Ветряные турбины в качестве источника электроэнергии используются уже не одно десятилетие. Впервые подобные конструкции человек начал эксплуатировать, когда обуздал силу природы и стал возводить мельницы. Сегодня для производства электроэнергии используются ветрогенераторы турбинного типа уже третьего поколения. Причем сами конструкции приобретают в последнее время все более необычные формы.
Современная ветряная турбина состоит из следующих элементов:
- Анемометр. Он отвечает за измерение скорости ветра и передает соответствующую информацию контроллеру турбинного ветрогенератора.
- Лопасти. Ветер, попадая на эти элементы, заставляет их вращаться. В результате в действие приводится турбина, которая вырабатывает электроэнергию.
- Тормоз. Он дополняется механическим, гидравлическим и иными приводами. Тормозная система в ветровой турбине необходима для остановки ротора при возникновении критических ситуаций.
- Контроллер. Отвечает за управление всей установки. Он в автоматическом режиме запускает ветряные турбины и останавливает их ход.
- Индукционный генератор. Устройство генерирует электроэнергию. Оно дополняется высокоскоростным валом.
- Гондола. Она располагается в верхней части ветряной турбины. В корпусе гондолы скрывается большинство элементов конструкции установки, включая тормоз и контроллер.
В зависимости от типа конструкции ветряная турбина может дополняться другими элементами. В частности, современные установки оснащаются обтекателем, который улавливает ветер и усиливает мощность последнего.
Достоинства турбин
Ветряная турбина современного типа обладает следующими преимуществами в сравнении со своими предшественниками:
- Способна работать при высокой скорости ветра. Турбины современного типа функционируют, когда ветровые потоки движутся с превышением критических показателей (25–60 м/сек).
- Не создает инфразвуковых волн. Этим недостатком обладали ветротурбины предыдущих поколений.
- Простой монтаж. Основу конструкции создают еще на производстве. На месте устанавливаются отдельные элементы и монтируется гондола на мачту.
- Применение инновационных материалов. Они не только увеличивают срок эксплуатации установки, но и обеспечивают легкость монтажа.
Ветровые установки в основном монтируются вдоль морского и океанского побережья либо непосредственно на воде. Такой подход позволяет добиться практически круглогодичной работы турбины.
Современные разработки
К числу недостатков, которыми обладают лопастные установки, относят следующее:
- они нарушают естественный тепловой баланс;
- относительно низкий КПД, не превышающий 30%;
- занимают большую площадь;
- представляют опасность для птиц.
Указанные недостатки заставляют разработчиков по всему миру искать новые технологические решения, позволяющие получать ветровую энергию. Среди последних достижений можно выделить:
1. Парящую турбину.
Конструктивно она напоминает воздушный шар, наполненный гелием. Внутри на горизонтальной оси установлена турбина с тремя лопастями. Такая система сегодня эксплуатируется на Аляске. Парящая турбина располагается на высоте, недоступной для современных ветровых установок. Такая система способна функционировать практически в автономном режиме (участие персонала сведено к минимуму).
2. Вертикальные турбины.
Их лопасти повторяют расположение плавников у рыб. За счет такой конструкции турбины способны вырабатывать достаточное количество электроэнергии, находясь при этом на близком расстоянии друг от друга. Длина вертикальных установок составляет 9 м. Для эффективной работы системы необходим монтаж как минимум двух близкорасположенных турбин. Согласно предварительным исследованиям, новый тип установок в сравнении с лопастными аналогами вырабатывает в 10 раз больше электроэнергии, занимая равную площадь.
3. Углеродистые «стебли».
В ОАЭ реализуется новый проект по генерации чистой электроэнергии. Он предусматривает монтаж 1203 углеродистых «стеблей» на 20-метровом основании. Высота данной конструкции составляет 55 м. Каждый отдельный элемент системы находится на расстоянии 10 м друг от друга.
