Ветряные турбины в качестве источника электроэнергии используются уже не одно десятилетие. Впервые подобные конструкции человек начал эксплуатировать, когда обуздал силу природы и стал возводить мельницы. Сегодня для производства электроэнергии используются ветрогенераторы турбинного типа уже третьего поколения. Причем сами конструкции приобретают в последнее время все более необычные формы.
Современная ветряная турбина состоит из следующих элементов:
- Анемометр. Он отвечает за измерение скорости ветра и передает соответствующую информацию контроллеру турбинного ветрогенератора.
- Лопасти. Ветер, попадая на эти элементы, заставляет их вращаться. В результате в действие приводится турбина, которая вырабатывает электроэнергию.
- Тормоз. Он дополняется механическим, гидравлическим и иными приводами. Тормозная система в ветровой турбине необходима для остановки ротора при возникновении критических ситуаций.
- Контроллер. Отвечает за управление всей установки. Он в автоматическом режиме запускает ветряные турбины и останавливает их ход.
- Индукционный генератор. Устройство генерирует электроэнергию. Оно дополняется высокоскоростным валом.
- Гондола. Она располагается в верхней части ветряной турбины. В корпусе гондолы скрывается большинство элементов конструкции установки, включая тормоз и контроллер.
В зависимости от типа конструкции ветряная турбина может дополняться другими элементами. В частности, современные установки оснащаются обтекателем, который улавливает ветер и усиливает мощность последнего.
Достоинства турбин
Ветряная турбина современного типа обладает следующими преимуществами в сравнении со своими предшественниками:
- Способна работать при высокой скорости ветра. Турбины современного типа функционируют, когда ветровые потоки движутся с превышением критических показателей (25–60 м/сек).
- Не создает инфразвуковых волн. Этим недостатком обладали ветротурбины предыдущих поколений.
- Простой монтаж. Основу конструкции создают еще на производстве. На месте устанавливаются отдельные элементы и монтируется гондола на мачту.
- Применение инновационных материалов. Они не только увеличивают срок эксплуатации установки, но и обеспечивают легкость монтажа.
Ветровые установки в основном монтируются вдоль морского и океанского побережья либо непосредственно на воде. Такой подход позволяет добиться практически круглогодичной работы турбины.
Современные разработки
К числу недостатков, которыми обладают лопастные установки, относят следующее:
- они нарушают естественный тепловой баланс;
- относительно низкий КПД, не превышающий 30%;
- занимают большую площадь;
- представляют опасность для птиц.
Указанные недостатки заставляют разработчиков по всему миру искать новые технологические решения, позволяющие получать ветровую энергию. Среди последних достижений можно выделить:
1. Парящую турбину.
Конструктивно она напоминает воздушный шар, наполненный гелием. Внутри на горизонтальной оси установлена турбина с тремя лопастями. Такая система сегодня эксплуатируется на Аляске. Парящая турбина располагается на высоте, недоступной для современных ветровых установок. Такая система способна функционировать практически в автономном режиме (участие персонала сведено к минимуму).
2. Вертикальные турбины.
Их лопасти повторяют расположение плавников у рыб. За счет такой конструкции турбины способны вырабатывать достаточное количество электроэнергии, находясь при этом на близком расстоянии друг от друга. Длина вертикальных установок составляет 9 м. Для эффективной работы системы необходим монтаж как минимум двух близкорасположенных турбин. Согласно предварительным исследованиям, новый тип установок в сравнении с лопастными аналогами вырабатывает в 10 раз больше электроэнергии, занимая равную площадь.
3. Углеродистые «стебли».
В ОАЭ реализуется новый проект по генерации чистой электроэнергии. Он предусматривает монтаж 1203 углеродистых «стеблей» на 20-метровом основании. Высота данной конструкции составляет 55 м. Каждый отдельный элемент системы находится на расстоянии 10 м друг от друга.
Толщина отдельного стебля в основании равна 30 м. Внутри их располагаются слои, состоящие из чередующихся между собой электродов и пьезоэлектрического материала. Под давлением последний генерирует электричество. Энергия возникает в момент, когда стебли качаются на ветру. Данная система обеспечивает выработку того же количества электроэнергии, что и другие ветряные установки, занимающие равную площадь.
Нечто похожее создали тунисские ученые. Их система отличается от углеродистых «стеблей», используемых в ОАЭ, тем, что в ее верхней части располагается бесшумный генератор, напоминающий спутниковую тарелку.
