Что влияет на мощность ветрогенератора

Мощность ветрогенератора конечно зависит от скорости ветра, точно так-же как мощность солнечной батареи зависит от яркости солнечного света, или мощность гидротурбины от скорости потока воды. Но какая зависимость ветрогенератора от скорости ветра нам не понятно, так-как мы не знаем сколько энергии в самом ветре. Энергии в ветре очень много, к примеру на рекламный щит шириной и высотой один метр при скорости ветра 5 м/с оказывается давление мощностью 75 ватт. А если щит будет размером три на три метра то мощность ветра при 5 м/с составит 675 ватт. При этом если скорость ветра снизится в два раза то мощность упадёт в восемь, а если ветер будет дуть с в два раза большей скоростью, то мощность давления на щит увеличится в восемь раз. Зависимость мощности ветра с увеличением скорости кубическая.

Но винт горизонтального ветряка или ротор вертикального ветрогенератора это вращающаяся конструкция, она испытывает то-же давление что и щит, но во вращение не может трансформировать всю энергию ветра.

Лучшие горизонтальные ветрогенераторы могут брать от ветра до 47% энергии, а ветряки типа «бочка» до 25%. Обычный средний КПД горизонтального ветряка 0.4, и он не постоянный, так-как лопасти имеют фиксированные аэродинамические формы, которые с максимальным КПД могут работать только при определённой скорости ветра. Тоже самое и вертикальными роторами так-как их лопатки тоже имеют фиксированный размер.

На этом этапе я думаю понятно что мощность ветрогенератора определяет сила ветра или по другому скорость ветрового потока. Также размер винта определяет с какой площади ветрового потока можно брать энергию. Понятно что чем больше винт тем больше он «поймает» ветра, и отнимет у него энергию. Третье это КПД винта, это тоже немаловажный фактор, чем выше КПД тем больше мощности у винта и дешевле сам ветрогенератор.

К примеру винт диаметром 3 метра при ветре 5 м/с имеет мощность примерно 210 ватт, а при 10 м/с его мощность составит 1,8 кВт. Если конечно его КПД будет высокий. Вообще неправильно говорить КПД, нужно говорить коэффициент использования энергии ветра, то есть КИЭВ винта. Винт ветрогенератора это довольно сложная штука, и кроме диаметра винта есть такое понятие как быстроходность винта, это нужно будет чтобы подобрать правильный генератор. Быстроходность это скорость кончиков лопастей относительно скорости ветра, обычно кончики лопастей в рабочем режиме движутся быстрей скорости ветра в 5-7 раз для трехлопастных винтов. Это достаточно сложная наука и вы вначале ничего не поймёте в этом. Ниже таблица мощности винтов в зависимости от диаметра винта и скорости ветра при КИЭВ 0,45.

>

Далее у нас на очереди генератор, средний КПД обычно у генераторов 0.8, но этот КПД зависит от оборотов. Генератор может иметь и максимальный КПД 96%, но только в узком диапазоне оборотов, и это зависит от сопротивления нагрузки на генератор, и сопротивление обмотки генератора. Так-же КПД генератора может быть ниже 50% если он неправильно нагружен, но он не может быть правильно нагружен так-как на разных оборотах ему нужна разная нагрузка, а обороты разные потому что скорость ветра меняется, меняются и обороты винта, а следовательно и генератора.

Это в общем тоже сложно, генератор по мощности должен подходить винту, иметь чуть меньшую мощность чем винт в широком диапазоне оборотов, тогда вся эта цепочка будет работать эффективно.

Мощность ветрогенератора определяет:

скорость ветра

диаметр ветроколеса (винта или ротора)

КИЭВ ветроколеса

КПД генератора

В Калмыкии студент нашел способ увеличить КПД электрогенераторов — Российская газета

Студент физико-математического факультета Калмыцкого госуниверситета Илья Котлер надеется сделать из Калмыкии образцовую экологически чистую республику. Это возможно за счет значительного увеличения КПД новых ветроэлектрогенераторов.

Примечательно, что Илья приехал поступать в КалмГУ из Крыма. А ведь степная республика и морской полуостров — это регионы, в которых ветер является неисчерпаемым и бесплатным источником энергии. Нужно только грамотно его использовать. Эту проблему и пытается сейчас решить крымчанин в Калмыкии.

— Я работаю над созданием новых асинхронных двигателей на базе альтернативных источников энергии. Кстати, эти разработки можно применять не только в электроэнергетике. Проблема заключается в том, что ранее серьезной модернизации в этой сфере практически не было. А между тем самый высокий КПД генератора составляет не более 40 процентов. И речь в данном случае идет о дизель-генераторах. КПД стандартных ветрогенераторов еще меньше. А я планирую увеличить его минимум до 50 процентов. На самом деле это очень много в рамках всей промышленности. В принципе уже сейчас можно собрать ветрогенератор с небольшими улучшениями, который будет вырабатывать энергию больше и дешевле. Но нужен еще более качественный технологический скачок, — говорит студент-новатор.

Повысить эффективность ветроэлектрогенераторов Илья планирует за счет улучшения конструкции, использования новых электротехнических материалов и снижения сопротивления при нагреве, которое является бичом всех механизмов с вращающимися деталями. Такая модернизация повлечет за собой незначительное увеличение цены нового оборудования. Но его стоимость будет сравнительно невысокой и быстро окупится за счет повышенного КПД и увеличенного ресурса. Как считает разработчик, в продуваемой ветрами малонаселенной и сельскохозяйственной Калмыкии подобный проект уместен как нигде.

— Если повсеместно внедрить эффективные электрогенераторы с высоким КПД, не нужно будет тянуть по большим необжитым территориям республики дорогие ЛЭП. При этом сельское хозяйство получит постоянную дешевую энергию. Например, на животноводческой точке достаточно будет поставить небольшой и недорогой ветряк высотой 3,5 метра и размахом лопастей 1,5 метра, — приводит пример Илья.

Кстати, в Калмыкии уже предпринимались попытки создать ветропарк. Но пока реальных результатов они не принесли. По мнению Ильи, это связано с тем, что в России не развиты отечественные разработки в сфере ветроэнергетики, а использование дорогого иностранного оборудование оказывается невыгодным.

Так, например, огромные промышленные ветряки западного производства обходятся в три-четыре миллиона долларов. Плюс доставка, которая также имеет свои сложности, а значит, оказывается недешевой. И опять-таки низкий КПД действующих ветряков ставит рентабельность подобных проектов под вопрос.

Если же наладить производство новых высокоэффективных ветрогенераторов в России, ситуация может измениться кардинальным образом. При этом Илья подчеркивает, что он не ставит задачи соперничать с традиционной ветроэнергетикой. Более того, разработки студента вполне можно применять и в обычных электростанциях. Их КПД также увеличится. Кроме того, снизится уровень загрязнения окружающей среды.

