В ЭУ группы eds и ветряные турбины с вертикальной осью российского производства

Страница 4 из 11

• Новые сообщения
• Лучшие темы

Один из способов получения энергии – это использование силы ветра. Установив ветряной преобразователь, можно превратить кинетическое движение воздушных масс в механическое вращение ротора, с которого, в свою очередь, перенаправить крутящий момент, например, на электрический генератор. Таким образом, будет выработана электроэнергия от возобновляемого природного источника, — ветра.

Устройства, преобразующие движение воздушных потоков в электрическую энергию, называют ветряными генераторами (ветрогенератор, ветряк).

Виды

Основное деление осуществляется по конструктивной особенности:

• ветрогенератор с горизонтальной осью вращения основного ротора;
• механизм с вертикальной осью вращения.

В этой статье будут рассмотрены устройства с вертикальной осью вращения основного ротора.

Биоразлагаемые лопасти

Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках. Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.

Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.

Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.

Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.

Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.

Вертикальные ветряки

Общее устройство вертикальной конструкции состоит из нескольких узлов:

• Колесо с лопастями, — основной ротор, воспринимающий силу воздушного потока. Назначение – преобразование кинематической энергии ветра в механическую, путём создания крутящего момента на валу.
• Редуктор, — синхронизирует вращательное движение и создаёт определённую скорость вращения вала генератора.
• Генератор, — устройство, вырабатывающее электрический ток посредством преобразования крутящего момента в магнитное поле и создания в проводке разности напряжений.
• Аккумуляторная батарея, — накапливает и выдаёт постоянный ток величиной около 12 Вольт.
• Инвертор, — устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный со значением 220 Вольт.

На самом деле, электрическая часть более сложная, и включает блок управления, стабилизации, соединения с несколькими потребителями.

Принцип работы

Преимущества и недостатки

• Малые начальные значения скорости ветра для начала движения ротора ветрогенератора. Для отдельных моделей эти показатели начинаются с 0,3м/сек. Но следует учитывать, что реальная отдача от ветряка начнётся при движении воздушного потока со скоростью не менее 3–5м/сек. Номинальная мощность генератора будет при скоростных показателях, находящихся в диапазоне 10–18 м/сек.
• Не зависит от направления движения воздушного потока, — конструкция вертикального ветряка способна улавливать ветер под любыми углами атаки ветра.
• Вертикальный ветрогенератор обладает низким звуковым фоном, — значения, в отличие от горизонтальных конструкций, редко превышают порог в 18–20Дб. Кроме этого, отсутствуют частоты близкие к нижнему порогу, — так называемый инфразвук, который негативно сказывается на здоровье человека. Отсюда следует, что монтаж установок возможен непосредственно рядом с жильём людей.
• Выработка электромагнитного излучения минимальна и не ощущается окружающими. Конструкция не создаёт опасных и разрушительных вибраций.
• Вертикальный ветрогенератор не опасен для птиц, в силу того, что он воспринимается ими как единое препятствие, которое надо обогнуть. Для горизонтального устройства, — опасность для пернатых представляют движущиеся лопасти, которые птицы не ассоциируют с препятствием и поэтому сталкиваются с ними.
• Ветряк на вертикальной оси, благодаря своей конструкции, не требует принудительных механизмов для запуска, — движение ротора начинается при достижении воздушным потоком минимальных значений давления.
• Работает при любых климатических условиях, может противостоять сильным порывам ветра, вплоть до ураганных значений.
• Устройство просто в эксплуатации, — несложная система управления и малые текущие расходы, необходимые для поддержания рабочего состояния, делают этот тип ветряка привлекательным для частного использования.

• Коэффициент эффективного преобразования ветрового потока у вертикальной конструкции в 2–2,5 раза ниже по сравнению с горизонтальным устройством.
• Вертикальный ветрогенератор обладает большей материалоёмкостью, нежели конструкции, выполненные по другим схемам.
• С определённого значения мощности, некоторые конструкции сильно увеличиваются в размерах, что негативно сказывается на планировке полезной площади участка.

Виды ветрогенераторов с вертикальной осью вращения

Многочисленные конструкции с вертикальной осью вращения объединяются в основные группы:

• ветрогенератор с ротором Дарье, — ортогональное устройство;
• генератор на роторе Савониуса;
• вертикально-осевая конструкция ротора;
• геликоидный ротор;
• многолопастная конструкция с направляющими элементами.

