INVELOX-ova vetrna turbina Sheerwind naj bi proizvedla šestkrat več energije kot tradicionalne turbine. Ta tehnologija ni novost na področju dinamike tekočin, je pa nov način pridobivanja energije – in če se bo izkazala za uspešno, bo dala močan zagon razvoju celotne vetrne elektrarne.
Oglejmo si podrobneje načelo njegovega delovanja.
Energetsko podjetje SheerWind iz Minnesote v ZDA je objavilo rezultate testiranja svojega vetrnega generatorja naslednje generacije Invelox. Podjetje trdi, da je med testiranjem turbina lahko proizvedla šestkrat več energije, kot jo lahko proizvedejo običajne stolpne vetrne turbine v enakem času. Poleg tega so stroški proizvodnje vetrne energije z Inveloxom nižji, zato lahko enakovredno konkurirajo zemeljskemu plinu in vodni energiji.
Invelox ima nov pristop k vetrni energiji, ker se ne zanaša na visoke hitrosti vetra. Turbina Invelox je sposobna zajeti veter katere koli hitrosti, tudi rahel vetrič nad tlemi. Ujeti veter potuje skozi kanal in med potjo pospešuje. Nastala kinetična energija poganja generator na tleh. S kombiniranjem zračnega toka z vrha stolpa je mogoče ustvariti več moči z manjšimi turbinskimi lopaticami in celo pri najšibkejšem vetru, pravi SheerWind.
Ta zabavni stolp deluje kot dimnik in usmerja veter iz katere koli smeri navzdol do zemeljskega turbinskega generatorja. S prehajanjem vetra skozi ozek kanal dejansko ustvari reakcijski učinek, ki poveča hitrost toka – hkrati pa zniža njegov pritisk. Ta proces ima ime - Venturijev učinek in omogoča, da se turbina, ki se nahaja v najožjem delu prehoda, hitreje vrti.
Zahvaljujoč temu lahko stolp proizvaja električno energijo tudi pri izjemno nizkih hitrostih vetra, kar ga izjemno ugodno razlikuje od trenutnih tehnologij vetrne energije. Ta ideja je tako preprosta, elegantna in obetavna, da bi lahko bila odgovor na številne težave na tem obetavnem področju alternativne energije. Poleg manjše začetne investicije ter povečane moči in učinkovitosti rešuje tudi problem ptic in netopirjev, ki pogosto poginejo v vetrnih turbinah (res resen problem teh naprav).
Kar zadeva trditve o šestkratni moči, kot pri mnogih novih tehnologijah, ki obljubljajo preboje v zmogljivosti, je treba na to gledati previdno. Trditev družbe SheerWind temelji na lastnih primerjalnih testih, katerih natančna metodologija ni povsem jasna.
»Uporabili smo isti turbinski generator Invelox in ga namestili na stolp kot pri tradicionalnih vetrnicah,« je povedal tiskovni predstavnik SheerWinda. »Izmerili smo hitrost in moč vetra. Nato smo znova postavili isti turbinski generatorski sistem, izmerili hitrost prostega vetra, hitrost vetra znotraj INVELOX-a in moč. Nato smo merili hitrostne in jakostne lastnosti v obdobju od 5 do 15 dni (odvisno od testa) in izračunali energijo v kW/h. Enkrat je bilo šeststo odstotkov več energije. V povprečju so se rezultati gibali od 81 do 660 odstotkov, povprečje pa je bilo približno 314 odstotkov več energije."
Invelox lahko deluje pri hitrosti vetra 1,5 km. Vetrna turbina Invelox stane le 750 dolarjev za 1-kilovatno namestitev. Proizvajalec tudi trdi, da so obratovalni stroški bistveno nižji v primerjavi s turbinami klasične tehnologije. Zaradi svoje majhnosti naj bi bil sistem bolj varen za ptice in druge divje živali, podobno kot varnostna turbina Ewicon. Sistem ima tudi možnost priklopa več turbin na en generator, torej prejemanja energije iz istega generatorja.
Minerali, pridobljeni iz globin zemlje in jih človeštvo uporablja kot vir energije, na žalost niso neomejeni. Vsako leto se njihova vrednost poveča, kar je razloženo z zmanjšanjem ravni proizvodnje. Alternativna in rastoča možnost oskrbe z energijo so vetrne elektrarne za dom. Oni omogočajo pretvorbo vetrne energije v izmenični tok, ki omogoča zagotavljanje vseh električnih potreb vseh gospodinjskih aparatov. Glavna prednost takšnih generatorjev je njihova absolutna okolju prijaznost, pa tudi brezplačna uporaba električne energije neomejeno število let. Katere druge prednosti ima vetrni generator za dom, pa tudi značilnosti njegovega delovanja, bomo razpravljali še naprej.
Že stari ljudje so opazili, da je veter lahko odličen pomočnik pri izvajanju številnih del. Mlini na veter, ki so omogočali spreminjanje žita v moko brez porabe lastne energije, so postali predniki prvih vetrnih generatorjev.
Vetrne elektrarne sestavljajo številni generatorji, ki so sposobni sprejemati, pretvarjati in shranjevati vetrno energijo v izmenični tok. Brez težav lahko celotno hišo oskrbijo z elektriko, ki se pojavi od nikoder.
Vendar je treba povedati, da stroški opreme in njihovo vzdrževanje niso vedno cenejši kot stroški centralnih električnih omrežij.Prednosti in slabosti
Preden se torej pridružite zagovornikom brezplačne energije, se morate zavedati, da imajo vetrne elektrarne poleg prednosti tudi določene slabosti. Na pozitivni strani Uporabo vetrne energije v vsakdanjem življenju lahko ločimo na naslednji način:
- metoda je popolnoma okolju prijazna in ne škoduje okolju;
- enostavnost oblikovanja;
- enostavnost uporabe;
- neodvisnost od električnih omrežij.
Domači mini generatorji lahko bodisi delno zagotavljajo električno energijo bodisi postanejo njen polnopravni nadomestek in se spremenijo v elektrarne.
Vendar pa ne smemo pozabiti na pomanjkljivosti, ki so:
- visoki stroški opreme;
- vračilo se zgodi ne prej kot po 5-6 letih uporabe;
- sorazmerno majhni faktorji učinkovitosti, zaradi česar trpi moč;
- zahteva drago opremo: baterijo in generator, brez katerih postaja ne more delovati v brezvetrju.
Da ne bi zapravili veliko denarja, morate pred nakupom vse potrebne opreme oceniti donosnost elektrarne. Če želite to narediti, izračunajte povprečno moč hiše (to vključuje moč vseh uporabljenih električnih naprav), število vetrovnih dni na leto in ocenite tudi območje, kjer bodo vetrne turbine.
Glavni strukturni elementi
Enostavnost gradnje elektrarne je razložena s primitivnostjo strukturnih elementov.
Za uporabo vetrne energije, te podrobnosti boste potrebovali:
- vetrne lopatice - zajemajo tok vetra, prenašajo impulz na vetrni generator;
- vetrni generator in krmilnik - pomagajo pretvoriti impulz v enosmerni tok;
- baterija – hrani energijo;
- inverter - pomaga pretvoriti enosmerni tok v izmenični.
Sodoben kinetični vetrni generator vam omogoča, da izkoristite moč zračnih tokov in jo pretvorite v električno energijo. V ta namen obstajajo tovarniško izdelani in domači modeli naprav, ki se uporabljajo tako v industriji kot v zasebnih gospodinjstvih.
Povedali vam bomo, kako so zasnovane vetrne turbine te vrste, in vam predstavili značilnosti naprave in možnosti oblikovanja. Članek, ki smo ga predlagali, prikazuje prednosti in slabosti vetrne elektrarne. Domači mojstri bodo tukaj našli koristne diagrame in priporočila za montažo.
Delovanje vetrnega generatorja temelji na pretvorbi kinetične energije vetra v mehansko energijo rotorja, ki se nato pretvori v električno energijo.
Načelo delovanja je precej preprosto: vrtenje rezil, pritrjenih na os naprave, vodi do krožnih gibov rotorskega generatorja, s čimer se proizvaja električna energija.
