Ветряк горизонтальный: Вертикальные ветряки достоинства и недостатки

Содержание

Вертикальные ветряки достоинства и недостатки

Блуждая по просторам интернета в поисках информации по самодельным вертикальным ветрогенераторам упорно натыкаюсь на статьи о том какие хорошие вертикалки и нехорошие горизонталки. В пользу вертикалок многие приводят порой абстрактные не на чем не основанные доводы. Давайте попробуем трезво оценить достоинства и недостатки вертикалок и горизонталок.

Миф N1. Вертикальный ветрогенератор лучше работает на слабом ветру

Да почему лучше!, потому что крутится на ветре 1-2м/с, в то время как пропеллеры стоят. Ну крутится, а сколько энергии дает никто не задовался вопросом?, или уже один факт вращения ротора говорит о том что ветрогенератор дает электроэнергию. Все это обман, если посчитать мощность вертикального ветряка с площадью ротора скажем 3кв.м на ветру 2м/с, то этой мощности всего 2.88ватта, которой как-раз и хватает на неспешное вращение ротора, и то при условии если редуктор и генератор не перегружают ротор.

Кстати говоря некоторые горизонтальные винты тоже страгиваются при 2м/с, но специально так никто не делает так как в таком слабом ветре просто нет энергии. Если вы думаете что можно получать энергию с ветра 1-2-3м/с, то вы очень наивный и доверчивый человек, и вас ввели в заблуждения неграмотные люди.

Реальный диапазон начала выработки электроэнергии 3-4м/с, при этом ветре уже вращаются все горизонтальные винты и тут можно сравнить что лучше на таком слабом ветру 3-4м/с. Вертикальный ветряк с ротором размером 1.5*1.5м и ометаемой площадью ротора 3кв.м на ветру 3,5м/с даст энергии (0.6*3*3,5*3,5*3,5*0,2=15,485) 15 ватт энергии, из этой энергии надо еще вычесть КПД редуктора и генератора, и того можно рассчитывать на 6-10ватт, это ток зарядки 12-ти вольтового аккумулятора всего 0,3-0,7 Ампер.

Для вертикального ветряка типа «бочка» я беру КИЭВ 0,2, подробнее о принципах выработки энергии горизонтальных вертикальных ветрогенераторов здесь Принципы работы вертикальных и горизонтальных ветрогенераторов
Так-же о методах расчетов ветроколес здесь Расчет мощности ветроколеса

Теперь сравним горизонтальный ветряк с ометаемой площадью винта 3кв. м. Вы сразу скажете что сравнение не корректно так как площадь ротора вертикального ветряка и площадь лопастей горизонтального существенно различаются и площадь лопастей значительно меньше, а значит и мощность, но вы заблуждаетесь. КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра ) зависит не от площади лопастей, а от аэродинамических характеристик.

Пока ротор вертикального ветряка будет делать один оборот вокруг своей оси под давлением ветра, пропеллер сделает за это время 5-10 оборотов в зависимости от быстроходности. Тем самым лопасти отработают с большим количеством ветра и возьмут больше энергии. Вертикальный типа бочка не может иметь скорость вращения больше скорости ветра, а пропеллер может, причем если быстроходность Z5, то он под нагрузкой вращается со скоростью в 5 раз больше скорости ветра за счет подъемной силы, без нагрузки быстроходность может доходить до Z10 и более. А у вертикалки максимальная скорость вращения относительно скорости ветра Z1, а под нагрузкой обычно Z0.

Горизонтальный пропеллер за счет использования подъемной силы имеет больший КПД, правильные лопасти имеют КИЭВ до 0.47, но мы будем брать средний КИЭВ 0.3. Тогда с 3кв.м площади на ветру 3,5м/с энергии будет (0,6*3*3,5*3,5*3,5*0,3=23.1525) 23 ватта. И так-как нет редуктора то учтем только КПД генератора около 0.8 и получим 18ватт, то-есть в два раза больше чем с вертикального ветряка той-же площади. Но если еще учесть что вертикалки ставят внизу или на небольшой высоте, а горизонтальные как можно выше над землей, то разница будет еще больше так-как внизу ветер слабее и с завихрениями, а на верху более стабильный.

То-есть получается что людей просто обманывают говоря что вертикальные ветрогенераторы более эффективны на малом ветру. А оказывается они не только не лучше, но еще и хуже. Есть еще роторы Дарье, они более скоростные и больше КИЭВ, но у них проблемы со стартом на слабом ветру и не равномерная тяга, и их расчет очень сложен.

Дарье еще может сравняться по КПД с пропеллером, но там другие «болячки».

Миф N2. Многие упорно утверждают что шума от вертикалок нет, а пропеллеры очень шумные

Если ветрогенераторы нормально сделаны то на слабом ветру они не шумят и шум можно услышать разве что от редуктора вертикалки, горизонтальный вообще не шумит. А вот когда ветер 8-12м/с, то тут чем скоростней пропеллер, и чем хуже аэродинамические качества лопасти, тем больше шума, но как правило этот шум не критичен. Шумит не громче чем сам ветер и деревья вокруг. Вертикальный ветряк так-же шумит из-за поворота ротора и перехода лопастей из под ветра на ветер. Эти переходы передаются ударными нагрузками на ротор и ротор начинает вибрировать, тяга становится неравномерной, а от этого может трещать и звенеть и обшивка лопастей, и другие элементы. Так-же очень шумным может быть редуктор. У горизонтального шум может издавать только пропеллер, и то производители эту проблему давно решили путем правильной аэродинамической формы лопасти.

Самодельшики делают гадкими и закругленными кромки лопасти и фронтальную часть. То-есть шумность тоже обман чистой воды, чтобы натянуть на вертикальные ветряки еще один плюсик к их красоте.

Миф N3. Говорят что вертикальный ветряк проще и дешевле

Ну чтож давайте сравним что проще и дешевле, три лопасти из ПВХ или дюралюминиевой трубы сделанные за пару часов, или ротор вертикального ветряка. Уже понятно что на ротор потребуется намного больше времени, больше материала обшивки (оцинковка, алюминий, поликарбонат и пр.). Так-же нужен мощный каркас держатель ротора на подшипниках и каркас самого ротора. Все это трудоемкие сварочные работы с резкой металла и сборкой целой конструкции. Так что проще? и дешевле, сделать три лопасти весом 1,5-3кг+хвост или ротор весом 40-120кг.

Вы скажете что три лопасти сложнее так-как надо знать как их делать. Да, чтобы КИЭВ был высоким лопасти надо рассчитывать, благо для этого все есть, даже готовые программы, остается только нанести размеры на трубу, вырезать и обработать кромки лопасти.

Но и ротор вертикального ветряка тоже надо рассчитывать по мощности и оборотам к генератору, иначе результат будет совсем плачевный.

Вы скажете что для горизонтального ветряка нужна мачта, а вертикалки обычно внизу ставят и не надо ни каких растяжек. Ну так ставьте пропеллер внизу на коротеньком каркасе, и будет такая-же слабая выработка пропеллера как и вертикалки. Любой ветряк надо поднимать на высоту или мирится со слабым ветром у земли и делать с запасом мощности.

Если же брать примерно одинаковые условия, скажем ветряк поднимается на Высоту 10 метров. То горизонтальному не нужна мощная мачта так-как при сильном ветре ветряк обычно тормозится контроллером чтобы не пошел «в разнос» от перебора мощности, или он просто останавливается методом КЗ обмоток генератора, а остановленный винт имеет небольшую парусность и переживет любой ураган. А вот вертикалку поднятую на ветер, от ветра не спрячешь, ударные нагрузки из-за перехода лопастей из под ветра на ветер начнут раскачивать мачту, и тут нужно все делать с большим запасом прочности, иначе ротор такой парусности на урагане просто сдует, так как ветер валит даже рекламные щиты и срывает крышы.

