Альтернативная энергия вертикальный ветрогенератор

Вертикальный ветрогенератор

Пост опубликован: 12 апреля, 2017

Вертикальный ветровой генератор – это техническое устройство служащее для преобразования энергии ветра в электрическую энергию с вертикально установленной осью вращения.

Принцип действия ветрового генератора

Работа ветрового генератора основана на преобразовании кинетической энергии ветра, во вращательную энергию передаточного механизма (лопасти-редуктор-передаточный вал) и далее, во вращательную энергию вала электрического генератора.

Продолжение темы: Вертикальный ветрогенератор 2

Во время вращения в обмотках генератора вырабатывается переменный электрический ток. Выработанный электрический ток подается на контроллер, преобразуется и накапливается в аккумуляторных батареях. С батарей аккумуляторов электрический ток поступает на инвертор, на которым преобразуется и поступает в электрическую сеть для использования.

Составляющие ветрового генератора:

1. Лопасти – служат для улавливания потоков ветра, который приводит их во вращательное движение;
2. Редуктор – служит для преобразования мало оборотистой скорости вращения лопастей в более высокую, позволяющую вырабатывать электрический ток;
3. Генератор – преобразует кинетическую энергию в электрическую;
4. Защитный кожух – элемент защиты технического устройства от источника посторонних воздействий;
5. Хвостовик — предназначен для обеспечения направленности лопастей в соответствии с направлением ветра;
6. Контроллер – служит для преобразования переменного тока в постоянный;
7. Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления выработанной электрической энергии;
8. Инвертор – преобразует постоянный электрический ток в переменный.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения

В ветряных генераторах данного вида вращающаяся ось генератора расположена вертикально по отношению к поверхности земли.

За годы использования устройств данного вида появились разнообразные конструкции которые объединены в группы, это:

• С ротором Дарье — агрегаты оснащаются двумя или тремя лопастями, изогнутыми в форме овала.

К положительным особенностям данной конструкции можно отнести:

• Самостоятельную ориентацию по отношению к воздушным потокам;
• Удобное обслуживание установки.
• Простота схемы агрегата.

К отрицательным относятся:

• Нет возможности в самостоятельной раскрутке лопастей;
• Значительная нагрузка на элементы конструкции;
• Лопасти должны быть идентичны и соответствовать заданному профилю;
• Повышенный уровень шума в процессе работы.
• С ротором Савониуса – агрегаты оснащены лопастями в виде цилиндрических поверхностей.

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.

Популярные модели

Прежде чем рассмотреть популярные модели ветровых генераторов, необходимо определиться с критериями выбора этих устройств, такими являются:

1. Электрическая мощность агрегата;
2. Количество вырабатываемой электрической энергией в месяц;
3. Минимальная скорость воздушного потока;
4. Условия эксплуатации;
5. Система защиты от перегрузок;
6. Срок службы;
7. Стоимость.

В настоящее время ветровые генераторы выпускаются как в нашей стране, так и за ее пределами.

В России подобные агрегаты выпускают: ООО «СКБ Искра», ООО «ГРЦ-Вертикаль», ЗАО «Ветроэнергетическая компания», ЛМВ «Ветроэнергетика», ЗАО «Агрегат-Привод», и еще несколько компаний.

Наиболее известными зарубежными производителями ветровых генераторов являются немецкие, датские, бельгийский и китайские компании.

Наиболее востребованы и надежны в эксплуатации ветровые генераторы выпускаемые фирмой Blue Planet Wind (Бельгия) и «Guangzhou Sunning Windpower Generator Co., Ltd.» (Китай).

В линейке выпускаемых ветровых генераторов EnergyWind компании Blue Planet Wind присутствуют модели различной мощности от 1,0 до 10,0 кВт, которые отличаются по стоимости и комплектности оборудования.

В линейке китайской компании представлены ветровые генераторы мощность от 0,6 кВт до 5,0 кВт, различные по конструкции и вариантам монтажа.

Российские вертикальные ветровые генераторы

Российские компании выпускают вертикальные ветровые генераторы различной мощности и типов ротора.

OOO «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская обл., г. Миасс) выпускает ветрогенераторы вертикального типа мощностью от 1,5 до 30 кВт, рассмотрим некоторые из них:

1. Ветроустановка ВЭУ-1.5 мощностью 1,5 кВт.

Портативная установка, может транспортироваться любым видом транспорта, проста в монтаже и эксплуатации.

