Tuuleturbiini vertikaalne turbiin. Vertikaalsed tuuleturbiinid. Tuuleturbiinide tüübid. Uued kujundused ja tehnilised lahendused

Tuulegeneraatori ajamiseks valmistati vertikaalse pöörlemisteljega pöörlevat tüüpi turbiin. Seda tüüpi rootor on väga tugev ja vastupidav, suhteliselt väikese pöörlemiskiirusega ja seda saab hõlpsasti kodus valmistada, ilma tiiva aerodünaamilise profiili ja muude horisontaalse pöörlemistelje tuuleturbiini propelleri valmistamisega seotud probleemideta. Pealegi töötab selline turbiin peaaegu hääletult ja sõltumata sellest, kust tuul puhub. Töö on praktiliselt sõltumatu turbulentsist ning sagedastest tuule tugevuse ja suuna muutustest. Turbiini iseloomustavad suured käivitusmomendid, töö suhteliselt madalatel pööretel. Selle turbiini kasutegur on väike, kuid sellest piisab väikese võimsusega seadmete toiteks, kõik tasub end ära disaini lihtsuse ja töökindlusega.

Elektrigeneraator

Modifitseeritud kompaktne auto starter, mis põhineb püsimagnetid. Generaatori väljund: vahelduvvool võimsusega 1,0 ... 6,5 W (olenevalt tuule kiirusest).
Starteri generaatoriks muutmise võimalust kirjeldatakse artiklis:

Tuuleturbiinide tootmine

See tuuleturbiin ei maksa peaaegu midagi ja seda on lihtne valmistada.
Turbiini konstruktsioon koosneb kahest või enamast poolsilindrist, mis on paigaldatud vertikaalsele võllile. Rootor pöörleb tänu iga erineva kumerusega tuulele pööratud laba erineva vastupanuvõimele tuulele. Rootori efektiivsust parandab mõnevõrra labade vaheline keskpilu, kuna osa õhku mõjub täiendavalt teisele labale, kui see esimesest labast väljub.

Generaator on fikseeritud alusele väljundvõlli taga, mille kaudu väljub vastuvõetud vooluga juhe. See disain välistab vooluvõtu libiseva kontakti. Turbiini rootor on paigaldatud generaatori korpusele ja kinnitatud kinnituspoltide vabade otste külge.

1,5 mm paksusest alumiiniumlehest lõigatakse välja ketas läbimõõduga 280 ... 330 mm või selle läbimõõduga ruudukujuline plaat.

Märgistatakse ja puuritakse ketta keskkoha suhtes viis auku (üks keskel ja 4 plaadi nurkades) labade paigaldamiseks ja kaks auku (keskse suhtes sümmeetrilised) turbiini kinnitamiseks generaatori külge.

Plaadi nurkades asuvatesse aukudesse paigaldatakse terade kinnitamiseks väikesed alumiiniumist nurgad paksusega 1,0 ... 1,5 mm.

Turbiini labad valmistatakse 160 mm läbimõõduga ja 160 mm kõrgusest purgist. Purk lõigatakse piki telge pooleks, mille tulemuseks on kaks identset tera. Purgi servad pärast lõiget 3 ... 5 mm laiused on painutatud 180 kraadi ja pressitud, et tugevdada serva ja kõrvaldada teravad lõikeservad.

Turbiini mõlemad labad on purgi avatud osa küljelt ühendatud U-kujulise hüppajaga, mille keskel on auk. Jumper moodustab labade keskosa vahele 32 mm laiuse vahe, et parandada rootori efektiivsust.

Purgi vastasküljel (põhja lähedal) on labad omavahel ühendatud minimaalse pikkusega sillaga. Sel juhul jäetakse kogu tera pikkuses 32 mm laiune vahe.

Kokkupandud labade plokk paigaldatakse ja kinnitatakse kettale kolmes punktis - hüppaja keskava ja eelnevalt paigaldatud alumiiniumnurkade taha. Turbiini labad kinnitatakse plaadile rangelt üksteise vastu.

Kõigi osade ühendamiseks võite kasutada neete, isekeermestavaid kruvisid, M3 või M4 kruviühendust, nurki või muid meetodeid.

Ketta teisel küljel asuvatesse aukudesse paigaldatakse generaator, mis kinnitatakse kinnituspoltide vabade otste külge mutritega.

Tuulegeneraatori usaldusväärseks isekäivitamiseks on vaja turbiinile lisada teine ​​​​sarnane labade tasand. Sel juhul nihutatakse teise astme labad piki telge esimese astme labade suhtes 90-kraadise nurga all. Tulemuseks on nelja labaga rootor. See tagab, et alati on olemas vähemalt üks laba, mis suudab tuult kinni püüda ja turbiinil pöörlemiseks hoogu juurde anda.

Tuulegeneraatori mõõtmete vähendamiseks saab teha teise kihi turbiini labasid ja kinnitada need ümber generaatori. Valmistame 1,0 mm paksusest alumiiniumlehest kaks 100 mm laiust (generaatori kõrgus), 240 mm pikkust tera (sarnaselt esimese astme tera pikkusega). Painutame terasid 80 mm raadiuses, sarnaselt esimese astme teradega.

Teise (alumise) astme iga tera on fikseeritud kahe nurgaga.
Üks on paigaldatud ketta perifeeriasse vabasse auku, sarnaselt ülemise astme labade kinnitusega, kuid nihkega 90 kraadise nurga all. Teine nurk on kinnitatud paigaldatud generaatori naastu külge. Fotol eemaldatakse alumise astme labade kinnitamise selguse huvides generaator.

Püsiv kulumine loodusvarad viib selleni, et Hiljuti inimkond on hõivatud alternatiivsete energiaallikate otsimisega. Praeguseks on teada piisavalt suur hulk alternatiivenergia liigid, millest üks on tuuleenergia kasutamine.

