Вертикальный безлопастной ветрогенератор Vortex работает от вибрации
Испанская компания Vortex Bladeless создала вертикальные ветрогенераторы без лопастей. Разработчики сообщили, что вскоре их разработка станет «прорывной» технологией в ветроэнергетике, поскольку их ветряк «более эффективный, дешевый и экологически дружественный способ производства энергии».
Ветрогенератор Vortex отличается от привычного всем дизайна, напоминающего ветряную мельницу — у него нет вращающихся лопастей, а внешний вид напоминает покачивающуюся гигантскую бейсбольную биту. Принцип работы нового устройства основан на феномене «вихревая дорожка Кармана» – явлении, при котором наблюдаются образования цепочек вихрей при обтекании газом или жидкостью цилиндрических объектов.
Компания заявляет, что конструкция ветротурбины Vortex Bladeless позволяет снизить производственные затраты на 53%, сократить затраты на техническое обслуживание на 80% и уменьшить углеродный след на 40% в сравнении с лопастными ветровыми установками.
Кроме того, создатели утверждают, что новый ветряк работает тише обычных турбин и представляет гораздо меньшую угрозу для птиц и всей окружающей среды.
В Vortex уверяют, что их вертикальный безлопастной ветрогенератор может генерировать больше энергии в меньшем пространстве, так как его габариты меньше традиционных ветроустановок. Кроме того, конструкция позволяет располагать ветряки намного ближе друг другу — важный фактор для проектировки и строительства крупных ВЭС.
«Мы протестировали работу устройств в аэродинамическом туннеле, расположив два ветряка Vortex напротив друг друга и выяснилось, что вторая установка получает даже больше энергии, поскольку использует вихри, образованные первой», – говорит Давид Суриол, один из разработчиков Vortex.
Первая модель, представленная Vortex, называется Mini и представляет собой ветрогенератор мощностью 4 кВт и высотой в 12,5 метров, предназначенный для небольших ВЭС и частных домохозяйств. Вторая установка Gran – модель с мощностью в 1 МВт, предназначена для создания крупных ветропарков.
Источник
Ветряная турбина без лопастей
Vortex Bladeless
Компания Vortex Bladeless («Vortex» переводится как «Вихрь», а «Bladeless» – «Безлопастной») использует принципиально новый подход к извлечению энергии ветра. Устройство собирает энергию завихрений – аэродинамического эффекта, досаждающего инженерам-проектировщикам и архитекторам на протяжении веков (эффект срыва вихрей). При обходе ветром стационарно установленной конструкции структура потока воздуха изменяется, образуя циклические колеблющиеся вихри. Если их силы достаточно велики, стационарная структура начинает колебаться, может войти в резонанс с поперечными составляющими силы ветра и даже разрушиться. Классическим академическим примером может служить мост Такома-Нэрроуз, который разрушился спустя три месяца после торжественного открытия вследствие ряда причин, и, в частности, из-за эффекта срыва вихрей.
Вместо того чтобы бороться с этой аэродинамической нестабильностью, технология Vortex использует ее, максимизируя результирующие колебания и извлекая из них энергию. Естественно, конструкция такого устройства абсолютно не похожа на обычную турбину. Вместо обычных башни, гондолы и лопастей устройство имеет неподвижную мачту, генератор и пустотелый, легкий, полужесткий стекловолоконный цилиндр на вершине.
Этот ветрогенератор не имеет каких-либо контактирующих друг другом подвижных частей, что исключает необходимость смазки и уменьшает износ. Известно, что устройство может иметь только определенную частоту колебаний, что ограничивает возможность его непрерывной работы. Однако благодаря самонастраивающейся магнитной связи Vortex может работать в широком диапазоне скоростей ветра. Эта система позволяет максимизировать амплитуду колебаний: когда ветер усиливается, отталкивающая сила магнита возрастает, вследствие чего расстояние между штангой и магнитом сокращается. В результате колебания и потенциал генерируемой энергии увеличиваются до максимума. Vortex может автоматически изменять свою жесткость и «синхронизироваться» со скоростью набегающего ветра, чтобы оставаться в резонансе без какого-либо механического или ручного вмешательства.
Основные преимущества Vortex
Одним из главных преимуществ Vortex является исключительно низкая цена. Фактическая нормализованная стоимость производства энергии для типичной оффшорной фермы составит $0.035/кВт·ч (порядка 35 евро за МВт·ч), включая капитальные затраты, эксплуатацию и обслуживание, аренду земли, страхование и административные расходы.
Это ставит предложенную технологию на нижнюю границу ценового диапазона подобных проектов, делая ее весьма конкурентоспособной не только по отношению к устройствам генерации мощности с использованием альтернативной или возобновляемой энергии, но даже по сравнению с традиционными технологиями.
Столь значительное снижение цены обусловлено сокращением производственных затрат, поскольку мачта и оборудование генератора, в основном, представляют собой одно целое. Это позволяет исключить из конструкции гондолу, опорные механизмы и лопасти – самые дорогостоящие компоненты традиционных ветрогенераторов. Грубая оценка показывает, что выигрыш в стоимости производства по сравнению с обычной ветряной турбиной может составлять 51%. Изготовление, перевозка, строительство и монтаж также значительно упрощаются, оставаясь при этом операциями, стандартными для индустрии ветроэнергетики.
Существует еще один отличительный признак, дающий Vortex конкурентное преимущество над другими установками. Благодаря тому, что генератор (и центр тяжести) находятся ближе к земле, Vortex упрощает процедуры монтажа, использования и технического обслуживания. В противоположность этому, типичная гондола обычного ветрогенератора устанавливается более чем в 80 метрах над поверхностью земли.
В конструкции полностью отсутствуют механические элементы, которые могут изнашиваться от трения, что, согласно оценкам, позволит, по сравнению с традиционными турбинами, сократить эксплуатационные расходы на 53%, исключив необходимость замены масла или большинства механических частей, требующуюся многолопастным ветряным турбинам на протяжении 20-летнего срока их службы.
Конечно же, Vortex не застрахована от усталости. Ветер может вызывать смещение и скручивание элементов структуры, прежде всего, эластичной штанги, в особенности, в нижней ее части, противостоящей наибольшим силам. Однако проведенные компанией исследования подтвердили, что нагрузки, испытываемые штангой, далеки от предельно допустимых режимов основного строительного материала генератора – углеродного волокна. Компьютерное моделирование показывает, что срок службы установки будет находиться в диапазоне между 32 и 96 годами.
 |
| Будь здесь Дон Кихот, что бы он подумал о мельнице без лопастей? |
Конструкция Vortex сейчас занимает 30% площади, требуемой обычному ветрогенератору. Практически, это площадь круга, по траектории которого совершает движение вершина мачты при максимальной скорости ветра. При той же высоте, которую имеют современные ветряные турбины, она может извлекать до 40% содержащейся в воздухе энергии, что, безусловно, является более чем хорошим показателем. Система немного проигрывает в эффективности преобразования энергии, достигая уровня порядка 70% от эффективности традиционных генераторов, но связано это только с тем, что при ее создании акцент делался на исключение трущихся и изнашивающихся деталей.
Более «зеленая» альтернатива традиционной ветроэнергетике
Кроме того, как ожидается, намного снизится вред, наносимый популяции птиц, поскольку характер и размах движений Vortex отличаются от традиционной ветряной турбины, что делает установку лучше различимой.
При частоте колебаний оборудования менее 20 Гц воздействие звука становится несущественным, открывая путь к созданию полностью бесшумных ветряных ферм будущего.
Поскольку Vortex не убивает птиц и не шумит, проект активно поддерживается несколькими экологическими защитными организациями, включая ассоциацию SEO Birdlife.
Стадия испытаний
Для доказательства реализуемости технологии Vortex провела испытания множества прототипов в аэродинамической трубе. В настоящее время Vortex Bladeless оптимизирует методику испытаний в реальных условиях, чтобы завершить создание небольшой действующей модели.
На начальном этапе Vortex сосредоточится на производстве небольших изделий. Первым будет генератор мощностью 100 Вт, имеющий высоту 3 м и вес 10 кг. Турбина разрабатывалась специально для автономной работы в единой системе с солнечными панелями. Такое решение будет рентабельным для домохозяйств с уже установленными солнечными батареями и сможет производить электричество в то время, когда солнечная энергия не вырабатывается. Начав работать, этот продукт, получивший название Vortex Atlantis, положит начало пилотной программе компании. Это будет солнечная панель, использующая энергию ветра.
Вторая установка, которую подготовят к производству в течение года, будет также малоразмерной. 4-киловаттный генератор высотой 13 м и весом 100 кг, как и первый, 100-ваттный генератор, предназначенный для автономного использования, будет оптимизирован для совмещенных с солнечными батареями гибридных систем, использующих общие электрические инверторы.
Основная цель будет достигнута через четыре года, когда Vortex представит ветрогенератор мощностью более одного мегаватта.
О Vortex Bladeless
 |
| Изобретатель безлопастной турбины Дэвид Яньес. |
Vortex Bladeless – испанская стартап-компания, занимающаяся разработкой ветряной турбины без лопастей и запатентовавшая в процессе работы множество технических решений. Работа поддерживалась грантами фонда Repsol, испанской инвестиционной компанией Spanish Angels и кредитами испанского правительства. В апреле 2015 года Vortex переместилась в Бостон и сформировала консультативный совет с участием представителей Гарвардского университета, IDEO, TerraForm Power и Dat Venture. В настоящее время компания ведет переговоры с инвесторами из США, чтобы запустить следующий этап финансирования в рамках краудфандингового проекта, целью которого станет коммерциализация технологии. Сегодня компания насчитывает 11 сотрудников. Учредители встретились несколько лет назад. Дэвид Яньес (David Yañez) является автором идеи, Рауль Мартинг (Raul Marting) занимается вопросами, связанными с организацией компании, а Дэвид Сурайол (David Suriol) управляет бизнесом.
Демонстрационное видео
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
Источник
Испанская фирма создала ветрогенератор на 100 киловатт, работающий без лопастей
Фирма из Испании придумала, как сделать безлопастную ветряную турбину для выработки энергии. Странный ветрогенератор может спасти тысячи птиц, которые гибнут в обычных ветряках от лопастей.
Традиционные ветряные турбины построены очень просто: ветер дует на лопасти и вынуждает вращаться вал турбины, который вращает ротор, вызывающий электричество в электромагнитах генератора. Несмотря на то, что подобные турбины производят экологически чистую энергию, они представляют опасность для птиц.
Исследователи выяснили, что только в Соединённых Штатах ветрогенераторы каждый год убивают более полумиллиона птиц. На самом деле, это не очень много, например, куриц убивают в США около семи миллиардов в год. Правда, стоит учесть, что пока ветряная энергия очень мало используется. Если бы она применялась для замены всех атомных электростанций, то цифры стали бы огромными.
Для защиты птиц инженеры разрабатывают разные тактики. Например, фирма IdentiFlight установила систему, которая выключает ветрогенераторы, если рядом пролетает птица. Также встречаются отпугиватели. Ну а самый простой метод защиты — решётка вокруг ветряков.
Но более изящное решение нашла испанская фирма Vortex Bladeless (её основатель — Давид Янез). Она создала ветрогенератор без лопастей. Этот генератор использует вихревое образование (аэродинамическое явление, возникающее, когда воздух ударяется о твёрдый объект).
Когда мощный поток воздуха ударяет по неподвижному вертикальному цилиндру, незакрепленный конец начинает раскачиваться. В строительстве это явление чаще всего считается недостатком. Но для генератора — это плюс, так как именно это раскачивание и преобразуется в электричество.
Принцип работы устройства основан на формировании вихрей сзади твердых тел, обтекаемых потоком воздуха. В основании мачты имеются два кольцевых отталкивающих магнита, которые возвращают её в исходное положение при наклоне. За счет таких движений и происходит генерация электроэнергии.
Устройства Vortex при равной генерируемой энергии стоят в 30 раз дешевле, чем традиционные ветряные турбины (из-за простоты установки и обслуживания). Оно легко приспосабливается к изменению направления ветра. Сама электроэнергия будет, по мнению фирмы, обходиться на 30% дешевле.
Пока трёхметровый прототип может давать около 100 киловатт. Он выглядит как вытянутый цилиндр на подвижной опоре, способный колебаться вперед — назад от ветра. Фирма собирается улучшить систему и сконструировать 140-метровый генератор, дающий мегаватт энергии.
Установка недавно получила поддержку государственной энергетической фирмы Equinor из Норвегии, посчитавшей проект одним из 10 перспективных стартапов в области энергетики.
В интернете уже прозвали это устройство skybrator за его сходство с фаллосом.
Ветряная электроэнергетика продолжила рост даже в 2020 году. В прошедшем году в мире введено в эксплуатацию ветряков рекордной мощностью 96,7 гигаватта (на 59% больше, чем в 2019 году). Основной прирост наблюдается в числе и мощности новых генераторов в Соединённых Штатах и Китайской Народной Республике.
93% ветрогенераторов установлено на суше. Число добавленных морских ветряков показало падение на 13% по сравнению с 2019 годом.
Источник