Технические характеристики:

Номинальная мощность – 1,5 кВт;

Выходное напряжение — 48 В;

Рабочий диапазон скоростей ветра — от 2,5 до 25 м/с;

Номинальная скорость ветра 10,0 м/с;

Диаметр ротора 2,8 м;

Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;

Срок эксплуатации — 20 лет;

Межремонтный цикл — 5 лет;

Масса установки — 75,0 кг;

Стоимость установки – от 100000,00 рублей.

1. Ветроустановка ВЭУ-3(6), 6-и лопастная, мощностью 3,0 кВт.

Предназначена для автономного электроснабжения потребителей малой мощности (жилой дом, коттедж). Преимущества – удобство и простота монтажа, при установке дополнительного оборудования (аккумуляторов и инвертора), возможно увеличение мощности установки до 6,0 кВт.

• Номинальная мощность – 3,0 кВт;
• Выходное напряжение — 48 В;
• Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 30 м/с;
• Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
• Диаметр ротора 3,4 м;
• Высота ротора 4,2 м;
• Число лопастей — 6 шт.;
• Частота вращения ротора – от 60 до 180 об/мин;
• Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;
• Срок эксплуатации — 20 лет;
• Межремонтный цикл — 5 лет;
• Масса установки — 620 кг;
• Стоимость установки – от 300000,00 рублей.

1. Ветроустановка ВЭУ-30 мощностью 30 кВт.

Предназначена для электроснабжения большого дома, либо группы домов.

• Номинальная мощность – 30,0 кВт;
• Выходное напряжение – 96 — 400 В;
• Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 60 м/с;
• Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
• Диаметр ротора 9,2 м;
• Высота ротора 12,0 м;
• Число лопастей — 6 шт.;
• Частота вращения ротора – от 25 до 65 об/мин;
• Температура при эксплуатации — от -50 до +40ºС;
• Срок эксплуатации — 20 лет;
• Межремонтный цикл — 5 лет;
• Масса установки — 5100 кг;
• Стоимость установки – от 1250000,00 рублей.

Как сделать своими руками

Ветряк подобной конструкции не составит труда изготовить человеку умеющему работать с ручным инструментом и немного разбирающимся в электротехнике.

Для изготовления понадобится:

• Листовой металл (любой, толщиной 0,8– 0,9 мм) – для изготовления лопастей;
• Сталь полосовая 40х40 мм (либо другого сечения);
• Труба стальная, диаметром 25 мм;
• Автомобильная полуось (марка авто не принципиальна) с подшипниками в комплекте;
• Стальной уголок (профиль);
• Шкивы разных диаметров – 2 шт.
• Автомобильный генератор.

Из листового металла изготавливаются 4 лопасти габаритными размерами 1000х800 мм, которые скрепляются между собой полосовой сталью в форме барабана (лопасти направлены от центра круга по радиусам к наружному диаметру). Из стальной трубы делается мачта, которая с одной стороны закрепляется на автомобильной полуоси, а со второй стороны на нее крепятся собранные в виде барабана лопасти. Полуось, с соответствующими ей подшипниками, крепится на металлической опорной конструкции, которая изготавливается произвольной формы и из имеющихся материалов.

Два основных условия при изготовлении металлической конструкции, это:

• Устойчивость при ветровых нагрузках;
• Плотная посадка подшипников полуоси.

Для увеличения числа оборотов можно применить ременную передачу, установив на нижнюю полуось шкив большего диаметра, а на генератор меньшего. Генератор можно подобрать автомобильный.

Плюсы и минусы

К положительным свойствам ветровых генераторов с вертикальной осью вращения можно отнести:

1. Способность работать вне зависимости от направления ветра;
2. Продолжительные срок эксплуатации;
3. Удобство в обслуживании и эксплуатации;
4. Простота конструкции, позволяющая собрать из подручных материалов;
5. Способность выдерживать значительные внешние нагрузки.

К отрицательным свойствам относятся:

• Металлоемкость конструкций и как следствие значительный вес;
• Низкий КПД установок;
• Высокий уровень шума.

Приведенные «плюсы» и «минусы» использования ветровых генераторов данного вида определяет выбор потенциальных потребителей «зеленой» энергетики, которых с каждым годом становится все больше и больше.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Спасибо, что дочитали до конца!

Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Источник

Нестандартные ветрогенераторы

Пост опубликован: 4 мая, 2020

Ветрогенераторы нестандартные и просто фантастические, но уже существующие

Сухая статистика свидетельствует, что больше всего работает горизонтальных ветрогенераторов, чуть отставая, за ними идут вертикальные ветряки. На долю нестандартных и футуристических проектов приходится не более 5%. Но вообще эти технологии стали активно разрабатываться только в конце 20-го века. Поэтому большая часть из них существует в качестве опытных прототипов. Но есть и готовые к массовому производству проекты.

Систематизация нестандартных проектов

Очень условно можно допустить такую систематизацию ветряков, которые обходят типовые представления о генераторах на альтернативных источниках энергии:

• Горизонтальные турбины;
• Вертикальные турбины;
• Безлопастные ветрогенераторы;
• Воздушные ветрогенераторы (летающие);

Такая приближённость вызвана чрезвычайно широким разбросом идей у изобретателей ветряков. Некоторые системы кажутся настолько футуристическими, что поверить в их реализацию на практике невозможно. Но реальность 21-го века показывает что если рациональный и разумный мир может сойти с ума от коронавирусной паники, так и безумные проекты могут успешно реализовываться в работающие прототипы. И некоторые из них даже готовы к коммерческому выпуску.

Разнообразие горизонтальных ветрогенераторов

Улучшать стандартные установки начали через манипуляцию с количеством лопастей. Привычные три лопасти, в середине 80-х годов, немцы заменили на две. Таких двухлопастные ветрогенераторы работали несколько лет в экспериментальном режиме, но энергию вырабатывали исправно. Некоторые модели оставили, какие-то демонтировали. А в местах с сильным ветром, например на побережье Великобритании, они работают до сих пор.

Причина была в экономии материалов. Именно с этой целью первую такую установку спроектировал американец Путнэм ещё в 1941 году. Она установила рекорд мощности и высоты ветрогенераторов, удерживая его до середины 70-х годов. Производила она 1,25 мВт. Хотя работала с перерывами только до 1946 года.

Однако голландские рационализаторы пошли дальше. Они решили, что если ветрогенератор работает с двумя лопастями, то будет работать и с одной! Кроме них такими моделями заинтересовались в Италии, где в сельской местности несколько однолопастных ветряков работают до сих пор.

В середине 70-х годов, на фоне роста цен на энергоносители, НАСА получило задание разработать наиболее эффективные ветрогенераторы. За несколько лет они воплотили в полигонах 6 концепций разных горизонтальных ветрогенераторов. Все они проходили под индексом MOD, серий от 0А до 5В, и WTS 4.

Янки изголялись по крупному. Все модели были двухлопастные, часть из них ставили против ветра, т.е. воздушный поток сначала обтекал гондолу, а уже потом раскручивал лопасти. Проект WTS 4 удерживал рекорд мощности в течении 20 лет с генератором 4 МВт. А аналогичную модель с генератором на 3 МВт, построили в Швеции, под индексом WTS 3.

Наклонную конструкцию MOD 5A не решились строить, она осталась на бумаге. А MOD 5B работала на Гавайях с 86 по 97 годы.

Отец и сын Болле во Франции, ещё в конце 19-го века запатентовали ветряк, который качал воду. Он мог бы генерировать электричество, но вода была нужнее.

Устройство было чудное, но коммерчески успешное. Часть из них сохранилась до сих пор, а некоторые даже работают.

Уникальность ветряка Болле была в том, что у него было два ряда лопастей. Причём один из них был статором, он имел больше лопаток и находился с наветренной стороны. То есть, ветер сначала обдувал его, а потом уже крутил ротор.

В конец 20-го века эта конструкция получила новый импульс развития, и стала называться концепцией DAWT (Diffuser-Augmented Wind Turbines) или Ветротурбина с увеличенным диффузором.

С помощью этой конструкции изобретатели надеются обойти закон немецкого физика Бетца, который сто лет назад доказал, что из ветра можно извлечь не более 16/27 энергии (примерно 59%).

Несколько экспериментальных моделей ветрогенераторов DAWT были установлены на побережье Японии и в других странах с сильными ветрами.

Было отмечено что мощность установки вырастает, но и нагрузки на конструкцию тоже становятся критическими. Из положительных эффектов отмечают резкое уменьшение шумности и снижение радиолокационных помех.

Только на этом не успокоились голландцы, фирма SheerWind придумала и даже воплотила проект INVELOX, в котором реально проявлялся эффект Вентури.

Согласно этому постулату, скорость упругого потока увеличивается, если он протекает через узкое место. Несколько подобных устройств испытываются в США и Голландии.

В определённый момент было замечено, что за вращающимися лопастями ветряка возникает возмущение воздушного потока. Это очень плохо сказывается на прочности всей конструкции. И в 1992 году запатентовали ветрогенератор с двумя лопастями, вращающимися в противоположные стороны.