В Голландии предложили устанавливать на каждый дом небольшую конструкцию, способную под действием силы ветра генерировать электричество. Этот ветрогенератор имеет турбину, повторяющую форму панциря улитки. Она, захватывая поток ветра, разворачивается и меняет направление его движения. Производительность такого ветрогенератора достигает 80% от теоретических показателей, которые потенциально могут демонстрировать подобные установки.
В последние годы появились разработки, предназначенные для монтажа на плавательных судах. В целом, количество систем, способных заменить собой лопастные ветрогенераторы, постоянно увеличивается. Возможно, в будущем они смогут решить все задачи, стоящие перед ветряной энергетикой.
Если в настоящее время существует множество более продвинутых способов получения энергии, то раньше практически всюду использовались ветровые турбины. Конечно, они используются и сейчас, но число значительно сократилось. Чтобы понять принцип их работы, важно знать, что ветер - это форма солнечной энергии.
Общее описание
Ветровые турбины работают, используя потоки ветра. Но почему именно ветер способен дать электроэнергию? Это явление возникает из-за того, что происходит неравномерный нагрев атмосферы земли, структура поверхности планеты нерегулярна, а также потому, что она вращается. Ветровые турбины, или ветрогенераторы, способны преобразовать кинетическую механическую, которую впоследствии можно использовать для некоторых других задач.
Как именно эти устройства производят электрическую энергию, используя обычный ветер? На самом деле все довольно просто. Принцип работы такой турбины прямо противоположен работе вентилятора. Под действием силы ветра, у ветровой турбины поворачиваются лопасти, которые, в свою очередь, заставляют вращаться вал, соединенный с генератором, производящим электрическую энергию.
Типы турбин
Существует несколько типов разнообразных турбин. Инженеры выделяют две основные категории, использующиеся в данное время. Первая категория - горизонтально-осевые, а вторая категория - вертикально-осевые. Первый вид ветровых турбин имеет самую обычную конструкцию, включающую в себя две или три лопасти. Агрегаты с тремя лопастями работают по принципу "против ветра". Сами же элементы установлены так, что смотрят на ветер.
Одна из наиболее крупных турбин во всем мире - это GE Wind Energy. Мощность этого устройства - 3,6 мегаватта. Тут стоит отметить, что чем больше турбина, тем она эффективнее. К тому же соотношение пользы и цены также улучшается с увеличением размера агрегата.
Общие показатели турбин
Первый показатель, по которому выбирается устройство, - это мощность. Если брать "сервисные" турбины, то их мощность может начинаться от 100 кВт и достигать нескольких мВт. Также важно отметить, что и вертикальные ветровые турбины, и горизонтальные могут быть собраны в группы. Такие группы чаще всего называют ветряными фермами. Предназначение таких участков - это оптовая поставка электроэнергии к нужному объекту.
Если говорить о небольших одиночных турбинах, мощность которых ниже чем 100 кВт, то используются они чаще всего для снабжения электричеством частных домов, телекоммуникационных антенн или же для подачи энергии на водоперекачивающие насосы. Стоит отметить, что небольшие по своим размерам турбины также могут использоваться в комплекте с аккумуляторами или солнечными батареями. Такая система получила название гибридной. Используются они в тех местах, где нет другой возможности для подключения к электрической сети.
Преимущества вертикальных турбин
В настоящее время намного чаще используется именно вертикальный тип устройств. Это обосновано тем, что вертикальный тип обладает рядом преимуществ перед горизонтальными.
На вышки вертикального типа нагрузка будет действовать более равномерно, что дает такую возможность, как более простое создание большей, по своим габаритам, конструкции. К тому же для установки ротора на такой тип турбины нет необходимости в дополнительном оборудовании. Важным преимуществом, повышающим эффективность работы, стало то, что лопасти вертикальных турбин можно сделать закрученными - в виде спирали. Это очень важно, так как в этом случае энергия ветра будет воздействовать на них и на входе, и на выходе, что, конечно же, увеличивает эффективность установки.
Одним из важнейших преимуществ вертикальных турбин стало то, что при их установке нет смысла в настройке оси на поток ветра. Такой тип устройств будет работать при потоке ветра, дующем с любой из сторон.
Ветровая роторная турбина Болотова
Данная установка выделяется на фоне остальных устройств. Для нормальной работы турбины нет нужды в приспособлении ее к разного рода погодным условиям. Ветросиловой элемент этой конструкции способен воспринимать ветер с любой из сторон, без проведения каких-либо настроечных операций. К тому же такой тип станции не требует поворота башни при изменении направления ветра. Еще одно преимущество вертикальных ветровых турбин (VAWT - ветроэлектростанция с вертикально расположенным валом генератора) в том, что они обладают специальной конструкцией, позволяющей работать с ветряными потоками любой мощности. Возможна работа даже при штормовых порывах. Есть возможность выбора количества установочных модулей. От их количества будет зависеть выходная мощность турбины. То есть, изменяя количество модулей, можно изменять мощность агрегата, что очень удобно. Еще одно из преимуществ заключается в том, что ветросиловой элемент конструкции собран таким образом, что позволяет проводить преобразование с высоким КПД кинетической энергии в механическую.
Размеры ветровой турбины Бирюкова и Блинова
Данное устройство обладает двухэтажным ротором с диаметром 0,75 м. Высота этого элемента - 2 м. При действии свежего ветра, такой ротор был способен полностью раскрутить ротор асинхронного вала с мощностью до 1,2 кВт. Турбина могла выдерживать силу ветра без поломок до 30 м/с.
Стоит рассказать о том, почему ветровая установка считается достижением двух ученых. Все дело в том, что в 60-х гг. в СССР ученый Бирюков запатентовал карусельный с КИЭВ 46%. Однако несколько позже инженер Блинов смог использовать ту же самую конструкцию, но уже с показателем 58% КИЭВ.
Турбины гиперболоидного вида
В основу ветровых турбин гиперболоидного типа легли идеи такого инженера, как Шухов Владимир Григорьевич.
К особенностям этого типа турбины можно отнести то, что она обладает большей рабочей зоной ветрового потока. Если сравнивать этот показатель с другими категориями устройств, то гиперболоидный тип показывает результаты на 7-8% лучше, если считать от ометаемой площади. Этот показатель справедлив для тех типов, у которых рабочая зона ветрового потока крыльчатая. Если сравнивать такой тип, к примеру, с турбинами Дарье и Савониуса, то разница будет в 40-45%.
К особым свойствам этой категории агрегатов также стоит отнести и то, что они способны работать и с восходящими потоками воздуха. Это очень продуктивно, если установить генератор возле озера, болота, на склоне холма и т. д.
К плюсам таких турбин относится и то, что линия контакта активного слоя воздуха, который омывает гиперболоид, будет длиннее в 1,6 раза, чем у аналогичного цилиндра, вращающегося как ветрогенератор роторного типа. Естественно, отсюда вывод, что коэффициент полезного действия будет больше во столько же раз.
Недостатки
Несмотря на множество плюсов и особенностей этих турбин, у них имеется и ряд некоторых недостатков.
К отрицательным факторам стоит отнести то, что при вращении лопастей генератора против ветряных потоков, этот тип генератора будет нести существенные потери, что, в свою очередь, приведет к снижению эффективности работы примерно в два раза. Снижение этого показателя очень заметно, если сравнивать вертикальные турбины с горизонтальными, которые таких потерь не имеют.
Еще одним недостатком станет и то, что вертикальный ветрогенератор должен быть очень длинным. Если расположить его близко к земле, где скорость ветра значительно ниже, чем на большой высоте, то могут быть проблемы с запуском ротора, которому нужен толчок для начала работы. Сам по себе он никак не запускается. Можно, конечно, устанавливать специальные башни, чтобы поднять лопасти выше, однако нижняя часть ротора все равно будет находиться слишком низко.
К другим недостаткам можно отнести то, что зимой на лопастях ветрогенераторов будут образовываться сосульки. Также стоит отметить большое количество шума, который издают турбины при работе. Некоторые из установок даже способны производить при своей работе вредный инфразвук. Он вызывает вибрацию, из-за чего могут дребезжать стекла, окна, посуда.
Интересный факт: ветровые турбины в RimWorld использовались как источник энергии.