Vetrna energija je eden najbolj obetavnih sektorjev obnovljive energije. Sodobne zasnove omogočajo stroškovno učinkovito izkoriščanje moči zračnih tokov za proizvodnjo električne energije
Nastali nestabilni izmenični tok "odteka" v krmilnik, kjer se pretvori v enosmerno napetost, ki lahko polni baterije. Od tam se moč napaja v pretvornik, kjer se pretvori v izmenično napetost z indikatorjem 220/380 V, ki se napaja potrošnikom.
Moč vetrnega generatorja je neposredno odvisna od moči zračnega toka (N), izračunane po formuli N=pSV 3 /2, kjer je V hitrost vetra, S delovno območje, p gostota zraka.
Naprava za generator vetra
Različne izvedbe vetrnih generatorjev se med seboj bistveno razlikujejo.
Vetrna energija se aktivno razvija po vsem svetu in že dolgo ni skrivnost, da je to trenutno eno najbolj obetavnih področij alternativne energije. Do sredine leta 2014 je bila skupna zmogljivost vseh nameščenih vetrnih turbin na svetu 336 gigavatov, največja in najmočnejša vertikalna trikraka vetrna turbina Vestas-164 pa je bila nameščena in zagnana v začetku leta 2014 na Danskem. Njegova moč doseže 8 megavatov, razpon rezila pa 164 metrov.
Kljub dolgo uveljavljeni tehnologiji izdelave lopatic turbin in nasploh vetrnih turbin si številni navdušenci prizadevajo izboljšati tehnologijo, povečati njeno učinkovitost in zmanjšati negativne dejavnike.
Kot je znano, koeficient energetske izrabe toka vetra v najboljšem primeru doseže 30%, so precej hrupni in motijo naravno toplotno ravnovesje bližnjih območij, ponoči pa zvišujejo temperaturo prizemne plasti zraka. Prav tako so zelo nevarne za ptice in zasedajo precejšnje površine.
Kakšne alternative obstajajo? Pravzaprav ustvarjalnost sodobnih izumiteljev ne pozna meja in izumljenih je bilo veliko različnih alternativ.
Oglejmo si 5 najbolj nenavadnih in opaznih alternativnih modelov vetrnih turbin v industriji.
Od leta 2010 ameriško podjetje Altaeros Energies, ustanovljeno na Massachusetts Institute of Research, razvija novo generacijo vetrnih generatorjev. Nova vrsta vetrnih generatorjev je zasnovana za delovanje na nadmorskih višinah do 600 metrov, ki jih običajni vetrni generatorji enostavno ne dosežejo. Prav na tako visokih nadmorskih višinah nenehno pihajo najmočnejši vetrovi, ki so 5-8-krat močnejši od vetrov ob površju zemlje.
Generator je napihljiva konstrukcija, podobna zračni ladji, napihnjeni s helijem, v kateri je na vodoravni osi nameščena trikraka turbina. Takšen vetrni generator so izstrelili leta 2014 na Aljaski na nadmorski višini okoli 300 metrov za testiranje 18 mesecev.
Razvijalci trdijo, da bo ta tehnologija proizvajala elektriko po ceni 18 centov na kilovatno uro, kar je polovica običajnega stroška vetrne energije na Aljaski. V prihodnosti bodo takšni generatorji morda lahko nadomestili dizelske elektrarne in našli uporabo na problematičnih območjih.
V prihodnosti ta naprava ne bo samo generator električne energije, ampak tudi del vremenske postaje in priročno sredstvo za zagotavljanje interneta na območjih, ki so daleč od ustrezne infrastrukture.
Po vgradnji tak sistem ne zahteva prisotnosti osebja, ne zavzema velike površine in je skoraj tih. Lahko ga upravljate na daljavo in zahteva vzdrževanje le enkrat na 1-1,5 leta.
V Združenih arabskih emiratih se izvaja še ena zanimiva rešitev za ustvarjanje nenavadne zasnove vetrne elektrarne. Nedaleč od Abu Dabija se gradi mesto Madsar, kjer nameravajo zgraditi precej nenavadno vetrno elektrarno, ki so jo razvijalci poimenovali "Windstalk".
Ustanovitelj newyorškega oblikovalskega podjetja Atelier DNA, ki razvija zasnovo za ta projekt, je povedal, da je bila glavna ideja najti kinetični model v naravi, ki bi lahko služil za pridobivanje električne energije, in takšen model je bil tudi najden. 1203 stebla iz ogljikovih vlaken, od katerih je vsako visoko približno 55 metrov, z betonskimi podstavki širine 20 metrov, bodo nameščena 10 metrov narazen.
