Acasă Încălzitoare

Turbină eoliană verticală. Turbine eoliene verticale. Tipuri de turbine eoliene. Noi modele și soluții tehnice

Pentru a antrena generatorul eolian a fost realizată o turbină de tip rotativ cu axă de rotație verticală. Acest tip de rotor este foarte puternic și durabil, are o viteză de rotație relativ mică și poate fi realizat cu ușurință acasă, fără profilul aerodinamic al aripii și alte probleme asociate cu fabricarea unei elice pentru o turbină eoliană cu ax orizontal de rotație. Mai mult, o astfel de turbină funcționează aproape în tăcere și indiferent de locul în care bate vântul. Lucrarea este practic independentă de turbulențe și de schimbări frecvente ale puterii și direcției vântului. Turbina se caracterizează prin cupluri mari de pornire, funcționare la viteze relativ mici. Eficiența acestei turbine este mică, dar aceasta este suficientă pentru a alimenta dispozitivele de putere redusă, totul se plătește prin simplitatea și fiabilitatea designului.

Generator electric

Un demaror de mașină compactă modificat bazat pe magneți permanenți. Ieșire generator: curent alternativ cu o putere de 1,0 ... 6,5 W (în funcție de viteza vântului).
Opțiunea de a converti un starter într-un generator este descrisă în articol:

Fabricarea turbinelor eoliene

Această turbină eoliană costă aproape nimic și este ușor de fabricat.
Proiectarea turbinei constă din doi sau mai mulți semi-cilindri montați pe un arbore vertical. Rotorul se rotește datorită rezistenței diferite la vânt a fiecăreia dintre palele răsucite în vânt cu curbură diferită. Eficiența rotorului este oarecum îmbunătățită de spațiul central dintre pale, deoarece puțin aer acționează suplimentar asupra celei de-a doua lame atunci când iese din prima.

Generatorul este fixat pe suportul din spatele arborelui de ieșire, prin care iese firul cu curentul primit. Acest design elimină contactul de alunecare pentru preluarea curentului. Rotorul turbinei este montat pe carcasa generatorului și fixat de capetele libere ale știfturilor de montare.

Într-o foaie de aluminiu de 1,5 mm grosime se decupează un disc cu diametrul de 280 ... 330 mm sau o placă pătrată înscrisă în acest diametru.

Sunt marcate și găurite cinci găuri față de centrul discului (unul în centru și 4 la colțurile plăcii) pentru instalarea palelor și două găuri (simetrice față de cel central) pentru fixarea turbinei la generator.

În orificiile situate la colțurile plăcii, sunt montate colțuri mici din aluminiu, de 1,0 ... 1,5 mm grosime, pentru a securiza lamele.

Paletele turbinei vor fi realizate dintr-o cutie cu diametrul de 160 mm si inaltimea de 160 mm. Cutia este tăiată în jumătate de-a lungul axei, rezultând două lame identice. Marginile cutiei după tăiere, la o lățime de 3 ... 5 mm, sunt îndoite la 180 de grade și sertizate pentru a întări marginea și a elimina marginile tăietoare ascuțite.

Ambele pale ale turbinei, din partea părții deschise a cutiei, sunt interconectate printr-un jumper în formă de U cu o gaură în mijloc. Jumperul formează un spațiu de 32 mm lățime între partea centrală a palelor pentru a îmbunătăți eficiența rotorului.

Pe partea opusă a cutiei (în apropierea fundului), lamele sunt interconectate printr-un pod de lungime minimă. În acest caz, se menține un spațiu de 32 mm lățime pe toată lungimea lamei.

Blocul de lame asamblat este instalat și atașat pe disc în trei puncte - în spatele deschiderii centrale a jumperului și a colțurilor din aluminiu instalate anterior. Paletele turbinei sunt fixate pe placă strict unul împotriva celuilalt.

Pentru a conecta toate piesele, puteți folosi nituri, șuruburi autofiletante, o conexiune cu șuruburi M3 sau M4, colțuri sau utilizați alte metode.

Un generator este instalat în găurile de pe cealaltă parte a discului și fixat cu piulițe pe capetele libere ale știfturilor de montare.

Pentru o pornire automată fiabilă a generatorului eolian, este necesar să adăugați un al doilea nivel similar de pale la turbină. În acest caz, lamele celui de-al doilea nivel sunt deplasate de-a lungul axei față de lamele primului nivel cu un unghi de 90 de grade. Rezultatul este un rotor cu patru pale. Acest lucru asigură că există întotdeauna cel puțin o lamă care este capabilă să prindă vântul și să dea turbinei un impuls să se rotească.

Pentru a reduce dimensiunea generatorului eolian, un al doilea strat de palete de turbină poate fi realizat și fixat în jurul generatorului. Vom realiza două lame de 100 mm lățime (înălțimea generatorului), 240 mm lungime (asemănătoare cu lungimea lamei primului nivel) dintr-o tablă de aluminiu de 1,0 mm grosime. Îndoim lamele pe o rază de 80 mm, în mod similar cu lamele primului nivel.

Fiecare lamă a celui de-al doilea nivel (inferior) este fixată cu două colțuri.
Unul este instalat într-o gaură liberă la periferia discului, similar cu fixarea lamelor nivelului superior, dar cu o deplasare la un unghi de 90 de grade. Al doilea colț este fixat de știftul generatorului instalat. În fotografie, pentru claritatea fixării lamelor nivelului inferior, generatorul este îndepărtat.

Uzură constantă resurse naturale duce la faptul că În ultima vreme omenirea este ocupată să caute surse alternative de energie. Până în prezent, se știe destule un numar mare de tipuri de energie alternativă, dintre care una este utilizarea energiei eoliene.