Кстати

В Калмыкии планировалось создать самый крупный частный инвестиционный ветропарк в России. Он должен был производить энергию, которой хватило бы как минимум для обеспечения потребностей Элисты. Чешская фирма заявляла о строительстве в республике ветряных электростанций мощностью от 150 до 300 МВт.

Всего планировалось поставить от 13 до 20 новых ветрогенераторов.

Местные власти уверены, что природно-климатические условия республики, ее географическое положение и рельеф местности идеально подходят для использования возобновляемых источников энергии. Среднегодовая скорость ветра в Калмыкии на высоте 66 метров составляет 8,1 метра в секунду, а это один из самых высоких показателей в России. Также развитию ветрогенерации способствует равнинный ландшафт, обширные территории и низкая плотность населения.

Между тем, по мнению скептиков, пока альтернативные источники энергии вряд ли смогут конкурировать с достаточно дешевым российским углеводородным сырьем. На эффективность ветрогенерации могут повлиять и некоторые особенности климата калмыцких степей: песок из пустынных районов и обледенение лопастей и механизмов ветрогенераторов зимой может привести дорогую технику в негодность.

Удивительные ветрогенераторы — Энергетика и промышленность России — № 21 (353) ноябрь 2018 года — WWW.

EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 21 (353) ноябрь 2018 года

Объединяет их лишь одно: рабочей силой является движение воздушных масс. О некоторых оригинальных агрегатах мы и хотим рассказать в этом материале.

Ветрогенераторы становятся все более популярными. Их используют не только как дополнительный источник электричества, но зачастую и как основной, например, при обустройстве загородного дома. Тому способствует удобство эксплуатации и вполне хороший эстетичный вид ветряков. К тому же это вполне экологичные конструкции, не требующие затрат на природные ресурсы: ветер бесплатен. К тому же нынче промышленность выпускает контроллеры энергии, обеспечивающие работу даже при слабом ветре, собирающие энергию «порциями», и конструкции с автоматически изменяющимся углом атаки лопастей в зависимости от направления и силы ветра.

В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные, где вращающийся вал расположен горизонтально относительно направления ветра и с самым высоким КПД, барабанные и карусельные, в которых вал, вращающий лопасти, расположен вертикально и которые монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).

Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести установки из строя.

Достоинства ВЭС – простота конструкции, экономичность и возобновляемость источника энергии. Кроме того – доступность (ветер дует везде) и независимость источника энергии (например, от цен на топливо).

Недостатки – зависимость от ветра, шумность и необходимость использования больших площадей (в случае постройки крупных электростанций). Кроме того, стартовая стоимость и дальнейшее использование – вполне затратны (необходимы накопители энергии, которые имеют ограниченный срок эксплуатации).

Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.

В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.

Это касается, в первую очередь, так называемых «традиционных» ветряков. Но среди всего разнообразия установок есть и оригинальные, не вписывающиеся в обычные представления о них.

Дерево-ветрогенератор

Например, французская группа инженеров создала искусственное дерево, способное генерировать электричество с помощью ветра. Устройство производит энергию даже при небольшом движении воздуха.

Идея пришла автору изобретения Жерому Мишо-Ларивьеру, когда он наблюдал шелест листьев в безветренную погоду. Устройство использует небольшие пластины в форме скрученных листьев, которые преобразуют ветряную энергию в электрическую. Причем независимо от направления движения воздуха. Дополнительное преимущество «дерева» заключается в его полностью бесшумной работе.

На создание 8‑метрового прототипа инженеры потратили три года. Энергогенерирующее «дерево» установлено в коммуне Плюмер-Боду на северо-западе Франции.

Новая установка, Wind Tree, эффективнее обычного ветрогенератора, поскольку вырабатывает энергию даже при скорости ветра всего 4 м / с.

Мишо-Ларивьер надеется, что «дерево» будет использовано для питания уличных фонарей или зарядных станций для электромобилей. В будущем он планирует усовершенствовать установку и подключить ее к энергоэффективным домам. Идеальное электрогенерирующее «дерево», по словам изобретателя, должно иметь листья из натуральных волокон, «корни» в виде геотермального генератора и «кору» с фотоэлементами.

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.

Крылья стрекозы

Несколько исследователей из Франции попробовали сделать ветряную турбину еще эффективней за счет изменения ее компонентов. Насекомые, а именно стрекозы, вдохновили их на создание гибких лопастей. Ветровая турбина на сегодняшний день работает только при оптимальных скоростях ветров, но новый био-дизайн может дать способ обойти этот факт.

Исследователи построили прототипы с обычными жесткими лопастями, умеренно гибкими лопастями и очень гибкими лопастями турбины. Последний дизайн оказался слишком гибким, но умеренно гибкие лопасти превосходят жесткие, создавая на целых 35 % больше мощности. Кроме того, они продолжали работать в условиях слабого ветра и не были подвержены повреждениям при сильном ветре.

Теперь ученым предстоит найти оптимальный материал, который не был бы слишком гибким, но и не являлся жестким.

Воздушная ветроэнергетика

Воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращенно AWE) запускает в небеса летающие ветряные электростанции – дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащенные 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 воздушных ветряных электростанций достигает 70 %.

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.

Ветрогенератор закрытого типа

Компания «Оптифлейм Солюшенз», реализующая в рамках «Сколково» проект по созданию нового поколения малых и средних ветрогенераторов закрытого типа, создала предсерийный образец ветроустановки для подготовки к промышленному производству.

Традиционные ветрогенераторы открытого типа обладают высоким уровнем потенциальной опасности и поэтому располагаются преимущественно в нежилых зонах на удалении. Ветрогенераторы закрытого типа, оснащенные турбиной наподобие самолетной, можно размещать в любых местах, например на крышах жилых или коммерческих зданий.

Установочная мощность образца – 1 / 2 кВт. Он протестирован в аэродинамической трубе и в реальных условиях. В дальнейшем планируется создать и более мощные разработки.

Вместо обычного двух- или трехлопастного вентилятора здесь используется осевая турбина самолетного типа. Это повышает КПД и снижает стоимость изготовления, т. к. сами лопатки существенно меньше вентиляторных. Конструкция имеет внешний направляющий аппарат, который дополнительно повышает КПД и служит защитой от птиц, а также имеются внешний и внутренний обтекатели, служащие защитой в случае разрушения лопаток.

В итоге получен ветрогенератор с рекордно низкой стоимостью генерации кВт-часа, который принципиально возможно размещать в жилой зоне, в том числе – на крышах городских домов. Обычный ветряк там ставить невозможно, так как в пределах десяти диаметров от него должно быть свободное пространство.

По сравнению с обычными ветрогенераторами данная конструкция безопасна в рабочем состоянии для обслуживающего персонала и летающих животных. Также оно работает при более низком уровне шума и не является значительной угрозой для безопасности людей и строений в округе. При аварии обычного ветрогенератора массивные лопасти, двигающиеся с большой скоростью, как правило, разрушают всю конструкцию при повреждении одной из них.