Еще не забываем про редуктор, который как правило неотъемлемая часть вертикального ротора, это тоже затратная часть, которая еще и КПД отнимает. Можно и без редуктора, тогда придется делать низко-оборотный генератор, который по размерам и цене будет раз в пять больше. Если посчитать, то вертиклка будет в пять раз дороже по цене и труднее в изготовлении. Так почему говорят что вертикальный ветрогенератор сделать проще и дешевле? Может они себе представляют вертикальный ветряк как простую бочку на шпильке, а трехлопастной ветрогенератор такой сложной конструкцией на мачте с растяжками, контроллером и пр. Так и для вертикалки по нормальному нужна мачта, контроллер, + редуктор на генераторе, сварка пространственной рамы, подшипники на валу и почее.

Миф N4. Говорят что вертикалки не дают низкочастотных вибраций, от которых убегают все крысы и мыши и пр. а горизонтальные вредят окружающей среде своими вибрациями

Если посмотреть в суть, то низкочастотные вибрации возникают от работы много-полюсных генераторов, где во время вращения магниты преодолевают магнитные поля катушек и от этого во время вращения ротора нагрузка на него неравномерная, а со скачками нагрузки, во время преодоления пиков нагрузки.

От генератора вибрации передаются по мечте в землю и дальше низкочастотные вибрации расходятся по земле. Но каких размеров должен быть генератор чтобы от него вибрировала земля, правильно, в сотни киловатт. Эффект негативного влияния на животных есть только у промышленных ветряков мощностью в Мегаватты. К слову сказать что на вертикалки ставят такие-же генераторы и эти генераторы так-же вращаясь дают низкочастотные вибрации. То-есть и здесь людей обманывают говоря о том что только горизонталки не издают низкочастотные вибрации. Вертикалки дают точно такие же вибрации, и могут даже больше так как в вертикалках применят гораздо большие по размерам генераторы.

Вывод:

Как говорится если вам нравятся вертикальные ветряки то тут нет ничего не обычного, вращающиеся трубы выглядят красиво, вот только не надо вводить людей в заблуждение, о их эффективности, стоимости, простоте и прочими «достоинствами» Даже производители не могут сделать дешевые вертикальные установки и они как правило в 4-7раз дороже получаются при той-же мощности что и горизонтальные ветряки.

Если бы было по другому, то везде бы стояли вертикальные трубы, а не пропеллеры. Сама по себе вертикальная конструкция интересна, если ее рассчитать и вложится, то отдача с нее будет. Но я бы не рискнул так-как простейшие расчеты показывают что горизонтальный ветряк в пять раз дешевле будет, или за эти-же деньго-трудо-затраты можно сделать ветряк в пять раз мощнее.

Горизонтальный ветрогенератор

Ветрогенераторы горизонтального типа

Большая часть выпускаемых ныне ветрогенераторов это установки с горизонтальной осью вращения. Условно говоря, горизонтальный ветрогенератор похож на вентилятор. При этом разработчики с давних пор ищут наиболее оптимальный вариант такого ветрогенератора.

Ведь, как известно, выигрывая в чём-то одном, проигрываешь в другом. Чем меньше лопастей, тем быстрее вращается винт, тем большую мощность можно получить от генератора. Но чем быстрее, тем шумнее, тем позднее момент страгивания винта при слабом ветре, тем сильнее опасность дисбаланса ветряка. Всё это берут в расчёт при размышлениях какой ветрогенератор горизонтальный купить?

Наша практика свидетельствует – наиболее сколь комфортными, столь и надёжными являются трёхлопастные. Эти ветряки, показывая приемлемую производительность, с успехом могут работать в местах дачной и коттеджной застройки. Например, ветрогенератор горизонтальный 3 кВт вполне способен обеспечить электроэнергией семью, проживающую в собственном доме.

Какой горизонтальный ветрогенератор купить Вам поможет наш каталог. Там представлены ветряки различных типов и мощностей.

Вертикальный или горизонтальный ветрогенератор

В последнее время всё больший интерес проявляется к вертикальноосевым ветрогенераторам. Им посвящён отдельный раздел, там рассматриваются их особенности. Отмечается, что они имеют множество преимуществ. Однако сбрасывать со счетов горизонталки ни к чему. Проведём небольшое сравнение ветрогенераторов вертикального и горизонтального.

Какие аргументы относительно выработки и прочего в отношении вертикалок не приводи, цена их гораздо выше горизонтальных. Горизонтальный ветрогенератор стоит в полтора-два раза дешевле. Вес вертикального вместе с ротором выше, следовательно, тяжелее поднять его на высоту, где ветер сильнее. Поэтому, какой ветрогенератор лучше вертикальный или горизонтальный определить в силах только сам заказчик. Мы этому лишь способствуем.

Горизонтальный ветрогенератор: типы, основные особенности

Ветрогенераторы – один из наиболее доступных видов получения энергии без использования ископаемого топлива. Ветер, как природное явление, образуется в результате неравномерного прогрева атмосферы Земли, неровностей земной поверхности и естественного вращения нашей планеты. Поэтому ветер присутствует абсолютно во всех районах Земли. Первым прототипом ветрогенераторов стали ветряные мельницы, которые преобразовывали энергию ветра в механическую энергию. С изобретением электрических машин стало возможным преобразовывать энергию ветра и в электрическую энергию.

Современные горизонтальные ветрогенераторы представляют собой установку, которая служит для переработки кинетической энергии ветра в механическую энергию с помощью лопастей, а потом в электрическую при помощи электрического генератора. Ветрогенераторы могут использоваться как для промышленного производства электроэнергии, так и для бытового. Ветрогенераторы промышленного назначения имеют достаточно большую мощность, а в одном таком ветропарке могут устанавливаться до нескольких сотен ветряков. Для бытового использования, как правило, устанавливается один ветрогенератор, подключенный к системе домашнего электроснабжения, которая включает в себя также накопительные аккумуляторы. Стоимость бытовых систем автономного электроснабжения на основе ветрогенераторов или солнечных батарей, или их комбинированные варианты, все еще остается достаточно большой, поэтому широкого распространения они еще не получили.

Принцип действия ветрогенератора прост: в момент прохождения ветра через турбину происходит вращение лопастей установки за счет кинетической энергии ветра, связанных механически с валом редуктора и генератора. Генератор является тем элементом, за счет которого вырабатывается электроэнергия и передается в сеть. Сами лопасти и генератор устанавливаются в верхней части ветряка на стальной мачте, высота которой может достигать 100 метров. Электрооборудование, аккумуляторы и преобразователи для удобства эксплуатации располагают на уровне земли. Особой разницы в принципе действия бытовых и промышленных ветрогенераторов нет, отличия имеются только в выходных параметрах генератора: мощность; величина напряжения; род тока (постоянный или переменный). Промышленные ветрогенераторы также имеют системы слежения за направлением и силой ветра, которые позволяют поворачивать лопасти для получения максимального эффекта.

В зависимости от количества лопастей ветрогенераторы разделяются на одно-, двух-, трех- и многолопастные.

1. Однолопастные ветрогенераторы выпускаются мощностью до 10кВт. За счет уменьшения количества лопастей существенно снижается момент инерции при вращении лопастей, что позволяет увеличивать скорость вращения лопастей.
2. Двухлопастные ветрогенераторы состоят из 2 лопастей, уравновешивающих друг друга.

3. Трехлопастные ветрогенераторы – самый распространенный тип ветрогенераторов. Мощность таких установок может достигать 7МВт.
4. Многолопастные ветрогенераторы могут иметь до 50 лопастей. Применяются для ветронасосных систем.

Как уже отмечалось, использование энергии ветра для производства электроэнергии — это общедоступный и возобновляемый источник, не производящий пагубных выбросов вредных и ядовитых веществ или парниковых газов в атмосферу. Ветрогенераторы не требуют дополнительных затрат после своей установки, не учитывая выхода из строя энергетического оборудования и поломок в механических звеньях ветрогенератора.

