Вертикальные ветрогенераторы при минимальном ветре большой мощности

В комментариях прикрикриплен Прайс лист чисто для ознакомления с разновидность турбин Маглева,и дополнительную полезную информацию:

Характеристики ротора Дарье

Разработка ветрогенератора с вертикальной осью

Достоинствами данной группы являются:

  • Для запуска в работу требуются незначительные потоки ветра;
  • Способность быстрого набора крутящего момента;
  • Надёжность конструкции;
  • Низкая стоимость.

К недостаткам можно отнести:

  • Низкий КПД устройств этой группы.

Устройства с ротором Савониуса применяют при монтаже комбинированных ветровых генераторов, их используют для разгона агрегатов с ротором Дарье.

  • С вертикально-осевой конструкций ротора — у агрегатов этой группы лопасти напоминают форму крыла самолета и расположены вертикально, ось ротора расположена параллельна валу.


По внешнему виду агрегаты данной группы похожи на устройства с ротором Дарье.

К положительным качествам устройств относятся:

  1. Простота в изготовлении;
  2. Способность быстрого набора скорости вращения;
  3. Низкий уровень шума.
  4. Надежность в работе.
  5. С геликоидным ротором – агрегаты этой группы являются более развитым вариантом устройств с вертикально-осевым ротором. Лопасти имеют форму геликоидной кривой.
  1. Более низкие нагрузки на элементы конструкции;
  2. Быстрый набор скорости вращения.
  • Повышенный уровень шума;
  • Высокая стоимость.
  • Многолопастный ротор – в основу агрегатов этого типа положена вертикально-осевая конструкция с устройством дополнительного внешнего кольца неподвижных лопастей.

Достоинства агрегатов данной группы:

  • Более высокий КПД установок;
  • Чувствительность к потокам ветра.
  • Высокая стоимость;
  • Повышенный уровень шума.

Выходное напряжение — 48 В;

Обзор вертикальных ветрогенераторов

Мы являемся свидетелями развития науки и техники, возникновения сверхэффективных технологий и в то же время в области энергетики мы можем наблюдать парадоксальную тенденцию возвращения к древнейшей технологии использования ветряной энергии. Её использовали в Китае и на Среднем Востоке более 10 веков назад.

Этому парадоксу есть объяснение. В начале 21 века общество остро столкнулось с проблемой ограниченности ископаемых энергоресурсов. Сегодня происходит замена технических инструментов традиционной энергетики, губительно влияющей на окружающую среду, на возобновляемые экологически чистые источники энергии, в том числе ветровые.

Несмотря на то, что ветка первенства сегодня принадлежит горизонтальным ветрогенераторам, популярность вертикальных ветрогенераторов стремительно растёт. Это объясняется, в том числе тем, что учёные теоретически и экспериментально доказали, что вертикальные ВЭУ в состоянии догнать по эффективности горизонтальные.

Ретроспектива вертикальных ВЭУ

Вертикальные ветряки человечество использует уже очень давно. Первые документальные упоминания о вертикальных ВЭУ датированы приблизительно 500-900 годами до нашей эры. В документах описан персидский механизм. Его применяли для добычи подъема воды и помола зерна. Со временем такой ветряк получи название «panemone», т.е. вращается при любом направлении ветра.

Первый ветряной двигатель с вертикальной осью вращения

Вертикальные ветряки использовались и в Китае. Его, кстати, часто упоминают, как родину вертикальных ветряков. Бытует мнение, что ветряную мельницу изобрели именно в Китае более 2000 лет назад. Но самое раннее упоминание о ней датированы 1219 годом нашей эры. Это была ветряная установка с карусельным ротором. В нём использовался принцип давления ветра, с плоскими парусными лопастями. При движении в направление ветра они разворачивались перпендикулярно потоку воздушной массы, а при движении навстречу ветру – параллельно ему.

В 9 веке н.э. в Персии в городе Нех функционировало 75 ветряных мельниц.Они были построены на возвышенности, расположенной перпендикулярно к направлению преобладающего северного ветра, действующего в этой местности в течение 4 месяцев в году со скоростью 28-47 м/с. Ветряной двигатель персидских мельниц представлял собой вертикально-осевой карусельный ротор с 8 плоскими лопастями из тростника высотой 5,5 м и диаметром 4,3 м. При скорости ветра 30 м/с его мощность составляла около 16 кВт.


