Обзор ветротехнологий

Вертикально осевые ВЭУ

Основным недостатком таких установок является небольшая площадь используемого воздушного потока, которая равна площади рабочей поверхности лопасти ветроколеса. Именно поэтому данные ветродвигатели являются маломощными и неинтересными для потенциальных потребителей. Ещё одним недостатком всех ветродвигателей является необходимость выделения земельных участков для их установки. В рыночных условиях это немаловажно.

Автор предложил избавиться от обозначенных недостатков с помощью диффузоров.

Предлагается использовать диффузоры прямоугольной формы в виде раструбов. Диффузоры устанавливаются по всей окружности ветроколеса широкой частью (основанием) в сторону воздушного потока, а узкой частью (горловиной) направленной на рабочую поверхность лопасти ветроколеса и примыкающей к ней вплотную. Диффузоры, расположенные таким образом , позволяют использовать в равной степени воздушный поток с любого направления, по всей окружности ветроколеса, увеличивая в десятки раз саму площадь используемого воздушного потока и соответственно мощность ветроколеса. Таким образом, удается устранить основной недостаток ветродвигателей вертикального вращения – небольшую площадь используемого воздушного потока.

Размещение таких ветроустановок не требует выделения земельных участков. Их предлагают размещать над автострадами или на крышах зданий, так-же есть возможность совместного использования с фотоэлементами.

Ветроустановка с аэродинамической передачей

Мощность развиваемая ветродвигателем зависит от аэродинамических свойств ветроколеса и скорости набегающего потока. Однако увеличение диаметра ветроколеса сильно усложняет конструкцию, а возможности улучшения аэродинамических свойств лопастей весьма ограничены. Курский изобретатель А. Г. Уфимцев попробовал решить эту проблему перемещая само ветроколесо с большой скоростью. Такая ветроустановка получила название - ветроустановка с аэродинамической передачей.

Устройство простое, на концах лопастей быстроходного ветроколеса -1 установлены небольшие ветроколёса - 2, соеденённые с генераторами - 3, установленными там же.

При наличии ветра начинает вращаться ветроколесо - 1, вместе с ним, в плоскости вращения начинают вращаться и ветроколёса - 2. Так как окружная скорость достаточно велика, то удается получить высокие обороты ветроколес - 2, благодаря их маленькому диаметру.

Такая ветроустановка получается более легкой, громоздкие зубчатые передачи становятся не нужными, но при этом имеет и недостатки, например сложноть передачи энергии от генераторов - 3, (требуются быстроходные токосемные устройства).

Ветроустановка с пневматической связью французского инженера Андро.

При проектировании ветроустановок всегда приходиться решать проблемы передачи энергии от ветроприемного устройства к генератору, который вырабатывает электроэнергию. Традиционно здесь применяют механическую передачу, что связано с увеличением массы и стоимости.

Французский инженер Андро предложил использовать пневматическую передачу энергии.

Лопасти (1) этой установки выполнены полыми. При вращении ветроколеса воздух внутри лопастей начинает выходить через отверстия на концах, под действием центробежных сил. В результате воздух протягивается через воздушную турбину (2), в нижней части башни (6). Турбина вращает генератор (3).

Принцип, принятый в описываемой установке, означает, что связь между ветроколесом и турбиной осуществляется с помощью столба воздуха. В этом случае не требуются приводные валы, муфты и рычаги. Диаметр ветроколеса в авторской конструкции - 24 метра, при расчётной скорости ветра 13м/сек, через турбину проходит около 2,75 кубических метров воздуха в секунду, что позволяет получить мощность установки 100 квт

Ветроустановки с вертикальной осью вращения

Ветроустановки с вертикальной осью вращения менее популярны, но вполне заслуживают отдельного внимания. В некоторых случаях они более актуальны. Вертикальные ВЭУ также бывают быстроходные и тихоходные.

Классический пример вертикального тихоходного ветряка это - ветроустановка карусельного типа.