Роторный ветрогенератор своими руками: материалы, особенности сборки и установки

С началом промышленного использования ветрогенераторов в качестве объектов по производству электроэнергии выявился существенный недостаток таких установок – повышенный шум при работе. Установка большого количества ветрогенераторов является преградой для некоторых птиц и летучих мышей, совершающих полет. Большие ветропарки требуют и больших площадей на суше или в прибрежной зоне, где уже невозможно будет вести эксплуатацию земельных наделов и проводить лов рыбы. Основным же ограничением по установке ветрогенераторов служит непостоянство ветра или малая его скорость, которая не позволит эффективно использовать его мощность.

Малые ветрогенераторы / Статьи и обзоры / Элек.ру

Выработка электрической энергии с использованием возобновляемых источников — актуальная тенденция в развитии энергетики. Хорошо известны гигантские поля ветряков, где вырабатывается электроэнергия для крупных городов. Тем не менее, в последнее время все большую популярность завоевывают ветряки, с помощью которых вырабатывается электроэнергия для индивидуальных потребителей, будь то отдельный дом, ферма или даже уличный светильник. Особенно актуальны такие ветрогенераторы для России, на большей части территории использование солнечных батарей для выработки электроэнергии весьма затруднительно из-за короткого светового дня.

Применение энергии ветра исторически было одним из первых попыток человечества обуздать силы природы в своих интересах. Вспомним хотя бы знаменитые ветряные мельницы, известные с древности. Мало того, Голландия во многом обязана самим своим существованием тем, что ее жители научились использовать энергию ветра для откачки воды из низин. Собственно, подавляющее большинство знаменитых голландских «ветряных мельниц», которые являются одним из символов страны, на самом деле не мелят муку, а представляют собой гигантские насосы.

Ветряки с горизонтальной осью

Ветряная мельница, а также получившие большое распространение ветрогенераторы с тремя лопастями, относятся к классу ветряков с горизонтальной осью. В этих ветряках ветровое колесо (устройство, предназначенное для преобразования кинетической энергии поступательного движения ветра в механическую энергию вращения) имеет ось, располагающуюся в горизонтальной плоскости. Преимуществом таких ветряков является возможность их запуска без какого-либо дополнительного воздействия, только от дуновения ветра. Недостатком является необходимость ориентировать ветряк по направлению воздушного потока. Эта проблема в индивидуальных генераторах решается за счет свободного вращения основания ветряка в горизонтальной плоскостью и добавления «хвоста» к устройству. В результате ветряк сам ориентируется в нужном направлении.

Пример ветряка с горизонтальной осью

Ветряки с горизонтальной осью весьма громоздки, к тому же, вращающиеся лопасти способны создать помехи средствам связи и приему аналогового телевидения. Внешний вид подобных ветряков, что называется, «на любителя». Мало того, известны случаи фобий у людей по отношению к таким ветрякам. Тем не менее, именно ветряки с горизонтальной осью получили наибольшее распространение в силу высокой эффективности и простоты конструкции. К тому же, малые ветрогенераторы с горизонтальной стоят недорого. Стоимость ветрогенератора такого типа приблизительно равна численному значению мощности, выраженной в кВт, умноженной на 1200 долл. США. Это в 3-5 раз дешевле, чем стоимость солнечных батарей в пересчете на единицу мощности.

Мощность идеального ветрогенератора с горизонтальной осью в установившемся режиме вычисляется по формуле:

P=0,5QS_оV³С_pN_gN_b [1] , где
Q — плотность воздуха, равная 1,23 кг/м³,
S_о — площадь, ометаемая лопастями ветряка,
V — скорость ветра, м/с
С_p — коэффициент использования энергии ветра (зависит от конструкции ветряка, у идеального ветряка он равен 0,593, в реальности не превышает 0,45),
N_g — КПД электрогенератора,
N_b — КПД мультипликатора — механизма, передающего вращение от ветрового колеса с лопастями к электрогенератору с определенным коэффициентом.

Важным моментом является то, что в установившемся режиме мощность ветряка не зависит ни от ширины лопастей, ни от их количества. Тем не менее, от ширины лопастей и их количества зависит пуск ветряка. Чем эти показатели больше, тем меньшее дуновение ветра необходимо, чтобы ветряк начал вертеться. В реальности, количество и ширина лопастей определяются компромиссом между необходимостью уменьшить нагрузку на ось ветряка и необходимостью обеспечить запуск ветрогенератора от небольших порывов ветра.

Площадь ометания пропорциональна квадрату от размаха лопастей, иначе именуемого диаметром ветрового колеса. Поэтому зависимость мощности от диаметра ветрового колеса также носит квадратичный характер. В индивидуальных ветрогенераторах с горизонтальной осью размах лопастей обычно лежит в пределах от 1,2 до 7 м, что ограничивает генерируемую мощность. Максимальное значение мощности современных малых ветрогенераторов составляет 15 кВт.
Следует отметить, что формула [1] дает мощность, вырабатываемую ветрогенератором в заданный момент времени. Для вычисления средней мощности, вырабатываемой ветрогенератором, требуется знать статистику распределения скоростей ветра по времени суток для тех или иных времен года.

Ветряки с вертикальной осью

В таких генераторах ветровое колесо имеет ось, расположенную в вертикальной плоскости. Главным преимуществом ветряков с вертикальной осью является то, что они не требуют ориентации по направлению воздушного потока. Кроме этого, они, как правило, выглядят куда красивее, чем ветряки с горизонтальной осью, что крайне важно для индивидуальных ветрогенераторов, которые могут располагаться в самых разных местах. В каком-то смысле, ветряки с вертикальной осью являются украшением пейзажа.

Современная конструкция ветрового колеса с вертикальной осью, способная стартовать от ветра

Поскольку существует множество разнообразных конструкций вертикальных ветрогенераторов, их мощность рассчитывается по более сложным формулам, чем [1] эти формулы зависят от конкретной конструкции. Тем не менее, зависимость, по которой мощность пропорциональна кубу от скорости ветра, здесь также присутствует.

До недавнего времени ветряки с вертикальной осью требовали дополнительного воздействия для пуска. При этом электрогенератор переводился в режим электродвигателя и запускал ветряк от энергии,. накопленной ранее в аккумуляторе. Сейчас созданы конструкции ветряков, которые самостоятельно запускаются от ветра.

Другой проблемой является значительно меньший КПД ветряка с вертикальной осью по сравнению с обычным «пропеллером». Применительно к индивидуальным ветрогенераторам этот недостаток компенсируется тем, что ветроколесо практичски не ограничивается в размерах по эстетическим соображениям. Например, при размещении на крыше здания его можно сделать в виде высокого цилиндра и оно не будет портить вид строения.

В ряде европейских стран ветрогенераторы с вертикальной осью устанавливают на крышах жилых и административных зданий и включают их параллельно электрическим сетям. Ветрогенераторы позволят уменьшить счета за электричество.

Мультипликатор

Самое быстрое ветроколесо способно дать скорость вращения не более 400 об/мин. В то же время, наибольший КПД электрического генератора, как правило, достигается при частоте вращения около 1000 об/мин. Поэтому на ветроэлектростанциях, обслуживающих нескольких потребителей, используют так называемые мультипликаторы — механизмы, передающие вращение от ветроколеса к электрическому генератору с повышающим коэффициентом.В индивидуальных ветрогенераторах мультипликаторы зачастую не используются. При этом мирятся со снижением КПД электрического генератора во имя удешевления конструкции.

Накопление энергии

Мощность, которую дает ветрогенератор, крайне нестабильна, так как скорость ветра постоянно меняется. Поэтому обязательно использование аккумулятора, в котором накапливается и постепенно отдается в нагрузку.

Для накопления энергии обычно используются гелевые аккумуляторы (от слова «гель» — по принципу действия они аналогичны кислотным, но электролит находится в виде желе) напряжением 12 В. Иногда аккумуляторы соединяют последовательно в батареи напряжением до 120 В. Ветряк подключается к аккумулятору через специальный контроллер, управляющий процессом зарядки. Напряжение 220 В с частотой 50 Гц, подаваемое потребителю, вырабатывается при помощи инвертора.