Energia eoliană a fost folosită de oameni încă din antichitate, de exemplu, în funcționarea morilor de vânt. Primul generator eolian (turbină eoliană), care a servit la producerea de energie electrică, a fost construit în Danemarca în 1890. Astfel de dispozitive au început să fie folosite în cazurile în care era necesar să furnizeze energie electrică în orice zonă greu accesibilă.

Principiul de funcționare al generatorului eolian:

Vântul rotește o roată cu lame, care transmite cuplul arborelui generatorului printr-o cutie de viteze.
Invertorul îndeplinește sarcina de a transforma curentul electric continuu primit în curent alternativ.
Bateria este concepută pentru a furniza tensiune rețelei în absența vântului.

Puterea turbinei eoliene depinde direct de diametrul roții eoliene, de înălțimea catargului și de puterea vântului. În prezent, sunt produse turbine eoliene, al căror diametru al palelor este de la 0,75 la 60 m și mai mult. Cea mai mică dintre toate turbinele eoliene moderne este G-60. Diametrul rotorului, care are cinci pale, este de numai 0,75 m; la o viteză a vântului de 3-10 m/s, poate genera o putere de 60 W, iar greutatea sa este de 9 kg. O astfel de instalație este folosită cu succes pentru iluminat, încărcare baterie și comunicații.

Toate generatoarele eoliene pot fi clasificate după mai multe principii:

Axele de rotație.
Numărul de lame.
Materialul din care sunt fabricate lamele.
Pasul șurubului.

Clasificarea axei de rotație:

Orizontală.
Vertical.

Cele mai populare sunt turbinele eoliene orizontale, a căror axă de rotație este paralelă cu solul. Acest tip se numește „moara de vânt”, ale cărei pale se rotesc împotriva vântului. Designul generatoarelor eoliene orizontale prevede rotirea automată a capului (în căutarea vântului), precum și rotirea palelor, pentru a utiliza vântul de putere scăzută.

Turbinele eoliene verticale sunt mult mai puțin eficiente. Paletele unei astfel de turbine se rotesc paralel cu suprafața pământului în orice direcție și puterea vântului. Deoarece, în orice direcție a vântului, jumătate din palele roții eoliene se rotesc întotdeauna împotriva acesteia, moara de vânt își pierde jumătate din putere, ceea ce reduce semnificativ eficiența energetică a instalației. Cu toate acestea, acest tip de turbină eoliană este mai ușor de instalat și întreținut, deoarece cutia de viteze și generatorul sunt amplasate pe sol. Dezavantajele unui generator vertical sunt: instalarea costisitoare, costurile de operare semnificative și faptul că este nevoie de mult spațiu pentru instalarea unei astfel de turbine eoliene.

Turbinele eoliene de tip orizontal sunt mai potrivite pentru producerea de energie electrică la scară industrială, ele fiind folosite în cazul creării unui sistem de parcul eolian. Verticala este adesea folosită pentru nevoile micilor gospodării private.

Clasificare după numărul de lame:

Cu două lame.
Cu trei lame.
Multi-lame (50 sau mai multe lame).

În funcție de numărul de lame, toate instalațiile sunt împărțite în două și trei și mai multe lame (50 sau mai multe lame). Pentru a genera cantitatea necesară de electricitate, nu este nevoie de rotație, ci de ieșirea suma necesară revoluții.

Fiecare lamă (opțional) mărește rezistența totală a roții eoliene, făcând mai dificilă atingerea vitezei de funcționare a generatorului. Astfel, instalațiile cu palete multiple încep să se rotească la viteze mai mici ale vântului, dar sunt folosite atunci când însuși faptul de rotație contează, cum ar fi, de exemplu, atunci când pomparea apei. Turbinele eoliene cu un număr mare de palete practic nu sunt folosite pentru a genera energie electrică. În plus, nu este recomandat să instalați o cutie de viteze pe ele, deoarece acest lucru complică designul și, de asemenea, îl face mai puțin fiabil.

Clasificarea materialului lamei:

Generatoare eoliene cu pale rigide.
Generatoare eoliene de navigație.

Trebuie remarcat faptul că lamele de pânză sunt mult mai ușor de fabricat și, prin urmare, mai puțin costisitoare decât cele rigide din metal sau fibră de sticlă. Cu toate acestea, aceste economii pot veni cu costuri neașteptate. Dacă diametrul roții eoliene este de 3 m, atunci la o viteză a generatorului de 400-600 rpm, vârful lamei atinge o viteză de 500 km/h. Dat fiind faptul ca aerul contine nisip si praf, acest fapt este un test serios chiar si pentru lamele rigide, care, in conditii de functionare stabila, necesita inlocuirea anuala a foliei anticorozive aplicate la capetele lamelor. Dacă nu actualizați filmul anticoroziv, atunci lama rigidă va începe să își piardă treptat performanța.

Palele de tip navigație necesită înlocuire nu o dată pe an, ci imediat după ce apare primul vânt serios. Prin urmare, alimentarea autonomă, care necesită o fiabilitate semnificativă a componentelor sistemului, nu ia în considerare utilizarea palelor de tip pânză.

Clasificarea terenului:

Pas fix de șurub.
Pas variabil al șurubului.

Desigur, pasul variabil al elicei mărește gama de viteze efective de funcționare a turbinei eoliene. Cu toate acestea, introducerea acestui mecanism duce la o complicare a designului palelor, la o creștere a greutății roții eoliene și, de asemenea, reduce fiabilitatea generală a turbinei eoliene. Consecința acestui lucru este necesitatea de a consolida structura, ceea ce duce la o creștere semnificativă a costului sistemului, nu numai în timpul achiziției, ci și în timpul funcționării.