Stebla bodo ojačana z gumo in bodo na dnu široka približno 30 cm, na vrhu pa se bodo zožila na 5 centimetrov. Vsako steblo bo vsebovalo izmenične plasti elektrod in keramičnih diskov iz piezoelektričnega materiala, ki ob pritisku ustvarja električni tok.
Ko se stebla zibljejo v vetru, se diski stisnejo in ustvarijo električni tok. Brez hrupa lopatic vetrnih turbin, brez žrtev ptic, nič razen vetra.
Ideja je nastala ob opazovanju trstičja, ki se je majalo v močvirju.
Projekt Windstalk Atelier DNA je zasedel drugo mesto na natečaju Land Art Generator, ki ga sponzorira Madsar, da bi izbrali najboljše umetniško delo z mednarodnega področja vnosov, ki bi lahko proizvajali energijo z uporabo obnovljivih virov.
Površina, ki jo bo zasedla ta nenavadna vetrna postaja, bo obsegala 2,6 hektarja, moč pa bo ustrezala običajnemu vetrnemu generatorju, ki zaseda podobno površino. Sistem je učinkovit zaradi odsotnosti izgub zaradi trenja, ki so značilne za tradicionalne mehanske sisteme.
Na dnu vsakega stebla bo generator, ki pretvarja navor iz stebla s pomočjo sistema amortizerjev in valjev, podobno sistemu Levant Power, razvitem v Cambridgeu v Massachusettsu.
Ker veter ni stalen, bodo uporabili sistem za shranjevanje energije, da bo mogoče akumulirano energijo uporabiti tudi v brezvetrju, pojasnjujejo sodelavci, ki delajo na projektu.
Na vrhu vsakega stebla bo LED lučka, katere svetlost bo neposredno odvisna od moči vetra in količine proizvedene električne energije v tem trenutku.
Windstalk bo deloval na kaotičnem zibanju, kar omogoča, da so elementi nameščeni veliko bližje skupaj, kot je to mogoče pri običajnih vetrnih generatorjih z lopaticami.
Podoben projekt, Wavestalk, se razvija za pretvorbo energije oceanskih tokov in valov, kjer bi bil podoben sistem obrnjen na glavo pod vodo.
Projekt, ki ga je razvilo podjetje Saphon Energy iz Tunizije, je tako kot Windstalk vetrni generator brez lopatic, toda tokrat ima naprava obliko jadra.
Ta tihi generator, oblikovan kot satelitski krožnik, se imenuje safonski. Nima vrtljivih delov in je popolnoma varen za ptice. Zaslon generatorja se pod vplivom vetra premika naprej in nazaj, kar ustvarja tresljaje v hidravličnem sistemu.
Cilj projekta je izboljšati delovanje vetrnih generatorjev glede izrabe vetrnega toka. Veter je dobesedno vprežen v jadro, ki se pod njegovim vplivom premika naprej in nazaj, medtem ko ni ne lopatic, ne rotorja, ne zobnikov. Ta interakcija omogoča pretvorbo več kinetične energije v mehansko s pomočjo batov.
Energijo lahko shranjujemo v hidravličnih akumulatorjih ali jo pretvarjamo v električno preko generatorja ali pa z njegovo pomočjo poženemo kakšen mehanizem v vrtenje. Če imajo običajni vetrni generatorji izkoristek 30 %, potem ta jadralni generator zagotavlja 80 %. Njegova učinkovitost presega vetrnice z rezili za 2,3-krat.
Zaradi odsotnosti dragih komponent, kot je to v primeru vetrne turbine (lopatice, pesta, menjalniki), se pri Saphonianu stroški opreme znižajo do 45 %.
Aerodinamična oblika Saphoniana ima to prednost, da turbulentni tokovi vetra malo vplivajo na telo jadra, aerodinamična sila pa se le poveča. Turbulenca je razlog, zakaj se vetrne turbine ne uporabljajo v mestnih območjih, vendar se tam lahko uporablja tudi Saphonian. Poleg tega so škodljivi akustični dejavniki in dejavniki vibracij zmanjšani. Saphon Energy je prejel nagrado KPMG za svoja prizadevanja pri razvoju inovacij.