Защита от разрушения ветроколеса

При большой скорости ветра может произойти превышение скорости вращения ветроколеса сверх допустимой нормы, что приводит к его разрушению. Чтобы этого не происходило, генератор всегда должен находиться под нагрузкой. Если аккумулятор полностью заряжен и нет нагрузки, то к генератору подключается балластный резистор.

При штормовом ветре у генераторов с диаметром ветроколеса до 2 м просто останавливают лопасти во избежание их поломки. При большем размере лопастей ветроколесо поворачивается в горизонтальную плоскость. На крупных ветроэлектростанциях лопасти складываются.

Гибридная генерация

Крупные ветроэлектростанции размещаются там, где ветер дует постоянно, например, в прибрежных зонах. В отличие от них, индивидуальные ветрогенераторы размещают вблизи потребителя. И здесь может возникнуть ситуация, когда на протяжении нескольких дней нет ветра с достаточной для нормальной работы генератора скоростью. Поэтому для обеспечения надежной бесперебойной поставки электроэнергии используются так называемые гибридные системы, объединяющие несколько источников энергии. Как правило, это комбинация из ветряка и солнечных батарей. Когда ветра нет, обычно нет и облаков на небе, и можно использовать энергию солнца.

Контроллер для гибридного электропитания от ветряка
и солнечной батареи китайской компании Sunteams

Энергия от солнечных батарей и обоих источников накапливается в одном аккумуляторе (или батарее аккумуляторов) и отдается потребителю по мере необходимости. Для управления процессами зарядки применяется специальный двухканальный контроллер. Большинство современных моделей контроллеров для солнечных батарей являются двухканальными и предусматривают возможность использования в гибридных системах.

Применение малой ветроэнергетики

В настоящее время индивидуальные ветрогенераторы широко используются в нашей стране для выработки электричества в сельской местности. Мотивы к переходу на альтернативные источники энергоснабжения могут быть разными — от снижения текущих расходов на электроэнергию до стремления избежать огромных затрат на подключение нового здания. Причем ветрогенераторы заводят не только жители небогатых сел, вынужденные экономить на электроэнергии, но и обитатели шикарных коттеджных поселков, которым монопольные поставщики электроэнергии выставляют огромные счета. Наконец, есть места, где электричества нет, а прокладывать линии электропередач экономически невыгодно.

На некоторых фермах ветрогенераторы используются для снижения затрат, а, значит, снижения себестоимости продукции. Необходимость бесперебойного электроснабжения диктует использование в таких местах гибридных систем, объединяющих ветряк, бензогенератор и, если позволяют средства, солнечные батареи.

Осветительная установка с гибридным питанием

Гибридные системы, состоящие из ветрогенератора с диаметром ветряного колеса около 1,5 м и солнечных батарей площадью 1-2 кв. м, можно использовать для питания светодиодных светильников. Это позволяет освещать сложные участки дороги и пешеходные переходы там, куда невыгодно или просто невозможно подвести электропитание. В условиях средней полосы России такая установка способна обеспечить бесперебойную круглогодичную работу светильника с потребляемой мощностью 20-30 Вт в темное время суток.

Перспективы развития

Основным направлением совершенствования малой ветроэнергетики является развитие ветрогенераторов с вертикальной осью. Постоянное совершенствование ветряков позволяет повысить их КПД, приблизив его к значению этого параметра для ветряков с горизонтальной осью.

Выпускаемая серийно гибридная установка светодиодного освещения
китайской компании TIMAR, оснащенная ветряком с вертикальной осью

Кроме этого, большие преимущества сулит использование для накопления энергии конденсаторов большой емкости вместо аккумуляторов. Это позволит повысить эффективность систем питания и снизить затраты на их обслуживание.

Алексей Васильевв

Ветрогенераторы

Вертикальные ветрогенераторы (с вертикальной осью вращения) бесшумные, инерционные, оптимально адаптированные к погодным условиям Украины. На сегодняшний день вертикальные ветрогенераторы являются одной из самых эффективных разработок.

Основными преимуществами вертикальных ветрогенераторов является простота монтажа, доступность во время эксплуатации и круглогодичная работа без снижения производительности в осенне — зимний период. Они не зависят от направления ветра и их можно устанавливать прямо на уровне земли, что значительно сокращает расходы.

Преимущество ветроэлектростанций в том, что они занимают меньшую площадь, чем солнечные электростанции. Так, для ВЭС мощностью 1 МВт понадобится всего 30-50 соток земли, тогда как для СЭС аналогичной мощности – около двух гектаров. ВЭС могут быть максимально приближены к точкам подключения: ВЭС более 20 МВт может находиться в 700 м от населенных пунктов, бытовая 150 кВт – всего в 40 метрах (согласно ДСТУ). Ветрогенераторы, в отличие от СЭС, разрешено размещать на землях сельскохозяйственного назначения (имеется процедура выделения участка). Поэтому рождается новая группа производителей энергии из возобновляемых источников – фермеры, аграрии.

Эти новации делают проекты по строительству и вводу в эксплуатацию ВЭС до 5 МВт, для продаж по «зеленому» тарифу, привлекательными для инвесторов.

Энергия ветра

Ветер образуется в результате гигантских конвекционных потоков в атмосфере Земли, движущихся тепловой энергией от Солнца. Это означает, что кинетическая энергия ветра является возобновляемым энергетическим ресурсом — пока Солнце существует, ветер тоже будет существовать.

Ветровые турбины используют ветер для непосредственного управления турбинами. Они имеют огромные лопасти, установленные на высокой мачте. Лопасти соединены с «гондолой», или корпусом, который содержит шестерни, связанные с генератором. Когда ветер дует, он передает часть своей кинетической энергии лопастям, которые вращаются и двигают генератор. Несколько ветрогенераторов могут быть сгруппированы в ветреных местах для формирования ветровых электростанций.

Преимущества

Ветер — это возобновляемый энергетический ресурс, и расходы на топливо отсутствуют.
Вредных загрязняющих газов не производится.
Возможность размещения в труднодоступных местах.
Требуют малой площади и вписываются в любой ландшафт.
Получение бесплатной электроэнергии в долгосрочной перспективе, отсутствие затрат на топливо и его доставку.
Автономность — независимость от состояния и работы внешних электрических сетей.

Недостатки

Количество произведенной электроэнергии зависит от силы ветра.

Типовой состав системы энергообеспечения на базе ветрогенератора

Ветроэлектрическая установка (ветрогенератор, ВЭУ) — вырабатывает «грубую» электроэнергию с нестабильными параметрами, зависящими от скорости ветра.
Мачта — служит для установки ВЭУ на такой высоте, где ветровой поток не затеняется препятствиями и имеет достаточную скорость.
Аккумуляторная батарея (АКБ) — является буфером, согласующим графики выработки и потребления энергии.
Контроллер заряда АКБ — защищает АКБ от перезаряда, ограничивая зарядный ток и напряжение.
Инвертор — преобразует постоянное напряжение в переменное ~220В.
Зарядное устройство — при необходимости заряжает АКБ от внешней сети ~220В.
Сетевая автоматика — следит за состоянием сети и, по заданному алгоритму, подключает нагрузку к сети либо к инвертору.

Комбинация солнечной и ветровой генерации

Комбинировать солнечные и ветровые электростанции полезно. Уже просто по той причине, что ветровые электростанции, в отличие от солнечных, работают ночью. Да и сезонные колебания снижаются. Во многих регионах солнечные электростанции зимой вырабатывают гораздо меньше, чем летом, а ветровые, наоборот, более продуктивно функционируют зимой. То есть комбинация позволяет сглаживать суточные и сезонные колебания, повысить надёжность системы и снизить потребность в системах накопления энергии и балансировочных мощностях для интеграции переменных ВИЭ.

Наша компания предоставляет полный спектр услуг по проектированию, установке и сервисной поддержке систем с альтернативными источниками энергии — ветрогенераторами, солнечными модулями, гелиосистемами, тепловыми насосами.