Turbinele eoliene moderne sunt produse de înaltă tehnologie, cu o putere cuprinsă între 100 și 6 MW. Turbinele eoliene cu design inovator permit utilizarea rentabilă a energiei celui mai slab vânt - de la 2 m/s. Cu ajutorul turbinelor eoliene astăzi este posibil să se rezolve cu succes problemele de alimentare cu energie a insulei sau a instalațiilor locale de orice capacitate.

Țările dezvoltate s-au bazat mult timp pe surse de energie regenerabilă, inclusiv pe energia eoliană. Ca urmare, capacitatea totală a tuturor centralelor nucleare care funcționează în lume este de puțin peste 400 mii MW, iar capacitatea totală a parcurilor eoliene a depășit 500 mii MW! Cu toate acestea, în țările în care se acordă atenție energiei eoliene nu există nici Gazprom, nici RAO UES. La fel și plantarea pe un ac de ulei... Dar să nu vorbim despre lucruri dureroase.

Deci, în țările libere de atotputernicia monopolurilor și a sistemului de clanuri, predomină turbinele eoliene de tip elice cu axă orizontală de rotație. Astfel de generatoare necesită turnuri de sprijin puternice cu fundații scumpe, ceea ce mărește perioada de amortizare. În plus, astfel de unități sunt surse puternice de zgomot de joasă frecvență. „Moara de vânt” cu elice se rotește cu o viteză de doar 15-30 de rotații pe minut, iar după cutia de viteze, rotațiile cresc la 1500, ca urmare, arborele generatorului se rotește cu aceeași viteză, ceea ce generează energie electrică. Această schemă clasică are dezavantaje semnificative: cutia de viteze este un mecanism complex și costisitor (până la 20% din costul întregului generator eolian), necesită înlocuire sezonieră și se uzează foarte repede (vezi).

Relevanța dezvoltării turbinelor eoliene

Aceste circumstanțe limitează cercul cumpărătorilor și îi fac să caute o alternativă la generatoarele eoliene tradiționale. Turbinele eoliene cu axă verticală au devenit o tendință modernă. Sunt silențioase și nu necesită cheltuieli mari de capital, sunt mai ușor și mai ieftin de întreținut decât turbinele orizontale-axiale. Generatoarele eoliene cu axă orizontală sunt transferate în modul de protecție (autorotație) la viteza maximă a vântului, al cărei exces este plin de defecțiuni structurale. În acest mod, elicea este deconectată de la multiplicator și de la generator, nu se generează energie electrică. Și rotoarele cu axă verticală suferă semnificativ mai puține solicitări mecanice la viteze egale ale vântului decât rotoarele cu axă orizontală. În plus, acestea din urmă necesită sisteme scumpe de direcție a vântului.

Până de curând, se credea că pentru un VAWT era imposibil să se obțină un factor de viteză (raportul dintre viteza liniară maximă a palelor și viteza vântului) mai mare de unu. Această premisă prea largă, valabilă doar pentru anumite tipuri de rotoare, a condus la concluzii false că factorul marginal de utilizare a energiei eoliene al turbinelor eoliene cu ax vertical este mai mic decât al celor cu elice cu ax orizontal, motiv pentru care acest tip de turbine eoliene este aproape 40 de ani.ne dezvoltat deloc. Și abia în anii 60-70, mai întâi de către experți canadieni, apoi americani și britanici, s-a dovedit experimental că aceste concluzii nu sunt aplicabile rotoarelor Darrieus folosind forța de ridicare a palelor. Pentru aceste rotoare, raportul maxim specificat dintre viteza liniară a corpurilor de lucru și viteza vântului ajunge la 6:1 și mai mare, iar factorul de utilizare a energiei eoliene nu este mai mic decât cel al orizontal-axial (tip elice). Un rol important îl joacă și faptul că volumul studiilor teoretice privind aerodinamica rotoarelor vertical-axiale și experiența în dezvoltarea și exploatarea turbinelor eoliene pe baza acestora este mult mai mic decât pentru rotoarele orizontale-axiale.

A fost creată o turbină eoliană cu axă verticală (denumire internațională VAWT) care este diferită de restul, al cărei coeficient de utilizare a energiei eoliene nu este inferior celor mai bune turbine eoliene din lume cu o axă orizontală de rotație. O abordare multidimensională inovatoare a proiectării turbinelor eoliene verticale se bazează, printre altele, pe utilizarea unui rotor joasă, durabil, la periferia căruia sunt fixate o multitudine de pânze-aripi.

Rotorul este echipat cu picioare de susținere ale șasiului roții, ceea ce îi permite să se rotească în jurul unei axe fixe cu un por stabil pe fundație datorită roților șasiului. Multe pânze-aripi creează un cuplu mare din cauza forțelor aerodinamice. Ce face ca acest design să doboare record în ceea ce privește densitatea puterii. Diametrul rotorului poate fi de 10 metri. În același timp, pe un astfel de rotor este posibil să instalați aripi cu o suprafață mai mare de 200 metri patrati, care va genera până la o sută de kilowați de energie electrică.

Dimensiunile și greutatea unităților

În același timp, greutatea unor astfel de unități este atât de mică încât este posibil să o instalați pe acoperișurile clădirilor și să le asigurați cu alimentare autonomă datorită acestui fapt. Sau este posibil să furnizezi energie electrică unui obiect din munți unde nu există o linie electrică. O creștere a puterii la o valoare arbitrar de mare este realizabilă prin replicarea unor astfel de unități. Adică punând o mulțime de instalații similare, obținem puterea dorită.

