Горизонтальный или вертикальный ветрогенератор какой лучше: Чем лучше и чем хуже вертикальный ветрогенератор в плане эксплуатации

Чем лучше и чем хуже вертикальный ветрогенератор в плане эксплуатации

Использование энергии ветра для выработки электричества – одна из перспективных форм развития альтернативной энергетики. Вертикальный ветрогенератор является перспективным направлением развития отрасли, т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с горизонтальными аналогами.

Принцип работы

Вертикальный ветряк представляет собой цилиндр, устанавливаемый на основание. Благодаря своей форме, работает вне зависимости от направления ветра. Вне зависимости от вида вертикального ветрогенератора,  он устроен таким образом, чтобы давление потока воздуха на одну из его сторон было выше, чем на другую.

Благодаря такой разнице в давлении происходит вращение оси генератора и выработка электричества. Из-за того, что сила ветра направлена на обе стороны ветрогенератора, показатель стартовой скорости ветра немного больше, чем у горизонтальных ветряков, но при должном качестве деталей, существует самораскрутка – т.е. значительное увеличение оборотов генератора даже при небольшом (от 3,5 м/с) ветре.

Какая конструкция лучше

Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.

1. Ветряк Савониуса — полукруглые лопасти

   Ротор Савониуса. Модель такого вертикального ветряка включает в себя две или более лопасти, выполненные в форме полукруга. При этом давление, оказываемое на «открытую» часть круга значительно превышает то, которое воздействует на противоположную сторону. Конструкция достаточно проста в изготовлении, поэтому пользуется наибольшей популярностью среди самодельных вертикальных ветрогенераторов. Недостатки:

   • Большая «парусность». Воздействие ветра кренит всю конструкцию, создавая напряжение в оси и выводя из строя подшипник, на котором вращается весь ротор.
   • Конструкция не способна начать вращаться самостоятельно при наличии двух или трех лопастей, поэтому два таких ротора необходимо закреплять на одной оси одну под другой под углом в 90°

2. На ортогональный ротор устанавливают дополнительные статические экраны для увеличения производительности

   Ротор Дарье или ортогональный. Существует множество модификаций такого вертикального ветрогенератора, но принцип работы остается неизменным. Вращение происходит за счет крылообразной формы лопасти генератора. При воздействии потока воздуха создается подъемная сила, за счет которой и вращается ось. Недостатки:

   • Низкая, даже по меркам ветрогенераторов, эффективность.
   • Скорость ветра для полной раскрутки такого генератора должна быть не менее 4 м/с. При этом до набора полной скорости вращения такого ротора, нагрузку к ветряку подключать нельзя – остановится.
   • Шумность. Если в остальных моделях шум издают только подвижные части (подшипники), то вертикальный ветрогенератор такого типа шумит лопастями. Очень сильно.
   • Из-за вибрации быстро выводит из строя подшипники и все несущие элементы конструкции.

3. Геликоидный ротор имеет сложную конструкцию

   Геликоидный ротор. Этот вертикальный ветрогенератор имеет замысловатую форму, но по — сути это ортогональный ветрогенератор с вертикальной осью, только лопасти у него закручены вдоль несущей оси, что значительно повышает срок службы всей конструкции, т.к. обеспечивает равномерную нагрузку на подшипник и мачту со всех сторон. Недостатки:

   • Сложность в изготовлении, отсюда высокая стоимость вертикального ветряка.

4. Многолопастной ветряк

   Многолопастной вертикальный ветрогенератор. Если рассматривать только коммерческие образцы – этот тип ротора является наиболее производительным и дает наименьшую нагрузку на несущие детали. Внутри такого вертикального ветряка содержится дополнительный ряд статичных лопастей, которые направляют поток воздуха таким образом, чтобы максимально увеличить эффективность ротора. Недостатки:

   • Высокая стоимость устройства из-за большого количества деталей.

Плюсы вертикальной оси

Положительные качества всех вертикальных ветрогенераторов:

1. Не направляются по ветру, работают при любой его направленности.
2. В отличие от ветрогенераторов с горизонтальной осью, имеет только одну ось вращения, следовательно бо́льший срок службы.
3. Возможна установка на небольшой высоте — от 1,5м, в зависимости от модели.
4. Все важные подвижные элементы находятся в нижней части генератора, что позволяет удобно его обслуживать.