Ротор Дарнье

Внешне, такой ветрогенератор выполнен с двумя или тремя лопастями, изогнутыми в форме овала.

• самостоятельная ориентация на направление воздушного потока;
• основной вал привода располагается вблизи уровня земли, что создаёт удобство в его обслуживании;
• простая кинематическая схема конструкции.

• отсутствует возможность в самостоятельной раскрутке;
• высокая нагрузка на опорные узлы, вызванная динамическим воздействием от воздушных потоков;
• необходимость строго придерживаться заданного профиля лопасти по всей её длине;
• достаточно шумен в работе.

Ротор Савониуса

Представляет собой конструкцию, в которой лопасти ротора выполнены в виде цилиндрических поверхностей.

• способность запускаться при малых значениях ветра, — движение начинается при значениях от 3м/сек;
• быстрый набор высоких показателей крутящего момента;
• высокая надёжность конструкции;
• недорог в производстве.

Ротор Савониуса зачастую применяют в комбинированных устройствах, — для разгона ветрогенератора, выполненного по схеме ротора Дарье.

Вертикально-осевой ротор

Отличительная особенность такого ветрогенератора – это то, что вертикально расположенные лопасти имеют профиль авиационного крыла, ось которого параллельна вертикальному валу.

Внешне близок в ротору Дарье, но более прост в изготовлении. Быстро набирает рабочую скорость, при этом существенно меньше издаёт звуковых волн. Конструкция отличается надёжностью при эксплуатации.

Геликоидный ротор

Этот тип устройства продолжает развитие вертикально-осевого ротора. Лопасти последнего выполнены в форме геликоидной кривой, что придаёт конструкции более равномерное вращение и снижает нагрузки на опорную часть.

Изгиб лопастей ротора по диагонали способствует быстрому набору скорости. Эффективность использования ветрового потока близка к горизонтальным устройствам. В то же время, это вызывает повышенный шум при работе и производству звуковых волн, расположенных в коротковолновой части звукового спектра.

Геликоидный ротор дорог в производстве из-за сложной конфигурации профиля лопастей.

Многолопастной ротор

В основе лежит вертикально-осевая конструкция, дополненная внешним кольцом неподвижных лопастей. Такая схема способствует увеличению полезной площади захвата воздушного потока, его сжатию и ускорению, что приводит к повышению эффективности ветрогенератора в целом. Кроме этого, конструкция чувствительна к слабым воздействиям ветра.

Но эта схема приводит к повышению материалоёмкости устройства, что увеличивает его стоимость. В процессе эксплуатации конструкцию сопровождает увеличенный звуковой фон.

Области применения

Однозначно советовать именно вертикальные ветрогенераторы нельзя, всё зависит от того где планируется применять ВЭУ. Если позволяет пространство, на местности наблюдается стабильный хороший ветер и есть варианты для шумоизоляции, то горизонтальный ветрогенератор небольшой мощности с одной лопастью станет отличным выбором.

Полезная статья по теме:

Выбор ветрогенератора с вертикальной осью вращения

А. Ортогональный С. Геликоидный ротор или Ротор Горлова D. Многолопастной ротор E. Ротор Дарье

Перед выбором ветрогенератора следует провести анализ о целесообразности его применения. Что необходимо знать:

• общее средневзвешенное количество дней с силой ветра более 3м/с;
• примерную потребность в электроэнергии;
• возможность установки ветрогенератора на собственном участке.

Климатические условия

Получить данные о ветровой обстановке в месте, где предполагается установка ветрогенератора, можно в метеостанции или воспользоваться данными, приведёнными в интернете или печатных изданиях по географии.

Провести климатические замеры представляется непродуктивным занятием в силу ряда причин:

• необходимо приобрести достаточно дорогое специальное оборудование, в том числе прибор анемометр, фиксирующий скорость ветра;
• наблюдения потребуется снимать в течение минимум одного года;
• желательно организовать несколько точек фиксации воздушного потока, расположенных по высоте на 1, 3–5 и, например, 8–10 метров.

Снятие показателей по высоте объясняется несколькими факторами:

• помехами, вызванными зелёными насаждениями на участке, хозяйственными постройками и забором;
• расположением участка в глубине населённого пункта или дачного товарищества;
• нахождением дома в глубине лесного массива;
• на движение воздушных масс сильно скажется долина, зажатая среди холмов, — это заметно снизит скорость ветра в приземном слое; в то же время, склон холма или крупный водоём способствуют ускорению передвижения воздушных потоков.