Важным преимуществом такой конструкции было в гашении симпатических вибраций. С этим явлением знакомы музыканты, например, струна A на частоте 440 Гц вызовет резонанс струны E на частоте 330 Гц, поскольку они имеют обертон 1320 Гц (3-я гармоника A и 4-я гармоника E). Но несмотря на свою привлекательность, коммерческих продаж этих ветрогенераторов ещё нет.

Однако лет 15 назад инженер Дуглас из США решил разнести лопасти подальше от гондолы с генератором.

А ещё лет через 10, индиец и китаец, тоже инженеры НАСА, пришли к выводу, что можно размещать не два ряда лопастей, а гораздо больше!

В 2018 году они продемонстрировали рабочую установку длиной 12 м, на которой было 12 рядов с лопастями. Причём все они крутили общий ротор. КПД значительно увеличился, и запускаться ветрогенератор стал при меньшей скорости ветра.

А ещё беспокойные умы пытаются экспериментировать с формой лопастей. Из множества чудных форм, наибольшего внимания заслуживает скрученно-завёрнутая лопасть , представленная в 2010 г., на выставке инноваций ветроэнергетики, во Франции.

Необычные вертикальные ветрогенераторы

В 2018 году двое британцев предложили странную концепцию O-Wind, которая у них возникла после переработки модели ветрохода. Вообще, сама идея ветрохода не совсем понятна – зачем он нужен? И саму форму этого чуда, O-Wind, сложно описать.

Но за неё им дали премию Дайсона в 2018 году, а одна из английских фирм преступила к испытаниям.

Безлопастные ветрогенераторы

Немного поразмыслив, изобретатели пришли к выводу, что в принципе то, ветрогенератор может быть без лопастей! Идея абсурдная! Ну как может быть без лопастей ветряная мельница? А ведь именно она была прародительницей ветряков. Однако были придуманы, изготовлены и протестированы прототипы таких моделей. А некоторые из них даже готовы к коммерческому выпуску.

Наиболее удивительный из них – ионный ветрогенератор. Его далёким предком можно считать «Капельницу Кельвина», которую великий учёный изобрёл в 1867 году.

Эту систему решили поставить горизонтально, чтобы капли воды переносились ветром. Преимущество перед обычным ветрогенератором в том, что ионная модель:

• абсолютно бесшумна;
• в ней ничего не движется;
• она только собирает электростатический заряд с капелек воды.

Может быть побудительным мотивом именно голландских рационализаторов стало легальное посещение легендарных кафе-шопов в Амстердаме, ведь там тоже очень тихо, и ничего не движется. Однако они сделали несколько работающих прототипов ионных ветрогенераторов, которые установили в Роттердаме. Один даже встроили в буквы О на крыше здания

КПД ионного ветрогенератора невелик, всего 7%. В перспективе его надеются увеличить до 27%, но там и ломаться нечему! Такая радужная перспектива способствовала созданию колоссального проекта. Это будет огромное здание в виде бублика, в котором будут отдыхать и бездельничать постояльцы. Там ничего не будет шевелиться, а ветер будет приносить заряженные частицы воды. В России бы такой проект называли «Кремль», а в Нидерландах это Windwheel.

После того как Испания пошла по голландскому пути в области либерализации человеческих пороков, их изобретатели стали шагать такими широкими шагами, что полёт фантазии за ними не поспевает.

Вот например та старушка на заднем фоне, явно думает что обнимает сувенир из секс-шопа, но это ошибка! Это инновационные ветрогенератор Vortex Tacoma.

Хотя более правильно было бы его назвать ветровибратор.

По задумке инженеров фирмы Vortex Bladeless SL, этот упругий стержень будет колебаться на ветру, и благодаря хитроумному устройству на неодимовых магнитах, сможет вырабатывать электричество.

Они построили несколько реальных прототипов, протестировали их в городских условиях и сельской местности, результаты оказались двоякими.

С одной стороны, модель Vortex Tacoma высотой 2,75 м, выдаёт мощность всего 100 Вт. Но там нечему ломаться, не нужна настройка и ориентация по ветру, работает это чудо бесшумно. В общем, стоит, дрожит на ветру, и генерирует, генерирует, генерирует…

Прототип прошёл испытания, и в 2020 году намечается старт коммерческих продаж. Наиболее эффективная модель Vortex Atlantis.

Высота этого ветро-виброгенератора 10-12 м, выдаваемая мощность 1 КВт.

У французов тоже есть подобный проект, в котором ничему вертеться, но работает он от ветра, а значит это ветрогенератор. Называется проект Saphonian.

Можно условно её сравнить с испанским проектом. Только в Saphonian ветер улавливается рабочей поверхностью в форме специально сконструированной тарелки.