Многополюсность генератора говорит о его тихоходности, позволяя получить номинал на малых оборотах ветрогенератора и полностью отказаться от редукторов, коллекторных щеток и использовать метод магнитной левитации при его вращении. Наше крыло успешно прошло испытание по аэродинамике и показало лучший результат по страгиванию, а именно — уже при скорости ветра в 0,17 м/с происходит старт нашего ветрогенератора и устойчивая зарядка АКБ с 2м/с (в отличие от аналогов, которые стартуют при скорости ветра от 5 м/с). Благодаря новой форме крыла и снижению его веса мы добились снижения скорости ветра для достижения номинальной мощности ветрогенератора с 5 м/с до 3 м/с. Собираются ветрогенераторы различной мощности от 250 Вт до 32 кВт

Характеристики вертикальных ветрогенераторов

Ветрогенератор/Спецификация	VE-micro	VE-mini	VE-1	VE-1.5	VE-2	VE-3
Номинальная мощность, кВт	0.25	0.5	1	1,5	2	3
Максимальная мощность, кВт	0.75	1.5	3	4,5	5	9
Пусковая скорость ветра, м/с	0.3	0.3	0,4	0,7	0,8	0,9
Скорость ветра для устойчивой зарядки АКБ, м/с	2	2	2	2,5	2,5	2,5
Скорость ветра для номинальной мощности, м/с	8	8	8	8	8	8
Диаметр ветроколеса, м	1	1.3	2	3	4	4,8
Высота крыла, м	2	3	4	4	4	5
Вес ветроколеса, кг	20	45	80	170	250	360
Кол-во крыльев, шт	3	3	5	5	5	5
Стоимость, $	735	1365	2730	4095	5250	7875

Номинальная количество вырабатываемой электроэнергии следующая:

Продукция	Кол-во энергии за час, кВт	Количество энергии за месяц, кВт	Кол-во энергии за год, кВт
VE-3	3	2160	25920
VE-2	2	1440	17280
VE-1.5	1.5	1080	12960
VE-1	1	720	8640
VE-mini	0.5	360	4320
VE-micro	0.25	180	2160

Преимущества вертикальных ветрогенераторов над традиционными

- Применение инновационных бесшумных и безвибрационных технологий
- Применения высокоэффективных методов получения и преобразования энергии ветра в электрическую
- Оптимальный профиль лопасти ветроколеса позволяет достичь КПД крыла близкий к идеальному, независимо от направления ветра (независимое «наведение» на направление ветра)
- Ветрогенератор вертикального исполнения не требует регламентного обслуживания и ремонта. Конструкция не содержит деталей с трущимися поверхностями за исключением упорного подшипника ветрокрыла, имеющего трехсоткратный запас прочности
- Высоко устойчивый к сильному ветру, достаточно устойчив, чтобы выдержать ураганный ветер
- Контроллерно-преобразующая система позволяет заряжать аккумуляторную батарею при самых малых оборотах генератора. Это обеспечивает возможность потребления ранее выработанной энергии в период безветрия
- Требует минимум пространства для размещения, абсолютно безвреден ввиду отсутствия излучения, вибрации и шумовой нагрузки
- Возможность установки без ущерба ландшафтным видам, безопасный для птиц дизайн
- Быстрая установка и обслуживание
- Главным преимуществом ВЭУ является ее независимость от магистральных энергетических сетей, автономность производства и потребления электроэнергии. Относительная простота устройства, универсальность оборудования, доступность транспортировки и монтажа позволяют возводить ветроэнергетические станции в самых недоступных, отдаленных от энергоснабжения районах.

Купить ветрогенератор в Днепре

Горизонтальные ветрогенераторы

Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения, имеет две или три лопасти, установленные на вершине мачты — наиболее распространенный тип ветроустановок ВЭУ. Современные горизонтальные ветрогенераторы представляют собой установку, которая служит для переработки кинетической энергии ветра в механическую энергию с помощью лопастей, а потом в электрическую при помощи электрического генератора. Ветрогенераторы могут использоваться как для промышленного производства электроэнергии, так и для бытового. Ветрогенераторы промышленного назначения имеют достаточно большую мощность, а в одном таком ветропарке могут устанавливаться до нескольких сотен ветряков. Для бытового использования, как правило, устанавливается один ветрогенератор, подключенный к системе домашнего электроснабжения, которая включает в себя также накопительные аккумуляторы.

Основные характеристики ветрогенератора

Ветрогенератор СВ-4.4/400

Ветрогенератор СВ-6.7/1000

Диаметр ветротурбины: 4,4 м

Ометаемая площадь: 15.2 м2

Выработка энергии за месяц: 250-500 кВт·Ч

Стартовая скорость ветра: 2-3 м/с

Расчетная скорость ветра: 8 м/с

Макс. скорость ветра: 40-50 м/с

Номинальная частота вращения: 230 об/мин

Напряжение генератора: 48 В

Номинальная мощность (при 8 м/с): 1600 Вт

Рекомендуемая высота мачты: 17-23 м

Диаметр ветротурбины: 6.7 м

Ометаемая площадь: 35.3 м2

Выработка энергии за месяц: 600-1200 кВт·Ч

Стартовая скорость ветра: 2-3 м/с

Расчетная скорость ветра: 8 м/с

Макс. скорость ветра: 40-50 м/с

Номинальная частота вращения: 145 об/мин

Напряжение генератора: 48 В

Номинальная мощность (при 8 м/с): 4000 Вт

Рекомендуемая высота мачты: 21-27 м

3 800 у.е.

7 600 у.е.

Наши специалисты помогут Вам выбрать ветрогенератор, максимально соответствующий по своим техническим характеристикам Вашим потребностям, поставят и соберут его на Вашем объекте, а также предоставят Вам все необходимые консультации по работе ветряной установки. Монтаж оборудования может осуществляться как специалистами нашей компании, так и самостоятельно.

В случае монтажа Вашими специалистами наша компания готова предоставить услугу шефмонтажа и обеспечивает Вас техническим и информационным сопровождением.

Скорость ветра в Днепре по месяцам

Карта распределения ветра на территории Украины

Ветрогенератор — как выбрать ветряк

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

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Основные составляющие ветрогенератора:

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

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

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

Дополнительные компоненты ветрогенератора:

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

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

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

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

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

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

Варианты использования ветрогенератора в системе электроснабжения:

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

Преимущества использования ветрогенератора:

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

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

Разновидности ветряков

В зависимости от размещения турбин выделяют ветрогенераторы:

вертикального типа,
горизонтального типа.

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

Разновидности вертикальных ветрогенераторов:

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

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

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

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

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

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

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

Горизонтальные ветрогенераторы разделяют на:

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

В соотношении с количеством лопастей все ветрогенераторы подразделяются на:

однолопастные,
двухлопастные,
трехлопастные,
многолопастные.

По материалам, из которых состоит ветрогенераторная установка выделяют:

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

В зависимости от шагового признака винта ветрогенераторы разделяют на:

устройства измеряемого шага,
устройства фиксированного шага.

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

Все ветрогенераторы условно разделяют на два вида:

ветрогенераторы промышленного типа;
домашние ветрогенераторы.

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

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

Обзор производителей ветрогенераторов

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

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

Рассмотрим основных популярных производителей ветрогенератовор для дома:

1. AEOLOS (Дания)

Особенности ветрогенераторов AEOLOS:

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

Технические характеристики AEOLOS Н 1кВт:

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

2. ENERCON (Германия)

Особенности:

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

Технические особенности ENERCON Е80:

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

3. AMPAIR (Великобритания)

Характеристика сферы использования:

катера;
лодки;
удаленные автономные системы питания.

Особенности:

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

Технические особенности Ampair 100:

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

4. Fair Wind (Бельгия)

Особенности:

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

Технические особенности Fair Wind F16:

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

5. Fuller Wind (США)

Особенности:

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

6. Fortiss (Нидерланды)

Особенности:

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

Технические особенности Fortiss Montana 5,8:

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

Бесшумный ветрогенератор от украинского стартапа Sirocco Energy

Украинский стартап Sirocco Energy является разработчиком нового линейного ветрогенератора. Он эффективно генерирует энергию в городе или же загородной среде. В этой статье ЭлектроВести подробнее расскажут вам о разработке Sirocco Energy.