Безредукторный ветроагрегат

В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.

Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.

«Водонапорная башня»

Самый фантастический проект представили американцы. С дальнего расстояния этот ветрогенератор похож, скорее, на водонапорную башню. Лишь поблизости можно увидеть медленное вращение лопастей.

Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчетам, она одна должна поставлять столько электроэнергии, что ее хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.

Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.

О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счет магнитной левитации. Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, становится как бы невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух.

Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счет магнитной левитации давно занимала ученые и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы.

В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывает воздушный поток. По предположению, такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене.

Это, конечно, лишь часть необычных для традиционного взгляда проектов. Некоторые из них, например, относящиеся к воздушной ветроэнергетике, уже успешно используются. Некоторым – еще предстоит найти свое место в истории. Понятно одно – на традиционных ветряках ветроэнергетика вовсе не заканчивается, она, как и любое направление техники, неуклонно продолжает развиваться.

Ловцы ветра – Наука – Коммерсантъ

Российская компания создала не имеющий аналогов в мире по эффективности двухроторный ветрогенератор — его уже заказали Саудовская Аравия и Вьетнам.

На завершившемся 2 ноября климатическом саммите в Глазго (26-я конференция сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата) вновь говорили о недопустимости глобального потепления, сокращении выбросов углекислого газа и метана, актуальности разработки и внедрения передовых зеленых технологий, к числу которых относятся, в частности, возобновляемые источники энергии. Один из таких источников — ветер. Сейчас ветроэнергетика занимает лишь 5,3% в мировом производстве электроэнергии, хотя эта доля неуклонно растет: если в 2016 году за счет энергии ветра был произведен 121 гигаватт электроэнергии, то в 2020-м — уже 743 гигаватта. Но так ли хороша западная ветроэнергетика, и что может предложить в этом плане Россия?

Генеральный конструктор

Идея создать инновационный двухроторный ветрогенератор принадлежит Анатолию Георгиевичу Баканову, генеральному конструктору, который с 1973 года возглавлял Опытно-конструкторское бюро моторостроения в Воронеже (ОКБ моторостроения), а ныне является научным руководителем воронежской компании «Инновационные системы». На его счету десятки внедренных разработок, в том числе авиационные поршневые двигатели, газотурбинные двигатели на пилотируемые и беспилотные летательные аппараты, редукторы для многоразового космического корабля «Буран». Опыт создания ветроустановок у него тоже есть: в начале 1990-х годов он, в частности, разработал трансмиссию для ветрогенератора мощностью 450 кВт, установленного на Украине, под Николаевым, создал для Минобороны встраиваемые в объекты ветроустановки мощностью 30 кВт.

В 2002 году Баканов с коллегами учредил собственную фирму. Сначала продолжали работать над военными технологиями, в частности, сделали трансмиссию для подводной лодки нового поколения, выиграв конкурс среди ведущих заводов и институтов, но потом пришлось от этого направления отойти. «Все, над чем в свое время работал Баканов,— это авиация, преимущественно военная. На все нужно иметь специальные лицензии, разрешения,— объясняет Антон Тихонов, директор по развитию бизнеса компании «Инновационные системы», разработавшей инновационную двухроторную ветротурбину.— Частной фирме в этой сфере очень сложно пробиться и получить заказ. В конце концов нас вытеснили с этого рынка. Но бакановскую трансмиссию, аналог которой используется в вертолете, мы смогли применить в ветроэнергетике. А ветроэнергетика — это уже частное направление, которое к тому времени получило большую популярность за рубежом».

Эффективность и экология

«Все модели трехлопастных ветряков в мире очень неэффективные»,— рассказывает Елена Тихонова, генеральный директор компании «Инновационные системы». КПД трехлопастных ветряков, которые сейчас устанавливают в ветропарках, очень низкий. По закону Беца, открытому еще в 1919 году, ветрогенератор, а точнее, перфорированный диск может забрать не больше 59,3% мощности падающего на него воздушного потока. По факту производительность современных трехлопастных однороторных ветряков составляет около 30%. «Сейчас в однороторной трехлопастной ветроэнергетике фактически достигнут максимум того, что можно достичь,— говорит Елена Тихонова.— И весь рост выработки происходит в основном за счет двух направлений».

Первое — это увеличение высоты башни, поскольку на большой высоте ветер сильнее, а значит, даже при 30–40-процентном КПД можно получить больше энергии. Сюда же относятся ветротурбины на воздушных шарах: на километровой высоте ветер всегда сильный и постоянный. Подобные проекты есть у американской компании Altaeros Energies, канадской Magenn и других.

Второе — увеличение длины лопастей, ведь чем больше охват площади, тем больше ветра приходит на ветряк. Рост выработки происходит также за счет изменения профиля лопастей, получающих улучшенную аэродинамику. Еще можно установить на одну площадку больше ветряков или сделать их более мощными и вынести в море, где ветер стабильнее и сильнее. Но все это количественные изменения, способные увеличить выработку буквально на какие-то доли процентов, а двухроторный генератор — это качественный скачок в ветроэнергетике, дающий ощутимый прирост в выработке, и его можно использовать везде: на суше, на море и даже в воздухе.

Инфразвук

«Трехлопастные ветроустановки производят инфразвук — звуковые волны, которые не воспринимаются человеческим ухом,— объясняет Елена Тихонова.— Когда лопасть идет мимо башни, воздух сжимается, а потом «выстреливает». Это и есть источник инфразвука. Сейчас в ветропарках ставят большие мощности: чем больше мощность ветряка, тем ниже частота инфразвука, тем сильнее его воздействие. Поэтому во многих странах расстояние от ветропарков до жилых зон законодательно ограничено. Инфразвук оказывает пагубное действие на живых существ, в том числе человека. Особенно он опасен при фазовом совпадении частот, например, когда после затишья подул ветер и несколько трехлопастных ВЭУ синхрофазно начали вращаться. Известны случаи, когда в районах, где расположены ветропарки, при таком стечении обстоятельств происходила массовая гибель птиц и животных. Это стало одной из причин, почему мы решили делать двухроторную ветротурбину с разным числом лопастей: она не создает звуковых биений и, следовательно, инфразвука».

«Когда мы с Бакановым проанализировали все, что существует в мире из большой ветроэнергетики, поняли, что работать над трехлопастными ветряками бесперспективно,— продолжает Елена Львовна.— В них денег вбухано столько, что нам там ловить нечего, ведь в разработки мы вкладывали собственные средства, и это были совсем не миллиарды. Все началось с рассуждений. Баканов говорит: «Лен, а ведь газовая турбина всегда имеет два ротора, и у нее КПД доходит до 96%. Почему бы это в ветроэнергетике не применить?» Пригодился и его опыт работы над редукторами для двухроторных вертолетов «Камов». Подъемная сила двухроторного вертолета значительно больше, чем однороторного, поэтому он и решил использовать такую конфигурацию».

