Ветрогенераторы на 10, 30, 40 кВт "вертикальные" и "горизонтальные" ветряки от 1 кВт до 60 кВт.

Предлагаем из наличия ветрогенераторы на 10, 30, 40 кВт! А так же "вертикальные" и "горизонтальные" ветряки от 1 кВт до 60 кВт, со сроком производства от 2-х недель!

Ветрогенератор из мотор-колеса

Ветрогенератор  из автомобильного генератора

Основные элементы будущей конструкции — это непосредственно ветроустановка, контроллер заряда, аккумуляторный блок для накапливания электричества и инвертор для устройств-потребителей, работающих от переменного тока. Чтобы все перечисленное стало безотказным альтернативным источником энергоснабжения, необходимо принять во внимание ряд важных моментов:

-Напряжение на выходе должно составлять больше 12 В, чтобы аккумуляторные батареи могли заряжаться.

-Количество оборотов. Все ветряки вращаются сравнительно медленно, за счет чего создается высокий крутящий момент. И чем больше электроэнергии вырабатывает конкретное устройство, тем больше усилий необходимо для их раскручивания и стабильной работы.

-Скорость ветра в регионе должна составлять в среднем не менее 4,5 м/сек. При снижении этого параметра ветряк из автомобильного генератора будет работать вполсилы. И получить от него номинальное количество электроэнергии не удастся.

Предстоящую работу по созданию нового устройства упростят следующие моменты:

-Наличие готового генератора избавит от необходимости его рутинной сборки.

-Автомобильный генератор дает стабильное напряжение, что важно для переменчивого характера работы ветрогенератора.

-Генератор совместим со стандартным электрооборудованием, поэтому в его переделке нет особой необходимости.

-Заменить вышедший из строя генератор будет несложно благодаря выбору моделей в свободной продаже.

В числе недостатков изготовления самодельных ветряков из автомобильного генератора стоит отметить:

-Автомобильному генератору нужно задать оптимальную скорость вращения, для чего потребуется установить в конструкцию редуктор.

-Ресурса обычного устройства хватит приблизительно на год работы, после чего его надо будет заменить или привести в порядок с помощью капитального ремонта.

-Некоторые модели генераторов нуждаются в подаче напряжения на катушку. Потребуется немного изменить их конструкцию и установить постоянные магниты. Поэтому создать на их основе ветряк из автомобильного генератора без переделки не получится.

На выбор вертикального или горизонтального размещения влияют следующие факторы:

-Масса и размеры устройства: для небольших агрегатов допустима горизонтальная установка, чтобы увеличить КПД и снизить стартовую скорость для запуска движения лопастей. Тяжелые модели лучше фиксировать вертикально, используя дополнительную передачу для преобразования горизонтального крутящего момента в вертикальный.

-Сила ветра. Горизонтальные ветряки рекомендуется располагать на значительной высоте от земли, где скорость ветра выше. Вертикальные монтируют следующим образом: установка — на земле, а привод — на специальной мачте.

Переделка ветрогенератора

Оптимальное решение — выбор для ветрогенератора роторной модели автомобильного генератора. На него достаточно установить постоянные магниты, чтобы получить работоспособную конструкцию. Важно не только зафиксировать магнитные элементы, но и отбалансировать их, чтобы избежать критических нагрузок. Кроме того, неотбалансированная модель быстрее выходит из строя по причине поломки подшипников и их  выпадения из посадочных мест. Также потребуется приложить руку:

-К статору: для уменьшения числа оборотов необходимо заменить обмотку, в 5 раз увеличить количество витков на катушках, взяв проволоку уменьшенного диаметра.

-К ротору: стоит выточить алюминиевую деталь с размерами, учитывающими установку электромагнитов. Важно точно выполнить замеры, что позволит рассчитывать на повышение уровня КПД. Магниты приклеиваются на суперклей на одинаковом расстоянии с чередованием полюсов.

Изготовление ветрового колеса

Чтобы готовый самодельный ветряк из автомобильного аккумулятора не издавал лишний шум, стоит подобрать для него подходящие лопасти: крыльчатые, карусельные или барабанные. Важно предусмотреть следующие моменты:

-Направление ветра и оси устройства должно совпадать.

-Лопасти должны иметь минимальную ширину, тогда как их количество не ограничено.

-Циркуляция воздушных потоков должна быть направлена вдоль лопасти.

-Угловая скорость не имеет ограничений, а потерянная скорость должна иметь постоянное значение.

Добиться идеального соотношения всех перечисленных элементов будет очень сложно, но к этому нужно приложить все возможные усилия. Специалисты рекомендуют делать лопасти из прочного пластика или алюминия. Эти материалы отличаются повышенной стойкостью к механическому и климатическому воздействию, что гарантирует длительный срок их службы.

Сборка ветряка

Для основания подбирается труба, диаметр и прочность которой рассчитаны на вес конструкции. С помощью переходных муфт можно совместить отрезки труб разного диаметра, уменьшая его по мере движения к лопастной конструкции. Важно, чтобы ветровое колесо свободно вращалось на оси по мере изменения направления ветра. На заключительном этапе следует сконструировать и изготовить флюгер, параметры которого рассчитываются с учетом инерции колеса. Выработка тока начинается уже на скорости 600 оборотов в минуту. Не забудьте перед установкой закрыть подшипники и смазать узлы вращения конструкции, чтобы защитить их от коррозии и разрушения.

Генератор Савониуса

Преимущества и принцип работы

Поперечная роторная турбина придумана русскими учеными — братьями Ворониными. Советский патент на изобретение получен в 1924 году. Но массовое производство аппаратов организовано шведским инженером Сигурдом Джоханесом Савониусом.

Вертикальный генератор преобразовывает порывы ветра в энергию. Главный плюс устройства — ему не нужны вспомогательные приборы для определения направления ветра, как горизонтальным «коллегам».