Персидская ветряная мельница с вертикально-осевым карусельным ротором

Чтобы повысить эффективность перед лопастями, движущимися навстречу ветру, был установлен экран. Он снижал тормозящий момент ротора, закрывая лопасти от ветра. 50 таких ветряных мельниц были в рабочем состоянии в 1963 году и, вероятно, эксплуатируются и сегодня. Стоит отметить, что схема изобретенного более 1000 лет назад вертикально-осевого карусельного ротора с плоскими и чашечными лопастями и сегодня применяется практически без изменений.


Вертикально-осевая ветроэлектрическая установка Д. Блиса с карусельным ротором

В наше время успешно используются ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, получившие патент на конструкцию начиная с 3-го десятилетия ХХ века

а) Ротор Савинуса. Изобретён в 1922 году финским инженером Сигурдом Йоханнесом Савониусом.
б) Ротор Даррье. Изобретён французским авиаконструктором Жоржем Даррье в 1931 году.
в) Ротор Масгрова. Изобретён английским доктором Масгров из Ридингского университета в 1975 году.
г) Ротор «Виндсайт». Изобретён финном Йутсиниеми в 1979 году.
д) Геликоидная турбина Горлова. Изобретена профессором Северо-Восточного Университета Бостона (США) Александром Горловым в 2001 году. Турбину с небольшими отличиями повторяют турбины ветряных электроустановок “Tvister”, “Turby”, “Quitrevolution” и др.

Принцип работы

В современных ветряных электроустановках энергия преобразуется в 2 этапа:
1. Кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую.
2. Механическая энергия преобразуется в электрическую.

Чтобы энергия ветра превращалась в механическую используют аэромеханические устройства или ветродвигатели. За границей их называют ветряными турбинами. Ветряной двигатель берёт у движущегося с определённой скоростью воздушного потока часть его кинетической энергии. Величина кинетической энергии зависит от принципа работы установки, габаритов движущейся части и режима работы.

Есть 2 основных способа отбора мощности ветра. На них базируется работа современных ветряных двигателей.
Первый способ использует феномен подъемной силы крыла, которое имеет соответствующий аэродинамический профиль и находящегося в движущем потоке воздуха. Проще говоря – это ветродвигатели подъёмной силы.
Второй способ базируется на дифференциальном (неодинаковом) лобовом сопротивлении твердого тела асимметричной формы, при его различной ориентации относительно направления ветра. Это ветродвигатели дифференциального лобового сопротивления.
Есть конструкции, сочетающие оба способа в разном процентном соотношении.

Чтобы проводить сравнительную оценку технических решений, в ветровой энергетике выработаны критерии, которые характеризуют энергоэффективность конструкции и режим работы:
1. Коэффициент использования ветряной энергии – отношение механической мощности, которую развивают ветряные двигатели, к механической мощности воздушного потока, протекающиго через пространство, ометаемое рабочими поверхностями ветродвигателя. В зарубежной ветряной энергетике данный коэффициент обозначают Cp (СиПи фактор). Теоретики доказали, что для идеального ветряного двигателя, в котором не учитываются потери, величина СиПи фактора не может превышать 0,593. Это число называли лимитом Бетца. По определению является безразмерной.
2. Быстроходность ветродвигателя – это отношение линейной скорости самой удалённой оси вращения ветряного двигателя точки крыла (определяется радиусом ротора и его частотой вращения) к скорости ветра, принято обозначать символом U. Быстроходность по определению величина безразмерная. Считается, что ветряной двигатель тихоходный, если U

Чтобы повысить эффективность перед лопастями, движущимися навстречу ветру, был установлен экран. Он снижал тормозящий момент ротора, закрывая лопасти от ветра. 50 таких ветряных мельниц были в рабочем состоянии в 1963 году и, вероятно, эксплуатируются и сегодня. Стоит отметить, что схема изобретенного более 1000 лет назад вертикально-осевого карусельного ротора с плоскими и чашечными лопастями и сегодня применяется практически без изменений.

Введение

Забота об окружающей среде и о собственном кошельке побудила светлые умы человечества к изобретению и внедрению новых методов производства энергии, источником, для которой, служили бы неисчерпаемые ресурсы: солнце, вода и ветер. Использование каждого такого источника имеет свои преимущества и недостатки, но наиболее доступной и эффективной считается энергия ветра.

Конечно, природа накладывает определённые ограничения на использование ветрогенераторов, и материальные затраты на выработку 1 кВт электричества от энергии солнца и ветра примерно сопоставимы. Но в северных широтах, особенно в прибрежных регионах, использование ветрогенераторов вне конкуренции.

