gototopgototop

Мобильная ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения

Костин Алексей Андреевич – бакалавр кафедры Электроэнергетики и электротехники Дальневосточного федерального университета.

Куличенко Антон Владимирович – студент кафедры Электроэнергетики и электротехники Дальневосточного федерального университета.

Аннотация: В статье рассматривается проблема доставки электрической энергии в удаленные от централизованного энергетического снабжения районы и приводится вариант ее решения. Наличие удаленных поселений и объектов, стабильный рост цен на завозное топливо, возрастающий загрязнения окружающей среды и прочее, определяет интерес к локальным энергетическим установкам на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для обеспечения поселений и различных объектов электроэнергией. В связи с этим, актуальной и технически интересной представляется задача по разработке всепогодного, энергетического модуля для производства электроэнергии на основе возобновляемых источников.

Ключевые слова: Электрическая энергия, ветроэнергетическая установка, возобновляемые источники.

Сравнивая ветровые установки с горизонтальной и вертикальной осью следует рассматривать преимущества, очевидные, по отношению к вертикальному расположению оси: нет необходимости ориентации на ветер, что усложняет конечный процесс получения энергии; легче в обслуживании за счет простоты самих компонентов, имеет широкую базу для дальнейшей модернизации и унификации, что тоже не мало важно при дальнейшем капиталовложении; есть возможность создания бесшумной и безопасной установки, с началом рабочего диапазона при ветре около 2м/с.

В результате анализа существующих модификаций ветряков, для изготовления установки достаточно малых габаритов, предпочтительна схема роторного типа, с двумя рядами лопастей, (направляющие и вращающиеся, см. рис.1), с вертикальным расположением вала, с безредукторным низкооборотным генератором.

Конфигурация профиля рабочих (вращающихся) лопастей, принимающих нагрузку от ветрового потока должна быть проста и надежна. Поэтому выбор стоит сделать в пользу лопастей с профилем крыла Жуковского. В режиме крыла, воздушный поток обтекает по его выпуклой поверхности, в режиме же лопастей турбины, при обтекании воздушного потока по внутренней, направление задается по вогнутой поверхности.

Профиль неподвижных лопастей, направляющих ветровой поток, принят незначтельно изогнутым, с закруглённой для ветра кромкой. Лопасти, расположенные под углом к внутренним лопаткам, выполняют такие задачи как:

  • экранизация энергии встречного потока по отношению к тыльной стороне вращающихся лопастей;
  • увеличение скорости потока в зоне вращения лопастей на собственных внутренних кромках.

Следствием экранирования ветрового потока является понижение сопротивления вращению подвижных лопастей, а распределение потока направляющими плоскостями на несколько вращающихся лопастей даёт повышение мощности за счёт дополнительного увеличения площади лопастей, принимающих энергию ветра и за счёт одновременного использования эффекта крыла и турбины (Рис. 1).

1

Рисунок 1. Схема проточной части ветроустановки.

Y – геометрический угол выходной кромки лопатки направляющего аппарата; W – угол установки рабочей лопатки; 1 – направляющий аппарат; 2- направляющие лопатки; 3 – рабочие лопатки.

Также для повышения эффективности лопасти служащие экраном могут быть дополнительно модернизированы, устройствами и механизмами, позволяющими повысить коэффициент полезного действия и надежность установки (создание сборных лопастей, для предотвращения поломки внутренних при перевозке, установка элементов для накопления солнечной энергии).

Также для повышения надежности установки стоит задача разработки низкооборотного безредукторного генератора упрощённой – без обмотки возбуждения – конструкции для широкодиапазонной ветроэнергетической установки. Примером может служить генератор на постоянных магнитах.

Преимущества технологии

К преимуществам данной ветроустановки в сравнении с существующими аналогами можно отнести:

  • безопасность и надежность, обеспечиваемая тем, что ротор окружен неподвижными экранирующими лопатками, исключающими механическое, акустическое, электромагнитное и др. воздействия на окружающую среду;
  • бесшумность, что позволяет устанавливать ВУ в густонаселенных районах, на крышах жилых домов, офисных помещений и пр.;
  • повышенную эффективность, определяемую тем, что неподвижные лопатки ускоряют и направляют поток ветра на лопатки ротора:
  • возможность установки на верхнюю часть ВУ антенных устройств для работы теле- и радиоаппаратуры;
  • «прозрачность» конструкции ВУ для ветрового потока и устойчивость к ураганным ветрам;
  • конструкция ВУ не создаёт опрокидывающей нагрузки на основание (фундаменты или строительные конструкции, др. сооружения);
  • работоспособность при любом направлении и малых скоростях ветра;
  • установленную электрическую мощность установки можно увеличивать за счёт вертикальной компоновки ветроэнергетических модулей;
  • ВУ можно использовать как передвижной энергоисточник, при исполнении на мобильной платформе или в разборном варианте.

Список литературы

  1. Рензо Д. Ветроэнергетика. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 270 с.
  2. Безруких П.П. Использование энергии ветра. Техника, экономика, экология. – Колос, 2008. – 196 с.
  3. Соломин Е.В. Методология разработки и создания вертикально-осевых ветроэнергетических установок: монография. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2011. – 324 с.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail