Veterná turbína Sheerwind od INVELOXu údajne produkuje šesťkrát viac energie ako tradičné turbíny. Táto technológia nie je nová v oblasti dynamiky tekutín, ale je to nový spôsob výroby energie – a ak sa ukáže ako úspešný, dá silný impulz rozvoju celého odvetvia veternej energetiky.
Pozrime sa bližšie na princíp jeho fungovania.
Energetická spoločnosť SheerWind z americkej Minnesoty oznámila výsledky testovania svojho veterného generátora novej generácie Invelox. Spoločnosť tvrdí, že počas testovania bola turbína schopná vyprodukovať šesťkrát viac energie, ako dokážu konvenčné veterné turbíny s vežou vyrobiť za rovnaký čas. Okrem toho sú náklady na výrobu veternej energie s Inveloxom nižšie, takže môžu rovnocenne konkurovať zemnému plynu a vodnej energii.
Invelox má nový prístup k veternej energii, pretože sa nespolieha na vysokú rýchlosť vetra. Turbína Invelox je schopná zachytiť vietor akejkoľvek rýchlosti, dokonca aj slabý vánok nad zemou. Zachytený vietor prechádza potrubím a naberá rýchlosť. Výsledná kinetická energia poháňa generátor na zemi. Kombináciou prúdenia vzduchu z hornej časti veže možno generovať viac energie s menšími lopatkami turbíny a dokonca aj pri najslabšom vetre, hovorí SheerWind.
Táto zábavná veža funguje ako komín, ktorý nasmeruje vietor z akéhokoľvek smeru nadol k pozemnému generátoru turbíny. Tým, že vietor prechádza cez úzky kanál, v skutočnosti vytvára reakčný efekt, ktorý zvyšuje rýchlosť prúdenia a súčasne znižuje jeho tlak. Tento proces má názov - Venturiho efekt a umožňuje turbíne umiestnenej v najužšej časti priechodu rýchlejšie sa otáčať.
Vďaka tomu dokáže veža vyrábať elektrickú energiu aj pri extrémne nízkych rýchlostiach vetra, čo ju mimoriadne priaznivo odlišuje od súčasných technológií veternej energie. Táto myšlienka je taká jednoduchá, elegantná a sľubná, že by mohla byť odpoveďou na mnohé problémy v tejto sľubnej oblasti alternatívnej energie. Okrem nižšej počiatočnej investície a zvýšenia výkonu a účinnosti rieši aj problém vtákov a netopierov, ktoré často hynú vo veterných turbínach (naozaj vážny problém týchto zariadení).
Čo sa týka tvrdení o šesťnásobnom výkone, ako pri mnohých nových technológiách, ktoré sľubujú prielom vo výkone, treba to vnímať opatrne. Tvrdenie SheerWind je založené na vlastných porovnávacích testoch, ktorých presná metodika nie je úplne jasná.
„Použili sme rovnaký turbínový generátor Invelox a namontovali sme ho na vežu ako pri tradičných veterných mlynoch,“ povedal hovorca SheerWind. „Merali sme rýchlosť vetra a výkon. Potom sme znova umiestnili rovnaký systém turbínového generátora, zmerali sme rýchlosť voľného vetra, rýchlosť vetra vo vnútri INVELOXu a výkon. Potom sme merali rýchlostno-pevnostné vlastnosti počas 5 až 15 dní (v závislosti od testu) a vypočítali energiu v kW/h. Raz bolo o šesťsto percent viac energie. Priemerné výsledky sa pohybovali od 81 do 660 percent, pričom priemer predstavoval približne o 314 percent viac energie."
Invelox môže fungovať pri rýchlosti vetra 1,5 km. Veterná turbína Invelox stojí iba 750 dolárov za 1-kilowattovú inštaláciu. Výrobca tiež tvrdí, že prevádzkové náklady sú výrazne nižšie v porovnaní s konvenčnými technológiami turbín. Vďaka malým rozmerom je systém údajne bezpečnejší pre vtáky a inú zver, rovnako ako bezpečnostná turbína Ewicon. Systém má tiež schopnosť pripojiť niekoľko turbín k jednému generátoru, to znamená prijímať energiu z toho istého generátora.
Minerály vyťažené z hlbín zeme a používané ľudstvom ako zdroje energie, žiaľ, nie sú neobmedzené. Každým rokom sa ich hodnota zvyšuje, čo sa vysvetľuje znížením úrovne produkcie. Alternatívnou a rastúcou možnosťou zásobovania energiou sú veterné elektrárne pre domácnosti. Oni umožňujú premenu veternej energie na striedavý prúd, čo umožňuje zabezpečiť všetky elektrické potreby akýchkoľvek domácich spotrebičov. Hlavnou výhodou takýchto generátorov je ich absolútna šetrnosť k životnému prostrediu, ako aj bezplatné využívanie elektriny na neobmedzený počet rokov. Aké ďalšie výhody má veterný generátor pre domácnosť, ako aj vlastnosti jeho prevádzky, budú diskutované ďalej.
Dokonca aj starí ľudia si všimli, že vietor môže byť vynikajúcim pomocníkom pri vykonávaní mnohých prác. Veterné mlyny, ktoré umožňovali premeniť obilie na múku bez vynaloženia vlastnej energie, sa stali predkami prvých veterných generátorov.
Veterné elektrárne pozostávajú z množstva generátorov schopných prijímať, premieňať a skladovať veternú energiu na striedavý prúd. Bez problémov dokážu zásobiť celý dom elektrinou, ktorá prichádza z ničoho nič.
Treba však povedať, že náklady na zariadenia a ich údržba nie sú vždy lacnejšie náklady na centrálne energetické siete.Výhody a nevýhody
Skôr než sa teda pridáte k zástancom energie zadarmo, treba si uvedomiť, že veterné elektrárne majú nielen výhody, ale aj určité nevýhody. Z pozitívnej stránky Využitie veternej energie v každodennom živote možno rozlíšiť takto:
- metóda je absolútne šetrná k životnému prostrediu a nepoškodzuje životné prostredie;
- jednoduchosť dizajnu;
- jednoduchosť používania;
- nezávislosť od energetických sietí.
Domáce minigenerátory môžu buď čiastočne zabezpečiť elektrinu, alebo sa stať jej plnohodnotnou náhradou transformujúcou sa na elektrárne.
Nesmieme však zabúdať na nedostatky, ktorými sú:
- vysoké náklady na vybavenie;
- návratnosť nastáva najskôr po 5-6 rokoch používania;
- relatívne malé faktory účinnosti, čo je dôvod, prečo trpí energia;
- vyžaduje drahé vybavenie: batériu a generátor, bez ktorých stanica nemôže fungovať počas bezveterných dní.
Aby ste nestrácali veľa peňazí, pred zakúpením všetkého potrebného vybavenia by ste mali vyhodnotiť ziskovosť elektrárne. Za týmto účelom vypočítajte priemerný výkon domu (to zahŕňa výkon všetkých používaných elektrických spotrebičov), počet veterných dní v roku a tiež vyhodnoťte oblasť, kde budú veterné turbíny umiestnené.
Hlavné konštrukčné prvky
Jednoduchosť výstavby elektrárne sa vysvetľuje primitívnosťou konštrukčných prvkov.
Na využitie veternej energie, budete potrebovať tieto podrobnosti:
- veterné lopatky – zachytávajú prúdenie vetra a prenášajú impulzy do veterného generátora;
- veterný generátor a regulátor – prispievajú k premene impulzu na jednosmerný prúd;
- batéria – uchováva energiu;
- invertor - pomáha premieňať jednosmerný prúd na striedavý prúd.
Moderný kinetický veterný generátor vám umožňuje využiť silu prúdenia vzduchu a premieňať ju na elektrinu. Na tento účel existujú továrenské a domáce modely zariadení, ktoré sa používajú v priemysle aj v súkromných domácnostiach.
Povieme vám, ako sú veterné turbíny tohto typu navrhnuté, a predstavíme vám vlastnosti zariadenia a možnosti dizajnu. Článok, ktorý sme navrhli, ukazuje silné a slabé stránky veternej elektrárne. Kutilovia tu nájdu užitočné schémy a montážne odporúčania.
Prevádzka veterného generátora je založená na premene kinetickej energie vetra na mechanickú energiu rotora, ktorá sa následne premieňa na elektrickú energiu.
Princíp činnosti je pomerne jednoduchý: otáčanie lopatiek pripevnených k osi zariadenia vedie k kruhovým pohybom rotorového generátora, čím sa generuje elektrina.