Še en zelo revolucionaren pristop k izrabi vetrne energije je že leta 2008 izvedel navdušeni izumitelj iz Kalifornije. Velike vetrne turbine za majhna mesta so velikosti 30-nadstropne stavbe, njihove lopatice pa dosegajo velikost kril boeinga 747.
Ti velikanski generatorji zagotovo proizvedejo veliko energije, vendar so proizvodnja, transport in namestitev takih sistemov zapleteni in dragi. Kljub temu se panoga vsako leto poveča za več kot 40 odstotkov. Točno to je razmišljal Doug Selsam iz Kalifornije, preden si je zadal svoj ambiciozen cilj. Odločil se je, da je povsem mogoče pridobiti več energije z manj materiali.
Z namestitvijo ducata ali več ducatov majhnih rotorjev na eno samo gred, povezano z enim generatorjem, je Doug na koncu dosegel svoj cilj. En konec dolge gredi je povezal z generatorjem, drugi konec pa je na helijevih balonih izstrelil v višave. Sistem je deloval po pričakovanjih.
Doug je v učbenikih prebral, da turbina z enim vijakom zadostuje za doseganje maksimuma, vendar je Doug dvomil. Mislil je drugače: več kot je rotorjev, več vetrne energije je na voljo za uporabo.
Če je vsak rotor postavljen pod pravim kotom, bo vsak rotor prejel svoj veter, kar bo povečalo učinkovitost proizvodnje.
To seveda oteži fiziko, saj smo sedaj morali poskrbeti, da vsak rotor ujame svoj tok in ne samo tok iz rotorja, ki se nahaja poleg njega. Treba je bilo ugotoviti optimalen kot za gred glede na veter in idealno razdaljo med rotorji. In na koncu so bili dobički doseženi z manj materiala.
Leta 2003 je izumitelj prejel 75.000 dolarjev nepovratnih sredstev kalifornijske energetske komisije za razvoj 3000-vatne turbine s sedmimi rotorji. Izziv je bil uspešno opravljen in Doug Selsam je že prodal več kot 20 svojih 2000-vatnih turbin z dvojnim rotorjem več lastnikom stanovanj. Te naprave je zgradil v svoji primestni garaži.
Dougova ideja je bila ena redkih idej, ki je dejansko imela potencial, da postane velika v komercialnem svetu. Selsam pravi, da sta dva rotorja šele začetek. Verjetno bo nekoč videl svoje turbine z več rotorji, ki se raztezajo miljo čez nebo.
Podjetje Archimedes, katerega pisarna se nahaja v Rotterdamu na Nizozemskem, je pripravilo svoj koncept nenavadnih vetrnih turbin, ki jih je mogoče namestiti neposredno na strehe stanovanjskih zgradb.
Po mnenju avtorjev projekta lahko učinkovita zasnova z nizkim hrupom v celoti zagotovi majhno hišo z elektriko, kompleks takšnih generatorjev, ki delujejo v povezavi z, pa lahko popolnoma zmanjša odvisnost velike stavbe od zunanjih virov električne energije na nič. Nove vetrne turbine se imenujejo Liam F1.
Majhno turbino s premerom 1,5 metra in težo okoli 100 kilogramov lahko namestimo na katerokoli steno ali streho stanovanjskega objekta. Običajno je višina terasastih streh 10 metrov, veter v državi pa je skoraj vedno jugozahodni. Ti pogoji zadoščajo za pravilno namestitev turbine na streho in učinkovito uporabo vetrne energije.
Tu sta rešeni dve težavi običajnih vetrnih turbin: hrup običajnih turbin z lopaticami in visoki stroški namestitve obsežne opreme. Pri običajnih vetrnih generatorjih se stroški namestitve pogosto ne povrnejo. Raven hrupa Liamove turbine je približno 45 dB, kar je celo tišje od hrupa dežja (v gozdu je hrup dežja 50 dB).
Turbina, oblikovana kot polžja hišica, se kot loputa obrača v vetru, zajema zračni tok, zmanjšuje njegovo hitrost in spreminja smer. Direktor podjetja Marinus Miremeta trdi, da izkoristek inovativne turbine dosega 80 % največjega izkoristka, ki je teoretično na voljo pri vetrni energiji. In to je že čisto dovolj.