Tuuleenergiat on inimesed kasutanud juba iidsetest aegadest, näiteks tuulikute töös. Kõige esimene tuulegeneraator (tuuliturbiin), mille ülesandeks oli elektri tootmine, ehitati Taanis 1890. aastal. Selliseid seadmeid hakati kasutama juhtudel, kui oli vaja elektriga varustada mõnda raskesti ligipääsetavat piirkonda.

Tuulegeneraatori tööpõhimõte:

• Tuul pöörab labadega ratast, mis edastab pöördemomendi käigukasti kaudu generaatori võllile.
• Inverter täidab vastuvõetud alalisvoolu muutmise ülesandeks vahelduvvooluks.
• Aku on ette nähtud võrgu pingega varustamiseks tuule puudumisel.

Tuuliku võimsus sõltub otseselt tuuleratta läbimõõdust, masti kõrgusest ja tuule tugevusest. Praegu toodetakse tuulikuid, mille laba läbimõõt on 0,75–60 m ja rohkem. Kaasaegsetest tuuleturbiinidest väikseim on G-60. Viie labaga rootori läbimõõt on vaid 0,75 m, tuule kiirusel 3-10 m / s suudab see genereerida võimsust 60 W ja kaal on 9 kg. Sellist paigaldust kasutatakse edukalt valgustuse, aku laadimise ja side jaoks.

Kõiki tuulegeneraatoreid saab klassifitseerida mitme põhimõtte järgi:

• Pöörlemisteljed.
• Terade arv.
• Materjal, millest terad on valmistatud.
• Kruvi samm.

Pöördetelgede klassifikatsioon:

• Horisontaalne.
• Vertikaalne.

Kõige populaarsemad on horisontaaltuulikud, mille pöörlemistelg on maapinnaga paralleelne. Seda tüüpi nimetatakse "tuulikuks", mille labad pöörlevad vastu tuult. Horisontaalsete tuulegeneraatorite konstruktsioon näeb ette pea automaatse pöörlemise (tuule otsimisel), aga ka labade pöörlemise, et kasutada madala tugevusega tuult.

Vertikaalsed tuuleturbiinid on palju vähem tõhusad. Sellise turbiini labad pöörlevad paralleelselt maapinnaga igas suunas ja tuule tugevusega. Kuna tuule mistahes suunas pöörlevad pooled tuuleratta labad alati vastu, kaotab tuulik poole oma võimsusest, mis vähendab oluliselt paigaldise energiatõhusust. Seda tüüpi tuuleturbiini on aga lihtsam paigaldada ja hooldada, kuna selle käigukast ja generaator on paigutatud maapinnale. Vertikaalse generaatori miinused on: kallis paigaldus, märkimisväärsed kasutuskulud ja asjaolu, et sellise tuuliku paigaldamiseks on vaja palju ruumi.

Tööstuslikus mastaabis elektritootmiseks sobivad rohkem horisontaalset tüüpi tuulikud, neid kasutatakse tuulepargisüsteemi loomise korral. Vertikaalset kasutatakse sageli väikeste eramajapidamiste vajadusteks.

Klassifikatsioon labade arvu järgi:

• Kahe teraga.
• Kolme teraga.
• Mitme teraga (50 või enam tera).

Terade arvu järgi jagunevad kõik paigaldised kahe- ja kolme- ja mitme labaga (50 või enam tera). Vajaliku koguse elektrienergia tootmiseks ei ole vaja pöörlemise fakti, vaid väljundit nõutav summa revolutsioonid.

Iga laba (valikuline) suurendab tuuleratta üldist takistust, muutes generaatori töökiiruse saavutamise keerulisemaks. Seega hakkavad mitme labaga paigaldised küll väiksema tuulekiiruse korral pöörlema, kuid neid kasutatakse siis, kui pöörlemise fakt on oluline, näiteks vee pumpamisel. Suure hulga labadega tuulikuid elektri tootmiseks praktiliselt ei kasutata. Lisaks ei ole soovitatav neile paigaldada käigukasti, sest see muudab disaini keerulisemaks ja muudab selle ka vähem töökindlaks.

Tera materjali klassifikatsioon:

• Tuulegeneraatorid jäikade labadega.
• Purjetavad tuulegeneraatorid.

Tuleb märkida, et purjelabasid on palju lihtsam valmistada ja seetõttu odavamad kui jäigast metallist või klaaskiust labad. See kokkuhoid võib aga kaasneda ootamatute kuludega. Kui tuuleratta läbimõõt on 3 m, siis generaatori kiirusel 400-600 p/min saavutab laba ots kiiruse 500 km/h. Arvestades asjaolu, et õhk sisaldab liiva ja tolmu, on see tõsiasi tõsine katsumus isegi jäikade labade puhul, mille stabiilse töötamise korral on vaja iga-aastast terade otstele kantud korrosioonivastase kile väljavahetamist. Kui korrosioonivastast kilet ei värskendata, hakkab jäik tera järk-järgult oma jõudlust kaotama.

Purjetamistüüpi labad vajavad vahetamist mitte kord aastas, vaid kohe pärast esimese tõsise tuule ilmnemist. Seetõttu ei arvesta autonoomne toiteallikas, mis nõuab süsteemi komponentide märkimisväärset töökindlust, purje-tüüpi labade kasutamist.

Kõrguse klassifikatsioon:

• Fikseeritud kruvi samm.
• Muutuva kruvi sammuga.

Muidugi suurendab sõukruvi muutuv samm tuulegeneraatori efektiivsete töökiiruste vahemikku. Selle mehhanismi kasutuselevõtt toob aga kaasa labade konstruktsiooni komplitseerimise, tuuleratta massi suurenemise ja vähendab ka tuuleturbiini üldist töökindlust. Selle tagajärjeks on vajadus tugevdada struktuuri, mis toob kaasa süsteemi maksumuse olulise tõusu mitte ainult omandamise, vaid ka töötamise ajal.

Kaasaegsed tuuleturbiinid on kõrgtehnoloogilised tooted võimsusega 100–6 MW. Uuendusliku disainiga tuulikud võimaldavad kuluefektiivselt kasutada kõige nõrgema tuule energiat – alates 2 m/s. Tuulikute abil on tänapäeval võimalik edukalt lahendada mis tahes võimsusega saare või kohalike objektide elektrivarustuse probleeme.

Arenenud riigid on pikka aega toetunud taastuvatele energiaallikatele, sealhulgas tuuleenergiale. Sellest tulenevalt on kõigi maailmas töötavate tuumajaamade koguvõimsus veidi üle 400 tuhande MW ning tuuleparkide koguvõimsus on ületanud 500 tuhande MW! Riikides, kus tuuleenergiale tähelepanu pööratakse, pole aga ei Gazpromi ega RAO UES-i. Nagu ka õlinõelale istutamine... Aga valusatest asjadest ärme räägi.

Nii et riikides, mis on vabad monopolide ja klannisüsteemi kõikvõimsusest, domineerivad horisontaalse pöörlemisteljega propeller-tüüpi tuuleturbiinid. Sellised generaatorid nõuavad võimsaid kalli vundamendiga tugitorne, mis pikendab tasuvusaega. Lisaks on sellised seadmed võimsad madala sagedusega müraallikad. Sõukruvi "tuuleveski" pöörleb kiirusega vaid 15-30 pööret minutis ja pärast käigukasti tõusevad pöörded 1500-ni, mille tulemusena pöörleb generaatori võll sama kiirusega, mis tekitab elektrit. Sellel klassikalisel skeemil on olulisi puudusi: käigukast on keeruline ja kallis mehhanism (kuni 20% kogu tuulegeneraatori maksumusest), vajab hooajalist väljavahetamist ja kulub väga kiiresti (vt.).

Tuuleturbiinide arendamise asjakohasus

Need asjaolud piiravad ostjate ringi ja panevad otsima alternatiivi traditsioonilistele tuuleenergia generaatoritele. Vertikaalse teljega tuuleturbiinid on muutunud kaasaegseks trendiks. Need on vaiksed ega nõua suuri kapitalikulutusi, neid on lihtsam ja odavam hooldada kui horisontaalteljelisi turbiine. Horisontaalse teljega tuulegeneraatorid viiakse kaitserežiimi (autorotatsioon) piiraval tuulekiirusel, mille ületamine on täis konstruktsiooni hävimist. Selles režiimis on propeller kordistist ja generaatorist lahti ühendatud, elektrit ei teki. Ja vertikaalteljega rootorid kogevad võrdse tuulekiiruse juures oluliselt väiksemaid mehaanilisi pingeid kui horisontaalteljega rootorid. Lisaks nõuavad viimased kalleid tuule suunasüsteeme.

Kuni viimase ajani arvati, et VAWT-l on võimatu saada kiirustegurit (labade maksimaalse lineaarkiiruse ja tuule kiiruse suhe), mis on suurem kui üks. See liiga lai eeldus, mis kehtib ainult teatud tüüpi rootorite puhul, viis vale järelduseni, et vertikaalteljega tuuleturbiinide tuuleenergia marginaalne kasutustegur on madalam kui horisontaalteljega tuulikute oma, mistõttu seda tüüpi tuuleturbiinid on peaaegu 40 aastat vana.pole üldse välja arenenud. Ja alles 60.–70. aastatel tõestasid esmalt Kanada ning seejärel Ameerika ja Briti eksperdid eksperimentaalselt, et need järeldused ei kehti Darrieuse rootorite puhul, mis kasutavad labade tõstejõudu. Nende rootorite puhul on töökehade lineaarkiiruse ja tuule kiiruse määratud maksimaalne suhe 6:1 ja suurem ning tuuleenergia kasutustegur ei ole madalam kui horisontaalteljelisel (propellertüüp). Olulist rolli mängib ka asjaolu, et vertikaalteljeliste rootorite aerodünaamika teoreetiliste uuringute maht ja nendel põhinevate tuulikute arendamise ja käitamise kogemus on palju väiksem kui horisontaalteljeliste rootorite puhul.

Loodud on ülejäänutest erinev vertikaalteljeline tuulik (rahvusvaheline tähis VAWT), mille tuuleenergia kasutuskoefitsient ei jää alla maailma parimatele horisontaalse pöörlemisteljega tuulikutele. Uuenduslik mitmetahuline lähenemine vertikaaltuulikute projekteerimisele põhineb muuhulgas madalal asetseva vastupidava rootori kasutamisel, mille perifeeriasse on kinnitatud hulk tiibpurjesid.

Rootor on varustatud ratta šassii tugijalgadega, mis võimaldab pöörlemist ümber fikseeritud telje, millel on tänu šassii ratastele stabiilne poorid vundamendil. Paljud purjed-tiivad tekitavad aerodünaamiliste jõudude mõjul suure pöördemomendi. Mis teeb selle disaini võimsustiheduse poolest rekordiliseks. Rootori läbimõõt võib olla 10 meetrit. Samal ajal on sellisele rootorile võimalik paigaldada tiivad, mille pindala on üle 200 ruutmeetrit, mis hakkab tootma kuni sada kilovatti elektrit.

Ühikute mõõtmed ja kaal

Samas on selliste agregaatide kaal nii väike, et seda on võimalik paigaldada hoonete katustele ja varustada tänu sellele autonoomse toiteallikaga. Või on võimalik varustada elektriga mägedes asuvat objekti, kus elektriliin puudub. Võimsuse suurendamine meelevaldselt suure väärtuseni on saavutatav selliste ühikute kordamisega. See tähendab, et pannes palju sarnaseid paigaldusi, saavutame soovitud võimsuse.

