально или нет

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

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

Ветряная турбина с вертикальной осью - обзор

Ветряная турбина с горизонтальной осью

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

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

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

Ротор установлен на одном конце приводного вала, другой конец которого соединен с генератором.Между этими двумя элементами может быть редуктор, чтобы согласовать скорость вращения ротора, которая обычно очень низкая по стандартам генераторов, со скоростью вращения, необходимой генератору для выработки переменного тока и напряжения на частоте сети. Основные компоненты привода ветряной турбины с горизонтальной осью показаны на Рисунке 3. 3. Эта трансмиссия может иметь самые разные вариации, поскольку конструкторы пытаются создавать более эффективные и надежные ветряные машины. Они могут включать в себя полное исключение коробки передач, чтобы ротор приводил в действие генератор напрямую, и использование некоторого вида генератора с регулируемой скоростью, который может извлекать оптимальное количество энергии из ветра независимо от скорости ветра.В ранних ветряных турбинах в качестве генераторов использовались модифицированные электродвигатели. Они не могли поддерживать частоту сети сами по себе и требовали, чтобы сеть контролировала скорость, с которой они поворачивались. Однако современные турбины должны поддерживать частоту сети независимо от сети.

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

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

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

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

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

Таблица 3.1. Средний размер ветряной турбины

Год Средний размер ветровой турбины (кВт)
1984 30
1989 150
1800

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

Ветряная турбина с горизонтальной осью - обзор

2.05.4.1 Ветряная турбина с горизонтальной осью

У HAWT ось вращения горизонтальна к земле и почти параллельна ветровому потоку. Большинство современных коммерческих ветряных турбин относятся к категории HAWT (, рис. 18, ).

Рис. 18. Морская ветряная электростанция с трехлопастными ветряными турбинами с горизонтальной осью.

Получено 1 ноября 2011 г. с http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine, © Hans Hillewaert, http: // creativecommons.org / licenses / by-sa / 3.0 /

Конструктивные особенности типичного HAWT показаны на Рис. 19 . HAWT работают преимущественно по лифтовому принципу. Когда поток ветра взаимодействует с лопастями ротора, создается подъемная сила, как объяснено в предыдущем разделе, заставляя ротор вращаться. Скорость вращения зависит от конструктивных особенностей и размера ротора. Для типичной турбины MW это может быть всего 16 об / мин [5]. Низкооборотный главный вал передает это вращение на высокоскоростной вал через коробку передач (есть также турбины с прямым приводом, у которых нет коробки передач в линии передачи). Скорость увеличивается за счет зубчатых передач, чтобы соответствовать требованиям к более высокой скорости генератора. Затем генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Между ними имеется ряд систем управления для выравнивания по рысканью, регулирования мощности и безопасности. Подробное описание этих систем и их принципов работы включено в последующие главы.

Рисунок 19. Разрез HAWT.

Количество лопастей ротора в HAWT варьируется в зависимости от области применения, в которой они используются, и ветровых режимов, в которых они должны работать.По количеству лопастей роторы HAWT можно разделить на одно-, двухлопастные, трехлопастные и многолопастные. Некоторые из этих классификаций показаны на Рисунок 20 .

Рис. 20. Однолопастные (а), двухлопастные (б) и многолопастные (в) турбины.

Получено 1 ноября 2011 г. с сайта http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbines_design. Источник: (а) Витерна, (б) НАСА и (в) Томас Конлон, Iron Man Windmill Co. Ltd., http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.

Основным преимуществом однолопастного ротора является экономия материалов, из которых изготовлены лопасти, что делает их сравнительно более дешевыми.Следует отметить, что на ротор приходится 20–30% стоимости современной ветряной турбины. Более того, поскольку площадь лопасти, подверженная потоку, будет минимальной для однолопастных конструкций, потери сопротивления на поверхности лопасти также будут ниже. Однолопастные конструкции не очень популярны из-за проблем с балансировкой и визуальной приемлемостью. Двухлопастные роторы тоже имеют эти недостатки, но в меньшей степени. Большинство современных ветряных турбин, используемых для производства электроэнергии, имеют трехлопастные роторы.Схема нагрузки для этих роторов относительно однородна, и они визуально более приемлемы.