Eficiență tehnică

Cât despre eficiența tehnică. Prototipul nostru cu o înălțime a lamei de 800 mm și o dimensiune transversală de 800 mm la o viteză a vântului de 11 m/s a dezvoltat o putere mecanică de 225 W (la 75 rpm). În același timp, s-a apărat de suprafața pământului la o înălțime mai mică de un metru. Potrivit resursei http://www.rktp-trade.ru, o putere comparabilă (300 W) este dezvoltată de o moară de vânt verticală cu cinci pale montată pe un catarg de șase metri și are cinci lame de 1200 mm montate pe un total. diametrul de 2.000 mm. Adică, dacă luăm zonele morilor de vânt comparate măturate de vânt egale, atunci se dovedește că prototipul este de 2,5 ...

Pe baza acestui fapt, știind că analogul descris are un factor de utilizare a energiei eoliene (KIEV) egal cu 0,2, este posibil să se estimeze KIEV al prototipului la 0,48, care este mult mai mare decât cel al VAWT-urilor Savonius și Daria și corespunde cu cele mai bune mostre din lume de turbine eoliene orizontale-axiale. În același timp, consumul de material și costul prototipului este mult mai mic decât cel al morilor de vânt cu catarg de elice cu mecanisme de orientare a vântului și o nacelă înaltă, cu o cutie de viteze scumpă de tip planetar.

Evaluarea comparativă a eficienței rotoarelor turbinelor eoliene tipuri variate - Tabelul 1.


Tip rotor	Localizarea axei de rotație	Factorul de utilizare a energiei eoliene (KIEV)	O sursă	Notă ania
rotorul Savonius	vertical	0,17		Dezvoltată în urmă cu aproximativ optzeci de ani, schema - fig. 7 (e) la pagina 17 din sursa menționată
Rotor N-Darié cu distanțe largi	vertical	0,38	TR.A. Janson. Turbine eoliene. Editat de M.Zh. Osipov. M.: Editura MSTU im. N.E. Bauman, 2007, p.23, fig.13	Dezvoltată cu aproximativ un secol în urmă, schema - fig. 7 (a) de la pagina 17 a sursei menționate
Rezistențe cu mai multe lame	vertical	0,2	În același loc, precum și un produs comercial specific pe site-ul http://www.rktp-trade.ru	Rotorul Bolotov aparține și el acestui tip.
Elice cu două pale	Orizontală	0,42	R.A. Janson. Turbine eoliene. Editat de M.Zh. Osipov. M.: Editura MSTU im. N.E. Bauman, 2007, p.23, fig.13	Cel mai comun tip de turbină eoliană din lume astăzi
Rotorul turbinei noastre (formal N-Darrie, dar cu palete bine închise, pe care sunt instalate antiaripi înclinate și un rotor orizontal)	vertical	0,48…0,5	Măsurătorile pe teren ale vitezei vântului cu un anemometru, cuplul rotorului cu un dinamometru, viteza rotorului cu un turometru

Avantajele turbinei eoliene cu axă verticală VAWT

Dispozitivul se rotește în aceeași direcție în orice direcție a vântului. În timp ce gondolele turbinelor eoliene orizontale trebuie să fie orientate în vânt, ceea ce crește costul de proiectare și reduce durata de viață a părților mobile ale mecanismului de întoarcere.
Generarea de energie electrică în VAWT începe la viteze ale vântului de 5 m/s.
Turbina are o calitate aerodinamică ridicată a palelor și o arhitectură inovatoare care face posibilă atingerea unui factor de utilizare a energiei eoliene de cel puțin 47%.
Turbina nu necesită întreținere a generatorului (liniar plat inelar fără perii și rulmenți).
Creșterea capacității se realizează prin instalarea de module suplimentare.
VAWT nu are restricții atunci când este instalat lângă carcasă, nu creează radiații electromagnetice și acustice inacceptabile. Acest lucru face posibilă instalarea turbinelor în așezări, inclusiv pe acoperișurile clădirilor cu mai multe etaje, fără a compromite priveliștile peisajului.
VAWT este absolut inofensiv, poate fi instalat pe căile de migrație ale păsărilor migratoare.
Turbina este rezistentă la vânturi puternice, capabilă să reziste chiar și la vânturile de uragan. Acest lucru se realizează printr-un mecanism de schimbare automată a unghiurilor de atac ale palelor verticale ale turbinei (cifrele sunt date mai sus).
VAWT are componente ușoare și simple care sunt ușor de transportat și instalat.
Turbina este protejată de trăsnet.

Până în prezent, a fost finalizat un model 3-d de dimensiune completă al părții mecanice a turbinei (cu o înălțime verticală a lamei de 8 m), precum și desene de lucru ale pieselor și ansamblurilor rotorului și unității sale de rotație. Desene pentru generatorul electric si palete sunt realizate tinand cont de respectarea maxima a criteriului "pret - calitate".

Proiectul implică proiectarea, fabricarea și testarea unui eșantion VAWT de dimensiune completă (înălțimea lamei verticale 8m). După aceea, este planificată organizarea productie industriala astfel de instalații după depanarea unui eșantion pilot, cu dotarea unor astfel de instalații cu zone neelectrificate din mediul rural și clădiri din orașe.

Domeniile de aplicare ale generatorului eolian inovator sunt, în principiu, aceleași cu cele ale analogilor. Adică, este generarea de energie electrică în locuri în care nu există surse staționare ale acesteia, precum și acolo unde utilizarea altor metode de generare a energiei electrice este neprofitabilă din punct de vedere economic. În special, acestea sunt obiecte cu destinație specială care necesită alimentare autonomă cu energie, de exemplu, faruri și radiobalize, avanposturi de frontieră și posturi de frontieră, posturi meteorologice automate și de navigație aeriană.