Представленная на рисунке установка имеет следующие характеристики: номинальная мощность - 1 Квтт, 2 ветромодуля, конструкция безвантовая (нет растяжек), высота установки - 12 метров, уровень шума - 0 dB на расстоянии 15 метров, начинает вырабатывать электроэнергию при скорости ветра от 3 м/сек.

Ещё один тип вертикольноосевых установок - ортогональные.

По мнению специалистов, ортогональные ветроустановки это удел большой энергетики. Основная особенность этих установок, это необходимость принудительного запуска. Лопасти этой конструкции имеют профиль такой же как у крыла самолёта, который прежде чем опереться на подъёмную силу крыла должен сначала разбежаться. В случае с ортогональной ветроустановкой, её сначала необходимо раскрутить до необходимой скорости, для того что бы она перешла в режим генерации.

Есть так же ортогональные ветрогенераторы и с горизонтальной осью вращения.

Ветроустановки с горизонтальной осью вращения

Данные установки получили наибольшее распространение. Они бывают как тихоходные, многолопастные или парусные) так и быстроходные (двух или трёх лопастные).

Быстроходные ветроустановки следует выбирать для местности со среднегодовой скоростью ветра от 7 м/сек и выше. В районах где скорость ветра более низкая, предпочтительно устанавливать тихоходные ветряки.

На территории России в большинстве случаев наиболее применимы тихоходные ветроустановки.

Самые лучшие из них пожалуй парусные ВЭУ. Эта установка начинает вырабатывать электричество уже при скорости ветра от 2.5 м/сек. Оригинальная конструкция ветроколеса позволяет обходиться без флюгера или других устройств ориентирования на ветер.

Их производят в России, мощностью от 1 до 100 кВтт.

Вихревая ветроэнергетическая установка (ВВЭУ)

Данная установка выполнена в виде пирамиды, в стенках которой расположены направляющие конфузорные каналы, которые образуют зону формирования вихревого потока.

Конфузорные каналы (13 -19) имеют спиралевидную конструкцию, с целью закручивания потока. Набегающий поток ветра проникает в центральный канал (12) через каналы расположенные с ветренной стороны, а в остальных каналах наблюдается эффект подсасывания воздуха, что способствует усилению вихревого потока в центральной части. Ветроколесо с вертикальной осью вращения расположено в верхней части конструкции (1).

Данная конструкция имеет все преимущества вертикальноосевых ВЭУ, плюс дополнительную стабилизацию потока, благодаря чему номинальная мощность установки достигается уже при скорости ветра четыре метра в секунду. Разработчики рекомендуют использовать направление конфузорных каналов по ходу часовой стрелки если конструкция устанавливается в южном полкшарии, и против хода часовой стрелки для северного полушария.

Гибридная ветроустановка

Содержит лопастную ветровую турбину с особыми направляющими внутри вытяжного цилиндра («генератор вихря») с вертикальной осью вращения, расположенной внутри воздухонаправляющего аппарата с нижней и верхней крышками, электрогенератор на оси ветровой турбины, и фотоэлектрический преобразователь световой энергии, элементы которого установлены на верхней крышке воздухонаправляющего аппарата.

Благодаря такому решению увеличивается объем электроэнергии, вырабатываемый установкой, и ее работа становится более стабильной при постоянно меняющейся силе ветра и количестве солнечного света.

Шоссейная ветроустановка

Один из студентов Университета штата Аризона в качестве очередного курсового проекта решил разработать новый тип ветряных электростанций.

Для получения электричества они должны использовать энергию воздушных потоков, возникающих при движении транспорта по крупным автомагистралям.

Согласно проекту, шоссейная ветроустановка будет использовать горизонтальноосевые ветроприемные устройства, смонтированные над дорогами. Согласно имеющимся расчетам при средней скорости транспорта в 112 км/ч, скорость ветра на уровне ветрогенераторов составит не менее 16 км/ч. В год один генератор сможет "выдавать" около 9600 кВт*ч электричества.