Полезные ископаемые, добываемые из недр земли и используемые человечеством в качестве энергоресурсов, к сожалению, не безграничны. С каждым годом их стоимость увеличивается, что объясняется сокращением уровня добычи. Альтернативным и набирающим обороты вариантом энергоснабжения выступают ветряные электростанции для дома. Они позволяют преобразовывать энергию ветра в переменный ток , что дает возможность обеспечивать все потребности в электричестве любых бытовых приборов. Главное преимущество таких генераторов – это абсолютная экологичность, а также бесплатное пользование электричеством неограниченное количество лет. Какие еще преимущества имеет ветрогенератор для дома, а также особенности его эксплуатации, разберем далее.
Еще древние люди заметили, что ветер может стать отличным помощником в осуществлении множества работ. Ветряные мельницы, позволявшие превращать зерно в муку, не затрачивая собственных сил, стали родоначальниками первых ветрогенераторов.
Ветряные электростанции состоят из определенного количества генераторов, способных получать, преобразовывать и накапливать энергию ветра в переменный ток. Они вполне могут обеспечить целый дом электроэнергией, которая берется из ниоткуда.
Однако, нужно сказать, что затраты на оборудование и их обслуживание не всегда дешевле , нежели стоимость центральных электросетей.Преимущества и недостатки
Итак, прежде чем присоединиться к сторонникам бесплатной энергии, нужно осознать, что ветряные электростанции имеют не только преимущества, но и определенные недостатки. Из положительных сторон
использования энергии ветра в быту можно выделить следующие:
- способ абсолютно экологически чистый и не вредит окружающей среды;
- простота конструкции;
- легкость эксплуатации;
- независимость от электросетей.
Домашние мини-генераторы могут, как частично обеспечивать электричеством, так и стать полноценным его заменителем, преобразуясь в электростанции.
Однако не нужно забывать про недостатки , которыми являются:
- высокая стоимость оборудования;
- окупаемость наступает не ранее чем через 5-6 лет использования;
- относительно небольшие коэффициенты полезного действия, отчего страдает мощность;
- требует наличия дорогостоящего оборудования: аккумулятор и генератор, без которого невозможна работа станции в безветренные дни.
Чтобы не потратить уйму денег впустую, перед покупкой всего необходимого оборудования, следует оценить рентабельность электростанции. Для этого высчитывают среднюю мощность дома (сюда входят мощности всех используемых электроприборов), количество ветреных дней в году, а также оценивают местность, где будут располагаться ветряки.
Основные конструктивные элементы
Простота возведения электростанции объясняется примитивностью конструктивных элементов.Чтобы пользоваться энергией ветра, потребуются такие детали
:
- ветряные лопасти – захватывают поток ветра, передавая импульс ветрогенератору;
- ветрогенератор и контроллер – способствуют преобразованию импульса в постоянный ток;
- аккумулятор – накапливает энергию;
- инвертор – помогает преобразовывать постоянный ток в переменный.
Ветер - это форма солнечной энергии. Ветры вызваны неравномерным нагревом атмосферы солнцем, нерегулярной структурой поверхности земли и ее вращением. Траектории потока ветра измененяются ландшафтом земли, массами воды и растительностью. Люди используют ветер или энергию его движения во многих целях: для парусного спорта, запуска бумажного змея и даже для производства электроэнергии. Термины «энергия ветра» и «мощность ветра» описывают процесс использования ветра для генерации механической энергии или электричества. Ветряные турбины (ветрогенераторы) преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую, которая может быть использована для ряда специфических задач, таких, как размол зерна или перекачивание воды.
Так как же ветряные турбины производят электричество? Попросту говоря, ветряная турбина работает противоположно вентилятору. Вместо того, чтобы использовать электричество, чтобы создавать ветер, как вентилятор, ветрогенераторы используют ветер, чтобы производить электричество. Ветер поворачивает лопасти, которые вращают вал, соединенный с генератором, производящим электроэнергию.
Этот вид сверху на «завод энергии ветра» показывает, как группа ветрогенераторов может производить электроэнергию для потребительских сетей. Через линии передачи и распределения она поступает в дома, предприятия, школы и так далее.
Типы ветряных турбин
Современные турбины разбиваются на две основных группы: горизонтально-осевые и вертикально-осевые, похожие на «взбивалки» модели Darrieus, названной в честь ее французского изобретателя. Горизонтально-осевые турбины, в типичном случае, имеют две или три лопасти. Эти трехлопастные турбины работают «против ветра», с лопастями, смотрящими на ветер.