Energia eoliană se dezvoltă activ în întreaga lume și nu a fost de mult timp un secret pentru nimeni că aceasta este una dintre cele mai promițătoare zone de energie alternativă din lume. acest moment. Până la jumătatea anului 2014, capacitatea totală a tuturor turbinelor eoliene instalate din lume era de 336 gigawați, iar cea mai mare și mai puternică turbină eoliană verticală cu trei pale Vestas-164 a fost instalată și lansată la începutul anului 2014 în Danemarca. Puterea sa ajunge la 8 megawați, iar anvergura palelor este de 164 de metri.

În ciuda tehnologiei de lungă durată pentru fabricarea turbinelor cu pale și a morilor de vânt în general, mulți entuziaști se străduiesc să îmbunătățească tehnologia, să-i sporească eficiența și să reducă factorii negativi.

După cum se știe, factorul de utilizare a energiei fluxului eolian y ajunge la 30% în cel mai bun caz, sunt destul de zgomotoase și perturbă echilibrul natural de căldură al zonelor din apropiere, ridicând temperatura stratului de aer de suprafață pe timp de noapte. De asemenea, sunt foarte periculoase pentru păsări și ocupă suprafețe mari.

Ce alternative exista? De fapt, creativitatea inventatorilor moderni nu cunoaște limite și au fost inventate multe alternative diferite.

Să aruncăm o privire la 5 dintre cele mai neobișnuite modele alternative de turbine eoliene din industrie.

Din 2010, compania americană Altaeros Energies, cu sediul la Institutul de Cercetare din Massachusetts, dezvoltă o nouă generație de turbine eoliene. Un nou tip de turbină eoliană este proiectat să funcționeze la altitudini de până la 600 de metri, acolo unde turbinele eoliene convenționale pur și simplu nu pot ajunge. La altitudini atât de mari bate în mod constant vânturile cele mai puternice, care sunt de 5-8 ori mai puternice decât vânturile de lângă suprafața pământului.

Generatorul este o structură gonflabilă, similară unui dirijabil plin cu heliu, în care este instalată o turbină cu trei pale pe o axă orizontală. Un astfel de generator eolian a fost lansat în 2014 în Alaska la o înălțime de aproximativ 300 de metri pentru testare timp de 18 luni.

Dezvoltatorii susțin că această tehnologie va furniza energie electrică la un cost de 18 cenți pe kilowatt-oră, ceea ce reprezintă jumătate din costul obișnuit al energiei eoliene în Alaska. În viitor, astfel de generatoare ar putea înlocui centralele electrice diesel și pot găsi aplicații în zonele cu probleme.

În viitor, acest dispozitiv nu va fi doar un generator de electricitate, ci și o parte a unei stații meteorologice și un mijloc convenabil de a furniza internet în zone departe de infrastructura corespunzătoare.

După instalare, un astfel de sistem nu necesită prezența personalului, nu ocupă o suprafață mare și este aproape silențios. Poate fi controlat de la distanță și necesită întreținere doar o dată la 1-1,5 ani.

Un alt solutie interesanta pentru a crea un design neobișnuit de parc eolian este implementat în Emiratele Arabe Unite. Nu departe de Abu Dhabi se construiește orașul Madsar, în care plănuiesc să construiască un parc eolian destul de neobișnuit, numit dezvoltatorii Windstalk.

Fondatorul companiei de design Atelier DNA din New York acest proiect, a spus că ideea principală a fost găsirea unui model cinetic în natură care să poată servi la generarea de energie electrică, și s-a găsit un astfel de model. 1.203 tulpini din fibră de carbon, fiecare cu aproximativ 55 de metri înălțime, cu baze de beton de 20 de metri lățime, vor fi instalate la 10 metri unul de celălalt.

Tulpinile vor fi intarite cu cauciuc, si au o latime de aproximativ 30 cm la baza, si se conice pana la 5 centimetri. Fiecare astfel de tulpină va conține straturi alternative de electrozi și discuri ceramice realizate dintr-un material piezoelectric care generează electricitate atunci când sunt supuse presiunii.

Pe măsură ce tulpinile se leagănă în vânt, discurile se vor comprima, generând un curent electric. Fără zgomot de turbină eoliană, fără victime de păsări, nimic altceva decât vântul.

Ideea a apărut din observarea stufurilor care se legănau într-o mlaștină.

Proiectul Windstalk de la Atelier DNA a câștigat locul doi în competiția Land Art Generator, sponsorizată de Madsar, pentru a selecta cea mai bună operă de artă din propunerile internaționale care poate genera energie din surse regenerabile.

Suprafața ocupată de acest parc eolian neobișnuit se va întinde pe 2,6 hectare, iar din punct de vedere al puterii va corespunde unei turbine eoliene convenționale care ocupă o suprafață similară. Sistemul este eficient datorită absenței pierderilor prin frecare inerente sistemelor mecanice tradiționale.

La baza fiecărei tulpini va fi un generator care convertește cuplul de la tulpină printr-un sistem de amortizoare și cilindri, similar sistemului Levant Power dezvoltat în Cambridge, Massachusetts.

Întrucât vântul nu este constant, se va aplica un sistem de stocare a energiei astfel încât energia stocată să poată fi folosită chiar și atunci când nu este vânt, explică personalul proiectului.

În vârful fiecărei tulpini va fi instalată o lampă LED, a cărei luminozitate va depinde direct de puterea vântului și de cantitatea de energie electrică generată în acest moment.