Также доступны ветряные турбины с большим количеством лопастей ротора (скажем, 6, 8, 12, 18 или даже больше), которые обычно используются для определенных применений, таких как перекачка воды. Например, ветровая водонасосная система с поршневыми насосами требует высокого пускового момента для преодоления начальной нагрузки, создаваемой водяным столбом на поршень. Для таких систем требуемый пусковой крутящий момент в 3–4 раза выше требуемого рабочего крутящего момента [13].Поскольку пусковой крутящий момент увеличивается с увеличением прочности (соотношение между фактической площадью лопастей и рабочей площадью ротора), для таких применений предпочтительны роторы с большим количеством лопастей (высокая прочность). Однако роторы с высокой прочностью работают с низким передаточным числом концевых скоростей и, следовательно, не рекомендуются для использования в ветроэлектрических генераторах. Точно так же их эффективность также будет ниже, поскольку аэродинамические потери увеличиваются с увеличением прочности.

Кроме того, HAWT может иметь роторы с противотоком или с подветренной стороны. Ротор турбины, установленной против ветра, закреплен перед агрегатом, прямо напротив набегающего потока ветра (, рис. 21, ).В отличие от них, роторы турбин с подветренной стороны расположены на задней стороне, так что гондола должна быть обращена к ветру в первую очередь. Основным преимуществом роторов, установленных против ветра, является то, что они не страдают от эффекта тени башни. Однако роторы с наветренной стороны должны быть размещены на некотором расстоянии от башни, и необходим механизм рыскания, чтобы ротор всегда был обращен к ветру. С другой стороны, машины с подветренной стороны более гибкие и могут не требовать механизма рыскания. Это делает эти конструкции относительно дешевле.Но поскольку роторы размещены с подветренной стороны башни (см. , рис. 21, ), на лопасти может возникать неравномерная нагрузка, когда они проходят через тень башни.

Рисунок 21. Турбины против ветра и ветра.

Существует несколько аэродинамических теорий для определения характеристик HAWT. Некоторые из основных теорий - это теория осевого импульса, теория лопаточного элемента и теория импульса лопаточного элемента (BEM). Наиболее широко применяемый аэродинамический анализ HAWT основан на теории BEM.Подробное обсуждение этих теорий представлено в соответствующей главе этого тома.

HAWT имеют следующие явные преимущества:

Это наиболее стабильная и коммерчески приемлемая конструкция. Сегодня большинство крупных коммерческих ветряных турбин, интегрированных в сеть, работают на трехлопастной конструкции с горизонтальной осью.

Они имеют относительно более низкую скорость ветра при включении и более высокий коэффициент мощности, что приводит к более высокой эффективности системы и выходу энергии.

Существуют возможности использования более высоких башен для использования лучшего ветрового потенциала, доступного на больших высотах. Это будет явным преимуществом на участках с сильным сдвигом ветра, где скорость на более высоких уровнях может быть значительно выше.

Имеется больший контроль над углом атаки, который можно оптимизировать за счет переменного наклона лопастей. Это приводит к лучшей производительности системы при колебаниях ветровых режимов.

Закрутка легко осуществляется поворотом ротора в сторону от ветра.

Однако HAWT также имеют некоторые присущие им недостатки:

HAWT требуют приводов рыскания (или хвостового механизма в случае небольших турбин) для ориентации турбины по направлению ветра.

Тяжелые агрегаты генератора и редуктора должны быть размещены над высокой башней, для чего требуется более прочная опора.Это делает HAWT более сложными и дорогими.

Более высокие башни делают установку и обслуживание более сложными и дорогостоящими.

