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:
- HOME: Inhalt der Website Windenergie Technik // Windenergie Technik URL: http://www.windenergie-technik-crome.de/ (датаобращения 13.11.2015)
- Энергетика, ресурсосбережение, экономика // SimpleMachinesURL: http://vedomo.ru/index.php?topic=491.0 (дата обращения 13.11.2015)
- 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)
- 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)
- Gorlov helical turbine // URL: http://winddose.com/wind-turbine-techologies.html (дата обращения 13.11.2015)
- Ветрогенераторы с многолопастным ротором с направляющим аппаратом // URL: http://reon.by/ob-energetike/energiya-vetra/80–002 (дата обращения 13.11.2015)
- Дайчман, Р. А. Возможности современной ветроэнергетики / Р. А. Дайчман // Актуальные вопросы современной науки. — 2015. –№ 4(8). — С. 11–14.
- Дайчман, Р. А. Использование ветроэнергетических установок в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Апробация. — 2015. –№ 11(38). — С. 13–15.
- Дайчман, Р. А. Современная ветроэнергетика в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Научная перспектива. — 2015. — № 11(69). — С. 98–99.