Tehniline efektiivsus

Mis puudutab tehnilist tõhusust. Meie prototüüp, mille laba kõrgus on 800 mm ja põikimõõt 800 mm tuule kiirusel 11 m/s, arendas mehaanilist võimsust 225 W (75 p/min juures). Samal ajal kaitses ta maapinna eest vähem kui meetri kõrgusel. Ressursi http://www.rktp-trade.ru andmetel arendab võrreldavat võimsust (300 W) viie teraga vertikaalne tuulik, mis on paigaldatud kuuemeetrisele mastile ja millel on viis 1200 mm tera, mis on kinnitatud kombinesoonile. läbimõõt 2000 mm. See tähendab, et kui võtame võrreldavate tuuleveskite pindalad võrdseks, siis selgub, et prototüüp on 2,5 ...

Selle põhjal, teades, et kirjeldatud analoogi tuuleenergia kasutamise koefitsient (KIEV) on 0,2, on võimalik prototüübi KIEV-iks hinnata 0,48, mis on tunduvalt kõrgem Savoniuse ja Daria VAWT-de omast ning vastab maailma parimad horisontaal-aksiaalsete tuuleturbiinide näidised. Samas on prototüübi materjalikulu ja maksumus tunduvalt madalam kui tuule suunamise mehhanismidega ja kõrgele paigaldatud gondliga propellermastiga tuuleveskitel kalli planetaartüüpi astmelise käigukastiga.

Tuuleturbiinide rootorite efektiivsuse võrdlev hindamine erinevat tüüpi - Tabel 1.

Rootori tüüp	Pöörlemistelje asukoht	Tuuleenergia kasutustegur (KIEV)	Allikas	Märge ania
Savoniuse rootor	vertikaalne	0,17		Umbes kaheksakümmend aastat tagasi välja töötatud skeem - joon. 7 (e) nimetatud allika leheküljel 17
Laia vahega N-Darié rootor	vertikaalne	0,38	TR.A. Janson. Tuuleturbiinid. Toimetanud M.Zh. Osipov. M.: Kirjastus MSTU im. N.E. Bauman, 2007, lk 23, joon.13	Välja töötatud umbes sajand tagasi, skeem - joon. 7 (a) viidatud allika leheküljel 17
Mitme tera takistused	vertikaalne	0,2	Samas kohas, samuti konkreetne kaubanduslik toode veebisaidil http://www.rktp-trade.ru	Sellesse tüüpi kuulub ka Bolotovi rootor.
Kahe labaga propeller	Horisontaalne	0,42	R.A. Janson. Tuuleturbiinid. Toimetanud M.Zh. Osipov. M.: Kirjastus MSTU im. N.E. Bauman, 2007, lk 23, joon.13	Tänapäeva maailmas kõige levinum tuuleturbiini tüüp
Meie turbiini rootor (formaalselt N-Darrie, kuid tihedalt suletud labadega, millele on paigaldatud kaldus tiivad ja horisontaalne tiivik)	vertikaalne	0,48…0,5	Tuule kiiruse välimõõtmised anemomeetriga, rootori pöördemomendi dünamomeetriga, rootori kiiruse mõõtmised tahhomeetriga

Vertikaalse teljega tuuleturbiini VAWT eelised

• Seade pöörleb samas suunas igas tuule suunas. Horisontaalsete tuuleturbiinide gondlid peavad olema orienteeritud tuulele, mis suurendab konstruktsiooni maksumust ja vähendab pöördemehhanismi liikuvate osade eluiga.
• Elektri tootmine VAWT-s algab tuule kiirusel 5 m/s.
• Turbiinil on labade kõrge aerodünaamiline kvaliteet ja uuenduslik arhitektuur, mis võimaldab saavutada tuuleenergia kasutusteguriks vähemalt 47%.
• Turbiin ei vaja generaatori hooldust (rõngakujuline lame lineaarne ilma harjade ja laagriteta).
• Võimsuse suurendamine saavutatakse lisamoodulite paigaldamisega.
• VAWT-l ei ole korpuse lähedale paigaldamisel piiranguid, see ei tekita vastuvõetamatut elektromagnetilist ja akustilist kiirgust. See võimaldab paigaldada turbiine asustatud piirkondadesse, sealhulgas mitmekorruseliste majade katustele, ilma maastikuvaateid kahjustamata.
• VAWT on absoluutselt kahjutu, seda saab paigaldada rändlindude rändeteedele.
• Turbiin on vastupidav tugevatele tuultele, talub isegi orkaani tuult. See saavutatakse turbiini vertikaalsete labade lööginurkade automaatse muutmise mehhanismiga (arvud on toodud ülal).
• VAWT-l on kerged ja lihtsad komponendid, mida on lihtne transportida ja paigaldada.
• Turbiin on välgu eest kaitstud.

Tänaseks on valminud turbiini mehaanilise osa täissuuruses 3-d mudel (vertikaalse laba kõrgusega 8 m) ning rootori ja selle pöörlemissõlme detailide ja koostude tööjoonised. Elektrigeneraatori ja labade joonised töötatakse välja, võttes arvesse maksimaalset vastavust "hinna-kvaliteedi" kriteeriumile.

Projekt hõlmab täissuuruses VAWT näidise (vertikaalse tera kõrgus 8m) projekteerimist, valmistamist ja katsetamist. Peale seda on plaanis korraldada tööstuslik tootmine sellised paigaldised pärast prooviproovi silumist, varustades sellised paigaldised maapiirkondades elektrifitseerimata aladega ja linnades asuvate hoonetega.