Вопрос целесообразности установки упирается в среднюю скорость ветра по региону. Начиная с 4 м/с установка ветрогенератора считается целесообразной, а при 9-12 м/с он работает с максимальным КПД. Но мощность ветрогенератора зависит не только от скорости ветрового потока (схема 1), но и от диаметра ротора и площади лопастей (схема 2).

  • Карусельные — ось вращения располагается вертикально по отношении к направлению ветра. Имеют ряд преимуществ по сравнению с классическими — горизонтальными:
  • Вырабатывают электроэнергию при небольшой силе ветра;
  • Не нуждаются в сложных, активных системах направления на поток ветра, как следствие, идеально подходят для местности с турбулентными воздушными потоками;.

    Общая характеристика

    Данные механизмы наделены рядом существенных особенностей перед ветряками с горизонтальной осью. У них нет как таковых узлов под ориентирование на ветровой поток. Это заметно уменьшает все гидроскопические нагрузки. Из-за своего строения, при абсолютно любом направлении ветра, конструкция располагается в абсолютно произвольном положении.

    Ввиду чего, она более проста в своём исполнении. В подобных механизмах возникновение вращения создаёт подъемная сила лопастей, а также силы сопротивления.

    Виды механизмов с вертикальной осью вращения:

    1. Ортогональная конструкция.
    2. Механизм Дарье.
    3. Механизм Савониуса.
    4. Конструкция на многолопастном роторе с направляющим аппаратом.
    5. Генератор с геликоидной конструкцией.


    Виды механизмов с вертикальной осью вращения:

    Преимущества

    Как и в случае с другими устройствами подобного типа, ветряные генераторы имеют свои преимущества:

    • не зависят от направления ветра;
    • использование этих устройств возможно при слабом ветре;
    • шум установки примерно равен 30 дБ.;
    • интересное и необычное изделие на вашем участке непременно заинтересует всех гостей и соседей.

    Но, как и любого устройства, у «ветряков» имеется недостаток – это невозможность в полном объеме использовать силу ветра из-за невысокой скорости вращения ротора.

    Но, как и любого устройства, у «ветряков» имеется недостаток – это невозможность в полном объеме использовать силу ветра из-за невысокой скорости вращения ротора.

    Вертикально-осевые ветрогенераторы: за и против

    Дата публикации: 20 декабря 2013

    • Кто за вертикаль? Кто против?
    • Ветер – на деньги!


    Их оппоненты не сдаются: ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, возражают они, неприхотливы к порывам ветра при любых направлениях (вихреобразных), что даёт возможность устанавливать их в местах с небольшими пространствами. Кроме того, им безразличны разрушительные ураганы, так как при увеличивающейся скорости вращения повышается устойчивость оси с крыльчаткой. В довершение преимуществ вертикалок перед традиционными горизонтальными ветроустановками является то, что их можно использовать где угодно: на крышах домов, на платформах, вышках, таёжных бытовках, вагончиках.

    Читайте также:  Вагонка штиль – лучший облицовочный материал

    Как выбрать ветрогенератор?

    Распространенная ошибка — выбирать мощность ветроустановки по пиковой мощности нагрузки. Ветрогенератор, также как и солнечные батареи, является источником энергии, а не мощности. Поэтому расчет ветроэнергетической системы ведется в несколько шагов, и желательно, если это сделает специалист.

    Для выбора ветрогенератора сначала Вам необходимо определить своё потребление в кВт*часах в месяц, пиковую (суммарную) мощность всех приборов и постараться узнать среднегодовую и среднемесячные скорости ветра в Вашей местности. Последний параметр не всегда возможно определить с достаточной точностью. Даже если вы получите данные по многолетним скоростям ветра от ближайшей метеостанции, не факт, что в месте установки вашей ветротурбины будет именно такая скорость ветра. Поэтому для больших ветростанций необходимо обязательно проводить мониторинг скорости ветра хотя бы в течение одного года, а затем сделать корреляцию полученных данных с данными от ближайшей метеостанции. Для малых ветроустановок такой путь слишком дорог, и очень часто малые ВЭУ устанавливаются на страх и риск хозяина. В таких случаях обычно, если ветра недостаточно, признается, что решение об установке ветротурбины было ошибочным. Если же ветер хороший, то следующим шагом обычно является увеличение мощности малой ветростанции.

    Для получения электричества в необходимом объёме нужно понимать, что количество вырабатываемой ветряком энергии напрямую зависит от ометаемой ветротурбиной площади или максимального сечения ветротурбины. Для минимального обеспечения пары лампочек, ТВ, холодильника, электрочайника — диаметр ветряка должен быть не менее 2,5 метров при средних по силе ветрах.