Дополнительные преимущества:

-Высота устройства небольшая, его легко обслуживать без специальных приспособлений для проведения высотных работ;

-Конструкция включает минимум деталей, что делает ее надежной, простой в эксплуатации;

-Элементы генератора спроектированы так, чтобы показывать максимальный КПД;

-Можно собрать ротор Савониуса своими руками;

-Работает он бесшумно, безвреден для окружающей среды.

Принцип действия заключается в магнитной левитации. Турбины вращаются, образуется импульсная и подъемная силы, которые обеспечивают движение лопастей. Действует и сила торможения. Вращение лопастей активирует ротор, создается магнитное поле, вырабатывается электричество.

Главный минус агрегата — низкое использование энергии. Лопасти работают на четверть оборота, а скорость вращения тормозится. Согласно расчетам, расходуется только треть возможного потенциала.

Полностью обеспечить дом энергией такой ветрогенератор не способен. Устройство подойдет для освещения хозпостроек, дорожек в саду, придомовой территории. Да, горизонтальные конструкции показывают большую производительность, но ветряк Савониуса можно установить в любом месте и он работает полностью самостоятельно.

Технические особенности конструкции

Ветроколесо — это два или более полуцилиндра, закрепленные вокруг вертикальной оси вращения. Движение лопастей направлено в одну и ту же сторону вне зависимости от того, куда дует ветер. Двухлопастный прибор двигается отрывисто. Применение четырех элементов делает ход более плавным, но не решает проблему. Во втором случае еще и дополнительно теряется коэффициент эффективности.

Есть три варианта профиля конструкции:

1. Лопасти закрепляются на оси без воздушного промежутка. Эта конструкция примитивная, но простая в изготовлении и хорошо работает.

2. Основание одной лопасти заводится в основание другой. Здесь по оси остается промежуток и ветер «гуляет» по сторонам ветрогенератора Савониуса.

3. Конструкция похожа на второй вариант, но во внутреннюю часть добавлена прямая пластина с целью увеличения площади сечения лопастей.

70 Лет назад такие устройства устанавливались в вентиляционные системы железнодорожного транспорта и автобусов. Во время движения ТС ротор раскручивался и перекачивал воздух извне внутрь помещений.

Парусный ветрогенератор

Внешне старые и новые модели практически идентичны. Разница в материале, используемом для лопасти. У ветряков старого образца лопасти были cделаны из жестких материалов, а у современных — из мягких (брезент, парусина, нетканые слоистые материалы). По своему предназначению старые и новые ветряки тоже различаются: они выполняют разные функции. Водокачки использовались для подачи воды, а нынешние ветряки — для добычи электроэнергии.

Устройство и принцип работы современных парусников

Главная задача ветрогенератора парусного типа — превращать энергию ветра во вращение. Таким образом и получается электричество. На лопасти замкнутой или незамкнутой формы натягивается материал на манер лепестка. Сам парус представляет собой треугольник с вершиной у самого центра вращения. Одна из сторон этого треугольника должна примыкать к вершине и не присоединяться к раме.

Под силой давления ветра парус слегка прогибается, после чего начинает вращаться. В отличие от ветряков другого типа, парусник стартует даже при низких колебаниях ветра: генератор начинает работу со скорости ветра 3-4 м/сек. Даже при столь небольших скоростях генератор способен заряжать аккумуляторы!

У парусного ветрогенератора множество плюсов:

-Высокий КПД; экологичность;

-Низкие показатели шума;

-Легкость обслуживания и ремонта;

-Простота изготовления своими руками;

-Облегченная и компактная конструкция;

-Эффективная работа при низкой скорости ветра.

Проанализируйте минусы парусников, чтобы понять, подойдет ли вам такой источник энергии:

-Потеря мощности при сильном ветре;

-Лопасти не выдерживают высокие нагрузки;

-Медленный набор оборотов при смене направления ветра;

-Остановка механизма при резкой смене направления ветра.

Энергия ветра – возобновляемый ресурс

В наше время существует два возобновляемых ресурса, которые могут обеспечить электричеством все человечество. Естественно, это зависит от финансовых вложений и заинтересованности определенного круга лиц. Этими ресурсами является солнечная энергия и сила ветра.

Солнечная энергия, казалось бы, добывается на порядок проще, поскольку ее наличие на планете более распространенный факт. Однако, переработка солнечных лучей, и их преобразование в электрический ток – сложный процесс, который требует очень сложных и дорогостоящих вливаний.

Где уже используют силу ветра

Многие страны западной Европы и США уже давно используют ветряные электростанции, как основной источник добычи электрической энергии.

Ярким примером такого использования является Дании. Казалось бы, совсем небольшая страна, однако имеет очень крупные перспективы развития данной индустрии. На ее примере мы и рассмотрим всевозможные варианты использования возобновляемой энергии ветра.

Высота стандартного ветряка составляет примерно 60 метров. Датские разработчики смогли соорудить и установить ветряные электростанции высотой в 4 раза выше, а это 240 метров. Вы представляете эти габариты? Длина одной лопасти составляет 80 метров.

С одной стороны – это глобальная постройка, но если разобраться, то даже человеку, который очень редко сталкивается, или вообще не сталкивается с электричеством, станет понятна простота механизма. Если быть простым до изнеможения, то ветрогенератор работает так: лопасти крутятся от ветра, и крутят моторчик, который добывает электричество.

Проблемой становится только размер постройки, установка и создание основания достаточной прочности, чтобы она не упала на землю, и не нанесла повреждения тем зданиям и людям, которые находятся рядом.

Один такой массивный ветряк может снабдить электричеством до 2 000 частных домов. Учитывая то, что Дания – очень маленькая страна, то выполнение государственной программы нельзя поставить под какие-либо сомнения.