   Важно. При необходимости вал ротора увеличивается до необходимой длины для удобства доступа к статору, без существенной потери КПД.

5. Возможность собрать действующий ветрогенератор своими руками из подручных материалов.
6. Благодаря возможности создания жесткой конструкции с несколькими точками опоры, вертикальные ветрогенераторы работают при бо́льшей максимальной скорости ветра.
7. Более высокая устойчивость к разрушающему воздействию ветра.
8. В этих ветряках возможно создание собственной циркуляции воздуха, за счет чего образуется быстроходный эффект, когда линейная скорость лопастей в 20 и более раз превышает скорость ветра.

Минусы

1. Громоздкость конструкции. Самые легкие вертикальные ветряки весят не менее 300 кг вместе со стойкой.
2. Низкая эффективность по сравнению с горизонтальным.
3. Шумность. Ветряк издает шум от лопастей во время работы.

Видео. Геликоидный ветрогенератор

В ролике наглядно показана работа геликоидного ветряка, установленного на специальной мачте

Виды садовых светильников и фонарей на солнечных батареях, как и где использовать.

Подбираем аккумулятор для солнечной электростанции

Как выбрать солнечную панель — обзор важных параметров

Реальное применение тонкопленочных солнечных батарей

Сравнение вертикального и горизонтального ветрогенератора

Для примера я хочу сравнить два вида самых простых и распространенных видов ветрогенераторов. Первый вертикальный типа Савониус, и обыкновенный пропеллерный. Почему-же мощность этих типов и их обороты существенно отличаются. А дело в том что вертикальный ветрогенератор использует силу напора ветра, а пропеллер так называемую подъемную силу, которая возникает в силу возрастания давления в точке где проходит прямой поток воздуха сквозь лопасти, и тот, что отражается от лопасти.

Принцип работы вертикального ветрогенератора типа Савониус

Но обо всем по порядку, и так как-же работает вертикальный ветрогенератор самого простого типа. Его можно назвать по разному, но это по сути будет Савониус. Вращение ротора основано на разности давлений ветра на лопасти. Можно себе представить ротор подобного ветрогенератора. Ветер налегает на лопасти и давит, вогнутая лопасть задерживает поток воздуха и его кинетическая энергия давит на эту лопасть, а та лопасть что возвращается имеет выпуклую форму по отношению к ветру и поток ветра просто с нее сваливается. Поэтому возникает разность давления.

Чем сильнее ветер тем больше разность давления и следовательно мощность ротора растет и обороты тоже. Но обороты не могут превысить скорость ветра, так-как толкать тогда ветер не сможет лопасть. Самые большие обороты могут только приблизится к скорости ветра, но не могут достигнуть ее так-как возвращающиеся лопасти тоже испытывают давление.


И при максимальных оборотах ротор имеет КПД 0% , так-как вся энергия уходит на раскрутку ротора. Но при нагрузке обороты ротора падают и пропорционально падению оборотов растет и мощность на валу. Максимальная мощность достигается при скорости вращения в два раза меньшей скорости ветра. Например если скорость ветра 10м/с то максимальная мощность будет на валу при скорости движения конца лопасти 5м/с. Если-же обороты увеличиваются, то мощность падает, а если обороты под нагрузкой падают, то ветер просто не успевает проваливаться и набегает как ком на лопасть, этот ком ветра быстро увеличивается, и новые порции ветра натыкаясь на ком расходятся в стороны, так отражается большая часть энергии ветра и в итоге на роторе существенно падает крутящий момент.

Ветер действующий на ротор ветрогенератора

Линиями показано направление ветра действующее на лопасти

Принцип работы горизонтального ветряка («пропеллера»)

Принцип работы классического винта в корне отличается от работы вертикального ротора. Можно так-же представить себе вращающийся винт и набегающий поток ветра на лопасти. Когда ветер набегает на лопасть, то этот ветер отражается от нее и под углом выбрасывается в сторону позади лопасти. Но в это -же время сквозь лопасти так-же идет и прямой поток воздуха. При столкновении двух потоков образуется давление, которое и выталкивает лопасть. Чем больше образуется давление тем сильнее оно выталкивает лопасть. Таким образом обороты лопасти не привязаны к силе ветра, а зависят от давления созданного на стыке двух потоков ветра.