    Упрощенная формула расчета реально отдаваемой ветром мощности в зависимости от скорости ветра и диаметра винта:

    Р = D 2 V 3 /7000, кВт,

    Некоторые производители представляют результаты продувок своих ветроэлектрических установок по мощности в аэродинамической трубе. Это хорошо, и говорит о серьезном подходе к делу. Однако, необходимо учитывать, что мощность в аэродинамической трубе и в природе на ветру отличаются примерно на 10-30% вследствие идеализации воздушного потока в трубе. Реальный поток ветра имеет турбулентности, которые существенно ухудшают параметры ветроколеса.

    Мощность, вырабатываемая ветрогенератором, пропорциональна кубу скорости ветра. Это означает, что мощность ветрогенератора на слабых ветрах (даже если он вращается) очень мала. Но, с усилением ветра, идет резкое нарастание мощности. А поскольку ветер на практике дует с постоянной скоростью и направлением только в аэродинамической трубе, понятно, что мощность, вырабатываемая ветрогенератором, является постоянно меняющейся по времени величиной. Поэтому любая энергетическая система с использованием ветрогенератора в качестве источника энергии должна иметь стабилизирующее звено.

    В малых автономных системах роль такого звена обычно играет аккумуляторная батарея. Если мощность ветрогенератора больше мощности нагрузки, батарея заряжается. Если мощность нагрузки больше – батарея разряжается. Из этого следует следующая важная особенность ветрогенератора, как источника мощности: если большинство других источников выбираются по мощности пиковой нагрузки, ветрогенераторы следует выбирать, исходя из величины потребления электроэнергии в месяц (или в год, как кому нравится).

    Проиллюстрируем это на примере. На берегу моря, где средняя скорость ветра приближается к 6 м/с, стоит домик, куда приезжает семья из трех человек на выходные. Электрооборудование включается тоже только на выходные. В день потребление достигает 15 кВт*ч, при этом пиковая нагрузка – до 3 кВт. Следовательно, в месяц потребление энергии равно 120 кВт*ч. При среднегодовой скорости ветра 6 м/с выработку 120 кВт*ч в месяц может обеспечить небольшой 700-ваттный ветрогенератор. Кроме того, для аккумулирования энергии в течение 5 дней потребуется батарея большой емкости, и инвертор (который преобразовывает постоянное напряжение батареи в стандартное переменное) мощностью 3 кВт, чтобы обеспечить пиковые нагрузки.

    Как можно видеть, в каждом из вышеописанных случаев мощность ветрогенератора отличается в разы от пиковой мощности нагрузки. Мощность пиковой нагрузки определяет мощность преобразователя. Сам ветрогенератор определяет только величину выработки в определенный временной промежуток при определенной среднемесячной скорости ветра. Кроме средней скорости ветра, существуют более подробные вводные данные для оценки ветровых ресурсов, называемые параметрами распределения Вейбулла, которые отражают распределение длительности ветра определенной силы для данного места, они используются при проектировании ветропарков мощностью в десятки МВт.


    Упрощенная формула расчета реально отдаваемой ветром мощности в зависимости от скорости ветра и диаметра винта:

    КПД ветрогенераторов

    Для вертикального и горизонтального ветрогенераторов коэффициент полезного действия примерно одинаков. Для вертикальных он составляет 20-30%, для горизонтальных 25-35%.

    КПД зависит от типа ветрогенератора и скорости ветра

    Некоторые производители увеличивают КПД вертикальных ветряков до 15%, заменяя подшипники на постоянные неодимовые магниты. Но такое незначительное повышение эффективности всего на 3-5% ведет к значительному удорожанию конструкций.

    Не отличаются оба типа и по сроку эксплуатации. В среднем продолжительность выработки энергии рассчитана на 15 — 25 лет службы. Изнашиваются быстрее всего опорно-подшипниковый узел и лопасти. Срок службы которых зависит от качества обслуживания.


    В связи с возрастающим спросом на экологически чистый способ выработки электроэнергии, на рынке появляются предложения от ведущих производителей ветрогенераторов. Вы всегда сможете подобрать оптимальный вариант.

    Что такое ветрогенератор

    Ветрогенератор — это механическое устройство, предназначенное для выработки (генерирования) электрического тока. Поток ветра вращает рабочее колесо, взаимодействуя с его лопастями. Вращение передается на генератор, который начинает вырабатывать электрический ток. Такова схема действия ветрогенератора. На практике все намного сложнее, так как возникает масса трудностей технического и эксплуатационного характера, но в целом возможности этих устройств сильно недооценены.