Ротор — это подвижная часть турбины, к которой крепятся лопасти, двухроторная конфигурация — система из двух основных роторов, вращающихся в противоположных направлениях. У трехлопастного ветрогенератора один ротор; у двухроторного — девять лопастей: четыре на одном роторе, пять — на другом.

Когда в «Инновационных системах» построили математическую модель, удивились, какой высокий получился КПД: 70–80% с учетом потерь на электрические сети — провода, преобразователи и т. д. «Основной прирост выработки в нашем ветрогенераторе происходит как раз за счет двухроторного механизма, дополненного сумматором и мультипликатором,— говорит Антон Тихонов. — Благодаря этим устройствам ротор увеличивает получаемую мощность. Кроме того, наша установка забирает ветер фактически на 80% в отличие от трехлопастных ветряков. То есть практически все, что попадает на наш ветряк, преобразуется в электроэнергию. А еще наши двухроторные ветротурбины специально рассчитаны на небольшие скорости ветра. Чем выше КПД установки и реальнее используемые ветра, тем выше выработка ветротурбины и значительно ниже себестоимость полученной электроэнергии. И тем выгоднее двухроторная ветротурбина покупателю».

Европейские партнеры отмечают также, что эти установки безопасны для перелетных птиц. Благодаря быстрому встречному вращению лопастей, которые образуют хорошо видимый диск, птицы их легко облетают.

Почему заграница

«Когда мы занялись ветротурбиной, Россию это не интересовало»,— признается Елена Львовна. «Мы обращались в министерства, крупные компании, демонстрировали опытные установки,— поддерживает коллегу Антон Тихонов.— Но обычно получали ответ: «Зачем это все? У нас есть дешевые газ и нефть». В России мы эту технологию продвинуть не смогли и тогда поняли, что наш основной рынок лежит за рубежом. Благодаря Анатолию Георгиевичу мы получили шанс выйти на иностранные рынки. Первым заинтересовался Вьетнам. Там решили заказать установки, производство которых они смогут освоить у себя. Так вышли на мощность один мегаватт. Сейчас по ветротурбине ИнС-В-1000 подготовлена вся документация, успешно прошли заводские испытания. После натурных испытаний и всех необходимых доработок для передачи в серию мы сможем выпускать десятки, может быть, даже сотни установок».

Когда был зарегистрирован американский патент, интерес к инновационным ветрякам проявила Саудовская Аравия. Экспертизу она заказала у европейских компаний, те подтвердили, что технология перспективная. Сейчас проект с саудовцами активно развивается, и в компании надеются, что уже в следующем году смогут запустить мегаваттную ветротурбину в инновационном городе Неом на северо-западе страны. А со временем там появится ветропарк на основе воронежских двухроторных ветряков.

Есть интерес к российским ветрякам и в Индонезии: там тысячи островов, и каждый требует своей генерации. Но есть и своя специфика, говорит Антон Тихонов. Конкуренты, предлагающие трехлопастные установки, приходят со своими деньгами, обещают взять все затраты по установке на себя. Для местных властей такие предложения очень соблазнительны, но ветряки «Инновационных систем» индонезийцам тоже нравятся, так что сейчас договариваются о пилотном проекте.

Недавно технологией заинтересовались в США. «В Штатах сейчас бум ветроэнергетики,— рассказывает Антон.— Мы недавно создали там СП, ведем переговоры с Ассоциацией офшорной ветроэнергетики США и готовимся найти продукт, с которым выйдем на американский рынок. Мегаваттные установки Америке неинтересны: там хотят 32 мегаватта. Наши конструкторы подтверждают, что такая задача нам по силам, было бы стабильное финансирование».

А что же Россия? «Мы патриоты,— говорит Антон Тихонов,— мы хотим развивать производство в России, но понимаем, что сейчас можем попасть только в изолированные зоны Дальнего Востока и Арктики». Компания уже заключила соглашение о сотрудничестве с Агентством Дальнего Востока по привлечению инвестиций и поддержке экспорта (АНО АПИ), чтобы построить в Дальневосточном федеральном округе ветропарк. Есть идея организовать производство турбин или их основных узлов в Приморском крае или на Сахалине, на территории опережающего развития, чтобы не тратиться на доставку. Арктическая зона перспективна благодаря Северному морскому пути, который требует множества метеостанций, станций обслуживания. Это очень большой рынок под установки от 30 до 200 кВт. «Мы бы хотели найти партнера, с которым начали бы развивать серийное производство для арктической программы,— продолжает Антон Тихонов.— Он бы помог наладить обслуживание и сеть продаж небольших установок, а мы смогли бы заниматься более мощными турбинами, развитием технологии. Для выпуска маленьких ветряков достаточно небольшого цеха. Эти установки нужно выпускать десятками тысяч, потому что есть много желающих их купить: дачники и жители коттеджных поселков к нам тоже часто обращаются. Но для этого, повторюсь, нужен партнер, который наладил бы производство».

Елена Туева

Чистая энергия ветра в Ваш дом!

Компания ЭнерджиВинд на рынке России и стран СНГ является единственным серийным производителем однолопастных ветрогенераторов. Наша разработка является уникальной и поэтому мы можем предоставить нашим покупателям ветряные электростанции по отношению к китайским трехлопастным моделям ветрогенераторов:

• с большей, чем в 2 раза скоростью вращения лопасти;
• с более низкими и выгодными ценами;
• с высоким качеством продукции;
• с гарантийными обязательствами;
• с долгим сроком службы;
• не требует топлива.

Если Вы используете бензогенераторы, то с установкой у себя дома нашей ветряной электростанции Вам не придется терпеть шум бензогенератора, мучаться с доставками топлива и постоянными заправками, а также при каждодневной работе Вам не придется через полгода — год ехать за новым, т.к. предыдущий сломался.

Ветряные электростанции в России с каждым годом становятся все более популярным альтернативным источником энергии для дома. В последние 5 лет мы наблюдаем повышение интереса к ветрякам.

Ведь окупаемость нашей установки с учетом ежегодного увеличения государством цен на энергию будет составлять от 7 до 12 лет. Таким образом использование энергии ветра позволит Вам сэкономить деньги на ближайшие 30-40 лет, а за 7-12 лет Вы полностью покроете стоимость ветрогенератора.

Хватит складывать деньги в чужой карман!

Будьте независимыми и принесите благо природе.  Пользуйтесь тем, чем судьба наградила Вас с рождения — Светом Солнца, Воздухом, Водой, Землёй!

Как работает наш ветряк?

На схеме показано как чистая энергия ветра поступает в Ваш дом и предоставляет возможность пользоваться электроприборами.