Толщина отдельного стебля в основании равна 30 м. Внутри их располагаются слои, состоящие из чередующихся между собой электродов и пьезоэлектрического материала. Под давлением последний генерирует электричество. Энергия возникает в момент, когда стебли качаются на ветру. Данная система обеспечивает выработку того же количества электроэнергии, что и другие ветряные установки, занимающие равную площадь.
Нечто похожее создали тунисские ученые. Их система отличается от углеродистых «стеблей», используемых в ОАЭ, тем, что в ее верхней части располагается бесшумный генератор, напоминающий спутниковую тарелку.
В Голландии предложили устанавливать на каждый дом небольшую конструкцию, способную под действием силы ветра генерировать электричество. Этот ветрогенератор имеет турбину, повторяющую форму панциря улитки. Она, захватывая поток ветра, разворачивается и меняет направление его движения. Производительность такого ветрогенератора достигает 80% от теоретических показателей, которые потенциально могут демонстрировать подобные установки.
В последние годы появились разработки, предназначенные для монтажа на плавательных судах. В целом, количество систем, способных заменить собой лопастные ветрогенераторы, постоянно увеличивается. Возможно, в будущем они смогут решить все задачи, стоящие перед ветряной энергетикой.
Вопрос ветроэнергетики в наше инновационное время интересует очень многих. Те, кто хоть раз посещал Европейские страны на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки.
Сотни генераторов встречаются по пути.
Наблюдая такую картину, многие начинают верить, что получение эл.энергии при помощи ветра, весьма перспективное и выгодное занятие. Мудрые европейцы ошибаться то не могут.
При этом, почему-то игнорируется факт, что в других местах той же Европы, подобных ветроэлектростанций практически нет. С чего бы это?
Вот именно об этом, когда, где и как ветряки использовать выгодно, а когда нет, и пойдет речь в статье.
Автономность
Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.
Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.
И дабы вы не тратили понапрасну свои деньги, расскажем с выкладкой всех цифр, почему это именно так.
Скорость ветра
К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.
Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.
Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.
Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.
Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.
Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.
Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.
Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!
К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.
Так, при увеличении давления ветра в два раза, генерируемая мощность возрастает в восемь раз!
Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.
Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:
- и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности
У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.
И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.
Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.
И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.
Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.
Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!
Аккумуляторные батареи для ветряков
Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.
А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.
При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.
Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.
Где лучше установить
Еще о чем стоит серьезно задуматься - это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.
Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).
Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.
О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.
Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.
Цена за 1квт мощности
4-я причина – высокая цена. Не ведитесь на цены продавцов в прайс листах. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
Поэтому цены всегда умножайте на 2, даже при выборе так называемых готовых комплектов.
Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.
Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.
Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.
Срок окупаемости и расчет экономии
Пятая причина, неразрывно связана с первыми четырьмя. Это срок окупаемости затрат.
Для вашей индивидуальной ветровой установки этот срок – НИКОГДА.
Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.
Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.
Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.
Но если вспомнить начальные траты в 200тыс., то вернете вы их через тридцать два года!
И все это без учета эксплуатационных затрат. А если прикинуть, что средний срок службы хорошего ветряка – около 20лет, то получается, что он окончательно и безвозвратно поломается еще до того, как выйдет на окупаемость.
При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.
Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.
И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.
Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.
Когда стоит покупать ветряк
Безусловно, электроэнергия с каждым годом дорожает. К примеру 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Давайте проведем примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.
Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.
Как мы уже выяснили ранее, стоимость такой модели около 200тысяч. Но с учетом всех доп.расходов, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.
То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэфф. установленной мощности (он для маленьких ветряков не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите 75квт.
Даже если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. Если и предположить что электричество от ТЭС подорожает в 4 раза, то случится такое не завтра, и даже не через 5 лет.
Какие ветряки выбирать
Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.
Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.
В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.
У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.
Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.
Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.
А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!
Вновь созданная ветровая турбина относится к возобновляемым источникам энергии в виде вертикально – осевых ветровых турбин (международная аббревиатура VAWT) карусельного типа
В современном мире сделали ставку на возобновляемые источники энергии, в том числе на ветроэнергетику. Преобладают ветрогенераторы пропеллерного типа, с горизонтальной осью вращения. Такие генераторы требуют мощных опорных башен и повышающих редукторов, что увеличивает сроки окупаемости. К тому же, такие агрегаты являются мощными низкочастотными источниками шума. Эти обстоятельства ограничивают круг покупателей и заставляет искать альтернативу традиционным ветряным электрогенераторам.
Вновь созданная ветровая турбина относится к возобновляемым источникам энергии в виде вертикально – осевых ветровых турбин (международная аббревиатура VAWT) карусельного типа.
Преимуществом роторов вертикального типа является, прежде всего, более низкий срок окупаемости, а также то, что они допускают работу в широком диапазоне скоростей ветра. В то время как роторы с горизонтальной осью переводятся в защитный режим авторотации при некоей предельной скорости ветра, превышение которой чревато разрушением конструкции.
В таком режиме пропеллер отсоединён от мультипликатора и генератора, электроэнергия не вырабатывается. А роторы с вертикальной осью испытывают значительно меньшие механические напряжения при равной скорости ветра, нежели роторы с горизонтальной осью. К тому же последние требуют дорогостоящих систем ориентации по направлению ветра.
В то время как роторы с вертикальной осью могут работать при любом направлении ветра. Также преимуществом вертикальных роторов является их малошумность и возможность установки в городских застройках, в том числе и на крышах зданий.
В рамках данного проекта предложен принципиально новый подход к конструкции вертикальных ветрогенераторов электроэнергии. Он основан на использовании низко расположенного прочного ротора, на периферии которого закреплено множество парусов – крыльев.
Ротор снабжён опорными стойками колёсных шасси, что позволяет ему вращяться вокруг неподвижной оси с устойчивой порой на фундамент за счёт колёс шасси. Множество парусов – крыльев создают за счёт аэродинамических сил большой вращательный момент. Что делает данную конструкцию рекордной по удельной мощности. Диаметр ротора может составлять 10 метров.
При этом на таком роторе возможна установка крыльев площадью более 200квадратных метров, что позволит генерировать до ста киловатт электроэнергии. При этом вес таких агрегатов настолько мал, что его возможно устанавливать на крышах зданий и обеспечивать их за счёт этого автономным электроснабжением. Или же возможно обеспечить электроэнергией большую ферму в степи, куда не проложена линия электропередачи. Увеличение мощности до сколь угодно большой величины достижимо тиражированием таких агрегатов. То есть, ставя много однотипных ветроустановок, достигаем нужной мощности.
В ходе Интернет - мониторинга выявлена американская компания, производящая VAWT для резиденций, заправочных станций электромобилей, а также для Министерства обороны США (электронный ресурс http://www.vortexis.com/vortexis-engineering.html)
При отдалённом внешнем сходстве американской VAWT с нашей турбиной, имеются следующие принципиальные отличия:
1. У аналога вращается внутренняя часть VAWT. А внешняя часть - это статор (неподвижный направляющий аппарат). У заявляемого объекта вся система - единый ротор. Хотя возможно дополнительно комплектовать нашу турбину статорными плоскостями – ветроконцентраторами.
2. Поскольку мощность зависит от крутящего момента, который прямо пропорционален радиусу ротора, при прочих равных условиях у нашей турбины радиус больше (при одних и тех же габаритах).
3. Наша турбина содержит горизонтальную крыльчатку, в отличие от аналога, которая снимает мощность с восходящего вихря внутри ротора.
4. У аналога нет наклонных антикрыльев. В нашей системе они есть, в количестве от 9до 18. Эти антикрылья, как показало сравнение старой модели с девятью антикрыльями и новой с вдвое большим количеством антикрыльев, увеличили мощность на 10 %.