Таким образом скорость вращения кончика лопасти может превышать в разы скорость ветра. И так-же здесь кроется ответ «Почему маленькие лопасти работают лучше чем огромные». А все потому что в создании давления участвует весь поток ветра попадающий в плоскость вращения винта. И через узкие лопасти может проваливаться больше воздуха не задерживаясь а лишь отработав доли секунды. Так-же аэродинамически тонкие лопасти дают меньшее лобовое сопротивление потоку в плоскости вращения.

Здесь получается наоборот, мощность винта растет с ростом оборотов, чем быстрее лопасть вращается тем больше ветра она отражает за единицу времени. Давление растет еще больше и сильнее выталкивает лопасть. Теоретически этот рост оборотов давления и мощности бесконечен если бы не другие факторы, которые все ограничивают. Так например когда ветровой поток не успевает проваливаться то спереди винта нарастает воздушная подушка, с которой сваливается основной поток ветра в стороны, следовательно мощность ветра просто сваливается с подушки в стороны и винту перепадает очень мало энергии.

Например у много-лопастных винтов предел давления наступает очень быстро, поэтому они менее оборотистые. Так-же кроме превышения давления лопасть вращаясь попадает в зону повышенного давления созданного впереди идущей лопастью и это давление тормозит лопасть, поэтому чем больше лопастей тем сильнее происходит торможение.

Самые эффективные одно-лопастные винты, так-как лопасти при вращении не мешает повышенное давление от впереди идущих лопастей, а только сопротивление потока, но конечно до того момента пока лопасть не упирается в давление созданное ей самой. Поэтому обороты у этих винтов самые большие, но тоже имеют свой придел. Так-же этот придел наступает когда давление достигает большой величины и поток воздуха не успевает проваливаться через винт и нарастает воздушной шапкой на винте, в следствие чего новые порции воздуха натыкаясь на эту подушку расходятся в стороны.

Ветер действующий лопасть

На рисунке показано как дует ветер и где образовывается зона давления на лопасть

Подгонка ветроколеса к генератору

По вышеописанным принципам и причинам вертикальный и горизонтальный винты работают по совершенно разным принципам. Но самое главное это когда винт хорошо подогнан к генератору. Например если в случае вертикального ветрогенератора поставить слишком мощный генератор, то ротор не выйдет на обороты с максимальным КПД и будет большой недобор мощности из-за того что сильно заторможенный ротор не будет успевать переваривать поток ветра и спереди винта образуется ветровая шапка, которая будет отражать основной поток ветра.

Если-же поставить слабый генератор, то ротор будет набирать большие обороты и в следствии чего мощность будет падать, так-как чем быстрее лопасть вращается тем меньше на нее давит напор ветра, она же уходит от него. В итоге небольшой прирост оборотов, но дальше мощность падает и даже под небольшой нагрузкой обороты все равно не растут.

Так-же, но наоборот с горизонтальным винтом. Если генератор слишком мощный, то винт не сможет выйти на максимальные обороты и следовательно не сможет от ветра получить всю возможную мощность. Обороты даже при усилении ветра не будут дальше расти, а набегающий поток будет просто срываться с медленно вращающейся лопасти. А если генератор слабый, то обороты винта будут всегда на пределе, а значит точка максимального давления будет превышена и лобовое сопротивление вращающихся лопастей не позволят оборотам расти и мощность винта упадет, в итоге из-за предела по оборотам мощности не будет расти.