Veterná energia je jedným z najsľubnejších odvetví obnoviteľnej energie. Moderné konštrukcie umožňujú nákladovo efektívne využiť silu vzduchových prúdov na výrobu elektriny
Vzniknutý nestabilný striedavý prúd „odteká“ do ovládača, kde sa mení na jednosmerné napätie, ktoré dokáže nabíjať batérie. Odtiaľ sa energia dodáva do meniča, kde sa transformuje na striedavé napätie s indikátorom 220/380 V, ktoré sa dodáva spotrebiteľom.
Výkon veterného generátora priamo závisí od výkonu prúdu vzduchu (N), vypočítaného podľa vzorca N=pSV 3 /2, kde V je rýchlosť vetra, S je pracovná plocha, p je hustota vzduchu.
Zariadenie veterného generátora
Rôzne verzie veterných generátorov sa navzájom výrazne líšia.
Veterná energia sa aktívne rozvíja po celom svete a už dlho nie je žiadnym tajomstvom, že v súčasnosti ide o jednu z najsľubnejších oblastí alternatívnej energie. Do polovice roku 2014 bola celková kapacita všetkých inštalovaných veterných turbín na svete 336 gigawattov a najväčšia a najvýkonnejšia vertikálna trojlopatková veterná turbína Vestas-164 bola inštalovaná a spustená začiatkom roku 2014 v Dánsku. Jeho výkon dosahuje 8 megawattov a rozpätie čepele je 164 metrov.
Napriek dlhodobo osvedčenej technológii výroby lopatkových turbín a veterných turbín všeobecne sa mnohí nadšenci snažia túto technológiu vylepšiť, zvýšiť jej účinnosť a znížiť negatívne faktory.
Ako je známe, koeficient energetického využitia prúdenia vetra dosahuje v najlepšom prípade 30 %, sú dosť hlučné a narúšajú prirodzenú tepelnú bilanciu blízkych oblastí, čím v noci zvyšujú teplotu prízemnej vzduchovej vrstvy. Sú tiež veľmi nebezpečné pre vtáky a zaberajú významné oblasti.
Aké alternatívy existujú? V skutočnosti kreativita moderných vynálezcov nepozná hraníc a bolo vynájdených mnoho rôznych alternatív.
Poďme sa pozrieť na 5 najneobvyklejších a najpozoruhodnejších alternatívnych dizajnov veterných turbín v tomto odvetví.
Od roku 2010 americká spoločnosť Altaeros Energies, založená na Massachusetts Institute of Research, vyvíja novú generáciu veterných generátorov. Nový typ veterných generátorov je navrhnutý tak, aby fungoval v nadmorských výškach až 600 metrov, kam bežné veterné generátory jednoducho nedosiahnu. Práve v takýchto vysokých nadmorských výškach neustále fúkajú najsilnejšie vetry, ktoré sú 5-8 krát silnejšie ako vetry pri povrchu zeme.
Generátor je nafukovacia konštrukcia podobná vzducholode nafúknutej héliom, v ktorej je na vodorovnej osi inštalovaná trojlopatková turbína. Takýto veterný generátor bol spustený v roku 2014 na Aljaške v nadmorskej výške asi 300 metrov na testovanie po dobu 18 mesiacov.
Vývojári tvrdia, že táto technológia bude vyrábať elektrinu za cenu 18 centov za kilowatthodinu, čo je polovica bežných nákladov na veternú energiu na Aljaške. V budúcnosti budú takéto generátory schopné nahradiť dieselové elektrárne a nájsť uplatnenie v problémových oblastiach.
V budúcnosti bude toto zariadenie nielen generátorom elektriny, ale aj súčasťou meteorologickej stanice a pohodlným prostriedkom na poskytovanie internetu v oblastiach vzdialených od zodpovedajúcej infraštruktúry.
Po inštalácii takýto systém nevyžaduje prítomnosť personálu, nezaberá veľkú plochu a je takmer tichý. Dá sa ovládať na diaľku a vyžaduje údržbu len raz za 1-1,5 roka.
Ďalšie zaujímavé riešenie na vytvorenie neobvyklého dizajnu veternej elektrárne sa realizuje v Spojených arabských emirátoch. Neďaleko Abu Dhabi sa buduje mesto Madsar, kde plánujú postaviť pomerne nezvyčajnú veternú elektráreň, ktorú vývojári nazývajú „Windstalk“.