Windstalk va rula pe o vibrație haotică, ceea ce vă permite să plasați elementele mult mai aproape decât este posibil cu turbinele eoliene cu pale convenționale.

Un proiect similar Wavestalk este în curs de dezvoltare pentru a converti energia curenților oceanici și a valurilor, unde un sistem similar ar fi răsturnat sub apă.

Proiectul, dezvoltat de firma tunisiană Saphon Energy, este ca Windstalk o turbină eoliană fără pale, dar de această dată dispozitivul are un design de tip pânză.

Acest generator silențios, în formă de antenă satelit, a fost numit Saphonian. Nu are piese rotative și este complet sigur pentru păsări. Ecranul generatorului face mișcări înainte și înapoi sub influența vântului, creând vibrații în sistemul hidraulic.

Scopul proiectului este de a îmbunătăți performanța generatoarelor eoliene în raport cu utilizarea fluxului eolian. Vântul este literalmente înhamat de vela, care face mișcări înainte și înapoi sub acțiunea sa, în timp ce nu există lame, nici rotor, nici angrenaje. Această interacțiune vă permite să convertiți mai multă energie cinetică în energie mecanică folosind pistoane.

Energia poate fi stocată în acumulatori hidraulici sau transformată în energie electrică prin intermediul unui generator sau poate fi folosită pentru a seta un mecanism în rotație. Dacă turbinele eoliene convenționale au o eficiență de 30%, atunci acest generator de tip pânză oferă toate 80%. Eficiența sa depășește de 2,3 ori morile de vânt cu lame.

Datorită absenței componentelor scumpe, așa cum este cazul unei turbine eoliene (lame, butuci, cutii de viteze), în cazul Saphonian, costurile echipamentelor sunt reduse cu până la 45%.

Forma aerodinamică a Saphonianului are avantajul că curenții de vânt turbulente au un efect redus asupra corpului velei, iar forța aerodinamică este doar crescută. Din cauza turbulențelor, turbinele eoliene nu sunt folosite în zonele urbane, iar Saphonianul poate fi folosit și acolo. În plus, factorii acustici și vibraționali nocivi sunt minimizați. Saphon Energy a primit un premiu de la KPMG pentru eforturile sale de inovare.

O altă abordare foarte revoluționară a utilizării energiei eoliene a fost implementată încă din 2008 de către un inventator - un entuziast din California. Turbinele eoliene mari pentru orașele mici au dimensiunea unei clădiri de 30 de etaje, iar palele lor ajung la dimensiunea aripilor unui Boeing 747.

Aceste generatoare gigantice produc cu siguranță multă energie, dar producția, transportul și instalarea unor astfel de sisteme este complexă și costisitoare. În ciuda acestui fapt, industria crește cu peste 40% în fiecare an. La asta s-a gândit Doug Selsum din California înainte de a-și atinge obiectivul ambițios. El a decis că este foarte posibil să obțineți mai multă energie folosind mai puține materiale.

Instalând o duzină sau câteva zeci de rotoare mici pe un arbore conectat la un generator, Doug și-a atins în sfârșit scopul. A conectat un capăt al unui ax lung la un generator și a lansat celălalt capăt în aer. baloane cu heliu. Sistemul a funcționat conform așteptărilor.

Doug citise în manuale că o turbină cu un singur rotor era suficientă pentru a obține maximum, dar Doug avea îndoieli. El a gândit altfel: cu cât mai multe rotoare, cu atât mai multă energie eoliană este disponibilă pentru utilizare.

Dacă fiecare rotor este poziționat la unghiul corect, atunci fiecare rotor va primi propriul său vânt, iar acest lucru va crește eficiența de generare.

Desigur, acest lucru complică fizica, pentru că acum trebuia să ne asigurăm că fiecare rotor își prinde propriul debit, și nu doar fluxul de la rotorul adiacent. A fost necesar să se afle unghiul optim pentru arbore în raport cu vântul și distanța ideală dintre rotoare. Și, în final, câștigul a fost obținut folosind mai puțin material.

În 2003, inventatorul a primit un grant de 75.000 de dolari de la Comisia pentru Energie din California pentru a dezvolta o turbină cu șapte rotoare de 3.000 de wați. Provocarea a fost îndeplinită cu succes și Doug Selsam a vândut deja peste 20 dintre turbinele sale cu rotor dublu de 2000 de wați mai multor proprietari. El a construit aceste dispozitive în garajul său suburban.

Ideea lui Doug a fost una dintre puținele idei care are de fapt toate șansele de a face progrese mari în lumea comercială. Selsam spune că cele două rotoare sunt doar începutul. Probabil că va vedea turbinele sale cu mai multe rotoare la o milă pe cer cândva.

Archimedes, cu sediul central în Rotterdam, Țările de Jos, a venit cu propriul concept de turbine eoliene neobișnuite care pot fi instalate direct pe acoperișurile clădirilor rezidențiale.

Potrivit autorilor proiectului, un design eficient și cu zgomot redus poate furniza complet energie electrică unei case mici, iar un complex de astfel de generatoare, care lucrează împreună cu, este capabil să reducă complet dependența unei clădiri mari de surse externe de electricitate. Noile turbine eoliene poartă numele Liam F1.

O turbină mică, de 1,5 metri în diametru și cântărind aproximativ 100 de kilograme, poate fi instalată pe orice perete sau acoperiș al unei clădiri rezidențiale. De obicei, înălțimea acoperișurilor terasate este de 10 metri, iar vântul în țară este aproape întotdeauna sud-vest. Aceste condiții sunt suficiente pentru a plasa corect turbina pe acoperiș și pentru a utiliza eficient energia eoliană.