• При ветре около 3м/с лопасть ветрогенератора начинает вращаться и вырабатывать энергию, которая поступает на блок обработки электроэнергии и зарядки аккумуляторов (Блок ОЭЗА).
• С блока ОЭЗА энергия поступает на аккумуляторные батареи, которые нужны для того, чтобы у Вас всегда в доме было электричество и в безветренное время.
• С помощью инвертора энергия с аккумуляторов преобразуется в 220В, что дает возможность использовать электроприроборы в доме.

Правильное расположение ветрогенератора

В регионах с высокой скоростью ветра, в прибрежных зонах и на объектах, где в зимний период солнечная электростанция «не справляется», для автономного энергоснабжения используют ветрогенераторные станции – «ветрогенераторы», (сокращённо ВГ). Но на большей территории нашей страны средняя скорость ветра составляет всего 4-5м/сек., тогда как ветрогенератору для выработки «номинальной мощности» требуется 10-12м/сек.. Именно поэтому нет никаких сомнений в важности правильной и продуманной установки устройства, достичения точки, где винт его окажется в зоне с максимальной скоростью ветра.

Мощность ветрогенератора и зависимость от скорости ветра и высоты мачты

Почему же так важно «не потерять» ни одного метра в секунду? Определим зависимость мощности ветрогенератора от скорости ветра. 

1. Кинетическая энергия воздуха, движущегося ламинарно (без завихрений)  W=1/2mV2, где m — масса воздуха, V – его скорость.

2. Массу воздуха, проходящего за время t и площадь S можно выразить следующим образом: m=VtSρ, где: S – площадь, описываемая винтом ВГ, ρ – плотность воздуха.

3. Чтобы определить мощность (P), делим энергию на время, подставляем выражение для массы, получаем: P=1/2V3Sρ.

4. Если теперь умножить выражение на КПД устройства в целом, включающее в себя коэффициент преобразования лопастей винта, коэффициент полезного действия редуктора и генератора (ƞ), получим реальную мощность «ветряка»: P=1/2V3Sρ ƞ. На практике обычно значение  ƞ лежит в пределах 0,4-0,5.

Как видно из расчета, мощность ВГ пропорциональна третей степени скорости ветра, то есть увеличение скорости в 2 раза даст увеличение мощности в 8 раз!

Таким образом, скорость ветра и отсутствие турбулентностей (завихрений) должны иметь решающее значение при выборе места установки ветрогенератора. Из этих соображений идеально подходят: 

• берег крупного водоема;
• вершина горы или возвышенности;
• центр протяженного поля. 

Увы, в реальной жизни мало кто имеет на своем участке моря, поля и горы.  Поэтому принцип только один – чем выше установка, тем лучше. В идеале, Ветрогенератор должен быть выше не менее, чем на 6 (шесть) метров окружающих его предметов (дома, деревьев, строений, возвышенностей), чтобы оказаться в зоне ламинарного движения воздуха.

Приведем простой пример, который можно легко проверить в on-line калькуляторе для расчета на нашем сайте. Рассмотрим модель пятилопастного ветрогенератора HY-1000, стоящий в «бесконечном» поле вблизи Санкт-Петербурга:

• При высоте мачты 5 метров максимальная выработка достигается в сентябре и составляет 1,38кВтч/сутки;
• Если увеличить высоту мачты до 10 метров, получим 2,43 кВтч/сутки;
• Увеличим высоту до 20 метров и получим уже – 3,12 кВтч/сутки.  

Вывод напрашивается сам собой —  часто вместо увеличения мощности ветрогенератора достаточно увеличить высоту мачты.

Решающая роль места установки «ветряка» в эффективности энергосистемы

Очень велик соблазн приделать мачту ветрогенератора к дому для увеличения высоты всей конструкции. Несмотря на очевидные плюсы, данный подход имеет ряд минусов:

Во-первых, установка издает звуки, и звуки эти отлично могут быть переданы по мачте на конструкцию дома, что со временем будет раздражать его жителей. Во-вторых, если здание находится в черте города, могут потребоваться дополнительные согласования в надзорных органах.

Стоит также обратить внимание на конструкцию самой мачты. Если горизонтальные линейные размеры мачты сравнимы или превышают размеры ВГ, то, собственно, сама мачта может являться источником турбулентности.

Очень показательный пример, когда мачта по сути мешает работать системе, плюс частично затеняет солнечные батареи, представлен на фотографии.

          

Особое внимание нужно уделить выбору сечения кабеля. Так как ВГ находится на мачте, а контроллер заряда где-то в доме, длина линии может быть значительной, равно как и падение напряжения. Это может привести к снижению эффективности заряда аккумуляторных батарей. Из этих соображений, площадь сечения кабеля должна быть достаточно большой, чтобы данный эффект был незначителен. Для расчёта площади сечения кабеля следует обратиться к правилам, описанным в статье Расчёт сечения провода.

В отличие от монтажа солнечных батарей, установка «ветряка» часто влечет за собой капитальные строительные работы, такие как бетонирование основания, монтаж свай для растяжек, сварочные работы. Тем не менее, правильно выполненный монтаж обеспечит надежную и эффективную работу системы, и максимальную выработку энергии на протяжении всего срока эксплуатации.

Читать другие статьи..

не флюгер с лопастями. Цена разочарования. Карта ветров России. КПД ветрогенератора.

К сожалению мы часто судим о ветре по флюгеру с пропеллером.

В лучшем случае по анемометру.

Но при этом забываем, что ветряк не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор электрогенератора в окружении мощных редкоземельных магнитов.

И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветроустановки ниже напряжения аккумуляторной батареи (АКБ).

Далее АКБ становится нагрузкой, и все эти магнитные силовые линии (с правилом Буравчика, левой руки и прочей ахинеей 10-го класса) начинают вредничать и сопротивляться нашим желаниям.

А нам остаётся уповать на штормовые условия или переезжать на южное побережье моря Лаптевых. Чего совсем не хочется.

Для примера:

Любой электромотор с постоянным магнитом — генератор.

Попробуйте провернуть двигатель с постоянными магнитами от детской электрической игрушки.

Чувствуете сопротивление и отсутствие холостого хода?

Если закоротить выводы электродвигателя, сопротивление кручению значительно возрастёт.

Сравнив размер моторчика с ветротурбиной, можно представить нагрузку лопастей и необходимую скорость ветра для достижения номинальных оборотов (читай мощности).

Чем больше площадь ометаемой поверхности (размах ветроколеса), тем сложнее выйти на необходимые обороты.

Это проблемы горизонтальных роторных ветряных электростанций.

Тихоходные конструкции ветроэлектростанций  с вертикальной осью вращения снабжены повышающим редуктором.

Вы пытались раскручивать повышающий редуктор? Не говоря уже о том, что конструкция усложняется, увеличивает вес, стоимость, парусность…

 

В силу вышеизложенного и отсутствия достаточных ветров, статьи типа «Ветер отапливает дом», даже сарказма не вызывают. Здесь совсем печально. Электронагреватель, ТЭН в холодном состоянии имеет низкое сопротивление. И фактически закорачивает обмотки ветрогенератора, что сводит к нулю попытки начать вращение ветроколеса.