О компании

Идея ветровой панели появилась у Александра Приймака — основателя и технического директора Sirocco Energy. «Экспериментируя при создании ветряка для собственных нужд и работая на производстве традиционных ветряков, я видел их ключевые недостатки — вибрация, высокие нагрузки, сложность изготовления, низкая эффективность при турбулентном ветре и другие, — говорит он. — Несколько лет разработок дали результат — нам удалось создать принципиально иную технологию, лишенную вышеуказанных недостатков».

Команда Sirocco Energy

Ветрогенераторы Sirocco Energy запатентовали в 2018 году.

Ветрогенератор Sirocco Energy

Плоский ветрогенератор от Sirocco Energy можно устанавливать на крышах многоэтажек.

Ветряные панели Sirocco имеют поступательное, а не вращательное движение, этим они отличаются от горизонтальных и вертикальных ветровых турбин.

Мощность генератора — до 30 кВт. Ширина ветрогенератора —пять метров, высота мачты — 14 метров.

В компании уже разработали прототип и готовятся к серийному производству.

«Мы тестировали прототип на крыше нашего производственного помещения. Сейчас делаем промышленную версию и будем выходить с ней на рынок. Сначала выпускать пилотные проекты мощностью 5 кВт и наращивать мощности», — говорит Александр Приймак.

Также компания планирует разрабатывать установки мощностью 1 МВт и более для выхода на рынок большой ветроэнергетики.

Уникальность ветрогенератора

Ветрогенератор Sirocco Energy — это линейный генератор ветра для городских и пригородных объектов. Использование поступательного, а не вращательного движения значительно увеличивает эффективность и дает ряд преимуществ, таких как: низкий уровень шума и вибрации, адаптивность, доступность и высокая степень безопасности.

Изобретателям удалось достичь высокого коэффициента преобразования энергии ветрового потока — 0,52. При этом теоретический максимум равен 0,59. Типичное значение этого коэффициента для традиционных ветряков колеблется в диапазоне 0,3-0,4.

Подробнее о преимуществах ветрогенераторов от Sirocco Energy

Низкий уровень шума

В традиционных ветрогенераторах большой генератор и скрученные лопасти создают инфразвук. Благодаря более медленному движению лопастей, меньшему размеру генератора и инновационной конструкции лопасти, панели Sirocco не создают инфразвука и имеют уровень низкого механического шума.

Низкий уровень вибрации

Две основные причины вибрации ветротурбин — большие генераторы и несбалансированная конструкция. Большее количество лопастей позволяет точнее сбалансировать систему, тем самым еще уменьшить уровень вибрации в системе. В сочетании с высоким внутренним сопротивлением стеклопластиковой рамы, ветроэлементы Sirocco имеют низкий уровень вибрации, чем любая другая конкурирующая конструкция.

Эффективность

Ветровые панели Sirocco имеют высокий коэффициент мощности, что означает более эффективный способ использования ветрового потока. В обычных ветровых турбинах переменная скорость ветра, проходящей вдоль длины каждого лезвия, приводит к тому, что ветряк эффективно работает на 1/3 длины лопасти.

Адаптивность

Выходная мощность каждой панели может быть увеличена или уменьшена при изменении ширины полотна, угла атаки и плотности лопастей.

«Мы также можем создавать панели для различной номинальной скоростью ветра, адаптированными к конкретным условиям эксплуатации», — говорят в Sirocco Energy.

Доступность

Панель Sirocco состоит из обычных элементов, которые являются простыми по форме и является не сложными для производства. В сочетании с отсутствием дорогой коробки передач, ветровые панели Sirocco имеют гораздо более низкую стоимость за кВт / ч, чем конкурирующие конструкции.

Продажи и цена

Sirocco Energy планирует начать продажу ветрогенераторов во второй половине 2019. Ветровая панель будет продаваться по цене 2300 долл. за 1 кВт за первые три года продаж, а затем до 2022 года цена будет уменьшена до 1600 долл. за 1 кВт.

На первых этапах компания будет ориентироваться на рынок Украины, а впоследствии — на рынки ЕС и США.

Ранее ЭлектроВести писали, что авиационная отрасль генерирует миллион тонн выбросов CO2. Производство наносит существенный вред окружающей среде. Создание прочных деталей из титана, применяемые в конструировании оставляет после себя заметный углеродный след. Дмитрий Ковальчук, директор предприятия «Червона Хвиля», рассказал как украинская компания с помощью 3D-печати ищет решение этой проблемы.

Также украинский стартап SolarGaps разработал жалюзи с солнечными панелями. Решение компании помогает генерировать электроэнергию, которую можно использовать на обеспечение энергопотребностей помещения. Кроме того, жалюзи поддерживают управление с мобильного приложения. В этой статье ЭлектроВести подробно расскажут вам об украинском стартапе.

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber

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

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

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

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

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

Преимущества HAWT

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

HAWT Недостатки

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

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

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

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

Традиционные преимущества VAWT

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

Традиционный VAWT Недостатки

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

Ветряная турбина

с горизонтальной осью — обзор

2.05.4.1 Ветровая турбина с горизонтальной осью

HAWT имеют ось вращения горизонтально 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/.

Показаны конструктивные особенности типичного HAWT. в Рисунок 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]. Низкоскоростной 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 одинарные, 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 ротор составляет 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 ветряных электрогенераторах. 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 противоположность этому, роторы турбин с подветренной стороны расположены на задней стороне, так что гондола сначала встречает ветер.Основным преимуществом роторов, установленных против ветра, является то, что они не страдают от эффекта тени башни. Однако роторы с наветренной стороны следует размещать на некотором расстоянии от мачты, 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 расположены 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 для 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 рыскания (или хвостового механизма в случае небольших турбин) для ориентации турбины по ветру.
•: Тяжелые агрегаты генератора и редуктора должны быть размещены над высокой башней, что требует более прочной структурной опоры. 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.

Сравнение ветроэнергетических установок с горизонтальной и вертикальной осью

Ветровые турбины различаются по размеру и конструкции, где ориентация оси — горизонтальная или вертикальная — имеет решающее значение. Очевидно, что в ветряной турбине с горизонтальной осью вертикальный пропеллер вращается, обращенный к ветру, горизонтально, в то время как лопасти ветряной турбины с вертикальной осью вращаются вокруг вертикальной оси, обращенной к ветру вертикально.

За годы эксплуатации стало ясно, что ветряные турбины с горизонтальной осью, или HAWT, хорошо работают на открытых площадках, в то время как VAWT имеют гораздо меньше ограничений и, следовательно, могут быть установлены на вершинах холмов и крыш в городских районах.

Общий обзор VAWT и HAWT

Для HAWT важно направление ветра, поскольку лопасти более производительны, когда ветер дует под прямым углом. Кроме того, у них обычно есть привод вращения для регулировки лопастей по направлению ветра.

Напротив, ветряная турбина с вертикальной осью не так сильно зависит от угла ветра и может работать при более низкой скорости ветра, чем средняя HAWT. Тем не менее, существует несколько конструкций ветряных турбин с горизонтальной осью, таких как ветряные турбины производства TBHAWT Manufacturing, которым удается избежать потери эффективности, поскольку они остаются эффективными даже при скорости ветра 8 м / с или менее.

Ветровые турбины с вертикальной осью стоят вертикально или перпендикулярно земле, конвертируя ветер со всех 360 градусов вокруг. Поскольку VAWT идеально подходят для городских районов, их можно использовать в местах с непостоянными ветрами или в сложных сельских районах.

Несмотря на эти факты, VAWT кажутся менее производительными, чем HAWT из-за более низкой скорости работы и последующей производительности, но они, безусловно, являются идеальным выбором для индивидуального домашнего хозяйства с сильными турбулентными ветрами.