Небольшие постройки оснащаются не таким глобальными техническими агрегатами. Большинство фермеров используют более мелкие ветрогенераторы, чтобы оснастить свои сельскохозяйственные угодья необходимым количеством электричества, и быть уверенным, что оно всегда будет в достатке.

Летающие ветрогенераторы — прорывная инновация?

Ветроэнергетика — один из ведущих секторов современной энергетики, который развивается крайне динамично. В течение прошедших трех лет в мире ежегодно строилось более 50 гигаватт ветряных электростанций (для сравнения, 50 ГВт — это вся российская гидроэнергетика).

Промышленная ветроэнергетика — капиталоемкая отрасль. Для того, чтобы «поймать» ветер, энергетики стремятся забраться все выше, строят башни, которые скоро достигнут 200-метровой высоты. Это весьма сложная, с инженерной точки зрения, и ресурсно-затратная задача.

В офшорной ветроэнергетике фундамент и монтаж ветряка — это порядка 30% капитальных расходов. Чем глубже в море — тем дороже. В материковой ветроэнергетике увеличение размеров ветряков создаёт серьезные логистические вызовы – большие башни и длинные лопасти сложно доставлять.

Не удивительно, что делаются многочисленные попытки снизить капитальные затраты и, соответственно, стоимость киловатт-часа электроэнергии, производимой на основе энергии ветра.

Другое инновационное направление — это воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращённо AWE), запускающая в небеса на высоты 200, 400 или даже 1000 метров летающие ветряные электростанции — дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащённые ветряными турбинами или приводящие в действие наземные генераторы с помощью своих «поводков».

Летающие ветрогенераторы не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. При этом они работают с хорошим «коммерческим» ветром — на высотах в несколько сотен метров ветер стабильнее и сильнее. Поэтому коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) воздушных ветряных электростанций достигает 70%, в то время как эффективные офшорные электростанции работают с КИУМ, в среднем не превышающим 50%.

Воздушная ветроэнергетика – это все еще перспективная инновация, в которую инвестировали, в общей сложности порядка $ 200 млн., такие имена, как Google, EON, Shell, Schlumberger, Tata, Softbank и другие. Насколько близка коммерческая эксплуатация?

Энергетический концерн E. ON в сотрудничестве со Schlumberger и Shell в 2016 году инвестировал в шотландский ветроэнергетический стартап Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.

В апреле текущего года E. ON заключил соглашение в голландской Ampyx Power по поводу разработки морской опытной площадки для размещения ветряной фермы у берегов Ирландии. Ampyx Power разрабатывает Воздушную ветроэнергетическую систему Airborne Wind Energy System (AWES). Суть её в следующем.

Инновационная ветротурбина

Уникальная двухроторная ветротурбина ИнС-в-1000 мощностью 1 мВт

Каждый из двух роторов имеет рабочее колесо с 4-5 лопастями. Двухроторная компоновка позволила увеличить производительность по выработке электроэнергии в 2-2,5 раза в сравнении с известными 3-х лопастными турбинами, что в несколько раз уменьшает как площади отведения земли под строительство электростанции, так и срок окупаемости вложенных инвестиций. Весьма важно, что в ИнС-в-1000 удалось избавиться от вредного для человека, животных и растений инфразвука. Вращающий момент от турбины передается на основной генератор через дифференциал планетарного типа, что обеспечивает равномерное вращение вала и стабильную выработку электроэнергии в не зависимости от скорости ветра. Это, в свою очередь, дает возможность подключать установки в сеть ЛЭП без дорогостоящих подстанций. Разработка ИнС-в-1000 запатентована на российском и международном уровне, успешно прошла множество экспертиз.

Конкурентные преимущества ИнС-в-1000 в сравнении с зарубежными аналогами

1. Главное преимущество установок серии ИнС-в заключается в применении двухроторной системы (2 рабочих колеса с 4-5 лопастями) и дифференциала (мультипликатора) планетарного типа, что позволило в 3 раза увеличить КПД, снизить уровень шума до 43 дБ (шорох листьев на деревьях), исключить опасный для человека и животных инфразвук в диапазоне 3-12 Гц.

2. Выход на рабочий режим при низкой скорости ветра

Существующие зарубежные ветроэнергетические установки мощностью 1 МВт достигают номинальной мощности при скорости ветра 10,5 — 16 м/с. Российские установки серии ИнС-в, благодаря двухроторной схеме и дифференциалу, достигают заявленной номинальной мощности при скорости ветра от 8 м/с.

3. Работа при порывистом ветре, шторме и ливне

Известные зарубежные ветроэнергетические установки при скорости ветра свыше 20-25 м/с переводятся в пассивный режим (режим флюгирования) и останавливаются, чтобы избежать разрушения конструкций. Российские установки серии ИнС-в за счет высокой прочности и успешного технического решения будут продолжать вырабатывать максимум энергии при скорости ветра до 60 м/с.

4. Стабильная работа электрогенератора

С учетом порывов ветра, все известные зарубежные установки снабжаются дорогостоящими узлами переключения скоростей или вариаторами оборотов, которые обеспечивают рабочий диапазон электрогенератора. При этом частота и напряжение вырабатываемого тока колеблются, что исключает прямое включение ветроэнергетической установки в общую сеть или ее прямое подключение к потребителям. В российском оборудовании серии ИнС-в имеется дифференциальный мультипликатор, который при изменении скорости ветра, обеспечивает стабильные обороты генератора, что обеспечивает прямое включение ветроэнергетических установок в сеть.

5. Отсутствие инфразвука на всех режимах работы

Трехлопастные ветроэнергетические установки (особенно, их ветропарки) являются источником инфразвука в опасном частотном диапазоне. Пребывание на такой территории ограничено вплоть до изъятия земель из сельскохозяйственного оборота. Несколько стран законодательно ограничили расстояния от трехлопастных ветроустановок до мест проживания людей.