Na Nizozemskem povprečna družina porabi 3.300 kWh električne energije na leto. Po besedah razvijalcev lahko polovico te energije zagotovi ena turbina Liam F1 pri hitrosti vetra vsaj 4,5 m/s.
Tri takšne turbine lahko postavite na oglišča trikotnika na strehi hiše, potem bo vsaka od turbin preskrbljena z vetrom in se ne bodo motile druga drugi, temveč si bodo pomagale.
Če govorimo o namestitvi v mestu, kjer so turbulentni tokovi, potem proizvajalec predlaga, da vetrne generatorje, nameščene na mestnih strehah, nekoliko dvignete in jih namestite na stebre, tako da stene sosednjih hiš ne motijo tokov vetra.
Ocenjeni strošek nove turbine z montažo je 3.999 evrov. Ker ima naprava velikost več kot en meter, bo morda potrebna posebna licenca za njeno uporabo, zato v skrajnem primeru podjetje proizvaja tudi mini Liamove turbine s premerom 0,75 metra.
Proizvajalci nameravajo svoje turbine uporabljati ne le za napajanje stanovanjskih in industrijskih objektov, temveč tudi za napajanje morskih plovil.
Kot lahko vidite, imajo proizvajalci vetrnih generatorjev veliko zanimivih alternativ.
Razvite države se že dolgo zanašajo na obnovljive vire energije, vključno z vetrno energijo. Posledično je skupna zmogljivost vseh jedrskih elektrarn, ki delujejo na svetu, nekaj več kot 400 tisoč MW, skupna zmogljivost vetrnih elektrarn pa je presegla 500 tisoč MW! Vendar pa v državah, kjer se vetrna energija posveča pozornosti, ni niti Gazproma niti RAO UES. Tako kot bi bil pripet na oljno iglo ... A da ne govorimo o bolečih stvareh.
Torej v državah brez vsemogočnosti monopolov in klanskega sistema prevladujejo propelerski vetrni generatorji z vodoravno osjo vrtenja. Takšni generatorji zahtevajo močne podporne stolpe z dragimi temelji, kar poveča dobo vračila. Poleg tega so takšne enote močni nizkofrekvenčni viri hrupa. Propelerska "vetrnica" se vrti s hitrostjo le 15-30 vrtljajev na minuto, po menjalniku pa se hitrost poveča na 1500, posledično se gred generatorja, ki proizvaja električno energijo, vrti z enako hitrostjo. Ta klasična shema ima pomembne pomanjkljivosti: menjalnik je zapleten in drag mehanizem (do 20% stroškov celotnega vetrnega generatorja), zahteva sezonsko zamenjavo in se zelo hitro obrabi (glej).
Pomen razvoja vetrnih turbin
Te okoliščine omejujejo krog kupcev in jih silijo v iskanje alternative tradicionalnim vetrnim generatorjem. Vetrne turbine z navpično osjo so postale sodoben trend. So tihe in ne zahtevajo velikih kapitalskih izdatkov, enostavnejše in cenejše za vzdrževanje kot horizontalne aksialne turbine. Vetrni generatorji z vodoravno osjo se prenesejo v zaščitni način (avtorotacija) pri največji hitrosti vetra, katere preseganje je preobremenjeno z uničenjem strukture. V tem načinu je propeler odklopljen od multiplikatorja in generatorja, električna energija pa se ne proizvaja. In rotorji z navpično osjo doživljajo znatno manjšo mehansko obremenitev pri enaki hitrosti vetra kot rotorji z vodoravno osjo. Poleg tega slednji zahtevajo drage sisteme za orientacijo vetra.