    Россия считается энергоизбыточной страной, имеющей большое количество мощных электростанций, но, тем не менее, имеются районы, где сетевого электричества нет до сих пор. Использование энергии ветра для выработки энергии для подобных районов является хорошей альтернативой, позволяющей решить вопрос если не полностью, то в достаточной степени.

    Количество полученной энергии прямо пропорционально мощности генератора и скорости вращения ветряка, что позволяет в теории использовать несколько устройств для получения необходимого количества электроэнергии. Практика пока недостаточно иллюстрирует ситуацию, так как на сегодня для сбора статистических данных не имеется достаточного количества генераторов. Поэтому приходится пока довольствоваться расчетными данными, которые в большинстве случаев подтверждаются на практике.

    Существуют две основные разновидности ветрогенераторов:

    • с горизонтальной осью вращения. Они считаются наиболее эффективными, имеют больший КПД и дают неплохие результаты при пользовании
    • с вертикальной осью вращения. Эти устройства менее эффективны, но обладают рядом специфических качеств, делающих их не менее востребованными среди подобных агрегатов


    Вертикальный ветрогенератор — это устройство, ось вращения которого расположена перпендикулярно направлению потока ветра и ориентирована в вертикальном направлении. Продольные оси лопастей параллельны оси вращения.

    По положению оси вращения ветроколеса.

    Для парусной же лопасти может потребоваться полная замена не через год, а уже после первых сильных ветров. Поэтому для автономного электроснабжения, где требуется значительная надёжность компонентов системы, применение парусных лопастей не рекомендуется.

    Работающие на водяных каплях

    Этот необычный генератор не имеет подвижных частей и принцип его действия заключается в движении капель. В металлической рамке устанавливаются трубки с соплами и положительно заряженными электродами. Ветер сносит капли воды, также положительно заряженные, к электродам, у которых вследствие этого растет заряд.

    Эффективность работы такой установки зависит от скорости ветра, наличия большого количества заряженных капель, и емкости созданного электрического поля. Ну а главным преимуществом является отсутствие вращающих узлов и никакого шума и износа.

    Этот необычный генератор не имеет подвижных частей и принцип его действия заключается в движении капель. В металлической рамке устанавливаются трубки с соплами и положительно заряженными электродами. Ветер сносит капли воды, также положительно заряженные, к электродам, у которых вследствие этого растет заряд.

    Вертикально-осевые ветрогенераторы. За и против

    Это и последующие фото от компании Агроиндустрия.

    Мы привыкли удивляться всему новому и порой не замечаем или проходим мимо объектов и техники, которые нас интересуют. Стремление к использованию альтернативных источников энергии вполне понятно, — энергонезависимость и улучшение экологии среды нашего обитания. Многое написано и рассказано об оборудовании, преобразующее энергию ветра, но есть ветроустановки, которые знакомы не многим, однако они работают и довольно эффективно.

    Это вертикально-осевые ветрогенераторы малой мощности до 30 кВт.

    Мой коллега Григорий, давно занимается конструированием и изготовлением самодельных ветряков. Причем его творчество основано на теоретическом анализе физических процессов и практики наиболее эффективных работающих ветротурбин. Он увлечен ветряками с вертикально-осевым расположением ротора и считает, что простота конструкции и надежность их, заметно выгодней, чем у горизонтально-осевых машин.

    Григорий считает, что сегодня актуальна разработка и производство маломощных ветрогенераторов, которые можно устанавливать вместо спутниковых антенн на крышах многоэтажек. Это нужно в основном для популяризации ветроэнергетики, и как источники дежурного или аварийного светодиодного освещения.

    Недавно он поделился со мной информацией об одной интересной разработке, которая выполнена по схеме ротора Дарье с прямыми лопастями и которая находится в эксплуатации с 2001 года. Это ветроустановка ВЭУ 0020, номинальной мощностью 20 кВт. Предлагаю читателю познакомиться с этой уникальным ветряком.

    Несколько слов о роторе Дарье. Это изобретение французского авиаконструктора Жоржа Дарье (GeorgeDarrieus) (1888-1979), запатентованое в 1931 году в США. Ротор с вертикальной осью вращения работает по принципу использования подъемной силы. Ротор Дарье состоит из нескольких (чаще от двух до четырех) лопастей, согнутых по некой кривой, или прямые лопости, которые закрепляются на вертикальной оси.

    Современные конструкции ротора Дарье самозапускаются при скорости ветра 3-5 м/с. Максимальный коэффициент использования ветрового потока (КИВ) получается меньше, чем в установках с горизонтальной осью.