Исходя из вышеприведённых сведений, следует:

• Ветрогенератор – как вспомогательный источник электроэнергии, например, для питания теплового насоса при геотермальном отоплении или подъёма воды из скважины и других бытовых нужд. Использование устройства в таком качестве возможно при нахождении дома в глубине населённого пункта, что вызывает ограничения по установке, — при необходимости в мощной конструкции, её необходимо приподнимать над уровнем земли на высоту не менее 3–5 метров, а это потребует дополнительных точек крепления и занятия части земельного участка.
• В случае наличия достаточного свободного пространства, расположения дома на открытом месте, на склоне возвышенности или у крупного водоёма, ветер можно рассматривать как основной источник энергии. Вкупе с солнечными батареями и запасным мотогенератором, ветряной двигатель вполне можно рассматривать в качестве альтернативного источника энергии. Кроме этого, энергия ветра, пожалуй, единственный доступный, достаточно дешёвый возобновляемый источник энергии для удалённых от стационарной электросети, мест.

Для задумывающихся или решивших о приобретении ветрогенератора, приводим ряд простых методов и наблюдений, с помощью которых приблизительно можно определить скорость ветрового потока:

Один из народных методов определения скорости ветра (применим для слабых значений):

• берётся сухая бумага, например, газетная, площадью около 1 см²;
• с высоты около 1 метра отправляется в свободный полёт;
• фиксируется расстояние, на котором бумажка коснётся земли, и время её полёта;
• скорость ветра рассчитывается по формуле V = S/t,

где: V – скорость ветра в м/сек;

S – путь, пройденный бумажкой, в метрах;

t – время свободного полёта в секундах.

Этот метод даёт примерные результаты, но даст общее представление о скоростных величинах. С целью повышения точности данных измерений, опыты целесообразно проводить три-четыре раза подряд.

Потребность в электроэнергии

Для определения количества необходимой энергии необходимо сложить все максимальные мощности электроприборов в доме и на участке, — это и будет пиковая нагрузка. Такое случается очень редко, но рассчитывать необходимо из максимума, — «сэкономленные» ватты электроэнергии пойдут как своеобразный коэффициент надёжности.

В то же время, особенность работы ветроустановки заключается в том, что электроэнергия забирается от аккумуляторных батарей, а генератор их подзаряжает. Поэтому, например, в ночное время, в период минимального расхода тока, энергия ветра полностью идёт на восполнение ёмкости батареи.

Отсюда следует, — при выборе силовой установки целесообразно учитывать эти факторы и помнить о том, что с ростом мощности ветроустановки растёт и её цена.

Возможность монтажа на участке, экономическая целесообразность

Самые существенные препятствия для установки ветрогенератора на своём участке – это взаимосвязь цены, мощности и занимаемой площади на установку.

Например, для вертикально-осевого генератора с тремя лопастями изменения цены, мощности и диаметра составят (данные усреднённые):

• 1 кВт, высота мачты 4м, диаметр турбины около 2 метров, высота лопасти 2 метра, цена 140000 рублей;
• 2 кВт, мачта 4 метра, турбина 2,6 м, лопасть 4 м, цена 180000 руб.;
• 5 кВт, мачта 6 м, турбина 3,6 м, лопасть 6 м, цена более 360000 руб.

Из приведённого примера видно, что цена увеличивается почти в три раза, а расход полезной площади, с учётом растяжек, крепящих мачту, увеличивается до 10 метров.

Поэтому, для владельцев относительно небольших участков, — до 6 соток, расположенным в коллективных товариществах, представляется возможным приобретение агрегатов мощностью до двух киловатт, монтируемых на мачтах до 4-х метров высотой или установка на крыше здания.

Хорошим дополнением будет сочетание в общей системе энергоснабжения использование солнечных батарей.

При отсутствии в ограничении свободных земельных участков под силовую установку, решение о монтаже ветряка упирается только в финансовый вопрос. Целесообразность в использовании силы ветра определяется суммой затрат на всё оборудование и наличием стационарной электросети.

При сопоставимых расходах на прокладывание линии электропередач до собственного дома, вопрос, несомненно, стоит решить в пользу ветрогенератора, к тому же источник энергии, — ветер, абсолютно бесплатен.