Возникает вопрос к «авторам-этузиастам халявного прогресса»: Почему в интернете не найти фото или видео рабочего варианта, лишь рисунки карандашём?

Не говоря уже о том, что «Ветроэлектростанция своими руками из автомобильного генератора».

А кому для эстетики, советую купить дешевый ветрогенератор производства Китай, не хуже прочих.

Не скажу, что солнечные батареи панацея, но в сравнении с топливным электрогенератором, да!

Простой сравнительный расчёт окупаемости можно посмотреть здесь.

 

Простите дорогие, если разочаровал.

По крайней мере, это разочарование не стоит как ветрогенератор.

Wind Vision | Министерство энергетики

• Энергия ветра доступна по всей стране. Отчет Wind Vision Report показывает, что ветер может стать жизнеспособным источником возобновляемой электроэнергии во всех 50 штатах к 2050 году.
• Энергия ветра поддерживает сильную внутреннюю цепочку поставок. К 2050 году ветер может обеспечить более 600 000 рабочих мест в сфере производства, установки, технического обслуживания и вспомогательных услуг.
• Энергия ветра доступна по цене. Поскольку в соглашениях о ветроэнергетике обычно предусматриваются фиксированные цены на 20 лет, ожидается, что сектор электроэнергетики будет менее чувствителен к волатильности цен на природный газ и угольное топливо при увеличении количества ветра. Ожидается, что за счет снижения уязвимости страны к скачкам цен и перебоям в поставках с помощью долгосрочного ценообразования, ветер сэкономит потребителям 280 миллиардов долларов к 2050 году.
• Энергия ветра снижает выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Действующие мощности ветроэнергетики позволили избежать выброса более 250 000 метрических тонн загрязнителей воздуха, в том числе диоксида серы, оксида азота, диоксида азота и твердых частиц, в 2013 году. К 2050 году ветроэнергетика может избежать выбросов парниковых газов в размере 12,3 гигатонн.
• Энергия ветра сохраняет водные ресурсы.К 2050 году энергия ветра может сэкономить 260 миллиардов галлонов воды, что эквивалентно примерно 400 000 плавательных бассейнов олимпийского размера, которые использовались бы электроэнергетическим сектором.
• Использование энергии ветра увеличивает доходы сообщества. Местные сообщества смогут собирать дополнительные налоговые поступления от арендных платежей за землю и налогов на имущество, которые к 2050 году достигнут 3,2 миллиарда долларов в год.

Чтобы узнать больше о выводах отчета Wind Vision Report , загрузите полный отчет.Узнайте больше о вехах в области ветроэнергетики, достигнутых за два года после публикации отчета Wind Vision Report .

Отчет Wind Vision заканчивается дорожной картой технических, экономических и институциональных мероприятий по оптимизации потенциального вклада ветра в более чистую и надежную внутреннюю энергетику, подробно описанную в Главе 4 (Дорожная карта Wind Vision : A Pathway Forward) и Приложение M (Подробные действия дорожной карты).

WINDExchange: слайд-шоу WINDExchange

WINDExchange распространяет достоверную информацию о развертывании энергии ветра.В рамках этих усилий команда разработала слайд-шоу, которые быстро передают факты об энергии ветра и могут быть легко переданы другим заинтересованным сторонам. Ищите новые дополнения к серии слайд-шоу в ближайшие месяцы.

Остров Блок и за его пределами: морской ветер в США

Это слайд-шоу представляет собой краткое введение в морскую ветроэнергетику в Соединенных Штатах, включая первую в стране установку у побережья Блок-Айленда, Род-Айленд. Темы включают:

• Оффшорные ветровые проекты в разработке и технический потенциал U.С. оффшорный ветер
• Требования к строительству морского ветроэнергетического комплекса
• Примеры преимуществ, предоставляемых проектом Block Island
• Проблемы развития морской ветроэнергетики в США
• Примеры инвестиций Министерства энергетики США в морскую ветроэнергетику США.

Версия PowerPoint слайд-шоу «Остров Блок и за его пределами: морской ветер в США»

Ветровые установки и взаимодействие с радарами

В этом слайд-шоу представлена ​​информация о воздействии ветряных электростанций, взаимодействии радаров и стратегиях смягчения последствий.Темы включают:

• Характеристики радара
• Инструмент предварительной проверки Министерства обороны и информационная служба
• Федеральная межведомственная стратегия уменьшения помех от радиолокационных станций ветряных турбин
• Инструмент для публичной проверки NEXRAD Национального управления океанических и атмосферных исследований.

PowerPoint версия слайд-шоу «Взаимодействие с ветровыми станциями и радаром»

Интеграция ветроэнергетики

В этом слайд-шоу представлена ​​информация об интеграции энергии ветра в электросеть, в том числе:

• Примеры энергии ветра, вносящей значительный вклад в энергетические портфели по всему миру
• Страны-лидеры рынка ветроэнергетики
• Как энергия ветра может повысить надежность системы во время суровых погодных явлений
• Как улучшенные инструменты прогнозирования ветра и ветровые технологии помогают интеграции в энергосистему.

PowerPoint версия слайд-шоу «Интеграция ветроэнергетики»

Преимущества ветроэнергетики

В этом слайд-шоу показаны главные преимущества энергии ветра:

• Обеспечивает занятость, доход и экономические выгоды от использования конкурентоспособного источника энергии
• Диверсифицирует национальный энергетический портфель
• Чистый, неиссякаемый ресурс, не использующий воду
• Имеет низкие эксплуатационные расходы
• Может использоваться в различных приложениях
• Может быть интегрирован с минимальным увеличением затрат.

Версия слайд-шоу о преимуществах ветроэнергетики в формате PowerPoint

Воздействие ветровой энергии

Это слайд-шоу помогает развеять некоторые из распространенных заблуждений об энергии ветра и затрагивает следующие темы:

• Дикая природа
• Воздействие на здоровье человека
• Мерцание тени
• Воздействие радиолокационных и коммуникационных сигналов
• Визуальные воздействия.

Версия слайд-шоу «Воздействие энергии ветра» в формате PowerPoint

Распределенные ветровые обряды

Это слайд-шоу представляет собой введение в распределенные ветровые проекты и краткий обзор тем, которые следует учитывать при разработке закона о распределенной ветровой энергии:

• Ограничения по высоте турбины
• Требования к отступлению
• Звуковые стандарты
• Разрешение.

PowerPoint версия слайд-шоу «Распределенные ветряные обряды»

Ветровая энергия и виды птиц: понимание воздействий и стратегии смягчения последствий

Это слайд-шоу предоставляет информацию о взаимодействии птиц с развитием ветроэнергетики и стратегиях, которые помогают минимизировать и смягчить эти взаимодействия. Представленная информация включает в себя обзор:

• Рекомендуемые действия для оценки площадки перед началом строительства
• Оценка рисков для конкретного объекта
• Меры по минимизации в течение жизненного цикла проекта.

