Библиографическое описание:

Дайчман Р. А. Выбор ветроустановок для систем автономного электроснабжения // Молодой ученый. — 2015. — №24. — С. 117-121.

 

В статье представлен анализ современных конструкций ветроустановок. Выделены критерии оценки, положительные и отрицательные стороны каждого вида.

Ключевые слова: ветроустановка, горизонтально-осевые, вертикально-осевые, ротор Савониуса, ротор Дарье, ротор Горлова, ветроустановки с многолопастным ротором, ветер, скорость, момент

 

Развитие ветроэнергетики в последнее время все более ускоряется что обусловлено желанием иметь независимую генерацию мощности, повышением тарифов, а также износом отечественных сетей. В данной статье исследуется применение ветроустановки (ВЭУ) для индивидуального пользования.

Все ВЭУ характеризуются положением оси ветроколеса относительно поверхности. Эффективности установки определяется КИЭВ — коэффициент использования энергии ветра, теоретически максимально возможный КИЭВ 60 %.

Наиболее применимым типом ветроэнергетических установок является горизонтально-осевой ветродвигатель, рис. 1, ось вращения ветроколеса которого располагается параллельно направлению скорости ветра. Вращающийся момент создаться аэродинамическими подъёмными силами. [1]

Рис. 1. Горизонтально-осевые ветродвигатели

 

Конструктивно более распространены трехлопастные установки с номинальной мощностью до 10 МВт. Ротор этих ветрогенераторов обладает большим моментом инерции, и как следствие, обладает более малыми скоростями вращения, но за счет своих размеров, формирует более высокий крутящий момент.

Другим основным видом являются ветродвигатели с вертикальной осью вращения, рис. 2.

Рис. 2. Вертикально-осевые ветроустановки

 

Генерация начинается при скорости ветра около 5 м/с, а на номинальную мощность установка выходит при 11 м/с. Максимально установленная мощность до 20 МВт. [2]

Ротор Савониуса имеет лопасти в виде цилиндрических поверхностей, рис. 3. [3]

Рис. 3. Ветроустановка с ротором Савониуса

 

Вращающийся момент создаться различными силами сопротивления воздушному потоку. Наиболее мощные рассчитаны на 5 кВт.

Ротор Дарье состоит из двух лопастей-пластин и вертикальной оси, рис. 4. [4]

Рис. 4. Ветроустановка с ротором Дарье

 

Ротор Горлова это всего лишь разновидность вертикально-осевой ветроустановки, рис. 5. [5]

Рис. 5. Ветроустановка с ротором Горлова

 

Многолопастные ветрогенераторы с направляющим аппаратом, конструктивно обладают двумя линиями лопастей, неподвижно закреплённый внешний ряд это концентрирующее ветрозахватное устройство. Ускоренный поток воздуха под наилучшим углом податься на лопасти генератора, рис. 6. [6]

Рис. 6. Ветроустановки с многолопастным ротором с направляющим аппаратом

 

В таблице 1 приведено сравнение наиболее распространённых конструкций ветроэнергетических установок.

 

Таблица 1

Характеристики ветроустановок

Тип ветроустановки

Преимущества

Недостатки

Горизонтально-осевая

                    КИЭВ порядка 47–48 %;

                    Малое число лопастей;

                    Простой процесс монтажа;

                    Дешёвые генераторы;

                    Большая стоимости системы в целом;

                    Необходимость ориентации на ветер;

                    Сложный механизм поворота лопастей;

Вертикально-осевая

                    Отсутствие механизма, ориентирующего на ветер;

                    Удобство эксплуатации;

                    Низкая надежность;

                    Массивная лопастная конструкция;

                    Отсутствие регулировки угла лопастей;

Ротор Савониуса

                    Само запуск при низких скоростях ветра;

                    Высокая материалоемкость;

                    Слабый КИЭФ — 15 %;

Ротор Дарье

                    КИЭВ 36 %-40 %;

                    Простое обслуживание;

                    Проблемы с самозапуском;

Ротор Горлова

                    Большой срок службы;

                    Высокая эффективность;

                    Сложная конструкция лопастей;

                    Высока цена;

Многолопастная с направляющим аппаратом

                    КИЭФ до 50 %;

                    Работа с низкими скоростями ветра;

                    Большая стоимость;

                    Значительная металлоемкость;

 

В целом, можно сказать, что ветроустановки с вертикальной осью вращения наиболее рекомендуемы для применения в автономном электроснабжении. При недостаточных скоростях ветра, а это 5 м/с и ниже, предпочтительным является использование комбинированных устройств, состоящих из ротора Дарье и ротора Савониуса, данное сочетание позволяет иметь достаточно низкий момент трогания и сохранять вырабатываемую энергию на приемлемом для потребителя уровне. Также перспективным направление — это развитие принципиально новых конструкций ветроколес, основанных на применение концентраторов и конфузоров, что еще более расширит, сферу применяя ветроэнергетики даже в регионах с относительно низкими скоростями ветра. [7–9]

 

Литература:

 

  1.                HOME: Inhalt der Website Windenergie Technik // Windenergie Technik URL: http://www.windenergie-technik-crome.de/ (датаобращения 13.11.2015)
  2.                Энергетика, ресурсосбережение, экономика // SimpleMachinesURL: http://vedomo.ru/index.php?topic=491.0 (дата обращения 13.11.2015)
  3.                Возобновляемые источники энергии. Часть 2. Ветер // URL: http://www.science-techno.ru/nt/article/vozobnovlyaemye-istochniki-energii-chast-2-veter/page/1 (дата обращения 13.11.2015)
  4.                Анализ ветроустановок с вертикальной осью вращения для электростанций малой мощности // URL: http://www.rusnauka.com/27_NNM_2011/Tecnic/5_92716.doc.htm (дата обращения 13.11.2015)
  5.                Gorlov helical turbine // URL: http://winddose.com/wind-turbine-techologies.html (дата обращения 13.11.2015)
  6.                Ветрогенераторы с многолопастным ротором с направляющим аппаратом // URL: http://reon.by/ob-energetike/energiya-vetra/80–002 (дата обращения 13.11.2015)
  7.                Дайчман, Р. А. Возможности современной ветроэнергетики / Р. А. Дайчман // Актуальные вопросы современной науки. — 2015. –№ 4(8). — С. 11–14.
  8.                Дайчман, Р. А. Использование ветроэнергетических установок в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Апробация. — 2015. –№ 11(38). — С. 13–15.
  9.                Дайчман, Р. А. Современная ветроэнергетика в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Научная перспектива. — 2015. — № 11(69). — С. 98–99.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle