Vortex bladeless ветрогенератор принцип работы
Когда цилиндрическая структура, как труба, стоит на пути жидкости или ветра, происходит явление, называемое вихрями Кармана. Жидкость или воздух образуют цикличность, закрученную в спиральном движении, что делает колебания по бокам. Он имеет аэродинамическое объяснение и расшифрован физиком Теодором фон Карманом в 1911 году.
С тех пор инженер принимает во внимание эти вихри и делает доступными методами профилактику для предотвращения неустойчивости инфраструктур от компрометации. Испанский стартап Vortex Bladeless решил сделать новый шаг и использовать это негативное для обычных инженеров явление для получения энергии ветра. Для этого, они создали Вихрь, ветровую турбину без лопастей, что колеблется от одной стороны к другой в соответствии с ветром, чтобы захватить кинетическую энергию.
Вот как это работает
«Эти вихри — проблема, как правило, инженеры стараются избегать любой ценой, потому что здания могут рухнуть,» объясняет Дэвид Суриол (Devid Suriol) соучредитель Vortex Bladeless. Менеджер объясняет, что его дело обстоит как раз наоборот: «Мы сознательно искали и оптимизировли его».
Чтобы сделать это, компания создала структуру, где геометрия в сочетании с частотой колебаний вихря заставляет их повторяться вокруг неё. Принцип работы Vortex Bladeless — турбина содержит систему катушек и магнитов (магнит колеблется в катушке как в генераторе Фарадея, фонарике Фарадея только эти катушки зависят от направления как это сделано у них независимо от направления не очень понятно — В.М.), интегрированных в механизм, который в дополнение к генерации электроэнергии сделан так, что структура «настроена» на правильную частоту, чтобы оптимально качаться в ритме вихря. То есть это фактически резонансный генератор, работающий от ветра!
Устройство представлено в виде вертикального конусообразного цилиндра, изготовленного из стекловолокна, что делает его как легким, так и жестким. Текущие прототипы достигают шести метров в высоту, хотя компания планирует более высокие версии. В 2015 году они будут запускать модель 12,5 метров и в течение трех лет, один выше, чем 100 метров. «Чем больше высота, тем больше производительность,» объясняет Девид.
«Работая не с лопаcтями мы устраняем многие из традиционных движушихся механических частей турбины, что позволит существенно сократить расходы на производство ветровой энергии и эксплуатационные расходы,» говорит соучредитель. Он рассчитывает добиться снижения на 53% в расходов по строительным процессом по сравнению с обычной ветровой турбиной. Кроме того, «сокращение и отсутствие лопастей также будет способствовать транспортировке и упростит работы по техническому обслуживанию,».
В дополнение к снижению затрат, эта технология имеет и другие полезные функции, по сравнению с другими моделями. Суриол объясняет, что вихрь может генерировать энергию в широком диапазоне скоростей ветра, «выше, чем у обычных ветровых турбин.» В частности, устройство стартует от скорости ветра в один метр в секунду «, меньше, чем требуется по традиционной турбины» объясняет он. При нескольких лопастях турбины начинают работу с трех метров в секунду.
Цилиндрическая форма структуры также исключает необходимость ориентировки ветровой турбины в направлении ветрового потока. Тем не менее, в тех же условиях, энергия, вырабатываемая Vortex будет на 30 % ниже, чем от традиционной ветровой турбины.
Кроме того, его конструкция делает турбину менее ранящим природный ландшафт и отсутствие лопастей делает его менее опасным для птиц. Нова турбина не производит шум, уменьшая воздействие на окружающую среду еще больше.
К пьезоэлектрическому генератору
В среднесрочной и долгосрочной перспективе, исследователи Vortex работают над альтернативой электромагнитной индукции для того, чтобы генерировать электричество из вихревых колебаний. Эта альтернатива будет основываться на пьезоэлектричестве.
Это явление, обнаруженное в 1880 году братьями Пьером и Жаком Кюри, происходит в некоторых кристаллах, таких как кварц, которые не имеют центра симметрии. При сжатии их масса поляризована и генерирует электрический потенциал.
С момента своего открытия, пьезоэлектричество (от греческого piezein, «крутить или сжать») служил для многих целей, начиная от проектирования гидролокаторов подводных лодок и механизма зажигалки и часов, до усилителей и микрофонов гитар. Пьезоэлектричество также используется для приложений сбора энергии, но не для получения большого количества энергии.
Что касается Vortex, в том числе по пьезоэлектрическим генераторам в устройстве цилиндра, колебания ветра деформируется компоненты, таким образом, что можно производить электричество. «Сейчас пьезоэлектрические материалы существующие сегодня не достаточно сильны, чтобы быть прибыльным, но будут необходимы,» объясняет Суриол. Тем не менее, существуют различные исследовательские группы, работающие над новыми материалами на основе пластмасс и керамики, более мощных и более легкого веса «, что действительно было бы интересно Vortex», заключает он.
А ребята молодцы — собрали за месяц 64,550USD из необходимых 50,000USD к 30 июля 2015 года https://www.indiegogo.com/projects/vortex-bladeless-a-wind-generator-without-blades—3#/story
Источник
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
Безлопастной ветрогенератор. Устройство и принцип работы.
Безлопастной ветрогенератор
Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня узнаем, что такое безлопастной ветрогенератор, рассмотрим общее устройство и принцип работы, узнаем где применяется. И так…
У специалистов по альтернативной энергетике давно сформировался стереотип относительно того, как должны выглядеть правильные и эффективные ветрогенераторы. Такое положение дел вовсе не удивительно, ведь ветрогенераторы возводятся каждый год по всему миру, и это всегда огромные сооружения с лопастями, похожие на гигантские ветряные мельницы. А что до безлопастных ветрогенераторов, то к ним отношение, как правило, в среде альтернативщиков весьма и весьма скептическое.
Тем не менее разработчики новых решений не спешат останавливаться в своем энтузиазме. И вот, в 2015 году, испанская компания Vortex Bladeless предложила новый вариант и уже готовую модель решения, показывающую, как могут быть устроены ветрогенераторы, не уступающие по эффективности традиционным лопастным, однако превосходящие их как по безопасности, так и по экономичности производства и по возможностям установки.
Безлопастной ветрогенератор Vortex Bladeless
Компания Vortex Bladeless представила модель и рабочий макет принципиально нового ветрогенератора, совсем не похожего на обычные ветряки. Здесь нет вращающихся на ветру лопастей, и вообще не предусматриваются крупные вращающиеся части.
Генератор отнюдь не похож на ветряную мельницу, скорее он напоминает большую биту для бейсбола, установленную вертикально на ручку, и покачивающуюся под действием дующего на нее ветра. Но ведь ветер не всегда дует порывами, — может возразить кто-то, — и как же тогда будет раскачиваться эта гигантская бита, она же просто нагнется и так и будет неподвижно стоять словно дерево? На самом деле все совсем не так!
Принцип, по которому вертикальный безлопастной ветрогенератор станет покачиваться на ветру — не связан с порывами ветра. Принцип заключается в раскачивании вертикального генератора невидимыми вихрями воздуха, образующимися в форме цепочки позади цилиндрических объектов, обдуваемых газом или обтекаемых жидкостью в поперечном направлении.
Данный феномен был объяснен в далеком 1912 году американским физиком и специалистом по аэродинамике и воздухоплаванию Теодором фон Карманом. А явление образования цепочек вихрей вокруг обдуваемой газом или обтекаемой жидкостью, вертикальной оси назвали в честь ученого «дорожкой Кармана». Это явление и положено разработчиками в основу уникального безлопастного ветрогенератора.
Вихревая дорожка Кармана
Ветряной генератор от Vortex вдвое дешевле в производстве, чем лопастная турбина аналогичной мощности, а затраты на регулярное обслуживание меньше в пять раз! К тому же количество выделяемых парниковых газов на 40% ниже, работает генератор тише, и почти полностью безопасен для птиц и летучих мышей.
А что касается эффективности в целом, то вертикальные безлопастные генераторы можно будет устанавливать на меньшей площади и получать таким образом больше электроэнергии, чем от тех же лопастных ветрогенераторов, требующих огромных площадей дабы турбине было где размахнуться. Этот фактор крайне важен при возведении крупных ветряных электростанций, а вертикальных генераторов можно установить несколько, и близко друг к другу — электростанция получится более компактной.
Мало того, разработчики проверили аэродинамику системы из двух своих ветрогенераторов, когда один стоял позади другого, и оказалось, что тот который стоял сзади — раскачивался еще сильнее, ведь он повторно использовал вихри от первого.
Безлопастной ветрогенератор Vortex Bladeless
Авторы проекта уверены, что для частных домовладений будет достаточно небольших ветрогенераторов Mini высотой в 12,5 метров на номинальную мощность в 4 кВт, а основу крупных ветряных электростанций составят разрабатываемые модели Gran на 1 МВт каждый. Еще на начальном этапе исследований, в 2012 году, европейские инвесторы вложили в Vortex Bladeless порядка 1000000 евро, и по сей день проект представляется очень перспективным.
Установка безлопастного ветрогенератора
Конструктивно ветряк состоит из двух частей. Верхняя часть обладает неровной поверхностью, и именно она раскачивается и генерирует воздушные вихри дорожки Кармана вокруг себя. В неподвижной нижней части конструкции расположены элементы электрогенератора.
Установка спроектирована таким образом, чтобы раскачка происходила на резонансной частоте, совпадающей с частотой вихрей в образуемой дорожке Кармана. Так ветер раскачивает верхнюю часть ветряка, используя явление механического резонанса. И если раньше такой резонанс разрушал мосты и другие сооружения, то теперь он сможет генерировать электроэнергию, проявляя свой разрушительный потенциал более дружелюбно.
Сначала специалисты компании успешно протестировали прототипы на 2 кВт, рассчитанные на ветер, дующий со скоростью от 1,5 до 7 м/с; модели на 4 кВт рассчитаны на 3-15 м/с, и так возможно масштабирование вплоть до единиц мегаватт. Главные составные части будущих ветряных электростанций на новых генераторах — вертикальные генераторы Vortex Bladeless на 1 МВт, высотой 150 метров, из которых можно будет собрать огромную электростанцию необходимой мощности.
В основании подвижной части расположены два кольца отталкивающихся магнитов
Всех тонкостей разработчики, конечно, не раскрывают, однако кое-что известно. В основании подвижной части расположены два кольца отталкивающихся магнитов. Когда ветер нагибает структуру в одну сторону, магниты тянут в другую сторону, и эти небольшие нажимающие и выталкивающие движения как раз и способствуют проявлению кинетической энергии, возникающей в процессе кругового покачивания башни. Эта энергия затем преобразуется в электрическую при помощи линейного генератора переменного тока. Частота колебаний башни достигает 20 Гц.
Безлопастной ветрогенератор
Исследования продолжались долго, и на различных этапах устройство непрерывно совершенствовалось. Более 200 моделей было изготовлено, и каждая из них была испытана разработчиками в аэродинамической трубе. Чтобы геометрия мачты наконец позволила бы собирать столько энергии ветра, сколько максимально возможно, и чтобы собственная частота мачты Vortex Bladeless могла бы изменяться, дабы подстраиваться в резонанс с дорожкой Кармана.
Источник