5. Указанная компания не может делать большие VAWT. Заявитель проектирует турбину мощностью до 50...80 кВт, что на полтора порядка превосходит показатели описанного аналога.
Что касается технической эффективности. Наш прототип при высоте лопастей 800мм и поперечном габарите 800 мм при скорости ветра 11 м/с развил механическую мощность 225 Вт (при 75 оборотах в минуту). При этом он отстоял от поверхности земли на высоте менее метра. По данным ресурса http://www.rktp-trade.ru сопоставимую мощность (300 Вт) развивает пятилопастной вертикальный ветряк, установленный на шестиметровой мачте, причём он имеет пять 1200 – мм лопастей, установленных на габаритном диаметре 2 000 мм.
То есть, если принять ометаемые ветром площади сравниваемых ветряков равными, то получится, что прототип энергоэффективнее известного ветряка в 2,5…3 раза, с учётом того, что у земли ветер слабее из-за близости к граничной поверхности и имеет выраженный турбулентный характер. Из этого, зная, что описанный аналог имеет коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) равный 0,2, можно оценить КИЭВ прототипа как 0,48, что намного выше, чем у VAWT типа «Савониус» и «Дарье» и соответствует лучшим мировым образцам горизонтально – осевых ветрогенераторов.
При этом материалоёмкость и себестоимость у прототипа несопоставимо ниже, чем у пропеллерных мачтовых ветряков, имеющих механизмы ориентации на ветер и высоко расположенный энергомодуль с дорогим повышающим редуктором планетарного типа.
Сравнительная оценка эффективности роторов ветровых турбин различных типов приведена ниже в таблице 1.
Таблица1
|
Тип ротора |
Расположение оси вращения |
Коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) |
Источник |
Примечания |
|
Ротор Савониуса |
Вертикальное |
0,17 |
Р.А. Янсон. Ветроустановки. Под редакцией М.Ж. Осипова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007г., стр.23, рис.13 |
Разработан около восьмидесяти лет назад, схема - рис. 7 (д) на стр.17 упомянутого источника |
|
Ротор Н-Дарье с широко разнесёнными лопастями |
Вертикальное |
0,38 |
Там же |
Разработан около века назад, схема - рис. 7 (а) на стр.17 упомянутого источника |
|
Многолопастные сопротивления |
Вертикальное |
0,2 |
Там же, а также конкретный коммерческий продукт на сайте http://www.rktp-trade.ru |
К этому типу относится и широко известный в Астане ротор Болотова. |
|
Двухлопостные пропеллерные |
Горизонтальное |
0,42 |
Там же |
Самый распространённый в мире тип ветродвигателей на сегодня |
|
Ротор нашей турбины (формально Н-Дарье, но с плотно сомкнутыми лопастями, на которых установлены наклонные антикрылья и горизонтальная крыльчатка) |
Вертикальное |
0,48…0,5 |
Натурные замеры скорости ветра анемометром, крутящего момента ротора динамометром, оборотов ротора тахометром |
КИЭВ определён косвенными методами. Необходим прямой замер электрической мощности на электрогенераторе, который предстоит приобрести. |
Т.о, заявляемый объект не только нов и неочевиден, но и соответствует лучшим мировым стандартам по КИЭВ, превосходя мировые стандарты по сопутствующим затратам и сроку окупаемости.
В дальнейшем планируется сконструировать, изготовить и испытать полноразмерный пилотный образец. Планируется наладить массовый выпуск таких установок после отладки пилотного образца, с оснащением такими установками не элекрифицированных районов в сельской местности и новых зданий в городах. опубликовано
Ветроэнергетика активно развивается по всему миру, и ни для кого давно не секрет, что это одно из перспективнейших направлений альтернативной энергетики на данный момент. К середине 2014 года общая мощность всех установленных в мире ветрогенераторов составляла 336 гигаватт, а самый большой и мощный вертикальный трехлопастной ветрогенератор Vestas-164 был установлен и запущен в начале 2014 года в Дании. Его мощность достигает 8 мегаватт, а размах лопастей составляет 164 метра.