Zakladateľ newyorskej dizajnérskej spoločnosti Atelier DNA, ktorá vyvíja dizajn pre tento projekt, povedal, že hlavnou myšlienkou bolo nájsť v prírode kinetický model, ktorý by mohol slúžiť na výrobu elektriny a takýto model sa našiel. 1203 stoniek z uhlíkových vlákien, z ktorých každý je vysoký asi 55 metrov, s betónovými základňami širokými 20 metrov, bude inštalovaných 10 metrov od seba.
Stonky budú vystužené gumou a budú mať šírku asi 30 cm v spodnej časti a úzke v hornej časti na 5 centimetrov. Každá stopka bude obsahovať striedajúce sa vrstvy elektród a keramických diskov vyrobených z piezoelektrického materiálu, ktorý generuje elektrický prúd, keď je vystavený tlaku.
Keď sa stonky hojdajú vo vetre, disky sa stlačia a generujú elektrický prúd. Žiadny hluk z lopatiek veterných turbín, žiadne obete vtákov, nič iné ako vietor.
Nápad vznikol pri pozorovaní tŕstia hojdajúceho sa v močiari.
Projekt Atelier DNA Windstalk sa umiestnil na druhom mieste v súťaži Land Art Generator, sponzorovanej spoločnosťou Madsar, s cieľom vybrať najlepšie umelecké dielo z medzinárodného poľa, ktoré by dokázalo vyrábať energiu pomocou obnoviteľných zdrojov.
Rozloha tejto nezvyčajnej veternej stanice bude 2,6 hektára a výkon bude zodpovedať konvenčnému veternému generátoru zaberajúcemu podobnú plochu. Systém je účinný vďaka absencii strát trením, ktoré sú vlastné tradičným mechanickým systémom.
Na základni každého predstavca bude generátor, ktorý premieňa krútiaci moment z predstavca pomocou systému tlmičov a valcov, podobne ako systém Levant Power vyvinutý v Cambridge, Massachusetts.
Keďže vietor nie je konštantný, použije sa systém skladovania energie, aby sa akumulovaná energia dala využiť aj pri bezvetrie, vysvetľujú zamestnanci pracujúci na projekte.
V hornej časti každej stonky bude LED svetlo, ktorého jas bude priamo závisieť od sily vetra a množstva elektriny vyrobenej v daný moment.
Windstalk bude fungovať na chaotickom kývavom pohybe, ktorý umožňuje umiestniť prvky oveľa bližšie k sebe, ako je to možné pri konvenčných veterných generátoroch s lopatkami.
Podobný projekt, Wavestalk, sa vyvíja na premenu energie oceánskych prúdov a vĺn, kde by podobný systém bol pod vodou hore nohami.
Projekt, ktorý vyvinula spoločnosť Saphon Energy z Tuniska, podobne ako Windstalk, je bezlopatkový veterný generátor, ale tentoraz má zariadenie dizajn typu plachty.
Tento tichý generátor v tvare satelitnej paraboly sa nazýva Saphonian. Nemá žiadne rotujúce časti a je úplne bezpečný pre vtáky. Clona generátora sa pod vplyvom vetra pohybuje dopredu a dozadu a vytvára vibrácie v hydraulickom systéme.
Cieľom projektu je zlepšiť výkon veterných generátorov s ohľadom na využitie prúdenia vetra. Vietor je doslova zapriahnutý do plachty, ktorá sa pod jeho vplyvom pohybuje dopredu a dozadu, pričom chýbajú lopatky, rotor ani prevody. Táto interakcia umožňuje pomocou piestov premeniť viac kinetickej energie na mechanickú energiu.
Energiu je možné skladovať v hydraulických akumulátoroch, alebo premieňať na elektrickú energiu prostredníctvom generátora, prípadne s jeho pomocou možno roztočiť nejaký mechanizmus. Ak majú konvenčné veterné generátory účinnosť 30 %, potom tento generátor plachtového typu poskytuje 80 %. Jeho účinnosť prevyšuje lopatkové veterné mlyny 2,3-krát.
Vďaka absencii drahých komponentov, ako je to pri veternej turbíne (lopatky, náboje, prevodovky), sa v prípade Saphonian znižujú náklady na vybavenie až o 45 %.
Aerodynamický tvar Saphonian má tú výhodu, že turbulentné veterné prúdy majú malý vplyv na telo plachty a aerodynamická sila je len zvýšená. Turbulencie sú dôvodom, prečo sa veterné turbíny nepoužívajú v mestských oblastiach, ale aj tam sa dá použiť Saphonian. Okrem toho sa minimalizujú škodlivé akustické a vibračné faktory. Spoločnosť Saphon Energy získala ocenenie od KPMG za úsilie pri vývoji inovácií.