    Читайте также:  Декор обустройства детской комнаты

    Ветроэнергетическая установка ВЭУ 0020 разработана днепропетровским конструкторским бюро в 2000 году. В этом же году она была представлена в Киеве на промышленной выставке. Однако, по понятным и непонятным причинам, замечательная идея и разработка пока не получила широкого распространения в Украине.

    У этого типа ветряков генераторное оборудование может стоять на земле или в земле. То что мы видим в европейских странах и кажется изящным, на самом деле размером с микроавтобус или автобус наверху. Иногда, чтобы доставить конструкции пропеллеров и башню ветрогенераторов больших размеров, приходится останавливать все движение в городе или в населенном пункте.

    Технические параметры и характеристики ВЭУ 0020
    Установленная мощность ветроустановки – 20 кВт.
    Рабочий диапазон ветров – 5-20 м/с.
    Диаметр окружности вращающихся лопастей – 7, 2 м.
    Длина лопастей – 5 м.
    Высота опорной башни – 14 м.
    Среднегодовая выработка электроэнергии – 40 000 кВт. ч.

    При наличии ветра электроэнергия поступает потребителю или для заряда аккумуляторных батарей.

    Данная установке в комплекте (выпрямительно-зарядное устройство, батарея аккумуляторов, инвертор, станция управления) работает как электростанция в автоматическом режиме без обслуживающего персонала.

    Учитывая, что генерация электроэнергии данного ветроагрегата не зависит от направления ветра и оборудование, размещенное на фундаменте, дает заметное преимущество перед традиционными горизонтально-пропеллерными ветрогенераторами.

    Ветряк начитает работать при скорости ветра 4 м/с, в диапазоне от 6 м/с до 12 м/с обеспечивает номинальную отдачу электрической энергии, при 12 м/с, агрегат выдает мощность – 20 кВт, при 20 м/с и более, ветроустановка останавливается.

    Данное оборудование прошло полный цикл испытаний, сертифицирована в Украине и в России.

    Как отмечают авторы разработки, это показывает анализ 4-х летней эксплуатации, преимуществом таких установок, является возможность размещения генератора и мультипликатора на фундаменте установки, что исключает передачу углового крутящего момента. Это заметно упрощает монтаж оборудования и улучшает условия эксплуатации (отсутствуют толчки и вибрации).

    В России в 1998 г, пос. Славянка, Приморский край, один агрегат ВЭУ 0020 (20 кВт) и в 2001 г пос. Левинские ТАО, пять агрегатов ВЭУ 0020 (100 кВт) в составе электрической станции (в комплекте с дизельгенератором 100 кВт) были введены в эксплуатацию. В Украине с 2004 г, Алмазная Луганская обл., порт Усть-Дунайский Одесская обл. по одному агрегату работают такие же установки. Они зарекомендовали себя как надежные и бесперебойные источники автономного энергоснабжения.

    В состав перечисленных ветроэлектростанций входит стандартный набор оборудования: вертикально-осевая автономная ветроэнергетическая установка мощностью 20 кВт; батарея аккумуляторов, накопитель энергии во время безветренной паузы; оборудование для преобразования переменного тока генератора (45 -90 Гц) в постоянный, для зарядки аккумуляторов и дальнейшей передачи на инвертор для получения переменного тока (220-380 В), с последующей генерацией в электросеть.

    По мнению специалистов, несмотря на имеющиеся недостатки (низкий КИВ, плохой самозапуск, повышенный шум) вертикально-осевые ветрогенераторы найдут своего потребителя и могут оказать достойную конкуренцию на рынке ветротурбин малой мощности.

    Понравилась статья, поделись с друзьями. Вопросы и предложения просьба излагать в комментариях.

    При наличии ветра электроэнергия поступает потребителю или для заряда аккумуляторных батарей.

    Конструкционные свойства мачты

    Исходный материал — стальная труба диаметром от 100 мм. Высота мачты с прочным бетонным основанием, установленной на открытой местности, может варьироваться в диапазоне от 6 до 10 метров.

    • Если на площадке имеются строения, деревья или другие ветрозащитные объекты, необходимо увеличить высоту мачты с превышением крыльчатки над наземными препятствиями не менее чем на полтора-два метра.
    • Для растяжек рекомендован монтажный трос с коррозиестойким покрытием и сечением не менее 6 мм.

    На практике с наилучшей стороны зарекомендовало себя простое по конструкции и эффективное в работе устройство, известное под названием боковой лопаты.

    Ветряк для частного дома — деньги на ветер. Весь расклад по цифрам в рублях и киловаттах.