Uuendusliku tuulegeneraatori kasutusalad on põhimõtteliselt samad, mis analoogidel. See tähendab, et see on elektrienergia tootmine kohtades, kus selle paiksed allikad puuduvad, samuti kus muude elektritootmisviiside kasutamine on majanduslikult kahjumlik. Eelkõige on need eriotstarbelised objektid, mis vajavad autonoomset toiteallikat, näiteks tuletornid ja raadiomajakad, piiripunktid ja piiripunktid, automatiseeritud meteoroloogia- ja aeronavigatsioonipostid.

Tuuleenergia areneb aktiivselt üle kogu maailma ning pole ammu kellelegi saladuseks olnud, et tegemist on maailma ühe perspektiivikama alternatiivenergia valdkonnaga. Sel hetkel. 2014. aasta keskpaigaks oli kõigi maailmas paigaldatud tuulikute koguvõimsus 336 gigavatti ning suurim ja võimsaim vertikaalne kolme labaga tuulik Vestas-164 paigaldati ja käivitati 2014. aasta alguses Taanis. Selle võimsus ulatub 8 megavatini ja labade ulatus on 164 meetrit.

Hoolimata labadega turbiinide ja tuuleveskite tootmise pikaajalisest tehnoloogiast, püüavad paljud entusiastid seda tehnoloogiat täiustada, tõhustada ja vähendada negatiivseid tegureid.

Teatavasti ulatub tuulevoolu energia kasutustegur y parimal juhul 30%-ni, need on üsna mürarikkad ja rikuvad lähialade loomulikku soojusbilanssi, tõstes öösel pinnase õhukihi temperatuuri. Nad on ka lindudele väga ohtlikud ja hõivavad suuri alasid.

Millised alternatiivid on olemas? Tegelikult ei tunne tänapäevaste leiutajate loovus piire ja leiutatud on palju erinevaid alternatiive.

Vaatame 5 tööstusharu kõige ebatavalisemat tuuleturbiini alternatiivset konstruktsiooni.

Alates 2010. aastast on Massachusettsi uurimisinstituudis asuv Ameerika ettevõte Altaeros Energies arendanud uue põlvkonna tuuleturbiine. Uut tüüpi tuulikud on mõeldud töötama kuni 600 meetri kõrgusel, kuhu tavalised tuulikud lihtsalt ei ulatu. Just nii suurtel kõrgustel puhuvad pidevalt tugevaimad tuuled, mis on 5-8 korda tugevamad kui maapinna lähedal.

Generaator on täispuhutav konstruktsioon, mis sarnaneb heeliumiga täidetud õhulaevaga, mille horisontaalteljele on paigaldatud kolme labaga turbiin. Selline tuulegeneraator lasti 2014. aastal Alaskal umbes 300 meetri kõrgusele katsetamiseks 18 kuuks.

Arendajad väidavad seda seda tehnoloogiat hakkab elektrit tootma hinnaga 18 senti kilovatt-tunni kohta, mis on pool tavapärasest tuuleenergia hinnast Alaskal. Tulevikus võivad sellised generaatorid asendada diiselelektrijaamu ja leida rakendust probleemsetes piirkondades.

Tulevikus on see seade mitte ainult elektrigeneraator, vaid ka osa ilmajaamast ja mugav vahend interneti pakkumiseks vastavast infrastruktuurist kaugemal asuvates piirkondades.

Pärast paigaldamist ei vaja selline süsteem personali kohalolekut, ei hõivata suurt ala ja on peaaegu vaikne. Seda saab kaugjuhtida ja see nõuab Hooldus ainult üks kord 1-1,5 aasta jooksul.

Teine huvitav lahendus Araabia Ühendemiraatides rakendatakse ebatavalise tuulepargi disaini loomiseks. Abu Dhabi lähedale kerkib Madsari linn, kuhu plaanitakse rajada üsna ebatavaline tuulepark, mida kutsutakse Windstalki arendajateks.

New Yorgis asuva disainifirma Atelier DNA asutaja see projekt, ütles, et põhiidee oli leida loodusest kineetiline mudel, mis saaks elektrit toota, ja selline mudel ka leiti. 10 meetri kaugusele paigaldatakse 1203 süsinikkiust varre, millest igaüks on umbes 55 meetri kõrgune ja millel on 20 meetri laiused betoonalused.

Varred tugevdatakse kummiga ja nende laius on põhjas umbes 30 cm ja kitsenemine kuni 5 sentimeetrit. Iga selline vars sisaldab vaheldumisi elektroodide ja keraamiliste plaatide kihte, mis on valmistatud piesoelektrilisest materjalist, mis tekitab elektrit kui see on surve all.

Kui varred tuules kõikuvad, tõmbuvad kettad kokku, tekitades elektrivoolu. Ei mingit tuuleturbiini müra, lindude ohvreid ega midagi peale tuule.

Idee tekkis soos õõtsuvat pilliroogu vaadeldes.

Atelier DNA projekt Windstalk võitis teise koha Madsari toetatud konkursil Land Art Generator, et valida rahvusvaheliste taotluste hulgast parim kunstiteos, mis suudab toota taastuvatest allikatest energiat.

Selle ebatavalise tuulepargi pindala on 2,6 hektarit ja võimsuselt vastab see sarnasel alal asuvale tavapärasele tuulikule. Süsteem on tõhus traditsioonilistele mehaanilistele süsteemidele omaste hõõrdekadude puudumise tõttu.

Iga varre põhjas on generaator, mis muundab varre pöördemomendi läbi amortisaatorite ja silindrite süsteemi, mis sarnaneb Massachusettsi osariigis Cambridge'is välja töötatud Levant Power süsteemiga.

Kuna tuul ei ole püsiv, siis rakendatakse energiasalvestussüsteemi, et salvestatud energiat saaks kasutada ka siis, kui tuult ei ole, selgitavad projekti töötajad.