Două probleme ale turbinelor eoliene convenționale sunt rezolvate aici: zgomotul turbinelor convenționale cu pale și costul ridicat al instalării echipamentelor voluminoase. În turbinele eoliene convenționale, costurile de instalare de multe ori nu se plătesc. Nivelul de zgomot al turbinei Liam este de aproximativ 45 dB, ceea ce este chiar mai silențios decât zgomotul ploii (zgomotul ploii în pădure este de 50 dB).

În formă de coajă de melc, turbina se întoarce în vânt ca o giruetă, captând fluxul de aer, reducându-și viteza și schimbând direcția. Directorul companiei, Marinus Miremeta, susține că randamentul turbinei inovatoare atinge 80% din randamentul maxim disponibil teoretic în energia eoliană. Și acest lucru este deja destul.

În Olanda, o gospodărie medie consumă 3.300 kWh de energie electrică pe an. Potrivit dezvoltatorilor, jumătate din această energie poate fi furnizată de o turbină Liam F1 cu o viteză a vântului de cel puțin 4,5 m/s.

Este posibil să plasați trei astfel de turbine la vârfurile unui triunghi pe acoperișul unei case, apoi fiecare dintre turbine va fi prevăzută cu vânt și nu se vor interfera între ele, ci, dimpotrivă, se vor ajuta reciproc. .

Dacă vorbim despre instalarea într-un oraș în care au loc curgeri turbulente, producătorul sugerează să ridicați ușor turbinele eoliene instalate pe acoperișurile orașului, atașându-le de stâlpi, astfel încât pereții caselor învecinate să nu interfereze cu fluxurile vântului.

Costul estimat al noii turbine, împreună cu instalația, este de 3999 de euro. Deoarece dispozitivul este mai mare de un metru, poate fi necesară o licență specială pentru utilizarea sa, prin urmare, în cel mai extrem caz, turbinele mini-Liam sunt produse și de companie, al căror diametru este de 0,75 metri.

Producătorii plănuiesc să-și folosească turbinele nu numai pentru alimentarea cu energie rezidențială și clădiri industriale, dar și pentru alimentarea cu energie a navelor.

După cum puteți vedea, producătorii de turbine eoliene au o mulțime de alternative interesante.

Incredibil! Dar în curând se va întâmpla. Sursele alternative de energie din a treia generație vor întoarce întreaga lume cu susul în jos. Începutul a fost deja făcut. Turbinele eoliene sunt viitorul energiei electrice a omenirii.

Introducere

În ciuda faptului că formele alternative de energie, cum ar fi turbinele eoliene, de exemplu, primesc încă nemeritat de puțină atenție, ele continuă să se dezvolte intens. Poate că în curând puterile vor înțelege că mineritul nebun face mai mult rău decât bine, iar tipurile naturale de energie vor pătrunde ferm. viata de zi cu zi. Această speranță este strâns legată de faptul că o turbină eoliană de a treia generație a fost anunțată cu ceva timp în urmă.

Ce este un generator eolian de a treia generație

Este acceptat în mod tradițional că prima generație de dispozitive care transforma energia eoliană au fost pânzele obișnuite ale navelor și aripile morii. Cu puțin peste un secol în urmă, odată cu dezvoltarea aviației, a apărut un generator eolian de a doua generație - un mecanism bazat pe principiile aerodinamicii aripilor.

A fost o descoperire de atunci! Deși, luate în ansamblu, atunci morile de vânt de a doua generație sunt de putere redusă, deoarece datorită caracteristici de proiectare nu poate lucra în vânt puternic. Prin urmare, pentru a primi mai multă energie electrică a fost necesară creșterea dimensiunii, ceea ce a implicat costuri financiare suplimentare pentru dezvoltare, producție, instalare și exploatare. Desigur, nu putea rămâne așa mult timp.

La începutul anilor 2000, dezvoltatorii gata făcute au anunțat apariția unui generator eolian de a treia generație - o turbină eoliană. Designul, principiul de funcționare, instalare și, cel mai important, puterea noului dispozitiv este fundamental diferită de predecesorii săi.

Dispozitiv

Simplitate. Acesta este exact cuvântul care poate fi folosit pentru a caracteriza proiectarea unui generator de turbină eoliană. În comparație cu turbinele eoliene cu pale, turbina eoliană are un număr mult mai mic de unități de lucru și mult mai multe elemente fixe, ceea ce o face mai rezistentă la diferite sarcini statice și dinamice.

Dispozitiv turbina eoliana:

carena, poate fi interna si externa;
carenajul unității turbogeneratorului;
gondola;
turbină;
generator;
dispozitiv de fixare dinamic.

Dintre sistemele suplimentare, generatorul eolian este echipat cu unități de inversare, acumulare și control. Nu exista sisteme de reglare a palelor si orientare in functie de vant, traditionale pentru un generator eolian cu pale. Acesta din urma este inlocuit cu un caren, care actioneaza si ca duza, prinde vantul si ii mareste puterea. Dacă luăm în considerare că energia debitului vântului este egală cu viteza sa cub V3, atunci datorită prezenței unei duze, această formulă arată astfel: V3x4 = Ex64. În același timp, datorită designului său cilindric, carenul are capacitatea de a se autoajusta la direcția vântului.