Турбина GE Wind Energy мощностью 3.6 мегаватта - одна из крупнейших среди когда-либо устанавливавшихся:
Турбины большего размера более эффективны. И в ценовом отношении тоже.
Размеры ветряных турбин
Диапазон размеров турбин «сервисного» масштаба простирается от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Большие турбины группируются вместе в «ветряные фермы», которые осуществляют оптовые поставки электроэнергии в электросети.
Небольшие одиночные турбины мощностью ниже 100 кВт используются для электроснабжения домов, телекоммуникационных антенн или питания водоперекачивающих насосов. Маленькие турбины иногда применяются в комплексе с дизельными генераторами, аккумуляторами и солнечными батареями. Эти системы называют «гибридными ветровыми системами» и находят применение в отдаленных местах, где подключение к электрической сети невозможно.
Внутри ветряной турбины
| Anemometer |
Анемометр |
Измеряет скорость ветра и передает данные скорости контроллеру. |
| Blades |
Лопасти |
Большинство турбин имеет или две или три лопасти. Ветер, проходящий сквозь лопасти, заставляет их «взлетать» и вращаться. |
| Brake |
Тормоз |
Дисковый тормоз, с механическим, электрическим или гидравлическим приводом для остановки ротора в критических ситуациях. |
| Controller |
Контроллер |
Управляющий контроллер запускает машину на скоростях ветра приблизительно 8…16 миль в час и отключает машину приблизительно при 55 милях в час. Турбины не работают на скоростях ветра выше 55 миль в час, потому, что сильный ветер может их разрушить. |
| Gear box |
Коробка передач |
Механически соединяет низкоскоростной вал турбины с высокоскоростным, увеличивая скорость вращения с 30…60 оборотов в минуту, до 1000…1800 оборотов, то есть до скорости, требуемой большинству генераторов для выработки электроэнергии. Коробка передач - дорогостоящая (и тяжелая) часть ветровой турбины и инженеры исследует генераторы «прямого привода», которые работают на более низких вращательных скоростях и не нуждаются в коробках передач. |
| Generator |
Генератор |
Обычно стандартный индукционный генератор, который вырабатывает электроэнергию переменного тока частотой 60 Герц (для США). |
| High-speed shaft |
Высокоскоростной вал |
Приводит в действие генератор. |
| Low-speed shaft |
Низкоскоростной вал |
Ротор вращает этот вал со скоростью порядка 30…60 оборотов в минуту. |
| Nacelle |
Гондола |
Гондола находится наверху башни и содержит в себе коробку передач, низко- и высокоскоростной валы, генератор, управляющий контроллер и тормоз. Некоторые гондолы достаточно велики для того, чтобы на них мог сесть вертолет. |
| Pitch |
Разворот лопастей |
Лопасти Поворачивает к ветру или под углом к нему, чтобы управлять скоростью вращения ротора и препятствовать вращению при ветрах, которые слишком сильны или слишком слабы для выработки электроэнергии. |
| Rotor |
Ротор |
лопасти и ступица вместе называют ротором. |
| Tower |
Башня |
Башни сделаны из стальной трубы (показаны здесь), бетона или имеют ажурную конструкцию. Поскольку скорость ветра увеличивается с высотой, более высокие башни позволяют турбинам захватить больше энергии ветра и произвести больше электроэнергии. |
| Wind direction |
Направление ветра |
Есть так называемые турбины «против ветра», потому, что при работе они повернуты «лицом» к ветру. Другие турбины разработаны, чтобы работать с «подветренной» стороны, отворачиваясь от ветра. |
| Wind Vane |
Флюгер |
Определяет направление ветра и передает данные в управляющий контроллер для ориентации турбины в соответствии с направлением ветра. |
| Yaw drive |
Привод гондолы |
Турбины типа «против ветра» должны быть направлены на ветер и привод гондолы используется для коррекции направления ротора при изменениях направления ветра. «Подветренные» турбины не требуют привода ротора, так как ветер дует им в «спину». |
- На счет лопастей (с горизонтальной осью), мне понравилась статья из журнала «Моделист-конструктор», 1993год, №8. http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/%27%27Modelist-konstruktor%27%27/%27%27MK%27%27,1993,N08.%5Bdjv-002%5D.zip Там доходчиво расписан и принцип действия и как его сделать.