В случае периодических отключениях электричества, необходимо просчитать экономическую часть, то есть определить общую сумму затрат, которая пошла на покупку и монтаж ветроустановки и сравнить её, например, для варианта с использованием мотогенератора.

Вполне возможно, что периодическое применение такого вида оборудования вместе с расходами на топливо и обслуживание, будет более выгодным, нежели использование силы ветра.

Собственно монтаж ветрогенератора, обвязку электрической части, пуско-наладочные работы лучше доверить специализированным фирмам.

Что такое ветряной генератор?

Ветряк или ветряной генератор представляет собой устройство, установленное на высокой опоре с помощью которой вырабатывается электрический ток. Под действием потока ветра лопасти устройства соединенные с валом генератора, вращаются, приводя в движение ротор. В результате вращения ротора в обмотке статора генератора возникает электрический ток, который по проводам передается в аккумулятор, установленный в специальном помещении.

Лопасти ветряка выполнены с аэродинамическим эффектом, и позволяют вращать вал даже при легком дуновении ветерка, правда скорость вращения не постоянна и выработка тока происходит прерывисто. В аккумуляторе энергия накапливается, стабилизируется и подается потребителям непрерывно, независимо от прерывистости вращения лопастей.

Российские производители ветрогенераторов

На рынке России представлена зарубежная и отечественная продукция, которая по многим показателям не уступает, а порой и превосходит импортные аналоги, — по части цены, точно.

Приведём несколько серьёзных местных производителей, у которых можно приобрести не только промышленные изделия, но и заказать доработку их под свои нужды:

EDS-Group

EDS-Group, является одним из ведущих российских производителей ветрогенераторов, в том числе с вертикальной осью вращения. Находится в г.Омск.

• cерия вертикально-осевых конструкций Sokol Air Vertical мощностью 0,5–15 кВт и стоимостью 130000–1020000 рублей;
• cерия вертикально-осевых конструкций Falcon Euro мощностью до 120 кВт и стоимостью 135000–1050000 рублей.

Сальбамаш

Питерский производитель альтернативных источников энергии. Производит ветряные электростанции ОСА, выполненные по вертикально-осевой схеме с прямыми лопастями. Мощность установок составляет 300–3000 Вт. Стоимость конструкций 100000–350000 рублей (цена дилеров). Кроме этого, появилась новинка, ветротурбина РосТок. Её отличие – лопасти выполнены по спиралевидной форме.

АКБ Миллениум

Московский производитель ветрогенераторов с мощностью 0,4–250 кВт. Стоимость для потребителей устанавливается индивидуально, по договору.

EnergyWind

Российский производитель ветрогенераторов, выполненных по горизонтальной схеме, — приводится для сравнения. Мощность установок 1–10 кВт, цена 68000–600000 рублей.

Первые две компании будут наиболее интересны для индивидуальных застройщиков, интересующихся схемами вертикальных ветрогенераторов. Тем, кто силён в механике и электрике, представляется великолепная возможность сконструировать и самостоятельно сделать ветрогенератор своими руками.

Структурные особенности и материалы

Ветряк включает ротор, генератор с малым ходом, блок регулировки и узла трансформации движения в электроток с традиционным содержимым – инвертора и аккумуляторного отсека.

Параметры лопастей ротора найдены с применением правила золотого сечения.

Для ветряных установок характерно, что если создавать гигантские машины, которые по своим пропорциям повторяют начальную модель, однозначного повышения мощности и не произойдет, поэтому для лучшей конфигурации требуются не только нелинейные расчеты, но и проверки созданных конструкцией в аэродинамической трубе.

Инженеры лаборатории при создании первых моделей преимущества отдавали легким материалом, таким как пластик или композитные материалы. Для рабочих моделей используются и лёгкие металлы. А самые первые модели делались из картона и пенопласта.

Практические советы

• Как можно тщательней проанализируйте ветровую обстановку в районе расположения своего существующего или будущего дома. Среднегодовые данные должны быть не менее 3м/сек.
• Изучите предлагаемые конструкции ветрогенераторов. Учтите возможности выработки электроэнергии при слабых ветрах, а также площадь части участка, которую придётся вывести под монтаж ветроустановки.
• Проведите экономический анализ затрат на весь комплект оборудования, входящий в ветровую электростанцию, и его монтаж, с одной стороны. С другой, — стоимость прокладки стационарной электросети до участка. При этом учтите, — стоимость ветровой энергии будет обходиться бесплатно!
• Наиболее практичная конструкция, на наш взгляд, — это ветро-осевой генератор с дополнением солнечными панелями и дизельным мотор-генератором.