Ďalší veľmi revolučný prístup k využívaniu veternej energie zaviedol ešte v roku 2008 nadšený vynálezca z Kalifornie. Veľké veterné generátory pre malé mestá majú veľkosť 30-poschodovej budovy a ich lopatky dosahujú veľkosť krídel Boeingu 747.
Tieto obrie generátory určite produkujú veľa energie, ale výroba, preprava a inštalácia takýchto systémov sú zložité a drahé. Napriek tomu priemysel každoročne rastie o viac ako 40 percent. Presne toto si myslel Doug Selsam z Kalifornie predtým, ako si stanovil svoj ambiciózny cieľ. Rozhodol sa, že je celkom možné získať viac energie s použitím menšieho množstva materiálov.
Inštaláciou tuctu alebo niekoľkých tuctov malých rotorov na jeden hriadeľ pripojený k jedinému generátoru Doug nakoniec dosiahol svoj cieľ. Jeden koniec dlhého hriadeľa pripojil ku generátoru a druhý koniec vypustil do vzduchu na héliových balónoch. Systém fungoval podľa očakávania.
Doug čítal v učebniciach, že na dosiahnutie maxima stačí jednoskrutková turbína, ale Doug mal pochybnosti. Myslel inak: čím viac rotorov, tým viac veternej energie k dispozícii na použitie.
Ak je každý rotor umiestnený v správnom uhle, potom každý rotor dostane svoj vlastný vietor, čo zvýši účinnosť výroby.
To samozrejme komplikuje fyziku, pretože teraz sme museli dbať na to, aby každý rotor zachytával svoj vlastný tok a nielen tok z rotora umiestneného vedľa neho. Bolo potrebné zistiť optimálny uhol hriadeľa vo vzťahu k vetru a ideálnu vzdialenosť medzi rotormi. A nakoniec sa zisky dosiahli s použitím menšieho množstva materiálu.
V roku 2003 získal vynálezca grant od Kalifornskej energetickej komisie vo výške 75 000 USD na vývoj 3 000-wattovej sedemrotorovej turbíny. Výzva bola úspešne dokončená a Doug Selsam už predal viac ako 20 svojich 2000-wattových dvojrotorových turbín niekoľkým majiteľom domov. Tieto zariadenia postavil vo svojej prímestskej garáži.
Dougov nápad bol jedným z mála nápadov, ktoré skutočne mali potenciál presadiť sa v komerčnom svete. Selsam hovorí, že dva rotory sú len začiatok. Pravdepodobne jedného dňa uvidí svoje viacrotorové turbíny natiahnuť sa míľu po oblohe.
Archimedes, ktorého kancelária sídli v holandskom Rotterdame, prišiel so svojím konceptom nezvyčajných veterných turbín, ktoré je možné inštalovať priamo na strechy obytných budov.
Podľa autorov projektu môže efektívny nízkohlučný dizajn úplne zásobiť malý dom elektrickou energiou a komplex takýchto generátorov, pracujúcich v spojení s, môže úplne znížiť závislosť veľkej budovy od externých zdrojov elektriny. nula. Nové veterné turbíny sa volajú Liam F1.
Malá turbína s priemerom 1,5 metra a hmotnosťou asi 100 kilogramov môže byť inštalovaná na akúkoľvek stenu alebo strechu obytného domu. Typicky je výška terasových striech 10 metrov a vietor v krajine je takmer vždy juhozápadný. Tieto podmienky postačujú na správne umiestnenie turbíny na strechu a efektívne využitie veternej energie.
Riešia sa tu dva problémy konvenčných veterných turbín: hluk konvenčných lopatkových turbín a vysoké náklady na inštaláciu objemných zariadení. Pri konvenčných veterných generátoroch sa náklady na inštaláciu často nevracajú. Hlučnosť Liamovej turbíny je asi 45 dB a je ešte tichšia ako hluk dažďa (hluk dažďa v lese je 50 dB).
Turbína v tvare ulity slimáka sa ako korouhvička otáča vo vetre, zachytáva prúdenie vzduchu, znižuje jeho rýchlosť a mení smer. Riaditeľ spoločnosti Marinus Miremeta tvrdí, že účinnosť inovatívnej turbíny dosahuje 80 % maximálnej účinnosti teoreticky dostupnej vo veternej energii. A toto je už celkom dosť.