В российском оборудовании, благодаря двухроторной компоновке в сочетании с дифференциальным мультипликатором, уровень звуковых частот находится на безопасном уровне звука шороха листвы. Полностью исключаются опасные для человека и животных инфразвуковые частоты в диапазоне 3-12 Гц психотропного воздействия.

6. Высокий КПД 0,75-0,8

В российском оборудовании серии ИнС-в за счет двух соосных роторов ветротурбины и наличия дифференциального мультипликатора величина КПД составляет 0,75 — 0,8.

7. Меньшая площадь земельного участка для строительства ветропарка

Инновационная конструкция, благодаря спрямленному потоку за соосной ветротурбиной, позволяет размещать ветроэнергетические установки на удалении друг от друга в пределах 1,5-2 диаметров рабочего колеса, что в 2-3 раза сокращает площадь земельного участка, арендуемого инвестором для строительства ветропарка.

8. Короткий срок окупаемости вложенных инвестиций

Годовая выработка электроэнергии российских ветротурбин серии ИнС-в в 2-3 раза выше годовой выработки любой трехлопастной ветроустановки в тех же условиях. Соответственно, срок окупаемости вложенных инвестиций значительно сокращается и обычно составляет порядка 4-6 лет, чем при использовании стандартных однороторных ветроустановок.

9. Отсутствие дорогостоящих подстанций

Подключение российских ветроэнергетических установок серии ИнС-в осуществляется напрямую в общую сеть и не требует строительства дополнительных дорогостоящих подстанций или инверторов переменного тока. С учетом этого, резко сокращаются затраты на производство дополнительного оборудования, а также на стоимость этих монтажных работ.

10. Применение новых материалов

Конструкция ветроэнерготурбин серии ИнС-в имеет высокую степень надежности всех механических узлов. Использование новых материалов позволило снизить общую массу и габариты конструкции до 30%. Удалось значительно уменьшить момент инерции вращающихся деталей. Обеспечена высокая степень экологической безопасности к окружающей среде.

Инновационный ветродвигатель «Альбатрос»

Прототип «Альбатроса» на испытаниях на крыше здания

Главное отличие чебоксарской разработки от известных аналогов – наличие средств механизации крыла, как на самолётах. На «Альбатросе» установлены управляемые щелевые закрылки Фаулера.

Специалистам по аэродинамике известно, что щелевые управляемые закрылки позволяют увеличить подъёмную силу крыла в 1,6 раза. Они также помогают улучшить обтекание крыла, сместив точку срыва потока к его концу. Благодаря механизации инженеры компании смогли реализовать адаптивное управление крыльями – они сами подстраиваются под ветер, автоматически меняя и угол атаки, и профиль крыла. Последний также существенно улучшен. Так, если в роторе Дарье профиль крыла имеет солидное утолщение, для которого требуются значительные материалозатраты на производстве и которое увеличивает массу крыла, то здесь профиль крыла почти в четыре раза тоньше, само оно проще в изготовлении, легче и, как следствие, быстроходнее.

Крылья изготавливаются из стеклопластика, а потому не подвержены обледенению, что особенно актуально для эксплуатации в северных районах.

Необходимая подъёмная сила на старте и разгоне достигается с помощью простой (в отличие от самолётной) системы механизации крыла, обеспечивающей автоматическое, адаптивное управление его конфигурацией и углом атаки. Изюминка разработки и ноу-хау конструкторов – именно система механизации крыльев.

Благодаря ей «Альбатрос» демонстрирует уникальные технические характеристики. Так, действующий прототип запускается при скорости ветра всего 0,7 м/с (с подключённой нагрузкой) и обеспечивает устойчивый заряд аккумулятора при всего 1,5 м/с. Номинальная скорость ветра равна 5 м/с, предельная – более 20 м/с (максимально зафиксированная в районе испытаний), КИЭВ – 50%

При этом сама ветроустановка получилась бесшумной в работе, что позволяет монтировать её на крышах домов или опорах в непосредственной близости от жилых помещений. Вращение ветроротора напрямик передаётся на тихоходный электрический генератор (не нужен мультипликатор), что значительно упрощает конструкцию.

В процессе опытной эксплуатации конструкторы изменили схему крепления крыльев, повысив ветроустойчивость. «Альбатросу» на крыше довелось испытать порывы ветра до 25 м/с. Выяснилось, что конструкция не требует остановки при сильных порывах ветра для предотвращения поломки. Наоборот, желательно, чтобы ротор продолжал вращение. Он не разгоняется выше критических оборотов, поскольку закрылки начинают  играть роль аэродинамического тормоза.

Предварительные результаты опытной эксплуатации показали, что уже при небольших скоростях ветра (от 1,5 м/с) на роторе «Альбатроса» возникает большой крутящий момент. Значит, для нужд потребителей можно будет эффективно использовать малые и средние ветры, которые характерны для основной части территории России.

В потоке

По окончании испытаний опытного образца предполагается организовать производство целой линейки «Альбатросов» с мощностями от 1,5 до, в перспективе, 100 кВт. Однако к началу серийного производства необходимо решить задачу комплектации установок тихоходными (до 100 об./мин.) электрогенераторами. Дело в том, что подобные генераторы серийно не выпускаются. Конструкторы тихоходных ветроустановок вынуждены самостоятельно изготавливать генераторы для своих нужд или приспосабливать имеющиеся. 

Ветровая энергетика Дании

В Дании ветрено. Этот факт объясняет, почему страна лидирует в развитии ветровой электроэнергетики.

В Дании ветрено. Это помогает понять, почему в стране так хорошо развито использование силы ветра. В стране на долю электроэнергии, получаемой с помощью ветра, приходятся 28%. Примеру Дании хотят следовать многие страны, которые ищут стабильные решения энергетических проблем для будущего.

Тем не менее, наличие обильных ветров не обязательно является синонимом развитой ветровой электроэнергетики. Датское достижение 28% -ной доли ветровой электроэнергетики в энергетической системе основывается на нескольких ключевых факторах, сделавших страну центром ветровой электроэнергетики.