Поэтому в обоих случаях нужно чтобы мощность генератора четко соответствовала мощности и о оборотам винта при разной скорости ветра. Например если пропеллер диаметром 1,2м при 5м/с имеет 500 об/м, и мощность на валу около 40 ватт, то генератор нужен чтобы на 500 об/м нагружал винт не более 35ватт, и не менее 30 чтобы впустую не тратить энергию винта. Так-же при больших оборотах, к примеру тот-же винт при 10м/с выдаст около 400 ватт энергии на валу при оборотах где-то 1200об/м, значит и генератор должен на этих оборотах нагружать не более 350 ватт. Если учесть что КПД генератора где-то 0,8 то реально электрическую мощность можно ожидать около 300 ватт на 10 м/с.

плюсы и минусы, производители устройств и необычные конструкции

Возрастающий интерес конструкторов к ветроэнергетике, стремление обеспечить автономность, независимость жилья от поставщиков ресурсов, вызвали появление множества разработок, функционально опережающих традиционные образцы. Обилие конструкций и разновидностей ветряков заставляет рассмотреть их внимательнее.

Основные виды ветрогенераторов

В первую очередь, ветрогенераторы принято разделять на вертикальные и горизонтальные. Эти группы называются так из-за расположения оси вращения крыльчатки. Горизонтальные конструкции напоминают пропеллер или вентилятор, а вертикальные по своему строению близки к карусели. Такое разделение условно, в настоящее время имеются конструкции, сочетающие в себе элементы и той, и другой группы. Есть также отдельные устройства, которые не могут быть причислены к этим категориям.

Горизонтальные конструкции, их особенности, достоинства и недостатки

Горизонтальные устройства имеют более высокую эффективность, поскольку энергия потока усваивается ими намного полнее. Все горизонтальные ветряки созданы практически по одной конструктивной схеме, есть некоторые отличия лишь в строении ротора. К недостаткам этой группы можно отнести необходимость настройки на ветер, которая хоть и производится автоматически, но требует наличия дополнительного шарнирного соединения, обеспечивающего вращение устройства вокруг вертикальной оси.

Кроме того, для горизонтальных устройств важно наличие высокой опоры — мачты, обеспечивающей оптимальный режим контакта с потоками ветра. Специфика работы требует наличия защиты от ураганного ветра, которая при увеличении силы потока отводит ротор от ветра, вследствие чего частота вращения резко падает.

Вертикальные генераторы, особенности, плюсы и минусы

Вертикальные ветрогенераторы менее эффективны вследствие наличия останавливающего воздействия потока ветра на обратные стороны лопастей. Этот недостаток практически единственный. Вертикальные конструкции не нуждаются в наведении на ветер, не требуют установки на высокие мачты, доступны для ремонта, обслуживания или самостоятельного изготовления.

Именно вертикальные конструкции обеспечивают такое разнообразие форм и моделей ротора, созданных профессиональными конструкторами и талантливыми любителями. Рассмотрим некоторые варианты конструкции вертикальных роторов:

Ротор Дарье

Отличается конфигурацией лопастей, которые расположены вертикально и по касательной к окружности вращения. Кроме того, форма лопасти имеет строение как у крыла самолета, поэтому при вращении создается подъемная сила, облегчающая движение и способствующая работе со слабыми потоками ветра.

Ветровая турбина Савониуса

Этот вид имеет две лопасти, установленные напротив друг друга. Форма лопастей напоминает желоб, при воздействии ветрового потока на обратную сторону происходит расщепление струи воздуха, которая частично уходит в сторону, а частично соскальзывает с обратной стороны одной лопасти на рабочую часть второй. Ветрогенератор Савониуса является одной из самых старых разработок, но до сих пор вполне успешно используется как в промышленных, так и в самодельных устройствах.

Выбор вертикального ветрогенератора

Для того, чтобы правильно подобрать конструкцию вертикального ветрогенератора, надо учесть размеры ротора, силу ветра в регионе, потребность в определенном количестве электроэнергии, и сопоставить эти величины. Чем больше ротор, тем он тяжелее и тем труднее ему начинать вращение. Способность начинать вращаться при слабых ветрах присуща не каждому виду вертикальных устройств, поэтому следует для больших ветряков использовать наиболее чувствительные конструкции.

Вариантов выбора много, их параметры мало отличаются друг от друга, но некоторая разница присутствует. Если рассматриваемая конструкция не способна обеспечить желаемое количество энергии, следует отказаться от нее и рассмотреть другой вариант.