Несмотря на давно обкатанную технологию изготовления лопастных турбин и ветряков в целом, многие энтузиасты стремятся улучшить технологию, повысить ее эффективность и уменьшить негативные факторы.
Как известно, коэффициент использования энергии ветрового потока у в лучшем случае достигает 30%, они довольно шумны и нарушают естественный тепловой баланс близлежащих территорий, повышая температуру приземного слоя воздуха по ночам. Также они весьма опасны для птиц и занимают значительные площади.
Какие же альтернативы существуют? На самом деле, творчество современных изобретателей не знает границ, и различных альтернативных вариантов придумано множество.
Давайте рассмотрим 5 наиболее необычных из примечательных для отрасли альтернативных конструкций ветрогенераторов.
Начиная с 2010 года, американская компания Altaeros Energies, основанная в Массачусетском исследовательском институте, ведет разработку ветрогенераторов нового поколения. Новый тип ветрогенераторов предназначен для работы на высотах до 600 метров, докуда обычные ветрогенераторы просто не могут достать. Именно на таких больших высотах постоянно дуют самые сильные ветра, которые в 5-8 раз сильнее ветров вблизи поверхности земли.
Генератор представляет собой надувную конструкцию, похожую на накачанный гелием дирижабль, в который установлена трехлопастная турбина на горизонтальной оси. Такой ветряной генератор был запущен в 2014 году на Аляске на высоту около 300 метров для испытаний в течение 18 месяцев.
Разработчики уверяют, что данная технология позволит получать электроэнергию стоимостью 18 центов за киловатт-час, что в два раза дешевле обычной стоимости ветряной электроэнергии на Аляске. В будущем такие генераторы вполне смогут заменить дизельные электростанции, а также найти применение на проблемных территориях.
В перспективе это устройство будет не просто генератором электроэнергии, но и частью погодной станции и удобным средством обеспечения Интернета на далеких от соответствующей инфраструктуры территориях.
После установки такая система не требует присутствия персонала, не занимает большой площади, и почти бесшумна. Она может контролироваться дистанционно, и требует технического обслуживания только один раз в 1-1,5 года.
Еще одно интересное решение по созданию необычной конструкции ветряной электростанции реализуется в Объединенных Арабских Эмиратах. Недалеко от Абу-Даби строится город Мадсар, в котором планируют возвести довольно необычную ветряную электростанцию, названную разработчиками «Windstalk».
Основатель нью-йоркской дизайнерской компании Atelier DNA, разрабатывающей дизайн данного проекта, сказал, что главной идеей было найти в природе кинетическую модель, которая могла бы служить для генерации электроэнергии, и такая модель была найдена. 1203 стебля из углеродистого волокна, каждый около 55 метров высотой, с бетонными основаниями шириной по 20 метров, будут установлены на расстоянии 10 метров между собой.
Стебли будут армированы резиной, и иметь ширину около 30 см у основания, а кверху сужаются до 5 сантиметров. Каждый такой стебель будет содержать чередующиеся слои электродов и керамических дисков, изготовленных из пьезоэлектрического материала, который генерирует электрический ток, когда подвергается давлению.
Когда стебли будут качаться на ветру, диски будут сжиматься, генерируя электрический ток. Никакого шума лопастей ветряных турбин, никаких жертв среди птиц, ничего кроме ветра.
Идея возникла благодаря наблюдению за качающимися на болоте камышами.
Проект Windstalk компании Atelier DNA занял второе место в конкурсе Land Art Generator, спонсируемом Мадсаром для выбора лучшего, из числа международных заявок, произведения искусства, которое сможет генерировать энергию благодаря возобновляемым источникам.
Площадь, занимаемая этой необычной ветряной станцией, охватит 2,6 гектара, а по мощности будет соответствовать обычному ветрогенератору, занимающему аналогичную площадь. Система эффективна из-за отсутствия потерь на трение, свойственных традиционным механическим системам.