Do nedavnega je veljalo, da je za VAWT nemogoče dobiti koeficient hitrosti (razmerje med največjo linearno hitrostjo lopatic in hitrostjo vetra), večjim od ena. Ta preširoko razlagana predpostavka, ki velja le za nekatere tipe rotorjev, je vodila do napačnega zaključka, da je največji izkoristek vetrne energije pri vetrnih turbinah z navpično osjo nižji kot pri propelerskih vetrnih turbinah s horizontalno osjo, zaradi česar je ta tip vetrna turbina obstaja že skoraj 40 let, sploh ni bila razvita. In šele v 60.–70. letih prejšnjega stoletja so najprej kanadski, nato ameriški in angleški strokovnjaki eksperimentalno dokazali, da ti zaključki ne veljajo za Darrieusove rotorje, ki uporabljajo dvižno silo lopatic. Za te rotorje je določeno največje razmerje med linearno hitrostjo delovnih teles in hitrostjo vetra 6: 1 in več, koeficient izkoriščanja vetrne energije pa ni nižji od horizontalno-aksialnih (propelerskih) rotorjev. Pomembno vlogo igra tudi dejstvo, da je obseg teoretičnih raziskav aerodinamike vertikalno-aksialnih rotorjev in izkušenj z razvojem in delovanjem vetrnih generatorjev na njihovi osnovi veliko manjši kot pri horizontalno-aksialnih rotorjih.
Ustvarjena je bila od ostalih drugačna vetrna turbina tipa vertikalne osi (mednarodna oznaka VAWT), katere učinkovitost izkoriščanja vetrne energije ni slabša od najboljših svetovnih vetrnih generatorjev z vodoravno osjo vrtenja. Inovativen, večplasten pristop k zasnovi vertikalnih vetrnih generatorjev med drugim temelji na uporabi nizko nameščenega vzdržljivega rotorja, na obodu katerega so pritrjena številna krilna jadra.
Rotor je opremljen s podpornimi oporniki šasije na kolesih, ki mu omogočajo vrtenje okoli fiksne osi s stabilnim položajem na temelju zaradi koles šasije. Številna jadra in krila ustvarjajo velik navor zaradi aerodinamičnih sil. Zaradi česar je ta zasnova rekordna glede gostote moči. Premer rotorja je lahko 10 metrov. Hkrati je mogoče na tak rotor namestiti krila s površino več kot 200 kvadratnih metrov, kar bo omogočilo proizvodnjo do sto kilovatov električne energije.
Dimenzije in teža enot
Poleg tega je teža takšnih enot tako majhna, da jih je mogoče namestiti na strehe zgradb in jim s tem zagotoviti avtonomno napajanje. Ali pa je možno napajati objekt v gorah, kjer ni daljnovoda. Povečanje moči na poljubno veliko vrednost je mogoče doseči s podvajanjem takih enot. To pomeni, da z vgradnjo številnih podobnih inštalacij dosežemo potrebno moč.
Tehnična učinkovitost
Kar se tiče tehnične učinkovitosti. Naš prototip z višino lopatice 800 mm in prečno dimenzijo 800 mm je pri hitrosti vetra 11 m/s razvil mehansko moč 225 W (pri 75 obratih na minuto). Hkrati je stal na višini manj kot meter od površine zemlje. Glede na vir http://www.rktp-trade.ru primerljivo moč (300 W) razvije navpična vetrna turbina s petimi lopaticami, nameščena na šestmetrskem jamboru, in ima pet 1200 mm rezil, nameščenih na skupni premer 2.000 mm. To pomeni, če vzamemo, da so vetrne površine primerjanih vetrnic enake, se izkaže, da je prototip 2,5 do 3-krat bolj energetsko učinkovit kot znana vetrnica, ob upoštevanju dejstva, da veter v bližini tla so šibkejša zaradi bližine mejnega površja in imajo izrazito turbulentnost.
Na podlagi tega, če vemo, da ima opisani analog faktor izkoriščenosti vetrne energije (WEC) enak 0,2, lahko ocenimo prototipni WEC na 0,48, kar je precej višje kot pri VAWT tipa Savonius in Daria in ustreza svetovnemu najboljši vzorci vetrnih generatorjev s horizontalno osjo. Hkrati so poraba materiala in stroški prototipa veliko nižji kot pri propelerskih vetrnih turbinah, ki imajo mehanizme za usmerjanje vetra in visoko nameščeno gondolo z dragim planetnim menjalnikom.