Кроме указанных параметров надо помнить, что самодельное устройство во многих случаях выгоднее и надежнее, так как легче ремонтируется и не требует больших расходов, что при выборе может сыграть решающую роль.

Генераторы российского производства

Российские фирмы-производители ветряков пока не могут в полную силу конкурировать с зарубежными изготовителями. При этом, отечественные конструкторы учитывают специфику и потребности российского пользователя. Конструкции российских фирм рассчитаны на потребление в масштабах одного дома, или одной небольшой системы (освещение, водяной насос и т.д.). Такой подход позволяет создавать устройства, доступные по цене и удобные по параметрам.

Приобретение крупных образцов отечественному пользователю не по карману, а удовлетворить потребности одной усадьбы можно одним-двумя небольшими комплексами. Поэтому российские фирмы выпускают более привлекательные модели, что создает для них неплохие перспективы и повышает конкурентоспособность.

Необычные конструкции ветрогенераторов

Среди широкого ряда конструкций ветряков встречаются устройства весьма специфического вида. При этом, они полностью функциональны и выполняют свою работу на достаточно высоком уровне (для опытных или пилотных образцов). Некоторые конструкции совершенно выбиваются из общего ряда и обладают уникальными свойствами, другие намного ближе к традиционным формам. Рассмотрим их поближе:

Устройство на водяных каплях

Из необычных ветрогенераторов этот — самый необычный. Он не похож ни на одну известную конструкцию. Он даже не имеет вращающихся частей. Представляет собой раму, внутри которой расположены горизонтально трубки с водой. На поверхности трубок имеются сопла, из которых выпускаются капли воды, заряженной положительно при помощи электродов, находящихся внутри трубок. При порыве ветра капли попадают на противоположные электроды, изменяя их заряд, что вызывает возникновение электрического тока в системе.

Дизайнерский ветрогенератор revolution air

Этот ветрогенератор создан, по сути, с декоративными целями. Его свойства таковы, что пользоваться им как полноценным устройством вряд ли получится. Для запуска ему нужна скорость потока от 14 м/сек, а при минимальной цене в 2500 евро такие характеристики нельзя рассматривать как нормальные рабочие параметры. Устройство имеет оригинальный внешний вид, хотя, по сути, является переосмысленным в художественном смысле вариантом ветрогенератора ортогонального типа.

Парусный ветряк

Еще одна оригинальная конструкция ветряка, имеющего весьма широкие лопасти. Они изготовлены в виде рам, на которые натягивается плотное полотно, образующее парус. Такая конструкция способствует получению больших лопастей при малом весе.

Имеется также конструкция, где парус создает давление на систему поршней без вращения. Большая площадь позволяет эффективно использовать полученную энергию ветра, но имеется опасность выхода из строя мачты ветряка при сильном порыве. Конструкция практически не шумит, не имеет движущихся частей, что увеличивает срок службы и снижает расходы на обслуживание устройства.

Конструкция Третьякова

Ротор ветрогенератора Третьякова имеет довольно сложную конструкцию, хотя, по сути, он является разновидностью ротора с диффузором. Устройство имеет вертикальный ротор-крыльчатку. Вокруг нее располагается подвижный воздухоприемник со стабилизатором, автоматически устанавливающим конструкцию по ветру. Воздухоприемник имеет также ряд направляющих, организующих поступление потока в нужном направлении.

Воздух, попадая внутрь корпуса, обходит рабочее колесо снизу и направляется к лопаткам. Такой сложный путь потока способствует получению правильного направления струи и отсутствию противодействующего контакта с обратными сторонами лопастей. Ротор способен начинать вращение при ветре от 1,4 м/сек, что очень ценно в условиях нашей страны, не отличающейся сильными и ровными ветрами.

Летающий ветрогенератор-крыло

Идея создания такой конструкции опирается на тот факт, что на высоте потоки ветра более активны и имеют большие скорости. Разработчики используют приспособление, напоминающее гигантский воздушный змей, который поднимается на большую высоту и летает по заранее задуманной траектории, вырабатывая электрический ток. Устройство позволяет отказаться от создания высоких мачт, поднимать ветряк на большие высоты и обеспечивать максимально возможные скорости ветра.