В основании каждого стебля будет установлен генератор, преобразующий крутящий момент от стебля с помощью системы амортизаторов и цилиндров, аналогично системе Levant Power, разработанной в Кембридже, штат Массачусетс.
Поскольку ветер не постоянен, будет применена система аккумулирования энергии, чтобы накопленная энергия могла расходоваться и тогда, когда нет ветра, поясняют сотрудники, работающие над проектом.
На вершине каждого стебля будет установлено по светодиодному фонарю, яркость свечения которого будет напрямую зависеть от силы ветра и количества генерируемой в данный момент электроэнергии.
Windstalk будет работать на хаотичном покачивании, что позволяет расположить элементы горазда ближе друг к другу, чем это возможно с обычными лопастными ветрогенераторами.
Аналогичный проект Wavestalk прорабатывается для преобразования энергии океанских течений и волн, где похожая система будет находиться в перевернутом виде под водой.
Проект, разработанный фирмой Saphon Energy из Туниса, также как и Windstalk, представляет собой безлопастной ветряной генератор, но на этот раз устройство имеет конструкцию парусного типа.
Этот бесшумный генератор, по форме напоминающий спутниковую тарелку, получил название Saphonian. Он не имеет вращающихся частей и совершенно безопасен для птиц. Экран генератора совершает под действием ветра движения вперед-назад, создавая колебания в гидравлической системе.
Цель проекта - улучшить характеристики ветряных генераторов, относительно использования ветрового потока. Ветер буквально запрягается в парус, который совершает под его действием движения вперед-назад, при этом нет ни лопастей, ни ротора, ни передач. Такое взаимодействие позволяет преобразовать больше кинетической энергии в механическую с помощью поршней.
Энергию можно накапливать в гидравлических аккумуляторах, либо преобразовывать в электрическую посредствам генератора, или же приводить с ее помощью во вращение какой-нибудь механизм. Если обычные ветрогенераторы обладают КПД 30%, то данный генератор парусного типа дает все 80%. Его эффективность превосходит ветряки лопастного типа в 2,3 раза.
В силу отсутствия дорогостоящих компонентов, как это имеет место в ветряной турбине (лопасти, ступицы, коробки передач), в случае с Saphonian, расходы на оборудование снижаются до 45%.
Аэродинамическая форма Saphonian имеет то преимущество, что турбулентные ветряные потоки незначительно влияют на тело паруса, и аэродинамическая сила лишь увеличивается. Именно из-за турбулентности ветряные турбины и не используются в городских районах, а Saphonian можно и там использовать. Кроме того, вредные акустические и вибрационные факторы сведены к минимуму. Компания Saphon Energy получила премию от KPMG за усилия в развитии инноваций.
Еще один весьма революционный подход к использованию ветряной энергии был реализован еще в 2008 году изобретателем - энтузиастом из Калифорнии. Крупные ветряные генераторы для малых городов имеют размеры с 30 этажный дом, а их лопасти достигают размеров крыльев Боинга 747.
Эти гигантские генераторы, безусловно, производят много энергии, однако производство, транспортировка и установка таких систем сложны и дороги. Несмотря на это промышленность растет более чем на 40 процентов каждый год. Именно так размышлял Даг Селсам из Калифорнии, прежде чем задаться своей амбициозной целью. Он решил, что вполне реально получить больше энергии, используя для этого меньшее количество материалов.
Установив десяток или несколько десятков маленьких роторов на одном валу, связанном с одним генератором, Даг, в конце концов, добился поставленной цели. Один конец длинного вала он соединил с генератором, а второй конец запустил в высь на воздушных шарах с гелием. Система заработала, как и предполагалось.
В учебниках Даг читал, что одновинтовой турбины вполне достаточно для получения максимума, однако у Дага возникли сомнения. Он считал иначе: чем больше роторов, тем больше энергии ветра доступно для использования.