Версия слайд-шоу «Энергия ветра и виды птиц в формате PowerPoint»

Отчет

показывает, что новая передача может помочь ветроэнергетике поставлять треть электроэнергии в США

Сегодня Министерство энергетики опубликовало отчет, который подтверждает, что добавление даже ограниченной передачи электроэнергии может значительно снизить затраты на расширение ветровой энергии для обеспечения 35% электроэнергии в США к 2050 году В отчете под названием Снижение ограничения ветровой нагрузки за счет расширения передачи в Wind Vision Future , подготовленном Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL), подтверждаются выводы Wind Vision , Министерства энергетики США за 2015 год, которые показали, что будущее в котором ветер обеспечивает 20% U. С. электричество в 2030 году и 35% в 2050 году достижимо и обеспечит значительную экономическую, энергетическую безопасность и пользу для здоровья нации.

Для исследования NREL смоделировал работу электросети по сценарию, когда 35% электроэнергии будет производиться ветром в 2050 году, с помощью PLEXOS, интегрированного инструмента моделирования, обычно используемого коммунальными предприятиями и передающими организациями. Основное внимание в исследовании уделяется сети западных межсетевых соединений, в которую входят 11 штатов, две канадские провинции и части северной Мексики, где находится сеть U.Сетка С. пересекает границу. Исследование включает в себя базовый сценарий, предполагающий отсутствие значительного расширения передачи по западной энергосистеме, а также три сценария с различными уровнями расширения передачи.

В базовом сценарии без расширения передачи существенное сокращение использования возобновляемых источников энергии — периоды, когда операторам ветряных электростанций запрещают производить энергию из-за ограниченной мощности сети — может стать серьезной проблемой. В этом сценарии около 15,5% ветроэнергетических мощностей не используется с последующим увеличением стоимости системы в результате простоя ветровой генерации.Исследование также показывает, что если будет построено всего четыре предлагаемых в настоящее время проекта передачи электроэнергии, сокращение ветровой нагрузки может быть уменьшено примерно наполовину, что снизит потенциал потерь энергии до 7,8%. Если страна развернет дополнительные линии передачи помимо этих четырех предложенных проектов, сокращение ветровой нагрузки может быть сокращено еще больше, что позволит полностью использовать энергию ветра, снизить затраты на генерацию и получить дополнительные экономические и социальные выгоды.

Этот отчет дает количественную оценку в региональном масштабе того, что мы видели в Техасе за последние годы; сокращение ветровой нагрузки в энергосистеме Техаса варьировалось от 8% до 17% в период с 2009 по 2011 год, но упало только до 1% после того, как новые линии электропередачи и другие модернизации были завершены в рамках инициативы Техасской зоны конкурентоспособной возобновляемой энергии.

Энергия ветра — один из самых быстрорастущих источников нового поколения электроэнергии в Соединенных Штатах, который уже обеспечивает значительную экономическую, энергетическую безопасность и пользу для здоровья. Это исследование подтверждает, что даже ограниченное увеличение пропускной способности позволит большему количеству ветровой энергии из горных штатов питать центры нагрузки на западном побережье. С другой стороны, отсутствие новых мощностей по передаче энергии может ограничить рост ветроэнергетики и ее потенциальные выгоды. В целом, результаты исследования подчеркивают, что коммунальные сети могут надежно работать с более чем 35% энергии ветра и 12% солнечной энергии, и подчеркивают, что даже ограниченное расширение передачи может значительно облегчить путь к возобновляемой энергии будущего.

Прочтите отчет или присоединяйтесь к нам во вторник, 10 января, на веб-семинаре с авторами отчета.

Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики ускоряет разработку и внедрение энергоэффективных и возобновляемых источников энергии, а также рыночных решений, которые укрепляют энергетическую безопасность США, качество окружающей среды и экономическую жизнеспособность. Управление ветроэнергетических технологий EERE возглавляет национальные усилия по исследованию и разработке инновационных технологий, снижению затрат и ускорению развертывания ветровой энергии посредством таких мероприятий, как улучшение нашего понимания того, как энергия ветра интегрируется и передается по электрической сети.Узнайте больше о нашей поддержке исследований по интеграции сетей.

Ветряные турбины: чем больше, тем лучше

Диаметр ротора турбины или ширина круга, охватываемого вращающимися лопастями (пунктирные круги на втором рисунке), также с годами выросли. Еще в 2010 году ни в одной из турбин в Соединенных Штатах не использовались роторы диаметром 115 метров (380 футов) или больше. В 2020 году 91% вновь установленных турбин имели такие роторы.Средний диаметр ротора в 2020 году составлял около 125 метров (410 футов) — больше, чем футбольное поле.

Увеличенный диаметр ротора позволяет ветровым турбинам охватить большую площадь, улавливать больше ветра и производить больше электроэнергии. Турбина с более длинными лопастями сможет улавливать больше имеющегося ветра, чем более короткие лопасти, даже в областях с относительно меньшим ветром. Возможность получать больше ветра при более низких скоростях ветра может увеличить количество территорий, доступных для развития ветра по всей стране. Благодаря этой тенденции, с 1998–1999 гг. Площадь рабочей поверхности ротора увеличилась на 570%.

Заводская табличка Вместимость

Помимо того, что ветровые турбины становятся все выше и больше, с начала 2000-х годов также увеличилась максимальная номинальная мощность или мощность. Средняя мощность вновь установленных ветряных турбин в США в 2020 году составила 2,75 мегаватт (МВт), что на 8% больше, чем в 2019 году, и на 284% с 1998–1999 годов. В 2020 году резко выросло количество установленных турбин в диапазоне 2,75–3,5 МВт. Больше энергии ветра на одну турбину означает, что для выработки желаемой мощности ветряной электростанции требуется меньше турбин, что в конечном итоге приводит к снижению затрат.

Проблемы при транспортировке и установке

Если чем больше, тем лучше, почему в настоящее время не используются еще более крупные турбины? Хотя высота турбины и диаметр ротора увеличиваются, существует несколько ограничений. Транспортировка и установка больших турбинных лопастей для наземного ветра непростая задача, поскольку их нельзя складывать или сгибать после сборки. Это ограничивает маршруты грузовиков и радиус их поворота. С диаметрами турбинных башен также сложно справиться, поскольку они могут не поместиться под мостами или путепроводами на автомагистралях.DOE решает эти проблемы в рамках своих исследовательских проектов. Например, Министерство энергетики разрабатывает турбины с более тонкими и гибкими лопастями, которые могут перемещаться по поворотам на дорогах и железных дорогах, в отличие от обычных лопастей. Министерство энергетики также поддерживает усилия по разработке высоких турбинных башен, которые можно производить на месте, что устраняет проблемы с транспортировкой башни.