HAWT и VAWT, производящие электроэнергию менее 100 кВт, считаются небольшими и в основном используются на местном уровне для бытовых нужд.Однако есть некоторые конструкции HAWT с производительностью более 50 кВт, которые оказались прибыльными благодаря удачному сочетанию экономической эффективности и охвата клиентов.

Маленькие ветряные турбины, как правило, более популярны, так как они требуют меньше земли и инвестиций, чем большие. Малые БП особенно подходят для удаленных и внесетевых областей и могут быть подключены или отключены от национальных линий электропередач.

Ветряная турбина с горизонтальной осью

Ветровые турбины с горизонтальной осью используют энергию ветра за счет лопастей, направленных на горизонтальную ось, параллельную земле.HAWT обращен к ветру перпендикулярно, так что лопасти ветряной турбины вращаются вслед за аэродинамическим подъемом.

WT с горизонтальной осью преобладают на рынке ветроэнергетики, поскольку их конструкция позволяет получать больше энергии за счет полного вращения лопастей в условиях равномерного ветрового потока. Более того, ветряные турбины с горизонтальной осью устойчивы к возврату, что также полезно при этом типе выработки электроэнергии.

Для достижения максимальной эффективности ветровые турбины с горизонтальной осью должны располагаться по направлению ветра.Если направление ветра разное, эффективность выработки энергии может время от времени значительно снизиться.

Однако этот недостаток устраняется, когда ветряная электростанция с горизонтальной осью расположена в правильно выбранном районе с постоянным однонаправленным ветровым потоком.

Небольшая ветряная турбина часто имеет ветряную лопасть для выравнивания с направлением ветра, в то время как большие ветряные турбины включают измеритель рыскания, чтобы корректировать положение ветряной турбины, чтобы оставаться выровненным по направлению ветра. Постоянный, стабильный поток ветра важен, когда оператор ищет экономичное решение.

Ветряная турбина с вертикальной осью

Лопасти ветряной турбины с вертикальной осью вращаются перпендикулярно земле и вокруг вертикальной оси за счет использования при работе эффектов сопротивления и подъемной силы. Несмотря на отсутствие популярности по сравнению с HAWT, VAWT могут принимать и обрабатывать ветер с любого направления, поэтому они идеально подходят для городских и пригородных районов с бурными, непостоянными ветрами.

Редуктор ветряной турбины и часть ее оборудования могут быть установлены ближе к земле.Таким образом, пользователь ветряной турбины может значительно сократить расходы на техническое обслуживание, что, наряду с менее шумной конструкцией, создает более благоприятные условия для совместного проживания.

Ветровые турбины с вертикальной осью довольно чувствительны к обратному ходу из-за того, что лопасти вращаются вдоль направления ветра, в то время как им необходимо вернуться в поток ветра, прежде чем их толкнет обратно.

В конце концов, новые исследования показывают, что ветровые турбины с вертикальной осью не так уж сильно отличаются от ветряных турбин с горизонтальной осью — эффективность ветряных турбин сильно зависит от ветровых условий местности и требуемого объема выработки электроэнергии.

Вращение

При вращении лопасти HAWT получают эффекты изменяющейся силы инерции и постоянно стабильной силы тяжести. Из-за этих влияний лезвия HAWT испытывают переменную нагрузку, которая снижает усталостную прочность лезвия.

Во время вращения получаемые эффекты ветряной турбины с вертикальной осью более стабильны из-за силы инерции и стабилизации силы тяжести. В этом отношении нагрузка фиксирована, поэтому усталостная долговечность VAWT больше, чем у HAWT.

Скорость ветра

Стало общеизвестным, что ветровые турбины с горизонтальной осью показывают отличные характеристики благодаря достаточной начальной скорости и постоянным ветровым потокам.Однако следует отметить, что эффективность ветряных турбин во многом зависит от конструкции конструкции.

Чтобы поддержать эту идею, Китайский центр исследований и разработок в области аэродинамики провел эксперимент с небольшой ветряной турбиной с горизонтальной осью, начальной скоростью около 5 м / с и максимальной принимаемой скоростью 5,9 м / с.

Эксперимент доказал, что эта начальная скорость недостаточна для того, чтобы превзойти энергопотребление ветряной турбины, и поэтому является неудовлетворительной. В то же время другие ветряные турбины с более широким диапазоном скорости ветра, такие как упомянутый выше WTW-55 от TBHAWT Manufacturing, упомянутый выше, являются более перспективными с точки зрения коммерческого использования.

Ветровые турбины с вертикальной осью запускаются при более низкой скорости ветра, что снижает производительность. Для обеспечения разумной производительности следует выбирать ветряные турбины с вертикальной осью Н-образной конструкции — в этом случае оператор должен убедиться, что аэродинамический профиль и оптимальный угол установки точно соблюдаются. Таким образом, ветряная турбина с Н-образной структурой будет запускаться со скоростью 2 м / с.

Эффективность

Ветровые турбины с горизонтальной осью преобладают на рынке энергии ветра из-за их гораздо более высокого КПД по сравнению с VAWT.В свою очередь, HAWT делятся на большие и маленькие ветряные турбины, где большие WT нуждаются в просторных открытых площадках, в идеале с выходом к морю, чтобы получать больше ветра.

Небольшие ветряные турбины имеют меньше ограничений и могут использоваться как для небольших домашних хозяйств, так и для снабжения общиной или городом. Конечно, все это сильно зависит от размера ветряной электростанции — чем она больше, тем больше домохозяйств она может обслужить.

Когда дело доходит до коммерческого использования, ветряные турбины с горизонтальной осью значительно уступают VAWT с точки зрения масштабирования и производительности.Будучи больше по размеру, обслуживание HAWT обходится дороже, но в то же время они производят в десять раз больше электроэнергии, чем средняя ветряная турбина с вертикальной осью.

Следует напомнить, что ветряные турбины с вертикальной осью вращения заметно неэффективны в высокоскоростных ветровых потоках из-за их крайне низких пусковых моментов и проблем с динамической стабильностью.

Ветровые турбины как с горизонтальной, так и с вертикальной осью имеют свои преимущества и недостатки. Чтобы получить большую часть этого, разработчику сначала необходимо решить, хотят ли они, чтобы ветряная турбина была закуплена самостоятельно, или же монетизировать энергию ветра, превращая ветряные турбины в стабильный долгосрочный доход.

по горизонтали Vs. Вертикальные ветряные турбины | Education

Ветровые турбины имеют две основные проектные категории: горизонтальную и вертикальную ось. Турбина с горизонтальной осью обычно имеет трехлопастной вертикальный винт, который встречает ветер лицом к лицу. Вертикальная турбина имеет набор лопастей, которые вращаются вокруг вертикальной оси. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки и подходит для различных сред.

Направление и скорость ветра

Для правильной работы горизонтально-осевой турбине необходимо, чтобы ветер шел под прямым углом к лопастям.Если он дует с направления, отличного от направления лопастей, турбина получает гораздо меньше энергии от ветра. Чтобы приспособиться к изменениям направления ветра, турбина оснащена приводом рыскания, который поворачивает направление агрегата. Однако привод медленно адаптируется к изменению направления, потому что он должен вращать всю турбину и гребной винт в сборе. В отличие от этого, вертикальная турбина работает хорошо независимо от направления ветра, что делает ее более подходящей для городских районов с высокими зданиями, где имеется заданная ветровая турбулентность.Конструкция с вертикальной осью позволяет ему работать при более низких скоростях ветра, чем это возможно с горизонтальной турбиной.

Эффективность использования энергии ветра

Горизонтально-осевые турбины преобразуют большую часть энергии ветра в полезное механическое движение, поскольку лопасти перпендикулярны направлению ветра, и лопасти улавливают энергию во всем диапазоне их движения. Для сравнения, лопасти турбины с вертикальной осью имеют недостаток эффективности, улавливая энергию ветра только с передней стороны; в задней части своего вращения они тянут за систему.

