329
0.1
2017-03-25
Новая ветровая турбина карусельного типа
В современном мире сделали ставку на возобновляемые источники энергии, в том числе на ветроэнергетику. Преобладают ветрогенераторы пропеллерного типа, с горизонтальной осью вращения. Такие генераторы требуют мощных опорных башен и повышающих редукторов, что увеличивает сроки окупаемости. К тому же, такие агрегаты являются мощными низкочастотными источниками шума. Эти обстоятельства ограничивают круг покупателей и заставляет искать альтернативу традиционным ветряным электрогенераторам.
Вновь созданная ветровая турбина относится к возобновляемым источникам энергии в виде вертикально – осевых ветровых турбин (международная аббревиатура VAWT) карусельного типа.
Преимуществом роторов вертикального типа является, прежде всего, более низкий срок окупаемости, а также то, что они допускают работу в широком диапазоне скоростей ветра. В то время как роторы с горизонтальной осью переводятся в защитный режим авторотации при некоей предельной скорости ветра, превышение которой чревато разрушением конструкции.
В таком режиме пропеллер отсоединён от мультипликатора и генератора, электроэнергия не вырабатывается. А роторы с вертикальной осью испытывают значительно меньшие механические напряжения при равной скорости ветра, нежели роторы с горизонтальной осью. К тому же последние требуют дорогостоящих систем ориентации по направлению ветра.
В то время как роторы с вертикальной осью могут работать при любом направлении ветра. Также преимуществом вертикальных роторов является их малошумность и возможность установки в городских застройках, в том числе и на крышах зданий.
В рамках данного проекта предложен принципиально новый подход к конструкции вертикальных ветрогенераторов электроэнергии. Он основан на использовании низко расположенного прочного ротора, на периферии которого закреплено множество парусов – крыльев.
Ротор снабжён опорными стойками колёсных шасси, что позволяет ему вращяться вокруг неподвижной оси с устойчивой порой на фундамент за счёт колёс шасси. Множество парусов – крыльев создают за счёт аэродинамических сил большой вращательный момент. Что делает данную конструкцию рекордной по удельной мощности. Диаметр ротора может составлять 10 метров.
При этом на таком роторе возможна установка крыльев площадью более 200квадратных метров, что позволит генерировать до ста киловатт электроэнергии. При этом вес таких агрегатов настолько мал, что его возможно устанавливать на крышах зданий и обеспечивать их за счёт этого автономным электроснабжением. Или же возможно обеспечить электроэнергией большую ферму в степи, куда не проложена линия электропередачи. Увеличение мощности до сколь угодно большой величины достижимо тиражированием таких агрегатов. То есть, ставя много однотипных ветроустановок, достигаем нужной мощности.
В ходе Интернет — мониторинга выявлена американская компания, производящая VAWT для резиденций, заправочных станций электромобилей, а также для Министерства обороны США (электронный ресурс www.vortexis.com/vortexis-engineering.html)
При отдалённом внешнем сходстве американской VAWT с нашей турбиной, имеются следующие принципиальные отличия:
1. У аналога вращается внутренняя часть VAWT. А внешняя часть — это статор (неподвижный направляющий аппарат). У заявляемого объекта вся система — единый ротор. Хотя возможно дополнительно комплектовать нашу турбину статорными плоскостями – ветроконцентраторами.
2. Поскольку мощность зависит от крутящего момента, который прямо пропорционален радиусу ротора, при прочих равных условиях у нашей турбины радиус больше (при одних и тех же габаритах).
3. Наша турбина содержит горизонтальную крыльчатку, в отличие от аналога, которая снимает мощность с восходящего вихря внутри ротора.
4. У аналога нет наклонных антикрыльев. В нашей системе они есть, в количестве от 9до 18. Эти антикрылья, как показало сравнение старой модели с девятью антикрыльями и новой с вдвое большим количеством антикрыльев, увеличили мощность на 10 %.
5. Указанная компания не может делать большие VAWT. Заявитель проектирует турбину мощностью до 50...80 кВт, что на полтора порядка превосходит показатели описанного аналога.
Что касается технической эффективности. Наш прототип при высоте лопастей 800мм и поперечном габарите 800 мм при скорости ветра 11 м/с развил механическую мощность 225 Вт (при 75 оборотах в минуту). При этом он отстоял от поверхности земли на высоте менее метра. По данным ресурса www.rktp-trade.ru сопоставимую мощность (300 Вт) развивает пятилопастной вертикальный ветряк, установленный на шестиметровой мачте, причём он имеет пять 1200 – мм лопастей, установленных на габаритном диаметре 2 000 мм.