Avantaje

Orice Produs nou sau o invenție ar trebui întotdeauna să iasă în evidență semnificativ față de predecesorii săi și neapărat în bine. Toate acestea se pot spune despre noul generator eolian cu design turbo. Unul dintre principalele avantaje ale unei turbine eoliene este rezistența acesteia la vânturile puternice. Designul său este proiectat astfel încât să funcționeze eficient și în siguranță în afara limitelor critice pentru morile de vânt cu pale convenționale: de la 25 m/s la 60 m/s. Dar acesta nu este singurul avantaj pe care îl are o turbină eoliană, există mai multe dintre ele:

Absența undelor infrasonice. În cele din urmă, oamenii de știință au reușit să rezolve una dintre problemele importante pe care le au turbinele eoliene. Tocmai din cauza existenței unor asemenea efect secundar APU (centrala eoliană) a fost criticată de oponenții energiei alternative, infrasunetele afectează negativ mediul de viață. Dar acum, din cauza absenței undelor infrasonice, un generator eolian de tip turbină poate fi instalat chiar și în zonele urbane.

Absența palelor înlătură mai multe sarcini simultan cu care se confruntau proiectanții și producătorii generatorului eolian. În primul rând, sunt eliminate cheltuielile semnificative ale forțelor și fondurilor pentru controlul operațional al morilor de vânt cu lame. În al doilea rând, lama roții eoliene este cel mai dificil element de fabricat al turbinei eoliene. Partea leului din costul unei turbine eoliene convenționale este costul de fabricație a palelor. În plus, sunt cazuri când, cu rafale puternice de vânt, lama s-a rupt, împrăștiind fragmente la sute de metri.
Asamblare și instalare ușoară. Toate structurile sau unitățile complexe sunt fabricate și asamblate de către uzina de producție, doar ultima etapă de asamblare și instalare pe catarg are loc la fața locului. În plus, ușurința elementelor structurale face posibilă utilizarea celor mai comune echipamente de ridicare la instalarea unui generator eolian.
Schema de conectare. Spre deosebire de APU cu lame, turbina este conectată prin schema standard. Acest fapt nu este afectat în niciun fel de condițiile tehnice propuse de viitorul proprietar al turbinei eoliene.
Durata de viață lungă se datorează materialelor din care sunt fabricate generatorul eolian și piesele sale individuale. Ținând cont de munca preventivă care este obligatorie în timpul funcționării unei turbine eoliene, durata de viață a dispozitivului poate fi de până la 50 de ani.

Geografia funcționării turbinei APU

Cel mai realist și optim loc pentru instalarea unui generator eolian cu turbină va fi malul unui lac sau al mării. În apropierea corpurilor de apă, un astfel de generator eolian va funcționa practic pe tot parcursul anului, deoarece datorită dispozitivului său de duză, este foarte sensibil la adierele ușoare și la alte cele mai mici manifestări ale vântului cu o viteză de 2 m/s.

Cu același succes, VST va funcționa în oraș, unde un generator eolian convențional nu poate funcționa din mai multe motive binecunoscute:

Nesiguranța turbinelor eoliene cu pale.
Infrasunetele pe care le emit.
Viteza minimă a vântului pentru funcționarea unui generator eolian cu palete este de 4 m/s.

Un fapt interesant care demonstrează avantajul WTU

Una dintre pietrele de temelie pe care se bazează poziția oponenților energiei alternative este aceea că parcurile eoliene interferează cu funcționarea echipamentelor de locație. În timpul funcționării, generatorul eolian interferează cu trecerea undelor radio. Având în vedere dimensiunea parcurilor eoliene individuale și acestea pot varia de la câteva zeci până la sute de kilometri pătrați, este de înțeles de ce guvernele multor țări au început să blocheze proiectele de energie alternativă la nivel de stat - aceasta este o amenințare directă la adresa securității naționale. .

Din acest motiv, o companie franceză care produce componente pentru turbine eoliene și-a asumat sarcina dificilă în ceea ce privește execuția - să facă turbinele eoliene în sine invizibile pentru radare, și nu spațiul din jurul turbinei eoliene. Pentru aceasta se va folosi experiența acumulată în fabricarea aeronavelor Stealth. Noi componente sunt planificate să fie lansate pe piață în 2015.

Dar unde este faptul care dovedește avantajul VST față de turbina eoliană cu pale? Și adevărul este că turbinele eoliene nu interferează cu funcționarea echipamentelor de locație chiar și fără o tehnologie Stealth costisitoare.

Perspective pentru dezvoltarea energiei eoliene alternative

Primele încercări de a începe utilizarea unei turbine eoliene la scară industrială au fost făcute la mijlocul secolului trecut, dar nu au avut succes. Acest lucru s-a datorat faptului că resursele petroliere erau relativ ieftine, iar construcția de parcuri eoliene a fost neprofitabilă și costisitoare. Dar, literalmente, 25 de ani mai târziu, situația s-a schimbat radical.

Sursele alternative de energie au început să se dezvolte intensificate în anii 70 ai secolului trecut, după ce ritmul ingineriei mecanice a crescut brusc în lume și țările s-au confruntat cu o penurie de petrol, ceea ce a dus la criza petrolului din 1973. Apoi, pentru prima dată, sectorul energetic netradițional din unele țări a primit sprijin de la stat, iar generatorul eolian a început să fie utilizat la scară industrială. În anii 80, energia eoliană mondială a început să ajungă la autosuficiență, iar astăzi țări precum Danemarca, Germania și Australia se asigură cu aproape 30% din surse alternative de energie, inclusiv parcuri eoliene.

Din păcate, și poate și din fericire, tendința de anul trecut pe piața petrolului cu un preț instabil al petrolului ne face să ne gândim serios că vremurile în care petrolul ieftin era bun sunt în trecut. Astăzi, pentru multe țări, cu cât petrolul este mai ieftin, cu atât este mai profitabilă dezvoltarea energiei netradiționale, în primul rând, acest lucru se aplică țărilor CSI. Prin urmare, există premise pentru dezvoltarea energiei eoliene. Cum va fi - vom vedea.