V Holandsku spotrebuje priemerná rodina ročne 3 300 kWh elektrickej energie. Polovicu tejto energie dokáže podľa vývojárov poskytnúť jedna turbína Liam F1 pri rýchlosti vetra minimálne 4,5 m/s.
Tri takéto turbíny môžete umiestniť na vrcholy trojuholníka na strechu domu, potom bude každá z turbín zásobená vetrom a nebudú si navzájom prekážať, ale skôr si pomáhať.
Ak hovoríme o inštalácii v meste, kde sú turbulentné toky, potom výrobca navrhuje mierne zdvihnúť veterné generátory inštalované na strechách mesta a namontovať ich na stĺpy, aby steny susedných domov nezasahovali do prúdenia vetra.
Predpokladaná cena novej turbíny vrátane inštalácie je 3 999 eur. Keďže zariadenie je väčšie ako jeden meter, môže byť na jeho používanie potrebná špeciálna licencia, preto spoločnosť v krajnom prípade vyrába aj mini-Liam turbíny s priemerom 0,75 metra.
Výrobcovia plánujú využívať svoje turbíny nielen na napájanie obytných a priemyselných budov, ale aj na napájanie námorných plavidiel.
Ako vidíte, výrobcovia veterných generátorov majú veľa zaujímavých alternatív.
Vyspelé krajiny sa dlhodobo spoliehajú na obnoviteľné zdroje energie vrátane veternej energie. Výsledkom je, že celková kapacita všetkých jadrových elektrární prevádzkovaných vo svete je o niečo viac ako 400 tisíc MW a celková kapacita veterných staníc presiahla 500 tisíc MW! V krajinách, kde sa venuje pozornosť veternej energii, však nie je Gazprom ani RAO UES. Rovnako ako byť zaseknutý na olejovej ihle... Ale nehovorme o bolestivých veciach.
Takže v krajinách bez všemocnosti monopolov a klanového systému prevládajú veterné generátory vrtuľového typu s horizontálnou osou rotácie. Takéto generátory vyžadujú výkonné podporné veže s drahými základmi, čo zvyšuje dobu návratnosti. Okrem toho sú takéto jednotky výkonnými zdrojmi nízkofrekvenčného hluku. Vrtuľový „veterný mlyn“ sa otáča rýchlosťou iba 15-30 otáčok za minútu a po prevodovke sa rýchlosť zvýši na 1500, v dôsledku čoho sa hriadeľ generátora, ktorý vyrába elektrinu, otáča rovnakou rýchlosťou. Táto klasická schéma má značné nevýhody: prevodovka je zložitý a drahý mechanizmus (až 20% nákladov na celý veterný generátor), vyžaduje sezónnu výmenu a veľmi rýchlo sa opotrebuje (pozri).
Význam vývoja veterných turbín
Tieto okolnosti obmedzujú okruh kupujúcich a nútia ich hľadať alternatívu k tradičným veterným generátorom. Moderným trendom sa stali veterné turbíny s vertikálnou osou. Sú tiché a nevyžadujú veľké kapitálové výdavky, sú jednoduchšie a lacnejšie na údržbu ako horizontálne axiálne turbíny. Veterné generátory s horizontálnou osou sú prevedené do ochranného režimu (autorotácia) pri maximálnej rýchlosti vetra, ktorej prekročenie je spojené so zničením konštrukcie. V tomto režime je vrtuľa odpojená od multiplikátora a generátora a nedochádza k výrobe elektriny. A rotory s vertikálnou osou sú vystavené podstatne menšiemu mechanickému namáhaniu pri rovnakej rýchlosti vetra ako rotory s horizontálnou osou. Okrem toho tieto vyžadujú drahé systémy orientácie vetra.