Механическая сложность и напряжение

Поскольку для регулирования изменения направления ветра требуется механизм рыскания, горизонтально-осевая турбина механически более сложна, чем вертикальная конструкция. Гироскопическое действие вращающихся лопастей турбины с горизонтальной осью создает напряжение, когда механизм рыскания поворачивается, чтобы поймать ветер. Со временем напряжение может привести к растрескиванию лопаток и ступицы турбины. Турбина с вертикальной осью не испытывает этого напряжения.

Подходящее расположение

Высокая башня и длинные лопасти горизонтальной турбины подходят только для открытых пространств.Вертикальные турбины, как правило, намного компактнее и могут быть размещены на крышах зданий и в других городских районах с меньшими ограничениями. Небольшая высота вертикального блока также делает его подходящим для мест, где ветер усиливается между зданиями или над вершинами холмов.

Рыночное предпочтение

Хотя турбина с вертикальной осью имеет некоторые преимущества по сравнению с горизонтальной конструкцией, более крупные разработчики энергетики выбрали расположение с горизонтальной осью, оставив производство с вертикальной осью для мелких коммерческих операторов или частных лиц.Горизонтальная ось проще для понимания и отвечает ожиданиям относительно того, как должна выглядеть ветряная турбина. Генераторы с вертикальной осью исторически были объектом преувеличенных заявлений, вызывающих скептицизм у потенциальных инвесторов технологии.

Ссылки

Ресурсы

Биография писателя

Уроженец Чикаго Джон Папевски имеет ученую степень по физике и пишет с 1991 года. Он участвовал в выпуске информационного бюллетеня по нанотехнологиям от Foresight Institute «Foresight Update».Он также внес свой вклад в книгу «Нанотехнологии: молекулярные размышления о глобальном изобилии».

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 прикреплена к вращающемуся элементу (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 тихоходными ножами, снижающими риск для людей и птиц.
Работает в экстремальных погодных условиях, при переменном ветре 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 объединять 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 выработку энергии. Низкий центр тяжести также делает эти модели более устойчивыми для плавания в морских установках.

Основные преимущества перед горизонтальными турбинами

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

Недостатки VAWT

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

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

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

Что такое ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT)?

Что такое ветряные турбины с горизонтальной осью?

Ветровые турбины с горизонтальной осью — это то, что большинство людей представляют, когда говорят о ветряных турбинах — гигантские белые вееры, стоящие вдоль береговых линий или на обширных полях.Благодаря их высокому КПД и большой выходной мощности они являются наиболее часто используемыми турбинами, особенно на коммерческих и промышленных объектах.

Типовая конструкция ветряных турбин с горизонтальной осью

Ветровые турбины с горизонтальной осью имеют несколько отличительных физических характеристик.

Ротор и лопасти

Ротор ветряной турбины с горизонтальной осью состоит из трех длинных лопастей, соединенных с горизонтальным валом. Вместо того, чтобы быть полностью плоскими, лопасти несущего винта имеют аэродинамическую форму, напоминающую крылья самолета, так что они могут воспринимать подъемную силу от ветра.Подъемная сила затем создает движущий момент, вызывающий вращение. При получении ветра лопасти вращаются как веер.

Типичные современные ветряные турбины с горизонтальной осью имеют диаметр от 40 до 90 метров в длину.

Гондола

В соединенной с ротором гондоле находятся рабочие компоненты, поддерживающие электрогенератор ветряной турбины. К ним относятся коробка передач, генератор, тормоз и контроллер.

Коробка передач

Ротор обычно вращается с меньшей скоростью.Коробка передач, расположенная между ротором и генератором, превращает медленное вращение лопастей в более быстрое вращение, которое больше подходит для привода электрического генератора. В среднем, когда ротор вращается со скоростью 20 об / мин, генератору требуется 1000 об / мин для выработки электроэнергии.

Конструкция ветряной турбины с горизонтальной осью. Значок ветряной турбины, созданный Луизой Иборра из Noun Project.

Блок управления ветром

На задней части гондолы внешний анемометр отвечает за измерение скорости набегающего ветра и направления ветра.Данные о скорости ветра будут переданы контроллеру в задней части гондолы.

На основе полученных данных контроллер решает, отключить ветряную турбину из соображений безопасности или из соображений безопасности. Он также определяет ориентацию ротора, гарантируя, что лопасти принимают входящий ветер под оптимальным углом.

Башня

Чтобы уловить более высокую скорость ветра и избежать турбулентных слоев воздуха у земли, ротор и гондола ветряной турбины с горизонтальной осью должны быть подняты и размещены на вершине башни.Хотя определенного стандарта не существует, высота башни обычно в два-три раза превышает длину лопастей для достижения оптимального баланса между выработкой энергии и стоимостью.

Система рыскания

Система рыскания, расположенная наверху башни и соединенная с гондолой, направляет турбины по направлению ветра. Это гарантирует, что ветряная турбина всегда обращена к набегающему ветру, что необходимо для того, чтобы лопасти ротора принимали ветер и начинали вращаться.

Предназначен для крупномасштабной ветроэнергетики

Благодаря этим механизмам и физическим характеристикам ветровые турбины с горизонтальной осью могут достигать большей выходной мощности и более высокой энергоэффективности, что идеально подходит для крупных ветряных электростанций и производства электроэнергии. Из-за этого они доминируют в ветроэнергетике в качестве основного решения для возобновляемых источников энергии.

Виды ветра — У.S. Управление энергетической информации (EIA)

Горизонтально-осевые турбины
Турбины вертикально-осевые

Размеры ветряных турбин сильно различаются. Длина лопастей — самый важный фактор в определении количества электроэнергии, которую может генерировать ветряная турбина. Небольшие ветряные турбины, которые могут привести в действие один дом, могут иметь электрическую мощность 10 киловатт (кВт). Самые большие действующие ветряные турбины имеют электрическую мощность до киловатт (10 мегаватт), а турбины большего размера находятся в стадии разработки.Большие турбины часто группируются вместе для создания ветряных электростанций или ветряных электростанций , которые обеспечивают энергией электрические сети.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Вертикально-осевой ветряк Дарье в Мартиньи, Швейцария

Источник: Лисипп, автор Wikimedia Commons (лицензия свободной документации GNU) (общественное достояние)

Горизонтально-осевые турбины аналогичны винтовым двигателям самолетов

Горизонтальные турбины имеют лопасти, как у воздушных винтов, и обычно имеют три лопасти.Самые большие турбины с горизонтальной осью имеют высоту 20-этажного здания и имеют лопасти длиной более 100 футов. Более высокие турбины с более длинными лопастями производят больше электроэнергии. Практически все используемые в настоящее время ветряные турбины представляют собой турбины с горизонтальной осью.

Вертикальные турбины похожи на взбиватели яиц

Турбины с вертикальной осью имеют лопасти, которые прикреплены к верхней и нижней части вертикального ротора. Самый распространенный тип турбины с вертикальной осью — ветряк Дарье, названный в честь французского инженера Жоржа Дарье, запатентовавшего эту конструкцию в 1931 году, — выглядит как гигантский двухлопастный взбиватель для яиц.Некоторые версии турбины с вертикальной осью имеют высоту 100 футов и ширину 50 футов. Сегодня используется очень мало ветряных турбин с вертикальной осью, потому что они не работают так же хорошо, как турбины с горизонтальной осью.

Ветряные электростанции или ветряные электростанции производят электроэнергию

Ветряные электростанции — это группы ветряных турбин, которые производят большое количество электроэнергии. Ветряная электростанция обычно имеет много турбин, разбросанных по большой площади. Одна из крупнейших ветряных электростанций США — Центр ветроэнергетики Хорс-Холлоу в Техасе, у которого на конец 2019 года было 422 ветряных турбины, расположенных на площади около 47000 акров.Общая электрическая мощность проекта составляет около 735 мегаватт (или 735 000 киловатт).

Горизонтально-осевые ветряки на ветроэлектростанции

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последняя проверка: 4 декабря 2020 г.