Внимание! Большинство необычных разработок до сих пор не запущено в массовое производство. Причиной этого стали относительно невысокие показатели, которые демонстрируют конструкции, и сложности в осуществлении некоторых операций эксплуатационного характера (например, запуск ветряка-крыла).

Мощные генераторы электроэнергии

Мощные ветрогенераторы используются для выработки электроэнергии в промышленных масштабах. Их создание было необходимостью, вызванной полным отсутствием других возможностей. Созданные большие ветряки имеют большую мощность и действуют в составе ветроэнергетических станций (ВЭС).

В них входят десятки таких ветряков, обеспечивающих суммарную выработку 400-500 мВт энергии, что уже сопоставимо с возможностями ГЭС, хотя и не может перекрыть их. Размеры таких ветряков действительно огромны, размах лопастей турбины «Энеркон» составляет 126 м, а высота от земли до оси ротора — 135 м.

Такие габариты вызвали массу домыслов о вреде для здоровья человека, об опасности для пролетающих птиц и прочих небылицах. Использование этих гигантов дает возможность снабжать энергией целые регионы Германии, Дании и прочих государств, расположенных на побережье Атлантики и Балтики.

Возникающие слухи свидетельствуют лишь о неграмотности населения и не имеют ничего общего с реальной ситуацией. Эксплуатация крупных ветрогенераторов была бы попросту невозможной, если бы они имели какое-либо отрицательное воздействие на природу или человека. Европейские законы на этот счет весьма строги и не допускают исключений.

Рекомендуемые товары

Вертикальные или горизонтальные ветрогенераторы? | Альтернативные источники энергии

Было как-то много в последнее время ежедневной рутины и всё не получалось написать этот пост, хотя идея о нём была у меня уже давно. Что-то закрутился я совсем, а идея словно витала в воздухе: моя заметка о разнице между ветрогенераторами с вертикальной осью вращения и ветрогенераторами с горизонтальной осью вращения.

Как-то я заметил на некоторых сайтах в Интернете статьи о том, какие чудесные-расчудесные ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, какие у них великолепные характеристики и то, на сколько они лучше, чем классические «горизонталки».  Итак…

Общий коэффициент полезного действия вертикальных (20-30%) и горизонтальных (25-35%) ветрогенераторовприблизительно одинаков. Не смотря на то, что у ветряков с горизонтальной осью вращения КПД выше и скорость страгивания ниже, они практически компенсируются коэффициентом использования энергии ветра (КИЭВ), который немногим выше у вертикальных ветряков.

Как достигается больший КИЭВ у вертикалок? Вертикальные ветряки всегда находятся «по ветру» и им не нужно поворачиваться при изменении направления ветра. А вот горизонталки должны развернуться. В момент разворота горизонталок производительность падает, так как сила потока ветра затухает.

Некоторые компании используют для производства вертикальных ветряков постоянные (неодиимовые) магниты вместо подшипников. Это позволяет увеличить производительность системы до 15%. То есть общая производительность таких ветровых генераторов вырастает всего на 3-5% от общего суммарного КПД. Но в отличие от ветровых генераторов с подшипниками цена вертикальных ветрогенераторов с постоянными магнитами (т.н. левитационные ветрогенераторы) возрастает. Ранее при производстве ветрогенераторов активно применялась оцинковка, но впоследствии развития технологии производители отказались от этого технологического процесса в пользу более современных и эффективных материалов.

Срок службы у обоих типов ветряков практически одинаков. При правильном уходе и обслуживании он составляет 15-25 лет бесперебойной работы. Различаются только основные узлы, требующие большего внимания и периодической замены, на которые приходятся самые большие нагрузки.

В горизонтально-осевых ветрогенераторах основные нагрузки идут на опорно-подшипниковый узел и ступицу. А в вертикально-осевых ветрогенераторах ими также являются опорные подшипники, но в гораздо большей степени, чем у горизонталок, и лопасти.