Až donedávna sa verilo, že pre VAWT nebolo možné získať rýchlostný koeficient (pomer maximálnej lineárnej rýchlosti lopatiek k rýchlosti vetra) väčší ako jedna. Táto príliš široko interpretovaná premisa, ktorá platí len pre určité typy rotorov, viedla k nesprávnemu záveru, že maximálne využitie veternej energie pre veterné turbíny s vertikálnou osou je nižšie ako pre veterné turbíny s horizontálnou osou, preto tento typ veterná turbína existuje už takmer 40 rokov, nebola vôbec vyvinutá. A až v 60. – 70. rokoch, najprv kanadskými a potom americkými a anglickými špecialistami, bolo experimentálne dokázané, že tieto závery nie sú použiteľné pre rotory Darrieus, ktoré využívajú zdvíhaciu silu lopatiek. U týchto rotorov je stanovený maximálny pomer lineárnej rýchlosti pracovných telies k rýchlosti vetra 6:1 a vyšší a koeficient využitia veternej energie nie je nižší ako u horizontálno-axiálnych (vrtuľových) rotorov. Dôležitú úlohu zohráva aj skutočnosť, že objem teoretického výskumu aerodynamiky vertikálno-axiálnych rotorov a skúseností s vývojom a prevádzkou veterných generátorov na nich založených je oveľa menší ako u horizontálno-axiálnych rotorov.
Bola vytvorená veterná turbína s vertikálnou osou (medzinárodné označenie VAWT), ktorá sa odlišuje od ostatných, ktorej účinnosť využitia veternej energie nie je nižšia ako u najlepších svetových veterných generátorov s horizontálnou osou otáčania. Inovatívny, mnohostranný prístup ku konštrukcii vertikálnych veterných generátorov je založený okrem iného na použití nízko uloženého odolného rotora, na ktorého obvode je pripevnených mnoho krídlových plachiet.
Rotor je vybavený nosnými vzperami kolesového podvozku, čo umožňuje jeho otáčanie okolo pevnej osi so stabilnou polohou na základe vďaka kolesám podvozku. Mnoho plachiet a krídel vytvára veľký krútiaci moment v dôsledku aerodynamických síl. Čo robí tento dizajn rekordom v hustote výkonu. Priemer rotora môže byť 10 metrov. Zároveň je možné na takýto rotor inštalovať krídla s plochou viac ako 200 metrov štvorcových, čo umožní generovať až sto kilowattov elektriny.
Rozmery a hmotnosť jednotiek
Okrem toho je hmotnosť takýchto jednotiek taká malá, že ich možno inštalovať na strechy budov a tým im poskytnúť autonómne napájanie. Alebo je možné zabezpečiť elektrinu objektu v horách, kde nie je elektrické vedenie. Zvýšenie výkonu na ľubovoľne veľkú hodnotu je možné dosiahnuť replikáciou takýchto jednotiek. To znamená, že inštaláciou mnohých podobných inštalácií dosiahneme požadovaný výkon.
Technická efektívnosť
Čo sa týka technickej efektívnosti. Náš prototyp s výškou lopatky 800 mm a priečnym rozmerom 800 mm pri rýchlosti vetra 11 m/s vyvinul mechanický výkon 225 W (pri 75 ot./min.). Zároveň stál vo výške menej ako meter od povrchu zeme. Podľa zdroja http://www.rktp-trade.ru je porovnateľný výkon (300 W) vyvinutý päťlistovou vertikálnou veternou turbínou inštalovanou na šesťmetrovom stožiari a má päť 1200 mm lopatiek inštalovaných na celkový priemer 2000 mm. To znamená, že ak vezmeme za rovnaké veterné plochy porovnávaných veterných mlynov, ukáže sa, že prototyp je 2,5...3 krát energeticky efektívnejší ako známy veterný mlyn, berúc do úvahy skutočnosť, že vietor v blízkosti zem je slabšia kvôli svojej blízkosti k hraničnému povrchu a má výrazne turbulentný charakter.
Na základe toho, keď vieme, že opísaný analóg má faktor využitia veternej energie (WEC) rovný 0,2, môžeme odhadnúť WEC prototypu na 0,48, čo je oveľa viac ako u VAWT typu Savonius a Daria a zodpovedá svetovému najlepšie vzorky veterných generátorov s horizontálnou osou. Spotreba materiálu a náklady na prototyp sú zároveň oveľa nižšie ako pri veterných turbínach namontovaných na vrtuli, ktoré majú mechanizmy na orientáciu vetra a vysoko umiestnenú gondolu s drahou stupňovitou prevodovkou planétového typu.