Iga varre ülaossa paigaldatakse LED-latern, mille heledus sõltub otseselt tuule tugevusest ja hetkel toodetava elektri kogusest.

Windstalk töötab kaootilisel võnkel, mis võimaldab paigutada elemendid üksteisele palju lähemale kui tavaliste labadega tuuleturbiinide puhul.

Ookeani hoovuste ja lainete energia muundamiseks töötatakse välja sarnast Wavestalki projekti, kus sarnane süsteem oleks vee all tagurpidi.

Tuneesia ettevõtte Saphon Energy välja töötatud projekt on nagu Windstalk labadeta tuuleturbiin, kuid seekord on seadmel purjekujuline disain.

See vaikne, satelliitantenni kujuline generaator sai nimeks Saphonian. Sellel pole pöörlevaid osi ja see on lindudele täiesti ohutu. Generaatori ekraan teeb tuule mõjul edasi-tagasi liikumisi, tekitades hüdrosüsteemis vibratsiooni.

Projekti eesmärk on parandada tuulegeneraatorite jõudlust seoses tuulevoolu kasutamisega. Tuul on sõna otseses mõttes rakendatud purje külge, mis teeb oma tegevuse käigus ette- ja tahapoole liikumisi, samal ajal kui puuduvad labad, rootor ega hammasrattad. See interaktsioon võimaldab teil muuta rohkem kineetilist energiat mehaaniliseks energiaks kolbide abil.

Energiat saab salvestada hüdroakudes või generaatori abil elektrienergiaks muuta või mõne mehhanismi pöörlema ​​panna. Kui tavatuulikutel on kasutegur 30%, siis see purjetüüpi generaator annab kõik 80%. Selle efektiivsus ületab tera tüüpi tuulikuid 2,3 korda.

Kallite komponentide puudumise tõttu, nagu tuulikul (labad, rummud, käigukastid) on Saphoniani puhul seadmete maksumus kuni 45% väiksem.

Saphoniani aerodünaamilise kuju eeliseks on see, et turbulentsed tuulevoolud avaldavad purje kerele vähe mõju ning aerodünaamiline jõud ainult suureneb. Turbulentsi tõttu ei kasutata tuulikuid linnapiirkondades ja seal saab kasutada ka Saphoniani. Lisaks on kahjulikud akustilised ja vibratsioonitegurid viidud miinimumini. Saphon Energy pälvis KPMG auhinna uuendustegevuse eest.

Veel ühe väga revolutsioonilise lähenemise tuuleenergia kasutamisele rakendas juba 2008. aastal leiutaja – Californiast pärit entusiast. Väikelinnade suured tuuleturbiinid on 30-korruselise maja suurused ja nende labad ulatuvad Boeing 747 tiibade suuruseni.

Need hiiglaslikud generaatorid toodavad kindlasti palju energiat, kuid selliste süsteemide tootmine, transport ja paigaldamine on keeruline ja kulukas. Sellest hoolimata kasvab tööstus igal aastal enam kui 40 protsenti. Seda mõtles Californiast pärit Doug Selsum enne oma ambitsioonika eesmärgi seadmist. Ta otsustas, et vähemate materjalide abil on täiesti võimalik saada rohkem energiat.

Paigaldades ühele generaatoriga ühendatud võllile kümmekond või mitukümmend väikest rootorit, saavutas Doug lõpuks oma eesmärgi. Ta ühendas pika võlli ühe otsa generaatoriga ja paiskas teise otsa õhku. õhupallid heeliumiga. Süsteem töötas ootuspäraselt.

Doug oli õpikutest lugenud, et maksimumi saamiseks piisab ühe rootoriga turbiinist, kuid Doug kahtles. Ta arvas teisiti: mida rohkem rootoreid, seda rohkem on tuuleenergiat kasutada.

Kui iga rootor on õige nurga all, saab iga rootor oma tuule ja see suurendab genereerimise efektiivsust.

Muidugi teeb see füüsika keeruliseks, sest nüüd tuli jälgida, et iga rootor püüab kinni oma voolu, mitte ainult kõrvaloleva rootori voolu. Oli vaja välja selgitada võlli optimaalne nurk tuule suhtes ja ideaalne rootorite vaheline kaugus. Ja lõpuks saadi kasu vähema materjali kasutamisega.

2003. aastal sai leiutaja California Energiakomisjonilt 75 000 dollari suuruse toetuse 3000-vatise seitsme rootoriga turbiini arendamiseks. Väljakutse sai edukalt täidetud ja Doug Selsam on juba müünud ​​üle 20 oma 2000-vatise kahe rootoriga turbiini mitmele majaomanikule. Ta ehitas need seadmed oma äärelinna garaažis.

Dougi idee oli üks väheseid ideid, millel on tegelikult kõik võimalused kommertsmaailmas suuri edusamme teha. Selsam ütleb, et kaks rootorit on alles algus. Tõenäoliselt näeb ta kunagi oma mitme rootoriga turbiine miili kaugusel üle taeva.

Archimedes, mille peakorter asub Hollandis Rotterdamis, on tulnud välja oma kontseptsiooniga ebatavalistest tuuleturbiinidest, mida saab paigaldada otse elumajade katustele.

Projekti autorite sõnul suudab tõhus madala müratasemega konstruktsioon väikese maja täielikult elektriga varustada ja selliste generaatorite kompleks, mis töötab koos, suudab täielikult vähendada suure hoone sõltuvust välistest energiaallikatest. elektrit. Uued tuuleturbiinid kannavad nime Liam F1.

Väikese, 1,5-meetrise läbimõõduga ja umbes 100 kilogrammi kaaluva turbiini saab paigaldada elamu mis tahes seinale või katusele. Tavaliselt on terrasskatuste kõrgus 10 meetrit ja tuul puhub maal peaaegu alati edelast. Need tingimused on piisavad turbiini õigeks katusele paigutamiseks ja tuuleenergia tõhusaks kasutamiseks.