Что касается цены, то стоимость вертикальных ветряков на сегодняшний день гораздо превышает стоимость горизонтальных. Зачастую это превышение может быть 1:2 или даже 1:3. Почему производители вертикалок устанавливают такую неоправданно высокую цену на свою продукцию достоверно не известно.

Возможно, это связанно с высокой стоимостью опорно-подшипникового узла, возможно из-за конструкции лопастей. Для меня это загадка, но факт остаётся фактом.

Какого-то большого различия в особенности работы или производительности обоих видов ветрогенераторов вы не найдёте. И вертикальные, и горизонтальные ветрогенераторы работают практически одинаково.

Могу порекомендовать использовать вертикальные ветрогенераторы в местах с высокой турбулентностью и постоянно меняющейся скоростью ветра (в таких местах я вообще не рекомендую ставить ветряки, но если вам очень нужно, то ставьте), хотя их высокая цена сводит к минимуму рациональность их применения в подобных местах. А горизонтальные ветряки используйте во всех остальных случаях.

{social}

Какой ветрогенератор нужен для частного дома: выбираем ВЭУ грамотно

Ветроэнергетическая установка служит для преобразования кинетической энергии в электрическую. Современные ветрогенераторы способны использовать до 45% энергии воздуха — это позволяет успешно использовать ВЭУ в качестве альтернативного энергоисточника, который помогает снизить траты на коммунальные услуги или полностью заменить собой подключение к общей энергосети.

Домашний ветрогенератор: в каких случаях есть смысл в установке

Стоимость возведения ВЭУ для дома или небольшого кооператива сравнительно ниже, чем у других альтернативных электрогенераторов. ВЭУ уступают в цене солнечным батареям, однако они подходят не для каждого жилища. Установка ВЭУ целесообразна в таких случаях:

• среднегодовая скорость ветра равняется или превышает 3 м/c — в противном случае много энергии от ВЭУ вы не получите;
• если на вашем участке часто отключат свет или регулярно случаются аварийные ситуации по независящим от вас причинам;
• если подключение к общей сети в вашем регионе отсутствует или стоит слишком дорого;
• для поддержания полной энергонезависимости.

Сам по себе ветрогенератор не представляет никакой опасности и никакого вреда не приносит. Вас может раздражать постоянное мелькание лопастей и производимый ими шум. Но проблема исчезает, если вы устанавливаете ВЭУ на северной стороне своего участка чуть поодаль от дома. В остальном ветроэнергетическая установка — выгодное приобретение. Давайте разберемся, какой ветрогенератор лучше и почему.

Ветрогенератор какой мощности нужен для частного дома

Рынок ветрогенераторов может предложить модели от производителей разных стран, включая США, Европу и СНГ. Установки от отечественных производителей стоят дешевле, однако при выборе стоит опираться на технические характеристики и гарантийные сроки. Средняя продолжительность службы ВЭУ при грамотном использовании — 20-25 лет. Если вам предлагают купить ветряк, который прослужит меньше 10 лет, лучше подыскать другие варианты.

Работу ветряка обычно тестируют на даче или небольшом загородном доме, где потребность в электроэнергии возникает периодически, а не на постоянной основе. Для снабжения малогабаритного коттеджа вам понадобится ВЭУ мощностью от 1,5 до 3 кВт. Месячная выработка энергии в таком случае колеблется от 500 до 600кВт. Для среднего дома (100-200 м²) с условием постоянного проживания требуется ветряк мощностью не меньше 5-6 кВт и ежемесячной выработкой энергии от 1000кВт.

Разобравшись с теорией, какой мощности ветрогенератор нужен для дома, необходимо учитывать и практический аспект — силу ветра. Приобретая ВЭУ с малой мощностью, вы сможете выжать из нее достаточное количество энергии лишь при урагане. Например, двухкиловатный ветряк с расчетной скоростью ветра 15 м/с даст вам 15-20% энергии при условии скорости ветра 6-8 м/с, а в полный штиль останется неподвижным. Это не повод отказываться от недорогих маломощных ветряков — просто купите ВЭУ с меньшей расчетной скоростью ветра. Та же двухкиловатная ветроэнергетическая установка, но с расчетной скоростью в 8 м/с, будет стабильно работать на максимуме, а в особенно ветреные дни выдаст все 40% энергии.