Porovnávacie hodnotenie účinnosti rotorov veterných turbín rôznych typov— Tabuľka 1.
| Typ rotora | Umiestnenie osi otáčania | Faktor využitia veternej energie (WEUR) | Zdroj | Poznámka ania |
| Savonius rotor | Vertikálne | 0,17 | Vyvinutý asi pred osemdesiatimi rokmi, diagram - Obr. 7 písm. e) na strane 17 uvedeného zdroja | |
| Rotor N-Darye so široko rozmiestnenými lopatkami | Vertikálne | 0,38 | T.R.A. Janson. Veterné turbíny. Spracoval M.Zh. Osipova. M.: Vydavateľstvo MSTU im. N.E. Bauman, 2007, s. 23, obr | Vyvinutý asi pred storočím, schéma - obr. 7 a) na strane 17 uvedeného zdroja |
| Odolnosť voči viacerým lopatkám | Vertikálne | 0,2 | Tam, ako aj konkrétny komerčný produkt na webovej stránke http://www.rktp-trade.ru | Do tohto typu patrí aj Bolotov rotor. |
| Dvojlistá vrtuľa | Horizontálne | 0,42 | R.A. Janson. Veterné turbíny. Spracoval M.Zh. Osipova. M.: Vydavateľstvo MSTU im. N.E. Bauman, 2007, s. 23, obr | Najbežnejší typ veternej turbíny na svete |
| Rotor našej turbíny (formálne N-Darier, ale s tesne uzavretými lopatkami, na ktorých sú nainštalované šikmé krídla a horizontálne obežné koleso) | Vertikálne | 0,48…0,5 | Terénne merania rýchlosti vetra anemometrom, krútiaceho momentu rotora silomerom, otáčok rotora tachometrom | |
Výhody veternej turbíny VAWT s vertikálnou osou
- Zariadenie sa otáča rovnakým smerom v akomkoľvek smere vetra. Zatiaľ čo gondoly horizontálnych veterných generátorov je potrebné orientovať proti vetru, čo zvyšuje náklady na konštrukciu a znižuje životnosť pohyblivých častí otočného mechanizmu.
- Výroba elektriny vo VAWT začína pri rýchlosti vetra 5 m/s.
- Turbína má vysokú aerodynamickú kvalitu lopatiek a inovatívnu architektúru, ktorá jej umožňuje dosiahnuť účinnosť veternej energie minimálne 47 %.
- Turbína nevyžaduje údržbu generátora (prstencový plochý lineárny bez kief a ložísk).
- Zvýšenie výkonu sa dosiahne inštaláciou ďalších modulov.
- VAWT nemá žiadne obmedzenia pri inštalácii v blízkosti krytu a nevytvára neprijateľné elektromagnetické a akustické žiarenie. To umožňuje inštaláciu turbín v obývaných oblastiach, vrátane striech viacposchodových budov, bez poškodenia výhľadov na krajinu.
- VAWT je absolútne neškodný a môže byť inštalovaný na migračných trasách sťahovavých vtákov.
- Turbína je odolná voči silnému vetru a odolá aj hurikánovému vetru. To je dosiahnuté mechanizmom na automatickú zmenu uhlov nábehu vertikálnych lopatiek turbíny (obrázky sú zobrazené vyššie).
- VAWT má ľahké a jednoduché komponenty, ktoré sa ľahko prepravujú a inštalujú.
- Turbína je chránená pred bleskom.
Dnes je hotový plnohodnotný 3-D model mechanickej časti turbíny (s výškou vertikálnych lopatiek 8 m), ako aj pracovné výkresy častí a zostáv rotora a jeho rotačnej jednotky. bola dokončená. Výkresy pre elektrický generátor a lopatky sú vyvinuté s ohľadom na maximálny súlad s kritériom „cena - kvalita“.
Projekt zahŕňa návrh, výrobu a testovanie vzorky VAWT v plnej veľkosti (vertikálna výška čepele 8 m). Potom sa plánuje zorganizovať priemyselnú výrobu takýchto zariadení po odladení pilotného modelu, pričom takéto zariadenia budú vybavené v neelektrifikovaných oblastiach vo vidieckych oblastiach a budovách v mestách.
Oblasti použitia inovatívneho veterného generátora sú v princípe rovnaké ako oblasti jeho analógov. To znamená, že ide o výrobu elektriny v miestach, kde nie sú stacionárne zdroje, ako aj tam, kde použitie iných spôsobov výroby elektriny nie je ekonomicky rentabilné. Ide najmä o účelové objekty, ktoré si vyžadujú autonómne napájanie, napríklad majáky a rádiomajáky, hraničné stanovištia a hraničné stanovištia, automatizované meteorologické stanovištia a stanovištia leteckej navigácie.