Инициатор ветровой электроэнергетики

Дания играет важную роль в развитии береговой и прибрежной ветровой электроэнергетики в мире. Главнейшие уроки были получены в первые годы установки ветровых турбин на территории страны. Ветроэнергетическая промышленность развивалась на основе инновационного мышления и опыта, с помощью которых были получены ключевые знания по производству, проектированию и установке ветровых турбин, пользующихся спросом во всём мире. К настоящему времени датскими компаниями установлено более 90% всех работающих в мире прибрежных ветровых турбин. 

Стремящаяся к постоянному снижению стоимости электроэнергии Дания, предполагается, останется главным игроком на рынке прибрежных ветровых турбин в течение ближайших лет. В этом десятилетии прогнозируется десятикратное увеличение прибрежных ветрогенерирующих мощностей Европы.

Прибрежная ветровая станция Horns Rev (Horns Reef) мощностью 160 МВт на западном побережье Дании.

Ветровая электроэнергетика — сильный конкурент

Датчане приветствуют развитие ветровой электроэнергетики. Недавние исследования показали, что большая часть населения приветствует увеличение доли ветровой электроэнергии в энергетической системе страны. Дания является страной с прогрессивной энергетической политикой, направленной на увеличение доли возобновляемой электроэнергетики, ветровой в частности.

Политическая поддержка основывается на том, что береговая ветровая электроэнергетика конкурентноспособна по цене в сравнении с любой вновь построенной электрогенерирующей технологией, и что ветер неисчерпаем, постоянен и всегда бесплатен. Основываясь на вышеизложенных обстоятельствах, ветровая электроэнергетика сегодня является частью главных источников дохода от экспорта для датской экономики.

Ветровые турбины в форме деревьев будут установлены в Париже

Изобретатель признает, что эффективность его деревьев ниже по сравнению с установками, ориентированными на более высокие потоки воздуха, но верит, что деревья стоимостью 23500 фунтов более удобны и меньше раздражают, чем обычные «монстрообразные» ветровые турбины.

Деревья высотой 26 футов, «листья» которых представляют собой лопасти, потенциально могут окупиться в течение года при средней скорости ветра 7,8 метра в сек. (в оригинале стоит 7,8 mph, то есть метров в час, но это, видимо, ошибка). Электроэнергию они начинают вырабатывать при скорости ветра от 4,5 метров в сек. 

 

Новые разработки ветровых электростанций

Makani Energy Kite — электростанция на воздушном змее

Целью разработки было достижение конкурентоспособности ветровой энергии по сравнению с энергией, получаемой из ископаемого топлива. Энергетический воздушный змей (Energy Kite) — это новый тип ветровой турбины, генерирующий больше энергии при меньших материальных затратах.

Работа воздушного змея Makani основана на тех же самых принципах аэродинамики, что и у обычных ветровых турбин, но вместо тонн стали он использует прогрессивные материалы, легковесную электронику и умное программное обеспечение.

Воздушный змей запускается с наземной станции, взлетая вертикально подобно вертолету, пока не достигнет высоты 800 футов над уровнем земли. Достигнув этой высоте он начинает вырабатывать энергию, летая кругами и выбирая ту высоту, где ветер более сильный и постоянный.

Лопасти, размещенные на крыльях, вращают генераторы, которые производят электроэнергию. Прочный канат, удерживающий змея, является одновременно кабелем, по которому энергия доставляется на землю. Бортовой компьютер управляет полетом, используя специальные сенсоры и GPS, для выбора наиболее сильного и постоянного ветра.

Преимущества воздушного змея по сравнению с обычными ветровыми турбинами

-Генерирует на 50% больше энергии, используя на 90% меньше материалов.

-Способен находить сильный и постоянный ветер.

-Может использоваться в регионах, не подходящих для строительства обычных ветровых турбин.

-Безопаснее и проще в эксплуатации, не требует кранов или вертолетов для обслуживания.

Ветротурбины с поперечной осью вращения

Лилананда полагает, что его создание имеет множество преимуществ: турбина может вращаться в соответствии с направлением ветра, она безопаснее для птиц и летучих мышей, она производит меньше шума и может быть построена используя дешевые местные материалы. Он также верит, что турбина такого типа потенциально может генерировать до 20 Мегаватт энергии для коммерческих нужд.

К недостаткам турбины можно отнести то, что она имеет больше движущихся частей, в силу чего может потребовать больше трудозатрат при обслуживании. Тем не менее, она может найти практическое применении в сельской местности для энергоснабжения ферм и водяных насосов.

Выбираем ветрогенератор

Во многом эффективность выработки электроэнергии с использованием ветра зависит от вида ветрогенератора. Ветряные электроустановки бывают нескольких типов, различаясь по расположению оси (горизонтальные и вертикальные), по количеству лопастей (одно-, двух-, трехлопастные и многолопастные), по материалу, из которого изготовлены лопасти (жесткие и парусные), по шагу винта (фиксированный и изменяемый). Рассмотрим различные варианты.

Генераторы с фиксированным и изменяемым шагом винта

На первый взгляд изменяемый шаг винта ветрогенератора представляется наиболее предпочтительным, ведь подобная конструкция более эффективна за счет использования различных скоростей движения ветра.

Если у ветрогенератора с фиксированным шагом винта эффективность снижается при изменении скорости ветра, то за счет изменяемого шага винта эффективность продолжает поддерживаться на максимальном уровне и при изменении скорости (фиксированный шаг обуславливает максимальную эффективность при определенных скоростях, а изменяемый – увеличивает диапазон таких скоростей).

Но тут подстерегает и существенный минус: использование системы с изменяемым шагом винта означает повышение стоимости как самого ветрогенератора, так и его эксплуатации, а главное – уменьшение надежности ветрогенератора за счет усложнения конструкции и увеличения веса ветроколеса.