    Вопрос ветроэнергетики в наше инновационное время интересует очень многих. Те, кто хоть раз посещал Европейские страны на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки.
    Сотни генераторов встречаются по пути.

    Наблюдая такую картину, многие начинают верить, что получение эл.энергии при помощи ветра, весьма перспективное и выгодное занятие. Мудрые европейцы ошибаться то не могут.

    Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.

    Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.

    К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.

    Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.

    Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.

    Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.

    Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.

    Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.

    Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!

    К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.

    Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.

    Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:

      показания эти снимаются в аэротрубе
      и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности

    У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.

    И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.

    Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.

    И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.

    Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.

    Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!

    Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.

    А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.

    При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.

    Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.

    Еще о чем стоит серьезно задуматься – это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.

    Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).

    Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.

    О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.

    Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.

    4-я причина – высокая цена. Не ведитесь на цены продавцов в прайс листах. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
    Поэтому цены всегда умножайте на 2, даже при выборе так называемых готовых комплектов.

    Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.

    Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.

    Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.

    Пятая причина, неразрывно связана с первыми четырьмя. Это срок окупаемости затрат.

    Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.

    Читайте также:  Как выполнить монтаж отопления из полипропиленовых труб

    Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.

    Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.

    При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.

    Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.

    И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.

    Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.

    Безусловно, электроэнергия с каждым годом дорожает. К примеру 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Давайте проведем примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.

    Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.

    Как мы уже выяснили ранее, стоимость такой модели около 200тысяч. Но с учетом всех доп.расходов, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.

    То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэфф. установленной мощности (он для маленьких ветряков не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите 75квт.

    Даже если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. Если и предположить что электричество от ТЭС подорожает в 4 раза, то случится такое не завтра, и даже не через 5 лет.

    Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного?

    Ветрогенератор в нынешних российских условиях – это убыточный агрегат.

    Чтобы хоть как-то обосновать его применение, цена электроэнергии уже сегодня должна доходить до 30 рублей за 1 квт.

    Использование ветряка может быть обосновано в двух случаях:

      у вас поблизости нет внешних электросетей или вам не дают к ним подключаться
      у вас есть дизель генератор, но доставить для него топливо нет возможности

    При этом, устанавливаться ветряк должен в районе со средне годовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с. Только в этих случаях ветроустановка будет хорошей альтернативой.

    Фактически, в таких условиях вы просто вынуждены выбрать из всех зол наименьшее. При этом, не верьте в суперэффективность других моделей вертикальной или шарообразной формы, собранных на неодимовых магнитах.

    Конечный результат будет всегда один. Энергия, которую производит ветряк, зависит только от:

      скорости ветра
      площади, которую описывают лопасти

    Поэтому, если вы уже подключены к электросети, не ищите себе лишних приключений и головных болей. Выгоды никакой вы не найдете, по крайне мере на сегодняшний день.

    Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.

    Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.

    В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.

    У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.

    Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

    Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.

    А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!


    Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

    Вертикально-осевые ветрогенераторы. За и против

    Это и последующие фото от компании Агроиндустрия.

    Мы привыкли удивляться всему новому и порой не замечаем или проходим мимо объектов и техники, которые нас интересуют. Стремление к использованию альтернативных источников энергии вполне понятно, — энергонезависимость и улучшение экологии среды нашего обитания. Многое написано и рассказано об оборудовании, преобразующее энергию ветра, но есть ветроустановки, которые знакомы не многим, однако они работают и довольно эффективно.

    Это вертикально-осевые ветрогенераторы малой мощности до 30 кВт.

    Мой коллега Григорий, давно занимается конструированием и изготовлением самодельных ветряков. Причем его творчество основано на теоретическом анализе физических процессов и практики наиболее эффективных работающих ветротурбин. Он увлечен ветряками с вертикально-осевым расположением ротора и считает, что простота конструкции и надежность их, заметно выгодней, чем у горизонтально-осевых машин.

    Григорий считает, что сегодня актуальна разработка и производство маломощных ветрогенераторов, которые можно устанавливать вместо спутниковых антенн на крышах многоэтажек. Это нужно в основном для популяризации ветроэнергетики, и как источники дежурного или аварийного светодиодного освещения.

    Недавно он поделился со мной информацией об одной интересной разработке, которая выполнена по схеме ротора Дарье с прямыми лопастями и которая находится в эксплуатации с 2001 года. Это ветроустановка ВЭУ 0020, номинальной мощностью 20 кВт. Предлагаю читателю познакомиться с этой уникальным ветряком.