Если каждый ротор будет расположен под нужным углом, то каждый ротор получит свой собственный ветер, и это повысит эффективность генерации.
Конечно, это усложняет физику, ведь теперь нужно было убедиться, что каждый ротор ловит свой собственный поток, а не только поток от расположенного рядом ротора. Требовалось выяснить оптимальный угол для вала по отношению к ветру и идеальное расстояние между роторами. И, в конце концов, выигрыш был получен с применением меньшего количества материала.
В 2003 году изобретатель получил грант в размере 75 000 долларов от Калифорнийской энергетической комиссии на разработку 3000-ваттный турбины на семь роторов. Задача была успешно решена, и Даг Селсам уже продал более 20 своих 2000-ваттных турбин с двойным ротором нескольким домовладельцам. Он построил эти устройства в своем загородном гараже.
Идея Дага явилась одной из немногих идей, которые на самом деле имеют все шансы на то, чтобы добиться больших успехов в коммерческом мире. Селсам говорит, что два ротора - это только начало. Вероятно, когда-нибудь он увидит свои мультироторные турбины протяженностью в милю по небу.
Компания Archimedes, офис которой расположен в Роттердаме, Нидерланды, придумала свою концепцию необычных ветряных турбин, которые можно устанавливать прямо на крышах жилых домов.
По замыслу авторов проекта, эффективная малошумная конструкция может вполне обеспечить небольшой дом электроэнергией, а комплекс таких генераторов, работающий в совокупности со , способен и вовсе свести к нулю зависимость большого здания от внешних источников электроэнергии. Новые ветровые турбины получили название Liam F1.
Небольшая турбина, диаметром 1,5 метра, и весом около 100 килограмм, может быть установлена на любой стене или крыше жилого дома. Обычно, высота террасных крыш - 10 метров, а ветер в стране почти всегда Юго-Западный. Этих условий достаточно, чтобы правильно разместить турбину на крыше, и эффективно использовать энергию ветра.
Две проблемы обычных ветрогенераторов решены здесь: шум обычных лопастных турбин и дороговизна установки громоздкого оборудования. В обычных ветряных генераторах затраты на установку часто не окупаются. Уровень шума турбины Liam около 45дБ, а это даже тише шума дождя (шум дождя в лесу - 50дБ).
По форме напоминающая панцирь улитки, турбина подобно флюгеру разворачивается по ветру, захватывая воздушный поток, снижая его скорость, и меняя направление. Директор компании Маринус Миремета утверждает, что эффективность новаторской турбины достигает 80% от максимально доступной теоретически в ветровой энергетике эффективности. И этого уже вполне достаточно.
В Нидерландах средняя семья потребляет 3300 кВт-часов электрической энергии за год. По данным разработчиков, половину этой энергии может обеспечить одна турбина Liam F1 при скорости ветра не менее 4,5 м/с.
Можно разместить три такие турбины в вершинах треугольника на крыше дома, тогда каждая из турбин будет обеспечена ветром и они не будут друг другу мешать, а напротив станут помогать друг другу.
Если речь идет об установке в городе, где имеют место турбулентные потоки, то производитель предлагает немного приподнимать ветрогенераторы, устанавливаемые на городских крышах, крепя их на шесты, чтобы стены соседних домов не мешали ветряным потокам.
Предполагаемая стоимость новой турбины вместе с установкой составляет 3999 евро. Поскольку устройство имеет размер больше одного метра, то может потребоваться особая лицензия на его использование, поэтому, на самый крайний случай, фирмой производятся и турбины mini-Liam, диаметр которых 0,75 метра.
Производители планируют применять свои турбины не только для электроснабжения жилых и промышленных зданий, но и для электроснабжения морских судов.
Как видим, интересных альтернатив у производителей ветрогенераторов предостаточно.