- Чем смотреть такую прессу, лучше прочитать (вдумчиво) книгу Фатеева "Ветродвигатели и ветроустановки"
- Касаемо промышленных ветротурбин dzen +1 [B]Три лопасти как компромис между С одной стороны стремлением обеспечить конструктивную прочность лопастей и снизить динамические нагрузки, удешевить ВЭУ путём уменьшения количества лопастей, обеспечить допустимый уровень аэродинамических шумов и вибраций, усиливающихся с ростом скорости движения концов лопастей и с другой стороны стремлением к увеличению КПД ветротурбины, растущего с увеличением оборотов ветротурбины и числа лопастей. [I]Учебник «Ветродвигатели и ветроустановки» Фатеева Е.М.
- 3-лопастная турбина имеет постоянный момент инерции относительно оси ориентирования,независимый от положения лопастей, следовательно при ориентировании ветряка не возникает вибраций. 2-лопастная при ориентировании трясется.
- RE: Почемы 3 лопасти / Виталий71 Нууу, впервих кпд как раз самои болшои у одлолопастника, но он динамически несбалансируемий. А у двухлопастника звук вопиюсчий, зато трехлопастник - ето последний с высоким коефициентом, так как увеличение лопастеи сверх 3...5 НЕ ИЗМЕНЯЕТ кпд, зато крепко снизает СКОРОСТЬ вращения, значит материалоэмкость
- В зависимости от быстроходности ветряка, для максимума КИЭВ, есть оптимальный коэффициент заполнения ветротурбины и от количества лопастей мало зависит, идеальная турбина-бесконечное количество бесконечно-узких лопастей. Наиболее сбалансированны 3, 6, 12, 18, ... , 3 минимальное число.
- А меня звук двухлопастника не напрягал, хоть я и не ту кромку заточил по невниманию.
- это про гигаваттник??? Но обычный (непойманный) ветер тоже вызывает широкий спектр звуковых колебаний (ИНЧ в том числе), хаотически давя на листья, ветви деревьев, окна и стены зданий. И даже в чистом поле ветер человеку на уши давит. Гроза и землетрясения тоже генераторы инфразвука. Насекомые и некоторые растения (перекати-поле) могут быть унесёнными потоками воздуха. Запретить это всё срочно!!! :)))
- Да бредни это, слухи,которые финансово поддерживались в 80 годы владельцами теплоэлектростанций. Прблема мегаваттных ветряков,то что птицы (особенно по холоду) облепляют и обгаживают их, при наличии дырок вовнутрь,патаются свить гнезда внутри. Гнезда в ветряках сам видел.
- Господа добрый день. Интересные у вас беседы однако прошу прощения у меня вопрос, а кто нибудь собирал турбину Горлова (http://www.quietrevolution.com/) я сделал но она и при сильном ветре не крутит если кто знает в чем секрет (где то есть изюменка а где не знаю)
- Похоже ещё один человек хочет наступить на грабли. Есть простая истина, подтверждена теоретически и практически, причём не раз - все вертикалки делаются для красоты, но не как не для работы.
- Эта т.н. турбина горлова - обычный ротор Дарье, скрученный в спираль для снижения резких кратковременных нагрузок. Но кроме снижения нагрузок, сильно падает КИЭВ и поэтому, чтоб она закрутилась, надо делать очень качественные лопасти и иметь сильный ветер. Ну и использовать ее хорошо только для красоты или раскрутки каких нибудь инвесторов на деньги.
- То есть никто не знает что надо чтоб она закрутилась?
- Качественные лопасти и сильнейший ветер.
- Профиль лопастей должен быть точный, плоские ленты не пойдут. Плюс хороший ветер и разгонять её надо до рабочей скорости, сама турбина не разгонится даже при хорошем ветре. Против ветряка с горизонтальной осью её КИВ почти в 3 раза меньше. Вот выглядит красиво, ничего не скажешь:)
- аэродинамический профиль крыла? А для разгона можно использовать ротор Савониуса.
- Доказано расчетами и практикой, что профиль лопасти (хорда), должна быть приближена к идеальной, передняя плоскость отражающая ветровой поток по углу атаки где создается избыточное давление может быть плоской, а вот тыловая плоскость лопасти, чтобы создать по больше разницу давлений воздуха за лопастью нежели перед ею, должна быть выпуклой не равномерно создавая разряженность воздушных масс Может что не так?
- Да посмотрите любой атлас аэродинамических профилей и увидите какие они-эти профили.