То есть, если принять ометаемые ветром площади сравниваемых ветряков равными, то получится, что прототип энергоэффективнее известного ветряка в 2,5…3 раза, с учётом того, что у земли ветер слабее из-за близости к граничной поверхности и имеет выраженный турбулентный характер. Из этого, зная, что описанный аналог имеет коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) равный 0,2, можно оценить КИЭВ прототипа как 0,48, что намного выше, чем у VAWT типа «Савониус» и «Дарье» и соответствует лучшим мировым образцам горизонтально – осевых ветрогенераторов.
При этом материалоёмкость и себестоимость у прототипа несопоставимо ниже, чем у пропеллерных мачтовых ветряков, имеющих механизмы ориентации на ветер и высоко расположенный энергомодуль с дорогим повышающим редуктором планетарного типа.
Сравнительная оценка эффективности роторов ветровых турбин различных типов приведена ниже в таблице 1.
Таблица1
Тип ротора
Расположение оси вращения
Коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ)
Источник
Примечания
Ротор Савониуса
Вертикальное
0,17
Р.А. Янсон. Ветроустановки. Под редакцией М.Ж. Осипова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007г., стр.23, рис.13
Разработан около восьмидесяти лет назад, схема — рис. 7 (д) на стр.17 упомянутого источника
Ротор Н-Дарье с широко разнесёнными лопастями
Вертикальное
0,38
Там же
Разработан около века назад, схема — рис. 7 (а) на стр.17 упомянутого источника
Многолопастные сопротивления
Вертикальное
0,2
Там же, а также конкретный коммерческий продукт на сайте www.rktp-trade.ru
К этому типу относится и широко известный в Астане ротор Болотова.
Двухлопостные пропеллерные
Горизонтальное
0,42
Там же
Самый распространённый в мире тип ветродвигателей на сегодня
Ротор нашей турбины (формально Н-Дарье, но с плотно сомкнутыми лопастями, на которых установлены наклонные антикрылья и горизонтальная крыльчатка)
Вертикальное
0,48…0,5
Натурные замеры скорости ветра анемометром, крутящего момента ротора динамометром, оборотов ротора тахометром
КИЭВ определён косвенными методами. Необходим прямой замер электрической мощности на электрогенераторе, который предстоит приобрести.
Т.о, заявляемый объект не только нов и неочевиден, но и соответствует лучшим мировым стандартам по КИЭВ, превосходя мировые стандарты по сопутствующим затратам и сроку окупаемости.
В дальнейшем планируется сконструировать, изготовить и испытать полноразмерный пилотный образец. Планируется наладить массовый выпуск таких установок после отладки пилотного образца, с оснащением такими установками не элекрифицированных районов в сельской местности и новых зданий в городах.опубликовано
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание — мы вместе изменяем мир! ©
Источник: ecotechnology
Вновь созданная ветровая турбина относится к возобновляемым источникам энергии в виде вертикально – осевых ветровых турбин (международная аббревиатура VAWT) карусельного типа.
Преимуществом роторов вертикального типа является, прежде всего, более низкий срок окупаемости, а также то, что они допускают работу в широком диапазоне скоростей ветра. В то время как роторы с горизонтальной осью переводятся в защитный режим авторотации при некоей предельной скорости ветра, превышение которой чревато разрушением конструкции.
В таком режиме пропеллер отсоединён от мультипликатора и генератора, электроэнергия не вырабатывается. А роторы с вертикальной осью испытывают значительно меньшие механические напряжения при равной скорости ветра, нежели роторы с горизонтальной осью. К тому же последние требуют дорогостоящих систем ориентации по направлению ветра.
В то время как роторы с вертикальной осью могут работать при любом направлении ветра. Также преимуществом вертикальных роторов является их малошумность и возможность установки в городских застройках, в том числе и на крышах зданий.
В рамках данного проекта предложен принципиально новый подход к конструкции вертикальных ветрогенераторов электроэнергии. Он основан на использовании низко расположенного прочного ротора, на периферии которого закреплено множество парусов – крыльев.
Ротор снабжён опорными стойками колёсных шасси, что позволяет ему вращяться вокруг неподвижной оси с устойчивой порой на фундамент за счёт колёс шасси. Множество парусов – крыльев создают за счёт аэродинамических сил большой вращательный момент. Что делает данную конструкцию рекордной по удельной мощности. Диаметр ротора может составлять 10 метров.
При этом на таком роторе возможна установка крыльев площадью более 200квадратных метров, что позволит генерировать до ста киловатт электроэнергии. При этом вес таких агрегатов настолько мал, что его возможно устанавливать на крышах зданий и обеспечивать их за счёт этого автономным электроснабжением. Или же возможно обеспечить электроэнергией большую ферму в степи, куда не проложена линия электропередачи. Увеличение мощности до сколь угодно большой величины достижимо тиражированием таких агрегатов. То есть, ставя много однотипных ветроустановок, достигаем нужной мощности.