Введение

Каждый, кто путешествовал на автомобиле по Европе наверняка хорошо запомнил поля ветряков вдоль дорог. Такие ветрогенераторы называются горизонтальным, основная их масса нацелена на промышленное применение в составе целых сетей. Однако использование подобных ветряных электроустановок (ВЭУ) в быту не так распространено даже в развитых странах. Появление новых ветрогенераторов вертикального типа позволяет надеяться на повышение популярности и массовости этого экологического способа получения электроэнергии. Вертикальный ветрогенератор отличается надёжностью, работой даже при слабом ветре, безопасностью и, самое главное, бесшумностью.

Собирал вертикальный ветряк из бочки из-под масла, проработал он ровно до зимы. Накрылись подшипники в генераторе, т.к. весной от него только скрип и скрежет, а не электричество получалось. Подшипники нужны очень хорошие.

У меня подкинут к обычному жигулевскому генератору и нормально работает уже третий год. освещает улицу, а летом я к нему отпугиватель от кротов подключаю. Мне кажется, проблема не в подшипниках, а в герметичности.

Evgen, конечно же, проблема в герметичности, но если устанавливать сальники, которые не будут пропускать влагу в подшипник — снижается КПД всей конструкции. Вот я и думаю, как поступать? Оставлять все открытым или закупоривать максимально?

Люди, о чем вы говорите? Автомобильный генератор вы хотите еще чем-то защищать? Да он рассчитан на работу в таких экстремальных условиях, что ветряк (даже из бочки сделанный) для него — отпуск! Под капотом постоянно и вода, и грязь и снег и температуры самые экстремальные. То что у Дяди Вовы сломались подшипники на автогенераторе, означает, что они уже давно были сломаны, и ждали «подходящего момента», чтобы об этом заявить.

Подшипники надо брать с 18 ГПЗ,или из Франции,Швеции.У мну SKFовские с родной смазкой (ступичной) 12 лет работают,и шума — ноль.

Virtual Private Server

То-есть получается что людей просто обманывают говоря что вертикальные ветрогенераторы более эффективны на малом ветру. Есть еще роторы Дарье, они более скоростные и больше КИЭВ, но у них проблемы со стартом на слабом ветру и не равномерная тяга, и их расчет очень сложен.

Как сделать своими руками

Ветряк подобной конструкции не составит труда изготовить человеку умеющему работать с ручным инструментом и немного разбирающимся в электротехнике.

Для изготовления понадобится:

• Листовой металл (любой, толщиной 0,8– 0,9 мм) – для изготовления лопастей;
• Сталь полосовая 40х40 мм (либо другого сечения);
• Труба стальная, диаметром 25 мм;
• Автомобильная полуось (марка авто не принципиальна) с подшипниками в комплекте;
• Стальной уголок (профиль);
• Шкивы разных диаметров – 2 шт.
• Автомобильный генератор.

Из листового металла изготавливаются 4 лопасти габаритными размерами 1000х800 мм, которые скрепляются между собой полосовой сталью в форме барабана (лопасти направлены от центра круга по радиусам к наружному диаметру). Из стальной трубы делается мачта, которая с одной стороны закрепляется на автомобильной полуоси, а со второй стороны на нее крепятся собранные в виде барабана лопасти. Полуось, с соответствующими ей подшипниками, крепится на металлической опорной конструкции, которая изготавливается произвольной формы и из имеющихся материалов.

Два основных условия при изготовлении металлической конструкции, это:

• Устойчивость при ветровых нагрузках;
• Плотная посадка подшипников полуоси.

Для увеличения числа оборотов можно применить ременную передачу, установив на нижнюю полуось шкив большего диаметра, а на генератор меньшего. Генератор можно подобрать автомобильный.

Воздушная ветроэнергетика

Например, это шотландский ветроэнергетический проект Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.

А ветроэнергетическая система Airborne Wind Energy System использует для добычи энергии следующую схему. Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 до 450 метров. Когда самолет движется, он тянет тросик, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (~750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.