- Да, я в курсе о них.
- В крупных турбинах (относительно) управление лопастями идет опосредовано, извне. По крайней мере в Крыму на ВЭС управление было с персоналки в зависимости от нагрузки, оборотов, etc.
Невероятно! Но скоро это произойдет. Альтернативные источники энергии третьего поколения перевернут мир в целом. Начало уже заложено. Ветряные турбины - вот электроэнергетическое будущее человечества.
Введение
Несмотря на то что альтернативным видам энергетики, таким как ветряные турбины, например, все еще незаслуженно мало уделяется внимания, они продолжают усиленно развиваться. Возможно, в скором времени сильные мира сего поймут, что невменяемая добыча полезных ископаемых больше приносит вреда, чем пользы, и природные виды энергетики прочно войдут в нашу повседневную жизнь. Такая надежда тесно связана с тем, что некоторое время назад было объявлено о появлении ветрогенератора третьего поколения.
Что такое ветряной генератор третьего поколения
Традиционно принято считать, что устройствами первого поколения, которые преобразовывали энергию ветра, были обычные корабельные паруса и мельничные крылья. Чуть более века назад, с развитием авиации, появился ветрогенератор второго поколения - механизм, в основе работы которого лежали принципы аэродинамики крыла.
Это был прорыв того времени! Хотя, если взять в целом, то ветряки второго поколения маломощны, так как из-за конструктивных особенностей не могут работать при сильных ветрах. Поэтому для того чтобы получать больше электроэнергии приходилось увеличивать в размерах, что тянуло за собой дополнительные финансовые расходы на разработку, производство, установку и его эксплуатацию. Естественно, что долго так оставаться не могло.
В начале 2000-х готов специалисты-разработчики объявили о появлении ветрогенератора третьего поколения - ветротурбины. Конструкция, принцип работы, установка, а самое главное мощность нового устройства коренным образом отличается от его предшественников.
Устройство
Простота. Это именно то слово, которым можно охарактеризовать конструкцию ветротурбинного генератора. По сравнению с лопастными ветрогенераторами, ветряная турбина имеет гораздо меньшее количество рабочих узлов и гораздо больше неподвижных элементов, благодаря чему более стойко переносит различные статические и динамические нагрузки.
Устройство ветротурбины:
- обтекатель, бывает внутренний и наружный;
- обтекатель узла турбогенератора;
- гондола;
- турбина;
- генератор;
- динамичный крепежный узел.
Из дополнительных систем ветрогенератор оснащен блоками инвертирования, аккумуляции и управления. Отсутствуют традиционные для лопастного ветрогенератора системы регулировки лопастей и ориентации на ветер. Последнюю заменяет обтекатель, который также выступает в роли сопла, улавливает ветер и увеличивает его мощность. Если учитывать, что энергия ветряного потока равняется его скорости в кубе V3, то благодаря наличию сопла эта формула выглядит следующим образом: V3х4 = Eх64. При этом благодаря своей цилиндрической конструкции обтекатель имеет свойство самонастраиваться на направление ветра.
Преимущества
Любой новый продукт или изобретение всегда должны существенным образом выделяться на фоне своих предшественников, и обязательно в лучшую сторону. Все это можно сказать и про новый ветрогенератор с турбоконструкцией. Одно из главных преимуществ ветротурбины - это ее устойчивость к сильным ветрам. Ее конструкция устроена таким образом, что она будет эффективно и безопасно работать за пределами, которые для обычных лопастных ветряков, являются критическими: от 25 м/сек до 60 м/сек. Но это не единственное преимущество, которыми обладает ветряная турбина, их несколько:
- Отсутствие инфразвуковых волн. Наконец-то ученым удалось решить одну из важных проблем, которыми обладают ветрогенераторные установки. Именно из-за существования такого побочного эффекта ВСУ (ветросиловая установка) подвергалось критике со стороны противников альтернативной энергетики, инфразвук отрицательно сказывается на окружающей живой среде. Но теперь ветрогенератор турбинного типа благодаря отсутствию инфразвуковых волн, могут устанавливать даже в городской черте.