В ходе Интернет — мониторинга выявлена американская компания, производящая VAWT для резиденций, заправочных станций электромобилей, а также для Министерства обороны США (электронный ресурс www.vortexis.com/vortexis-engineering.html)
При отдалённом внешнем сходстве американской VAWT с нашей турбиной, имеются следующие принципиальные отличия:
1. У аналога вращается внутренняя часть VAWT. А внешняя часть — это статор (неподвижный направляющий аппарат). У заявляемого объекта вся система — единый ротор. Хотя возможно дополнительно комплектовать нашу турбину статорными плоскостями – ветроконцентраторами.
2. Поскольку мощность зависит от крутящего момента, который прямо пропорционален радиусу ротора, при прочих равных условиях у нашей турбины радиус больше (при одних и тех же габаритах).
3. Наша турбина содержит горизонтальную крыльчатку, в отличие от аналога, которая снимает мощность с восходящего вихря внутри ротора.
4. У аналога нет наклонных антикрыльев. В нашей системе они есть, в количестве от 9до 18. Эти антикрылья, как показало сравнение старой модели с девятью антикрыльями и новой с вдвое большим количеством антикрыльев, увеличили мощность на 10 %.
5. Указанная компания не может делать большие VAWT. Заявитель проектирует турбину мощностью до 50...80 кВт, что на полтора порядка превосходит показатели описанного аналога.
Что касается технической эффективности. Наш прототип при высоте лопастей 800мм и поперечном габарите 800 мм при скорости ветра 11 м/с развил механическую мощность 225 Вт (при 75 оборотах в минуту). При этом он отстоял от поверхности земли на высоте менее метра. По данным ресурса www.rktp-trade.ru сопоставимую мощность (300 Вт) развивает пятилопастной вертикальный ветряк, установленный на шестиметровой мачте, причём он имеет пять 1200 – мм лопастей, установленных на габаритном диаметре 2 000 мм.
То есть, если принять ометаемые ветром площади сравниваемых ветряков равными, то получится, что прототип энергоэффективнее известного ветряка в 2,5…3 раза, с учётом того, что у земли ветер слабее из-за близости к граничной поверхности и имеет выраженный турбулентный характер. Из этого, зная, что описанный аналог имеет коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) равный 0,2, можно оценить КИЭВ прототипа как 0,48, что намного выше, чем у VAWT типа «Савониус» и «Дарье» и соответствует лучшим мировым образцам горизонтально – осевых ветрогенераторов.
При этом материалоёмкость и себестоимость у прототипа несопоставимо ниже, чем у пропеллерных мачтовых ветряков, имеющих механизмы ориентации на ветер и высоко расположенный энергомодуль с дорогим повышающим редуктором планетарного типа.
Сравнительная оценка эффективности роторов ветровых турбин различных типов приведена ниже в таблице 1.
Таблица1
Тип ротора
Расположение оси вращения
Коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ)
Источник
Примечания
Ротор Савониуса
Вертикальное
0,17
Р.А. Янсон. Ветроустановки. Под редакцией М.Ж. Осипова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007г., стр.23, рис.13
Разработан около восьмидесяти лет назад, схема — рис. 7 (д) на стр.17 упомянутого источника
Ротор Н-Дарье с широко разнесёнными лопастями
Вертикальное
0,38
Там же
Разработан около века назад, схема — рис. 7 (а) на стр.17 упомянутого источника
Многолопастные сопротивления
Вертикальное
0,2
Там же, а также конкретный коммерческий продукт на сайте www.rktp-trade.ru
К этому типу относится и широко известный в Астане ротор Болотова.
Двухлопостные пропеллерные
Горизонтальное
0,42
Там же
Самый распространённый в мире тип ветродвигателей на сегодня
Ротор нашей турбины (формально Н-Дарье, но с плотно сомкнутыми лопастями, на которых установлены наклонные антикрылья и горизонтальная крыльчатка)
Вертикальное
0,48…0,5
Натурные замеры скорости ветра анемометром, крутящего момента ротора динамометром, оборотов ротора тахометром
КИЭВ определён косвенными методами. Необходим прямой замер электрической мощности на электрогенераторе, который предстоит приобрести.
Т.о, заявляемый объект не только нов и неочевиден, но и соответствует лучшим мировым стандартам по КИЭВ, превосходя мировые стандарты по сопутствующим затратам и сроку окупаемости.
В дальнейшем планируется сконструировать, изготовить и испытать полноразмерный пилотный образец. Планируется наладить массовый выпуск таких установок после отладки пилотного образца, с оснащением такими установками не элекрифицированных районов в сельской местности и новых зданий в городах.опубликовано
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание — мы вместе изменяем мир! ©
Источник: ecotechnology
Bashny.Net. Перепечатка возможна при указании активной ссылки на данную страницу.