Поэтому изменяемый шаг винта применяется редко, а в основном используется фиксированный – надежность и простота обслуживания компенсируют потери в эффективности и делают эксплуатацию оборудования более удобной.

Материал и виды лопастей

Лопасти ветрогенератора могут быть как парусные, так и жесткие (крыльчатые). Парусные лопасти по внешнему виду напоминают мельничные крылья или корабельные паруса и работают по тому же принципу: за счет давления на их поверхность воздушных масс.

К сожалению, подобный тип лопастей не использует энергию ветра максимально эффективным образом, так как в этом случае не используется аэродинамическая составляющая, а в результате используется около 10% от поступающей энергии.

Еще одним недостатком является довольно невысокая прочность лопастей. Высокая парусность и постоянное давление ветра приводит к быстрому выходу из строя лопастей – за счет постоянных нагрузок. Кроме того, обычно для парусных лопастей используются такие материалы, как фанера, пластик, жесть, реже – специальные ткани (например, баннерная ткань, представляющая собой смесь полиэстера и пластификатов, что придает ей большую прочность). Эти материалы общедоступны и достаточно недороги, но их устойчивость к тем нагрузкам, которым подвергаются лопасти ветрогенератора, недостаточно высока.

Обычно парусные лопасти приходится заменять раз в год, а то и чаще, что существенно удорожает эксплуатацию оборудования. Поэтому парусные лопасти чаще всего используются в самодельных ветряных генераторах, как наиболее простые в изготовлении.

В ветрогенераторах промышленного производства применяются крыльчатые лопасти: такие лопасти максимально используют энергию ветра, а их форма и материалы, и которых они изготавливаются, позволяют с успехом противостоять разрушающим воздействиям окружающей среды.

Количество лопастей

Количество лопастей ветрогенератора может быть совершенно различным, в зависимости от области применения оборудования. Дело в том, что много-лопастные генераторы начинают вращение при минимальных скоростях ветра, однако они мало пригодны для выработки электроэнергии: небольшие скорости ветра и высокое сопротивление ветроколеса при большом количестве лопастей не обеспечивают нужных оборотов. В результате получается, что до достижения рабочих оборотов необходима высокая скорость ветра! Поэтому подобные конструкции используются в качестве подъемных устройств (например, для подъема воды из колодцев) – в этих случаях важны не обороты, а просто вращение ветрового колеса.

Для выработки электроэнергии используются одно-, двух- и трехлопастные ветрогенераторы. Что интересно: одно-лопастные ветрогенераторы способны работать даже при малых скоростях ветра, более низких, чем двух- и трехлопастные.

Расположение рабочей оси вращения

Расположение рабочей оси вращения ветрового генератора может быть как горизонтальным, так и вертикальным. У каждого из этих видов есть как свои плюсы, так и минусы, и, выбирая ветрогенератор, приходится учитывать и то, и другое.

Из вертикальных ветрогенераторов старейшим считается изобретение Савониуса, которому вот уже два столетия. Ветровой генератор Савониуса представляет собой несколько полу-цилиндров (от двух и более), закрепленных на вертикально расположенной оси. Основным преимуществом такого ветрогенератора перед горизонтальными является то, что он работает при любом направлении ветра. К сожалению, при этом наблюдаются низкие показатели использования энергии ветра – не более 25-30%. Ветрогенератор Савониуса нередко используется народными умельцами при самостоятельном изготовлении ветроэлектрической установки, для изготовления лопастей применяются металлические (иногда пластиковые) бочки.

Ротор Дарье

Ротор Дарье – еще один вариант вертикального расположения рабочей оси вращения. В этом случае используются плоские лопасти. Основной плюс ротора Дарье – простота изготовления и последующего монтажа. Эффективность его такая же, как и у ветрогенератора Савониуса, но имеется и дополнительный недостаток: ротор Дарье не может запускаться самостоятельно.

Наибольшую эффективность из вертикальных ветровых генераторов демонстрируют генераторы с много-лопастным ротором.

Реже всего используются вертикальные ветряки с геликоидным ротором. Закрутка лопастей обеспечивает равномерное вращение ветроколеса, но сложность изготовления приводит к слишком высокой цене, что ограничивает применение таких ветрогенераторов.

Ветровые генераторы с горизонтальной осью вращения используются чаще, чем вертикальные ветряки, так как их КПД существенно выше. К недостаткам горизонтальных ветрогенераторов относится необходимость установки флюгера, так как ветроколесо такого типа должно постоянно устанавливаться по ветру.

Подобного типа ветрогенераторы могут быть одно-лопастными, двух-, трех- и много-лопастными. Одно-лопастные генераторы имеют самые высокие обороты вращения, а масса и габариты всей установки невелики. Конструкционные особенности делают такие ветрогенераторы не только практически бесшумными, но и недорогими.

Двухлопастные ветрогенераторы близки по характеристикам к одно-лопастным (основное конструкционное различие их в том, что в одно-лопастных вместо второй лопасти используется противовес).

Из вертикальных ветряков наиболее часто для выработки электроэнергии используются трехлопастные. Особенно активно такой тип ветрогенераторов применяется в частных хозяйствах для обеспечения энергией загородных домов и коттеджей.

Для водяных насосов используются много-лопастные вертикальные ветрогенераторы. Вырабатываемая ими мощность недостаточна, чтобы применять их для производства электроэнергии, но среди устройств, служащих для подъема воды из скважин, такие устройства являются на данный момент наилучшими.

Использование магнитной левитации

Применение новейших технологий и известного даже школьникам закона электромагнитной индукции Лоренца-ленца позволили создать ветрогенератор, который объединяет плюсы генераторов с вертикальным и горизонтальным ротором. В этом генераторе отсутствует механическое трение, нет щеток – это делает устройство чрезвычайно надежным, а обслуживание – чисто символическим (самые «больные» места стандартных  генераторов – подшипники, которые довольно быстро изнашиваются из-за трения, также часто приходится заменять щетки).