- Отсутствие лопастей снимает сразу несколько задач, которые стояли перед конструкторами и изготовителями ветрогенератора. Первое, снимаются значительные затраты сил и средств на эксплуатационный контроль лопастных ветряков. Второе, лопасть ветряного колеса - это самый сложный элемент ветрогенератора в изготовлении. Львиную долю стоимости обычной ВЭУ составляют затраты именно на изготовление лопастей. К тому же известны случаи, когда при сильных порывах ветра, лопасть ломалась, разбрасывая осколки на сотни метров.
- Простота сборки и установки. Все сложные конструкции или узлы изготавливает и собирает завод-производитель, на месте происходит лишь последний этап сборки и установка на мачту. Плюс легкость конструкционных элементов, позволяет использовать при монтаже ветрогенераторасамую обычную грузоподъемную технику.
- Схема подключения. В отличие от лопастной ВСУ турбина подключается по стандартной схеме. На этот факт никак не влияют те технические условия, который выдвигает будущий владелец ВЭУ.
- Большой срок эксплуатации обусловлен материалами, из которых изготавливается ветрогенератор и его отдельные части. Учитывая профилактические работы, которые обязательны при эксплуатации ветротурбины, срок службы устройства может составлять до 50 лет.
- Небезопасность лопастных ВЭУ.
- Инфразвук, который они издают.
- Минимальная скорость ветра для работы лопастного ветрогенератора 4 м/сек.
География эксплуатации турбинной ВСУ
Самым реальным и оптимальным местом установки турбинного ветрогенератора будет берег озера или моря. Рядом с водоемами такой ветрогенератор будет работать практически круглый год, потому что благодаря своему сопельному устройству, он является очень чувствительным к легким бризам и другим малейшим проявлениям ветра скоростью от 2 м/сек.
С таким же успехом ВСТ будут работать и в черте города, там, где обычный ветрогенератор работать, неспособен по ряду известных причин:
Интересный факт, который доказывает преимущество ВТУ
Одним из краеугольных камней, на которых базируется позиция противников альтернативной энергетики, заключается в том, что ветряные электростанции препятствуют работе локационного оборудования. Во время работы ветрогенератор создает помехи, для прохождения радиоволн. Учитывая размеры отдельных ветроэлектростанций, а они могут составлять от нескольких десятков до сотен квадратных километров, понятно, почему правительства многих стран начали блокировать проекты альтернативной энергетики на государственном уровне - это прямая угроза национальной безопасности.
По этой причине французская компания, производящая комплектующие на ветрогенератор, взялась за непростую задачу с точки зрения исполнения - сделать невидимыми для радаров непосредственно ветросиловые установки, а не пространство вокруг ветрогенератора. Для этого будет использоваться опыт, полученный при изготовлении самолетов Стелс. Новые комплектующие планируют выпустить на рынок уже в 2015 году.
Но где, же факт, который доказывает преимущество ВСТ перед лопастной ВЭУ? А факт заключается в том, что ветротурбины не создают помех, для работы локационного оборудования и без дорогостоящей технологии Стелс.
Перспективы развития альтернативной ветроэнергетики
Первые попытки начать использовать ветрогенератор в промышленных масштабах предпринимались еще в середине прошлого века, но оказались неудачными. Это было обусловлено тем, что нефтяные ресурсы были сравнительно дешевыми, а строительство ветроэнергетических станций было нерентабельно затратным. Но буквально через 25 лет ситуация в корне изменилась.
Альтернативные источники энергии усилено начали развиваться в 70-х годах прошлого века, после того, как в мире резко выросли темпы машиностроения и страны столкнулись с дефицитом нефти, что привело к нефтяному кризису 1973 года. Тогда впервые сектор нетрадиционной энергетики в некоторых странах получил государственную поддержку и ветрогенератор стал использоваться в промышленных масштабах. В 80-х годах мировая ветроэнергетика начала выходить на самоокупаемость, и сегодня такие страны, как Дания, Германия и Австралия почти на 30% обеспечивают себя за счет альтернативных источников энергии, в числе которых и ветроэлектростанции.
К сожалению, а возможно, и к счастью, прошлогодняя тенденция нефтяного рынка с нестабильной ценой на нефть, заставляют всерьез задуматься о том, что времена, когда дешевая нефть - это было хорошо остались в прошлом. Сегодня для многих стран, чем дешевле нефть, тем выгоднее развивать нетрадиционную энергетику в первую очередь это касается стран СНГ. Поэтому предпосылки для того, что ветроэнергетика будет развиваться - есть. Как это будет - посмотрим.