    Несколько слов о роторе Дарье. Это изобретение французского авиаконструктора Жоржа Дарье (GeorgeDarrieus) (1888-1979), запатентованое в 1931 году в США. Ротор с вертикальной осью вращения работает по принципу использования подъемной силы. Ротор Дарье состоит из нескольких (чаще от двух до четырех) лопастей, согнутых по некой кривой, или прямые лопости, которые закрепляются на вертикальной оси.

    Современные конструкции ротора Дарье самозапускаются при скорости ветра 3-5 м/с. Максимальный коэффициент использования ветрового потока (КИВ) получается меньше, чем в установках с горизонтальной осью.

    Ветроэнергетическая установка ВЭУ 0020 разработана днепропетровским конструкторским бюро в 2000 году. В этом же году она была представлена в Киеве на промышленной выставке. Однако, по понятным и непонятным причинам, замечательная идея и разработка пока не получила широкого распространения в Украине.

    У этого типа ветряков генераторное оборудование может стоять на земле или в земле. То что мы видим в европейских странах и кажется изящным, на самом деле размером с микроавтобус или автобус наверху. Иногда, чтобы доставить конструкции пропеллеров и башню ветрогенераторов больших размеров, приходится останавливать все движение в городе или в населенном пункте.

    Технические параметры и характеристики ВЭУ 0020
    Установленная мощность ветроустановки – 20 кВт.
    Рабочий диапазон ветров – 5-20 м/с.
    Диаметр окружности вращающихся лопастей – 7, 2 м.
    Длина лопастей – 5 м.
    Высота опорной башни – 14 м.
    Среднегодовая выработка электроэнергии – 40 000 кВт. ч.

    При наличии ветра электроэнергия поступает потребителю или для заряда аккумуляторных батарей.

    Данная установке в комплекте (выпрямительно-зарядное устройство, батарея аккумуляторов, инвертор, станция управления) работает как электростанция в автоматическом режиме без обслуживающего персонала.

    Учитывая, что генерация электроэнергии данного ветроагрегата не зависит от направления ветра и оборудование, размещенное на фундаменте, дает заметное преимущество перед традиционными горизонтально-пропеллерными ветрогенераторами.

    Ветряк начитает работать при скорости ветра 4 м/с, в диапазоне от 6 м/с до 12 м/с обеспечивает номинальную отдачу электрической энергии, при 12 м/с, агрегат выдает мощность – 20 кВт, при 20 м/с и более, ветроустановка останавливается.

    Данное оборудование прошло полный цикл испытаний, сертифицирована в Украине и в России.

    Как отмечают авторы разработки, это показывает анализ 4-х летней эксплуатации, преимуществом таких установок, является возможность размещения генератора и мультипликатора на фундаменте установки, что исключает передачу углового крутящего момента. Это заметно упрощает монтаж оборудования и улучшает условия эксплуатации (отсутствуют толчки и вибрации).

    В России в 1998 г, пос. Славянка, Приморский край, один агрегат ВЭУ 0020 (20 кВт) и в 2001 г пос. Левинские ТАО, пять агрегатов ВЭУ 0020 (100 кВт) в составе электрической станции (в комплекте с дизельгенератором 100 кВт) были введены в эксплуатацию. В Украине с 2004 г, Алмазная Луганская обл., порт Усть-Дунайский Одесская обл. по одному агрегату работают такие же установки. Они зарекомендовали себя как надежные и бесперебойные источники автономного энергоснабжения.

    В состав перечисленных ветроэлектростанций входит стандартный набор оборудования: вертикально-осевая автономная ветроэнергетическая установка мощностью 20 кВт; батарея аккумуляторов, накопитель энергии во время безветренной паузы; оборудование для преобразования переменного тока генератора (45 -90 Гц) в постоянный, для зарядки аккумуляторов и дальнейшей передачи на инвертор для получения переменного тока (220-380 В), с последующей генерацией в электросеть.

    По мнению специалистов, несмотря на имеющиеся недостатки (низкий КИВ, плохой самозапуск, повышенный шум) вертикально-осевые ветрогенераторы найдут своего потребителя и могут оказать достойную конкуренцию на рынке ветротурбин малой мощности.

    Понравилась статья, поделись с друзьями. Вопросы и предложения просьба излагать в комментариях.

    Мы привыкли удивляться всему новому и порой не замечаем или проходим мимо объектов и техники, которые нас интересуют. Стремление к использованию альтернативных источников энергии вполне понятно, — энергонезависимость и улучшение экологии среды нашего обитания. Многое написано и рассказано об оборудовании, преобразующее энергию ветра, но есть ветроустановки, которые знакомы не многим, однако они работают и довольно эффективно.

  • Ссылка на основную публикацию