Опять же, более высокая высота мачты может сделать HAWT видимым даже с больших расстояний, что может усугубить проблемы, связанные с визуальным воздействием ветряных электростанций.

Новая ветряная турбина вырабатывает электроэнергию без вращающихся лопастей

Эта новая ветряная турбина элегантно раскачивается на ветру, вырабатывая электричество без вращающихся лопастей. «Похоже на спаржу», - говорит Дэвид Суриол, один из основателей.

Испанская компания Vortex Bladeless создала ветряную турбину, в которой используются вихри, возникающие при движении ветра вокруг препятствия.

Если вы поместите какой-либо объект на пути ветра, он создаст волнообразный вихрь позади барьера. Это проблема, которая мучила инженеров на протяжении многих лет: мосты рушились из-за вихрей ветра.

Инженеры

Vortex Bladeless разработали свою турбину, чтобы использовать преимущества этого вихря.Тонкая коническая турбина сделана из углеродного волокна и стекловолокна, а двигатель расположен внизу, а не вверху (как у традиционных турбин) для повышения прочности. Конструкция обеспечивает синхронное вращение вихря ветра по всему конусу. «Вихри должны работать вместе, чтобы добиться хороших результатов», - объясняет Вильярреал. В основании конуса также есть кольцо из магнитов, которое ускоряет вращение независимо от скорости ветра.

Новая конструкция Vortex имеет много преимуществ: она дешевле в производстве, чем современные турбины с вертушками.Цены на техническое обслуживание также ниже, потому что отсутствует трение от механически движущихся частей (например, лопаток на традиционной турбине), что снижает потребность в смазке и замене болтов. Он абсолютно бесшумный, и птицы могут безопасно летать вокруг них (хотя еще не объявлено, защищена ли турбина от гнезд).

Однако новая ветроэнергетика всегда вызывает некоторый скептицизм: большинство ветроуборочных технологий работают только на небольшую часть своей наиболее эффективной производительности. Ветряным турбинам нужен плавный ламинарный поток воздуха; такие, которые вы действительно можете найти только на высоте около 100 метров (328 футов) над землей.Ветер, который мы знаем и который мы любим ненавидеть, бурный, беспорядочный и, как правило, не годится для ветряных турбин. Vortex утверждает, что их ветряная турбина может адаптироваться к любой скорости ветра с помощью магнитов в ее ядре; однако подробностей того, как это работает на самом деле, очень трудно найти.

Устройство Vortex было смоделировано с помощью вычислений, протестировано в аэродинамической трубе, и есть открытые прототипы, но подробностей об испытаниях, проведенных компанией или независимыми лабораториями, в настоящее время недостаточно.Кроме того, это не первая ветряная турбина, использующая колебательные технологии. Исследователи 80-х годов обнаружили, что вихревые колебания были слишком случайными для надежного производства электроэнергии, а скорость колебаний оказывала большое давление на конструкцию и вызывала ее неожиданный выход из строя.

В прошлом эта идея не имела особого успеха, поэтому будет интересно посмотреть, как Vortex Bladeless решает эти проблемы. Хотя это изобретение еще не может произвести революцию в возобновляемых источниках энергии Земли, все же интересно наблюдать за тем, что создают дизайнеры.

Поворотный энкодер

для ветряных турбин: управление азимутом и тангажем Поворотный энкодер

для ветряных турбин: управление азимутом и шагом ПОЗИТАЛЬНЫЙ

Неверный адрес электронной почты или пароль. Пожалуйста, попробуйте еще раз.

Posital

В ветряных турбинах необходимо эффективно решать несколько задач измерения и позиционирования: помимо обеспечения того, чтобы приводы азимута могли удерживать гондолу направленной против ветра, необходимо контролировать и постоянно регулировать угол наклона лопастей ротора. система регулировки высоты тона.Кроме того, регулирование скорости может оказаться сложной задачей в сложных условиях окружающей среды. POSITAL предлагает обширный универсальный ассортимент точных и надежных датчиков, которые могут выдерживать экстремальные условия окружающей среды.