Siin lahendatakse kaks tavatuulikute probleemi: tavaliste labadega turbiinide müra ja mahukate seadmete paigaldamise kõrge hind. Tavalistes tuulikutes ei tasu paigalduskulud sageli ära. Liami turbiini müratase on ca 45dB, mis on isegi vaiksem kui vihmamüra (metsas on vihmamüra 50dB).

Teokarbi kujuga turbiin pöörleb tuule käes nagu tuulelipp, püüdes kinni õhuvoolu, vähendades selle kiirust ja muutes suunda. Ettevõtte direktor Marinus Miremeta väidab, et uuendusliku turbiini kasutegur ulatub 80%-ni tuuleenergias teoreetiliselt saadaolevast maksimaalsest kasutegurist. Ja see on juba täiesti piisav.

Hollandis tarbib keskmine leibkond aastas 3300 kWh elektrit. Poole sellest energiast suudab arendajate sõnul anda üks Liam F1 turbiin, mille tuulekiirus on vähemalt 4,5 m/s.

Maja katusel on võimalik paigutada kolm sellist turbiini kolmnurga tippudesse, siis saavad kõik turbiinid tuulega ja nad ei sega üksteist, vaid vastupidi, aitavad üksteist .

Kui me räägime paigaldamise kohta linnas, kus toimuvad turbulentsed voolud, soovitab tootja linnakatustele paigaldatud tuulikuid veidi tõsta, kinnitada need postide külge, et naabermajade seinad tuulevoogusid ei segaks.

Uue turbiini eeldatav maksumus koos paigaldusega on 3999 eurot. Kuna seade on suurem kui üks meeter, võib selle kasutamiseks vaja minna erilitsentsi, mistõttu toodab ettevõte äärmuslikumal juhul ka mini-Liami turbiine, mille läbimõõt on 0,75 meetrit.

Tootjad plaanivad oma turbiine kasutada mitte ainult elamute ja ruumide toiteallikaks tööstushooned, aga ka laevade toiteallikaks.

Nagu näete, on tuuleturbiinide tootjatel palju huvitavaid alternatiive.

Uskumatu! Aga varsti see juhtub. Kolmanda põlvkonna alternatiivsed energiaallikad pööravad kogu maailma pea peale. Algus on juba tehtud. Tuuleturbiinid on inimkonna elektrienergia tulevik.

Sissejuhatus

Hoolimata asjaolust, et alternatiivsed energiavormid, nagu näiteks tuuleturbiinid, saavad endiselt teenimatult vähe tähelepanu, arenevad need edasi intensiivselt. Võib-olla mõistavad võimud peagi, et hull kaevandamine teeb rohkem kahju kui kasu ja looduslikud energialiigid jõuavad kindlalt meie sisse. igapäevane elu. See lootus on tihedalt seotud sellega, et mõni aeg tagasi kuulutati välja kolmanda põlvkonna tuulik.

Mis on kolmanda põlvkonna tuulegeneraator

Traditsiooniliselt on aktsepteeritud, et tuuleenergiat muundavate seadmete esimene põlvkond olid tavalised laevapurjed ja veskitiivad. Veidi üle sajandi tagasi, koos lennunduse arenguga, ilmus teise põlvkonna tuulegeneraator - tiiva aerodünaamika põhimõtetel põhinev mehhanism.

See oli tolle aja läbimurre! Kuigi kui võtta tervikuna, siis teise põlvkonna tuulikud on väikese võimsusega, sest tänu disainifunktsioonid ei saa töötada tugeva tuulega. Seetõttu oli elektrienergia suuremaks saamiseks vaja suurendada suurust, mis tõi kaasa täiendavaid rahalisi kulutusi arendusele, tootmisele, paigaldamisele ja käitamisele. Loomulikult ei saanud see kauaks nii jääda.

2000. aastate alguses teatasid valmis arendajad kolmanda põlvkonna tuulegeneraatori - tuuleturbiini - ilmumisest. Uue seadme disain, tööpõhimõte, paigaldus ja mis kõige tähtsam – võimsus erineb põhimõtteliselt eelkäijatest.

Seade

Lihtsus. Just selle sõnaga saab iseloomustada tuuliku generaatori konstruktsiooni. Võrreldes labadega tuulikutega on tuulikul palju väiksem arv töösõlmesid ja palju rohkem fikseeritud elemente, mis muudab selle vastupidavamaks erinevatele staatilistele ja dünaamilistele koormustele.

Tuuleturbiini seade:

• kattekiht, see võib olla sisemine ja välimine;
• turbogeneraatori komplekti kaitsekate;
• gondel;
• turbiin;
• generaator;
• dünaamiline kinnitus.

Lisasüsteemidest on tuulegeneraator varustatud pöörd-, akumulatsiooni- ja juhtseadmetega. Labade reguleerimiseks ja tuulele orienteerumiseks puuduvad traditsioonilised labaga tuulegeneraatorite puhul süsteemid. Viimast asendab voolik, mis toimib ka otsikuna, püüab tuult kinni ja suurendab selle võimsust. Kui võtta arvesse, et tuulevoolu energia on võrdne selle kiirusega V3, siis düüsi olemasolu tõttu näeb see valem välja selline: V3x4 = Ex64. Samal ajal on silindrilise konstruktsiooni tõttu kattekihil võimalus tuule suuna järgi ise kohanduda.