Узнать больше

Повышение эффективности ветряных турбин | Clarkson University

Но новаторский дизайн Visser включает две запатентованные технологии: новую конструкцию лопаток и уникальное размещение ротора турбины в самом канале.Эта турбина, работающая в районе со средней скоростью ветра 5 метров в секунду, будет производить до половины электроэнергии, ежегодно потребляемой типичным домом в США.

Адъюнкт-профессор авиационной техники и машиностроения недавно впервые испытал турбину уникальной конструкции в испытательном туннеле ветряных турбин Университета Ватерлоо. «Цифры, которые мы наблюдаем, — говорит он, — могут произвести революцию на рынке».

Чтобы получить эти результаты, Виссер изменил способ, которым его турбина принимает ветер.

Представьте себе гигантскую трубу. Эта трубка представляет собой струю воздуха. Большинство небольших турбин могут потреблять около 30 процентов энергии из этого потока. Турбина Виссера способна «захватывать» больше воздуха из более крупной трубы ветрового потока, что эквивалентно более 80% энергии первоначального потока.

Канальные турбины, такие как турбины Виссера, также изменяют форму захваченного воздушного потока по мере своего движения с трубчатой ​​формы на форму песочных часов. Увеличенный воздушный поток движется быстрее в более узких местах, что способствует увеличению выходной мощности.

Visser Опыт проектирования больших коммерческих самолетов привел его к созданию более сложного типа воздуховодов. «Если бы вы взяли кусок нашего воздуховода, он был бы похож на аэродинамический профиль крыла самолета». И, в то время как конструкции турбины с воздуховодом обычно размещают ротор в самой узкой части воздушного потока, лопасти Visser расположены ниже по потоку, сразу за защемленной частью песочных часов.

Пожалуй, самое главное, турбина обещает значительно снизить стоимость единицы произведенной энергии.

Турбина

Visser уже вызывает интерес. Недавно он стал партнером специалиста по энергетике, чтобы запустить Ducted Turbines International с целью коммерциализации этой технологии.

«Предстоит еще поработать и принять множество инженерных решений, — говорит он, — но мне бы хотелось, чтобы люди использовали эту конструкцию турбины. Он просто использует больше энергии. Это изменит правила игры ».

Узнайте больше на ductedturbinesinternational.com.

КПД турбины — нониус

Введение

КПД ветряной турбины можно определить с помощью следующего уравнения:

Чтобы ветряная турбина была на 100% эффективнее, вся энергия ветра должна быть преобразована в электричество.Другими словами, вся энергия ветра будет преобразована, и воздух перестанет двигаться. На практике это невозможно, потому что ротор вращается только тогда, когда ветер проходит над лопастями. Если бы ротор остановил весь движущийся воздух, турбина не смогла бы преобразовать кинетическую энергию ветра в электрическую.

Немецкий физик Альберт Бец подсчитал, что невозможно сконструировать ветряную турбину, способную преобразовать более 59,3% кинетической энергии ветра в механическую энергию вращения ротора. Известный как предел Беца, 59,3% — это теоретический максимальный КПД для любой ветряной турбины, работающей в реальных условиях (поток открытого воздуха). При типичных рабочих скоростях ветра эффективность большинства современных ветряных турбин составляет 25–45%.

Предел Бетца применяется только к преобразованию кинетической энергии ветра в механическую энергию вращающихся лопастей. Генератор ветряной турбины, преобразующий механическую энергию в электрическую, еще больше снижает общий КПД.Чтобы понять этот процесс, представьте, что лопасти ветряной турбины преобразуют 50% доступной энергии ветра в механическую энергию (вращение). Затем генератор преобразует 80% этой механической энергии в электрическую. Таким образом, общий КПД этой ветряной турбины будет 0,5 × 0,8 = 0,4, или 40% КПД.

При разработке лопастей для ветряной турбины инженеры стараются максимизировать эффективность ротора в диапазоне скоростей ветра — ветряная турбина должна быть высокоэффективной при низких скоростях ветра (4–8 м / с), которые являются наиболее распространенными. , но он также должен работать и выживать при экстремальных скоростях ветра (> 25 м / с)! Со временем инженеры экспериментировали с множеством различных форм, конструкций, материалов и количества лезвий, чтобы найти наиболее подходящие.В этом эксперименте вы будете экспериментировать с различными конструкциями лопастей, чтобы добиться максимальной эффективности.

Объективы

• Измерьте мощность, вырабатываемую ветряной турбиной.
• Рассчитайте КПД ветряной турбины.
• Переменные конструкции испытательного лезвия.
• Оцените данные, чтобы определить, какая конструкция лезвия наиболее эффективна.

Датчики и оборудование

В этом эксперименте используются следующие датчики и оборудование.Может потребоваться дополнительное оборудование.

Все, что вам нужно знать о ветроэнергетике

Что такое ветряная турбина?

Ветряная турбина — это полная противоположность вентилятора. Вместо того, чтобы использовать электричество для создания ветра, они используют ветер для создания электричества. Под воздействием ветра (это не обязательно должен быть сильный ветер) лопасти вращаются. Это движение вращает ротор, который вращает генератор, это движение создает кинетическую энергию, которая затем используется для создания электричества.

Как работает ветряная турбина?

Проще говоря, ветряные турбины работают от ветра (который может составлять всего 3-5 метров в секунду).Затем ветер вращает лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор и вырабатывает электричество.

Если вы когда-нибудь управляли воздушным змеем или управляли лодкой, вы знаете, что ветер несет большую силу. Конечно, в использовании энергии ветра нет ничего нового — ветряные мельницы использовались во всем мире для измельчения муки или силового оборудования на протяжении сотен лет. А ветряные лодки существуют уже тысячелетия.

Итак, ветровой энергии много, но как другие жирные кислоты участвуют в выработке электроэнергии с помощью ветряных турбин?

Выбор лучшего места

Как и многие природные источники энергии, они редко бывают последовательными на 100%. Ветер может падать, дуть слишком сильно или становиться порывистым — все это плохо для ветряных турбин. Поэтому очень важно найти правильное место, где сила ветра максимально предсказуема.

Ветер подвержен влиянию ландшафта: холмов, долин, лесов и зданий. Все они отклоняют и изменяют доступную мощность, поэтому плоские, высокие и непрерывные места лучше всего подходят для ветряных турбин. Вот почему существует множество оффшорных ветряных электростанций, и поэтому вы увидите турбины, расположенные на вершинах холмов.

Страны с плоскими ландшафтами, такие как Бельгия и Нидерланды, являются хорошими местами для ветряных электростанций, поскольку здесь очень мало элементов, способных прервать поток ветра.

Лицом к ветру

В каждой ветряной турбине есть датчик, определяющий направление сильнейшего ветра. В обтекаемой конструкции за лопастью (называемой гондолой) размещена механика, которая поворачивает верхнюю часть конструкции, помещая лопасти в идеальное положение для сильнейшего ветра.