Подробности Опубликовано 24.09.2014 01:28Ветровые турбины плавают в воздухе, некоторые вращаются горизонтально, другие вертикально. Некоторые из них легче чем воздух, а другие величественно интегрированы в небоскреб зданий. Разнообразие конструкций ветровых турбин вокруг нас просто захватывает дух. Везде, где дует ветер, может быть установлен ветрогенератор с уникальной конструкцией, который будет генерировать электроэнергию.
С конструкцией традиционной ветряной турбины можно ознакомится .
Ниже представлена подборка фотографий самых зрелищных и действительно амбициозных проектов ветровых турбин третьего тысячелетия.
MagLev – ветротурбина на магнитной подвеске
MadLev является ветрогенератором на магнитной подвеске, который может генерировать один гигаватт мощности (достаточно для питания 750000 домов) и обеспечивать чистую энергию по цене одного цента за киловатт-час.
Магнитная левитация является очень эффективным методом захвата энергии ветра. Лопасти турбины подвешены на воздушной подушке, а энергия направлена к линейным генераторам с минимальными потерями. Большое преимуществом магнитной подвески в том, что это снижает затраты на обслуживание и повышает срок службы генератора. Производитель утверждает, что он требует меньше земельного пространства, чем сотни обычных турбин. Ветрогенератор MagLev был изобретен Эдом Мазуром в 1981 году. Есть уже несколько MagLev ветряных турбин в в Китае.
M.A.R.S
M.A.R.S является интересным устройством, которое способно использовать энергию ветра (в значительной степени как ветряная мельница) для выработки электроэнергии. Электроэнергия передается на землю по проводу на стальном тросе.
Поскольку М.A.R.S наполняется гелием, он способен летать гораздо выше, чем расположены другие ветровые турбины, чтобы получить доступ к более высоким скоростям ветра. Производство аппарата, мощностью 4,0 кВт уже началось.
Винтовая ветротурбина
Спиральные структурированные ветряные турбины - современная технология ветряных мельниц. Эти удивительные устройства заменят привычные длинные лопасти. Новые ветряные мельницы работают так же, как и старые, но имеют уникальную конструкцию, которая поможет эффективней преобразовывать энергию ветра.
LoopWing
LoopWing - экспериментальный ветрогенератор, разработанный в Японии. Впервые представлен на выставке в 2006 году. Модель Е1500 работает с низким уровнем вибрации, при скорости ветра 16 м/c.
Городские турбины - "Тихая революция"
Многие люди думают, ветряные турбины портят ландшафт. Обычные турбины лучше всего подходят для широких открытых пространств, где есть много ветра. Турбины на вертикальной оси, винтовой конструкции, гораздо лучше подходят для городских условий.
Британская компания подала заявку на разрешение планировочных работ, чтобы построить одну из ветротурбин возле Букингемского дворца.
Турбина "Тихая революция" имеет 5-метровые лопасти, которые могут генерировать 10 кВт-часов энергии, при скорости ветра всего 5,8 метра в секунду. Встроенные светодиоды в каждой S-образных лезвий используются для создания изображений, когда турбина вращается.
Медуза
При высоте всего 36 см, медузы могут генерировать около 40 киловатт-часов в месяц.
Медуза состоит из следующих частей:
Вертикальная ось ветровой турбины
Контроллер
Асинхронный генератор с регулируемой скоростью
Медузы могут работать в самых отдаленных районах, сократив затраты на строительство дорогостоящих линий электропередач. Хотя в использовании микро ветряков нет ничего нового, цена в 400 долларов и простота дизайна делают медузы перспективными.
Шоссейные турбины
Это новый способ захвата части энергии, затрачиваемой транспортными средствами, которые движутся на высоких скоростях по магистралям. Проект разработан в университете штата Аризона. Движение транспортных средств, особенно грузовиков, будут вызывать турбулентность воздуха, поток которого будет приводить в движения турбины.
Анализ показывает, что при скорости движения транспортного средства в 110 км в час каждая турбина может производить 9600 кВт-ч в год.
Загрузка...