Eelised

Ükskõik milline Uus toode või peaks leiutis alati oma eelkäijatest olulisel määral silma paistma ja tingimata paremuse poole. Seda kõike võib öelda uue turbodisainiga tuulegeneraatori kohta. Tuuleturbiini üks peamisi eeliseid on vastupidavus tugevatele tuultele. Selle disain on konstrueeritud nii, et see töötab tõhusalt ja ohutult väljaspool tavaliste labadega tuuleveskite jaoks olulisi piire: 25 m/s kuni 60 m/s. Kuid see pole tuuleturbiini ainus eelis, neid on mitu:

1. Infrahelilainete puudumine. Lõpuks on teadlased suutnud lahendada ühe olulise tuuleturbiinide probleemi. Just selliste olemasolu tõttu kõrvalmõju Alternatiivse energia vastased kritiseerisid APU-d (tuuleelektrijaam), infraheli mõjutab elukeskkonda halvasti. Kuid nüüd saab infrahelilainete puudumise tõttu turbiini tüüpi tuulegeneraatori paigaldada isegi linnapiirkondadesse.



2. Terade puudumine eemaldab korraga mitu ülesannet, millega tuulegeneraatori disainerid ja tootjad silmitsi seisid. Esiteks eemaldatakse olulised jõudude ja vahendite kulutused labadega tuuleveskite operatiivjuhtimiseks. Teiseks on tuuleratta tera tuuliku kõige raskemini valmistatav element. Lõviosa tavalise tuuleturbiini maksumusest moodustab labade tootmiskulud. Lisaks on juhtumeid, kui tugevate tuuleiilide korral purunes tera, mis paiskas killud sadade meetrite kaugusele.
3. Lihtne kokkupanek ja paigaldus. Kõik keerukad konstruktsioonid või sõlmed valmistatakse ja monteeritakse tootmisettevõttes, kohapeal toimub ainult viimane montaaži ja masti paigaldamise etapp. Lisaks võimaldab konstruktsioonielementide kergus tuulegeneraatori paigaldamisel kasutada kõige tavalisemaid tõsteseadmeid.
4. Ühendusskeem. Erinevalt labadega APU-st on turbiin ühendatud läbi standardskeem. Seda asjaolu ei mõjuta tuuliku tulevase omaniku esitatud tehnilised tingimused.
5. Pikk kasutusiga on tingitud materjalidest, millest tuulegeneraator ja selle üksikud osad on valmistatud. Võttes arvesse ennetustööd, mis on tuuliku töötamise ajal kohustuslik, võib seadme kasutusiga olla kuni 50 aastat.



Turbiini APU töö geograafia

Kõige realistlikum ja optimaalsem koht turbiintuulegeneraatori paigaldamiseks on järve või mere kallas. Veekogude läheduses töötab selline tuulegeneraator praktiliselt aasta läbi, sest tänu oma düüsiseadmele on see väga tundlik kergete tuulte ja muude väiksemate tuuleilmingute suhtes kiirusega 2 m/s.

Sama eduga hakkab VST tööle ka linnas, kus tavaline tuulegeneraator ei saa töötada mitmel üldtuntud põhjusel:

1. Labadega tuuleturbiinide ebakindlus.
2. Nende kiirgav infraheli.
3. Tuule minimaalne kiirus labatuulegeneraatori tööks on 4 m/s.

Huvitav fakt, mis tõestab WTU eelist

Üks nurgakividest, millele alternatiivenergia vastaste seisukoht põhineb, on see, et tuulepargid segavad asukohaseadmete tööd. Töö ajal häirib tuulegeneraator raadiolainete läbipääsu. Arvestades üksikute tuuleparkide suurust ja need võivad ulatuda mitmekümnest kuni sadade ruutkilomeetriteni, on arusaadav, miks paljude riikide valitsused on hakanud riiklikul tasandil blokeerima alternatiivenergia projekte – see on otsene oht riigi julgeolekule. .


Sel põhjusel on tuuleturbiinide komponente tootev Prantsuse ettevõte võtnud teostuse osas keerulise ülesande – muuta radaritele nähtamatuks tuulikud ise, mitte tuuliku ümber olev ruum. Selleks kasutatakse Stealth lennukite valmistamisel omandatud kogemusi. Uued komponendid plaanitakse turule tuua 2015. aastal.

Aga kus on fakt, mis tõestab VST eelist labadega tuuliku ees? Ja tõsiasi on see, et tuulikud ei sega asukohaseadmete tööd ka ilma kalli Stealth-tehnoloogiata.

Alternatiivse tuuleenergia arendamise väljavaated

Esimesed katsed hakata tuulikut tööstuslikus mastaabis kasutama tehti juba eelmise sajandi keskel, kuid ebaõnnestusid. See oli tingitud asjaolust, et naftavarud olid suhteliselt odavad ja tuuleparkide ehitamine oli kahjumlik ja kulukas. Kuid sõna otseses mõttes 25 aastat hiljem on olukord radikaalselt muutunud.

Alternatiivsed energiaallikad hakkasid intensiivselt arenema eelmise sajandi 70ndatel, pärast seda, kui maailmas kasvas järsult masinaehituse tempo ja riigid seisid silmitsi naftapuudusega, mis viis 1973. aasta naftakriisini. Siis sai esimest korda riigilt toetust mõne riigi ebatraditsiooniline energiasektor ja tuulegeneraatorit hakati kasutama tööstuslikus mastaabis. 80ndatel hakkas maailma tuuleenergia jõudma isemajandamiseni ning tänapäeval varustavad sellised riigid nagu Taani, Saksamaa ja Austraalia end ligi 30% ulatuses alternatiivsetest energiaallikatest, sealhulgas tuuleparkidest.


Kahjuks ja võib-olla ja õnneks paneb eelmise aasta ebastabiilse naftahinnaga trend naftaturul tõsiselt mõtlema, et ajad, mil odav nafta oli hea, on möödas. Tänapäeval on paljude riikide jaoks seda odavam nafta, seda tulusam on arendada mittetraditsioonilist energiat, ennekõike kehtib see SRÜ riikide kohta. Seega on eeldused tuuleenergia arendamiseks olemas. Kuidas saab - näeme.