Primerjalna ocena učinkovitosti rotorjev vetrnih turbin različnih vrst— Tabela 1.
| Tip rotorja | Lokacija osi vrtenja | Faktor izkoriščenosti vetrne energije (WEUR) | Vir | Opomba ania |
| Savoniusov rotor | Navpično | 0,17 | Razvit pred približno osemdesetimi leti, diagram - sl. 7 (e) na strani 17 omenjenega vira | |
| Rotor N-Darye s široko razmaknjenimi lopaticami | Navpično | 0,38 | T.R.A. Janson. Vetrne turbine. Uredil M.Zh. Osipova. M.: Založba MSTU im. N.E. Bauman, 2007, str | Razvit pred približno stoletjem, diagram - sl. 7 (a) na strani 17 omenjenega vira |
| Odpornost na več rezil | Navpično | 0,2 | Tam, kot tudi določen komercialni izdelek na spletni strani http://www.rktp-trade.ru | Temu tipu pripada tudi Bolotov rotor. |
| Dvokraki propeler | Vodoravno | 0,42 | R.A. Janson. Vetrne turbine. Uredil M.Zh. Osipova. M.: Založba MSTU im. N.E. Bauman, 2007, str | Najpogostejši tip vetrnih turbin na svetu danes |
| Rotor naše turbine (formalno N-Darier, vendar s tesno zaprtimi lopaticami, na katerih so nameščena nagnjena krila in vodoravni rotor) | Navpično | 0,48…0,5 | Terenske meritve hitrosti vetra z anemometrom, navora rotorja z dinamometrom, vrtljajev rotorja s tahometrom | |
Prednosti vetrne turbine z navpično osjo VAWT
- Naprava se vrti v isto smer v kateri koli smeri vetra. Medtem ko morajo biti gondole vodoravnih vetrnih generatorjev usmerjene proti vetru, kar poveča stroške zasnove in skrajša življenjsko dobo gibljivih delov mehanizma za obračanje.
- Proizvodnja električne energije v VAWT se začne pri hitrosti vetra 5 m/s.
- Turbina ima visoko aerodinamično kakovost lopatic in inovativno arhitekturo, ki ji omogoča doseganje najmanj 47-odstotne učinkovitosti vetrne energije.
- Turbina ne zahteva vzdrževanja generatorja (obročasta ravna linearna brez ščetk in ležajev).
- Povečanje moči se doseže z vgradnjo dodatnih modulov.
- VAWT nima omejitev pri namestitvi v bližini ohišja in ne ustvarja nesprejemljivega elektromagnetnega in zvočnega sevanja. To omogoča namestitev turbin v naseljenih območjih, tudi na strehah večnadstropnih stavb, ne da bi pri tem ogrozili pogled na pokrajino.
- VAWT je popolnoma neškodljiv in se lahko namesti na selitvene poti ptic selivk.
- Turbina je odporna na močne vetrove in prenese tudi orkanske vetrove. To dosežemo z mehanizmom za samodejno spreminjanje vpadnih kotov vertikalnih turbinskih lopatic (slike so prikazane zgoraj).
- VAWT ima lahke in enostavne komponente, ki jih je enostavno prenašati in namestiti.
- Turbina je zaščitena pred strelo.
Danes je bil dokončan 3-D model mehanskega dela turbine (z višino navpičnih lopatic 8 m) v polni velikosti, izdelane pa so tudi delovne risbe delov in sklopov rotorja in njegove rotacijske enote. je bil dokončan. Risbe za električni generator in rezila so razvite ob upoštevanju največje skladnosti z merilom "cena - kakovost".
Projekt vključuje načrtovanje, izdelavo in testiranje vzorca VAWT v polni velikosti (navpična višina rezila 8 m). Nato je načrtovana organizacija industrijske proizvodnje takšnih naprav po odpravljanju napak v pilotnem modelu, pri čemer bodo takšne naprave opremljene na neelektrificiranih območjih na podeželju in stavbah v mestih.
Področja uporabe inovativnega vetrnega generatorja so načeloma enaka kot pri njegovih analogih. To pomeni, da gre za proizvodnjo električne energije na mestih, kjer ni stacionarnih virov, pa tudi tam, kjer uporaba drugih načinov pridobivanja električne energije ni ekonomsko donosna. Zlasti so to objekti za posebne namene, ki zahtevajo avtonomno napajanje, na primer svetilniki in radijski svetilniki, mejne postojanke in mejne postaje, avtomatizirane meteorološke in zračne navigacijske postaje.