Она непрерывно изменяет угол наклона, а генератор расположенный на тыльной стороне, преобразует эти колебательные движения в электроэнергию.

О мощности и времени выхода на рынок французы умалчивают, но они надеются с такой моделью уйти от ограничений закона Бетца, ведь в их проекте не предусмотрены лопасти.

Воздушные ветрогенераторы

После Второй Мировой Войны, итальянец Массимо Ипполито задумал обуздать энергию ветра через воздушных змеев. Но технологий для этого ещё не было, и идея отправилась в долгий ящик. А вот ближе к концу 20-го века, она начала приобретать свое реальное воплощение. К этому времени, была создана карта высотных ветров Земли, и оказалось что именно над Европой, и над Патагонией, на высотах от 0,8 до 10 км, всегда есть мощные воздушные потоки.

Итальянский магистр технических наук Л. Фоджано написал диссертацию о возможностях системы ветрогенерации Kitegen.

Из расчётов следовало, что если построить кольцевой генератор диаметром 1,6 км, и запустить 6 дюжин высотных автоматических кайтов, то они смогут крутить это гигантское колесо со скоростью 15 об/час. Что даёт возможность генерировать 1 ГВт электроэнергии, т.е. мощность сравнимая с атомной электростанцией.

Но пока сосредоточились на малых проектах, мощность до 300 МВТ,

Разработка его закончена, и небольшие прототипы производительность 150-200 КВт, уже прошли испытания в итальянской Сардинии.

В сравнении с обычными ветрогенераторами аналогичной мощности, итальянский проект Kitegen обходит конкурентов на порядок.

Однако не отстают и американцы. Они разработали свой проект X Development LLC, который уже представляет собой цельнометаллический планер.

Для запуска требуется энергия, которая передаётся по кабелю совмещённому с тросом, но после достижения расчётной высоты, он начинает парить как воздушный змей в набегающих потоках воздуха.

А небольшие генераторы на крыльях вырабатывают электроэнергию, которую и передают по кабелю на базу. Она (база) может быть как наземного, так и морского размещения.

Прототип уже проходит тестирование с 2018 года. Особых сложностей не замечено, расчётные мощности генерации достигнуты.

Но дальше всех продвинулись педантичные немцы, у них действительно фантастически смелые проекты и, кстати уже воплощённые в реальность. Мало того, они готовы к продаже! Концепт немецкого воздушного летающего генератора от фирмы Enerkite называется «ЕК 30».

Принцип работы EnerKítes циклический, двухэтапный:

1 этап «Рабочая фаза» — крыло летит поперек ветра при максимальной натяжке каната. Веревка выпущена и натягивает лебедку генератора от базы.

2 этап «Возвратная фаза» — крыло прерывает восьмой заход, скользит быстро и с небольшим усилием назад к стартовой высоте, затем цикл повторяется.

Полный цикл занимает около минуты. На первый этап требуется около 7-12% полученной энергии. В отличие от классических летающих ветряных турбин, электрическая энергия вырабатывается на земле. Оттуда также контролируется крыло, так что в воздухе движется только то, что принадлежит воздуху. Вся работа выполняется автоматически.

Секрет генерации в запатентованном барабане для намотки троса.

Есть и более серьёзная модель «EnerKíte EK200» — портативная авиационная ветротурбина для децентрализованного и бесперебойного электропитания. Она обеспечивает чистое и надежное электричество по цене от 7 до 12 евроцентов/кВтч. Размещается в 20-тифунтовом контейнере, весит 12,5 тонн. Рабочая высота до 300 м. Номинальная мощность 100 КВт. Диапазон температур от -20 до +50˚C.

Ветрогенератор «EnerKíte EK200» может покрыть собственные потребности малого бизнеса. Он заменяет дорогое дизельное электричество в неразвитых регионах.

Это ещё не всё из новинок альтернативной энергетики

Множество проектов остались за бортом, как не вписывающиеся в область ветроэнергетики на 100% или же они слишком малы, или просто находятся на бумаге (в чертежах). Например, разработка проекты Windbelt и Windbeam тоже относятся к безлопастным ветрогенераторам.

В них колеблется струна от набегающего воздушного потока. Но КПД этих моделей не превышает 2%, и мощность настолько мала, что её хватает только на 3-4 светодиода.

А другие летающие модели, как например ветрогенератор Buoyant Airborne Turbine (BAT), с 2014 года не ушёл дальше пробного полёта.

Но мы ещё поищем что-то интересное.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Спасибо, что дочитали до конца!

Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Источник