Ветрогенераторы, использующие явление магнитной левитации, изготавливаются с вертикальным расположением ротора. Их срок эксплуатации гораздо больше, чем у стандартных ветряков, к тому же, они работают практически бесшумно.

Ветрогенераторы без лопастей

Современные технологии позволяют создать и такое чудо, как ветровой генератор, у которого полностью отсутствуют лопасти. Больше всего устройство похоже на антенну для спутникового ТВ – плоская тарелка.

Ветрогенератор без лопастей работает почти без шума, эксплуатационные расходы ниже почти на 50% по сравнению с классическими устройствами, а КПД – значительно выше.

Также в мире начат серийный выпуск поплавковых электростанций, в которых вместо энергии ветра используют движение морских волн – за счет раскачивания волн приводятся в движение поршни гидравлических двигателей, ну а затем полученная механическая энергия преобразуется в электрическую.

Ветровые генераторы в домашнем хозяйстве

В настоящее время все больше владельцев частных домов и коттеджей задумываются об установке ветровых генераторов. При этом чаще всего их внимание обращено на вертикальные ветряки, если устройство покупается, и на горизонтальные – у тех, кто изготавливает устройство самостоятельно.

Следует заметить, что сроки окупаемости такого оборудования достаточно длительные, если учитывать стоимость аккумуляторных батарей. Но без аккумуляторов невозможно обеспечить бесперебойное снабжение дома и подворья электрической энергией с помощью такого генератора.

Чаще всего бытовые генераторы используются в сочетании с другими источниками энергии, такими, как гелио-панели. Оптимально, если для выработки электроэнергии применяется тандем ветрогенератор/гелио-панели, а для снабжения дома теплом – тепловой насос.

Как вариант – для отопления может быть использован биогаз, но нужное количество можно выработать только при наличии собственной животноводческой или растениеводческой фермы.

Таким образом можно добиться полной автономии дома и хозяйства от внешних «покупных» источников энергии и сделать энергоснабжение своего дома совершенно бесплатным.

Вертикально-осевые ветрогенераторы: за и против

Кто за вертикаль? Кто против?

Если бы мы оказались на собрании специалистов, спорящих какие ветряки выгоднее поставить возле загородного дома или котеджном посёлке – ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, или горизонтальные, то предстала бы такая атмосфера, выдающая плюсы-минусы этих видов ветроустановок. Сначала о преимуществах вертикального ветряка:

-Почти бесшумный при самых сильных порывах ветра;

-Обеспечивает оптимальный КПД при любых ветровых капризах;

-Ловит любые направления движения воздуха;

-Неприхотлив;

- Отсутствие токосъёмных щёток не требует их замены;

-Берёт старт при минимальном дуновении ветерка до 1 м/сек;

-В его конструкции используется лишь один подшипник за счёт левитации оси;

-Его можно располагать вблизи дома, или на крыше;

-Не требует дополнительных приборов для запуска;

-Совершенно безобиден для птиц, пчёл, окружающей среды;

-Не боится мокрых снегопадов и обледенений.

А те, кто предпочтение отдаёт горизонтальным ветрякам, отмечают один из немногих, но существенных недостатков вертикалок:

-Не эффективно используют ветровую энергию по сравнению с горизонталками;

-Больше уходит материала на их сборку;

-Заметная разница цен в сторону завышения.

Их оппоненты не сдаются: ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, возражают они, неприхотливы к порывам ветра при любых направлениях (вихреобразных), что даёт возможность устанавливать их в местах с небольшими пространствами. Кроме того, им безразличны разрушительные ураганы, так как при увеличивающейся скорости вращения повышается устойчивость оси с крыльчаткой. В довершение преимуществ вертикалок перед традиционными горизонтальными ветроустановками является то, что их можно использовать где угодно: на крышах домов, на платформах, вышках, таёжных бытовках, вагончиках.

Да, горизонтальный ветряк дешевле, зато вертикальный не потребует больших средств при монтаже и установке. Да, горизонтальный ветрогенератор имеет более высокий КПД, зато роторный ветрогенератор не требует поднятия на большую высоту, чем упрощает его эксплуатацию. Да, горизонтальный ветряк требует меньше материала на крыльчатку, зато его собрат более устойчив к ураганным ветрам.

Как говорится, кто куда, а я в сберкассу. Кто за что, а большинство за вертикальные ветряки. Тем более, с каждым годом изобретатели усовершенствуют эту установку и она скоро выйдет в число лидеров по спросу.

Ветер – на деньги!

Стоп! Вы не ошиблись, случаем, в смысле заголовка? Не поменять ли слова местами? – можешь спросить уважаемый читатель. Нет, когда речь идёт о том, как роторный ветрогенератор победно шествует по нашей планете, уверенно занимает место под солнцем, — такое словосочетание вполне приемлемо.

Для доказательства данного утверждения можно привести один пример из тысячи вариантов. Возьмём подобное детище конструктора Александра Сергеевича Абрамова. На просторах России именно ему принадлежит идея выгодного использования роторного ветрогенератора. Потому что при главном достоинстве этой установки работать при малейшем дуновении воздуха, при любом его направлении, такой ветрогенератор как нельзя лучше пригоден для слабых российских ветров.

Кто будет спорить с тем, что выгоднее иметь подле своего дома более чувствительную ветроустановку, чем ту, которая согласна работать только при довольно сильных ветрах. А где такие найдёшь на бескрайних просторах России?

Именно Абрамову впервые в России пришла мысль перейти на производство, а также на внедрение таких ветрогенераторов. Что самое ценное в этой идее – при вечном дефиците материалов для строительства ветряка, да плюс при знаменитой выдумке русского народа – такую установку может смастерить даже самый ленивый сельский мужичок. Не верите?