POSITAL абсолютные энкодеры всегда обеспечивает надежное позиционирование. Их превосходная точность позиционирования также помогает повысить экономическую эффективность. Абсолютные энкодеры доступны с широким спектром интерфейсов Fieldbus, Ethernet и последовательных интерфейсов, а также с множеством различных механических моделей, что позволяет легко интегрировать их в машины и установки.

Между тем, инкрементальные энкодеры , которые отправляют серию импульсных сигналов со скоростью, прямо пропорциональной скорости вращения, идеально подходят для систем управления скоростью. Инкрементальные поворотные энкодеры отличаются уникальным сочетанием высокой производительности и высокой прочности. Они доступны в большом количестве и имеют программный интерфейс для максимальной универсальности.

Приложения

Надежный контроль шага

Магнитные абсолютные энкодеры IXARC используются для точного определения углов лопастей для системы управления шагом.Ключевым требованием здесь является высокий уровень защиты окружающей среды, поскольку экстремальные условия преобладают, особенно в парках морских ветроэнергетических установок. Абсолютные энкодеры POSITAL с прочными корпусами со степенью защиты IP69K, устойчивыми к воздействию соленой пыли и допустимой нагрузкой на вал до 300 Н, идеально подходят для этих тяжелых условий. Основанные на инновационной магнитной технологии, исключающей необходимость в шестернях или батареях, энкодеры очень компактны и легко устанавливаются в ограниченном пространстве.

Абсолютные магнитные энкодеры IXARC

  • Разрешение до 30 бит (16 бит на оборот)
  • Долговечность в суровых условиях
  • Компактный и прочный корпус из нержавеющей стали
  • Выдерживает нагрузки на вал до 300 Н
  • До IP69K Класс защиты окружающей среды

Поиск продукции

Durable Speed ​​Control System

Магнитные инкрементальные энкодеры IXARC могут обеспечить впечатляющее сочетание точности и долговечности для систем управления скоростью ветряных турбин.Доступны надежные инкрементальные энкодеры POSITAL с классом защиты от воздействия окружающей среды до IP69K. Их можно запрограммировать на выдачу до 16 384 импульсов на оборот, с выбором интерфейса связи Push-Pull (HTL) или RS422 (TTL). Параметры разрешения и интерфейса могут быть установлены быстро и легко с помощью инструмента программирования POSITALs UBIFAST. .

Инкрементальные магнитные энкодеры IXARC

  • Прочная, надежная технология магнитных датчиков
  • Компактная конструкция, дополнительный корпус из нержавеющей стали
  • Простота программирования с помощью инструмента конфигурации UBIFAST
  • Настройка PPR для вашего приложения
  • Программируемый выходной драйвер TTL)

Поиск продукта

Точная обратная связь по азимуту

Абсолютные многооборотные энкодеры IXARC с общим разрешением 30 бит используются для измерения абсолютного положения для систем управления азимутом, которые регулируют ориентацию гондолы в ответ на изменение направления ветра.В дополнение к высокому разрешению для таких приложений также требуются датчики, которые могут выдерживать механические нагрузки, которые могут возникать, когда конструкция гондолы подвергается воздействию сильного ветра. Надежные, проверенные временем кодеры обеспечивают лучшую надежность и безопасность эксплуатации, что помогает пользователям сократить время простоя и связанные с этим расходы.

IXARC Оптические датчики угла поворота

  • Разрешение до 16 бит
  • Рабочая температура от -40 ° C до + 85 ° C
  • Все стандартные интерфейсы Fieldbus и Ethernet
  • Разнообразие механических конструкций
  • Класс защиты до IP67

Поиск продуктов

скачать
Хотите узнать больше?
Контакт

Найдите ПОЗИТАЛЬНОГО партнера в вашем регионе!

Более

© FRABA B.В., Все права защищены.

.

Добавить комментарий