Подобный ветрогенератор без особого труда можно сконструировать из самых подручных материалов, валяющихся буквально под ногами: из больших, 3-х литровых пластиковых бутылок, из жестяной банки, фанеры или текстолита, стальной оси, бросового электромотора. Схема вертикального простейшего ветродвигателя из консервной банки (см. на рис).

Достаточно разрезать бутылку пополам, скрепить её вогнутыми сторонами в противоположные стороны, а по центру смастерить ось вращения, которая должна быть связана с генератором. Всё. Ветряк готов к работе. Можете брать его в походы. Он осветит вашу таёжную, походную палатку, зарядит батарейку телефона, ноутбука.

Здесь необходимо пару слов сказать о самом Абрамове. Александр Сергеевич – старейший приверженец мастеровитости, ни одного дня не представляющий себя без технического творчества.

В его мозгах, а потом на бумаге, появлялись всё новые модели двигателей, которые работают за счёт немыслимых, для поверхностного взгляда, источников энергии. До самых своих последних дней (а прожил он 96 лет), Александра Сергеевича интересовали роторные ветрогенераторы, которым он предсказывал большое будущее. Изобретатель был глубоко убеждённым в том, что из ветра-таки можно делать деньги. Причём, легко.

Вот ещё наглядный пример самостартующегося ветрогенератора с вертикальной осью при скорости ветра меньше 1 м/сек. В этом видео показан экспериментальный образец вертикального ветряка, который начинает вращаться в условиях совсем незначительного движения воздуха. Даже ветки деревьев неподвижны, а ветряк медленно вращает свои крылья, радуя глаз изобретателя.

В заключение необходимо добавить, что роторные ветрогенераторы мало того, что бесшумны, способны работать при любых ветрах. Сегодня они выпускаются с двух и трёх – ярусными роторами применительно к мощности установки и господствующим в данной местности ветрам.

Виды ветродвигателей

Для начала давайте договоримся, что говоря о ветродвигателях мы имеем в виду ту часть ветро-силовой установки (ВСУ), которая преобразует энергию ветра в энергию вращательного движения. Ветродвигатель приводится в движение ветром, он напрямую или посредством какого-то передающего механизма связан с валом, вращение которого приводит в действие оборудование, выполняющее полезную работу (например, генератор или водяной насос). Часто ветродвигатель называют ротором или ветроколесом.

Компас выбора

В первую очередь, надо чётко знать, что тебе надо, какую желаемую мощность ожидаешь получить от своей установки, какие погодные условия местности и после всего переходить к детальному знакомству с тем или иным типом ветряка. А различные виды ветрогенераторов выдают совершенно разные результаты своей работы. В данной публикации вы узнаете, какие типы ветрогенераторов существуют на сегодняшний день,

И вам нетрудно после знакомства с ними сделать правильный выбор.

Для скромных аппетитов подходящим выбором будет так называемый ортогональный ветрогенератор, который может подойти к применению в той местности, где бывают очень слабые дуновения ветерка. Он имеет несколько параллельных к оси лопастей, расположенных на некотором расстоянии от неё. 

Итак, ветрогенераторы по своему виду различаются по:

-Количеству лопастей,

-Материалам, из которых изготовлены лопасти,

-Расположению оси вращения к поверхности земли,

-Шаговому признаку винта.

По числу лопастей они бывают одно-двух-трёх и многолопастные. Последние начинают своё вращение при малейшем движении воздуха, но применимы лишь для таких целей, где сам факт вращения важен, а не вырабатываемая электроэнергия. То есть, они незаменимы, скажем, при перекачке воды из глубоких колодцев.

По материалам, из чего сделаны лопасти, различают жёсткие и парусные ветрогенераторы. Парусные намного дешевле жёстких, сделанных из стеклопластика, или из металла, но в ходе эксплуатации можно замучиться ремонтировать их.

По расположению оси вращения к поверхности почвы различают горизонтальные ветрогенераторы и вертикальные. Их отличия настолько деликатны, что при разных условиях они меняются местами в своём превосходстве. С вертикальной осью ветряки сразу схватывают малейшие дуновения ветерка, не требуют флюгера, но они менее мощные, чем горизонтальные.

По шаговому признаку винта ветрогенераторы бывают с изменяемым и фиксированным шагом. Изменяемый шаг, бесспорно, даёт возможность увеличить скорость вращения, но какова конструкция! Она сложна, увеличивает вес ветряка, то есть, потребует неисчислимых лишних затрат. Куда более прост и надёжен фиксированный шаг.

Таков, вкратце, ваш компас, чтобы не заблудиться в выборе. Нужно еще привести список некоторых терминов и сокращений, которые будут использованы в дальнейшемю

-КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).

-КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.

-Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.

-Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.

-Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.

-Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.

-Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.

-Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.

-Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.

-Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.

-Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.

-Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

Два вида, два соперника

Как уже было отмечено, в продаже пока существуют ветрогенераторы двух видов (по расположению вала вращения к поверхности земли) – горизонтальные и вертикальные. Поговорим вначале о вертикальных.

Ветросиловые установки (ВСУ) с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок.

Ротор Савониуса

На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса.

В начале октября 1924 года русские изобретатели братья Я. А. и А. А. Воронины получили советский патент на поперечную роторную турбину, в следующем году финский промышленник Сигурд Савониус организовал массовое производство подобных турбин. За нам и осталась слава изобретателя этой новинки.

Ротор Ворониных-савониуса, или для краткости, ВС, это, как минимум, два полуцилиндра на вертикальной оси вращения (см. фото). И какое бы направление ветра не было, как бы резко он не изменял свои порывы, такой ветряк будет спокойно вращаться вокруг своей оси, вырабатывая энергию. Это единственное и главное преимущество вертикального ветряка перед горизонтальным.

А главный его недостаток – низкое использование ветровой энергии.