На что обратить внимание при покупке ВЭУ

Важно учитывать высоту мачты. Чем выше находится ветряк, тем больше ветра он сможет «поймать». Скорость ветра увеличивается в зависимости от высоты, так что даже в не особо ветреных районах ВЭУ может успешно работать, если мачта будет достаточно высокой. Стандартная высота мачты — 10 метров. С каждыми последующими десятью метрами мощность ветрового потока будет увеличиваться в полтора раза.

Обратите внимание и на такие факторы:

• фактические объемы электроэнергии, которые сможет выработать ветряк в условиях вашего участка;
• актуальность выбранной модели, как долго она выпускается и насколько хорошо ее оценили другие пользователи;
• гарантийные сроки и периодичность технического обслуживания;
• расчетный срок использования ветроэнергетической установки;
• степень сложности монтажа и обслуживания.

Какой ветряк лучше: горизонтальный или вертикальный?

ВЭУ разделяются на типы по направлению оси вращения — горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные (крыльчатые) располагают вертикальными лопастями, которые крепятся к мачте на горизонтальной оси. Такие ветрогенераторы занимают около 90% рынка; их легко отыскать в любом каталоге. Популярность крыльчатых ветряков обуславливается их высоким КПД, простым управлением, высокой устойчивостью к ураганам и демократичной стоимостью. Их можно устанавливать на любой высоте и не бояться поломки даже во время шторма.

Вертикальные ветряки (карусельчатые) получили свое название из-за вертикальной оси вращения ротора. Они отличаются легким монтажом и стабильной работой даже при малом ветре. Карусельчатые ветрогенераторы малошумны и компактны, из-за чего их часто устанавливают для домашнего использования. Минус таких ВЭУ — меньшая эффективность (в сравнении с крыльчатыми). Вертикальный ветряк нельзя поставить на высокой мачте из-за особенностей конструкции, поэтому они хорошо работают только в ветреной местности.

Горизонтальные ВЭУ более эффективны: половина работы их лопастей происходит за счет сопротивления противоположному движению ветра. Вертикальные же ветрогенераторы из-за смены направления ветра теряют свою мощность. Горизонтальные требуют меньше места и меньших затрат, они эффективны и мощны. Низкий уровень шума делает вертикальные ВЭУ привлекательным приобретением, однако они будут целесообразной покупкой только для тех домов, которые не требуют большого количества электроэнергии и располагают накопительными аккумуляторами на случай безветренной погоды.

Для малых нужд целесообразно купить мини ветрогенератор. Эти устройства располагают мощностью до 1 кВт и используются для автономного питания системы подачи воды, небольших сельскохозяйственных ферм и снижения нагрузки на общую сеть. Такие ВЭУ часто используют на дачах для питания кухонных приборов: мини-плит, микроволновок, чайников, светильников.

Горизонтальный ветрогенератор

Ветрогенераторы горизонтального типа

Большая часть выпускаемых ныне ветрогенераторов это установки с горизонтальной осью вращения. Условно говоря, горизонтальный ветрогенератор похож на вентилятор. При этом разработчики с давних пор ищут наиболее оптимальный вариант такого ветрогенератора.

Ведь, как известно, выигрывая в чём-то одном, проигрываешь в другом. Чем меньше лопастей, тем быстрее вращается винт, тем большую мощность можно получить от генератора. Но чем быстрее, тем шумнее, тем позднее момент страгивания винта при слабом ветре, тем сильнее опасность дисбаланса ветряка. Всё это берут в расчёт при размышлениях какой ветрогенератор горизонтальный купить?

Наша практика свидетельствует – наиболее сколь комфортными, столь и надёжными являются трёхлопастные. Эти ветряки, показывая приемлемую производительность, с успехом могут работать в местах дачной и коттеджной застройки. Например, ветрогенератор горизонтальный 3 кВт вполне способен обеспечить электроэнергией семью, проживающую в собственном доме.

Какой горизонтальный ветрогенератор купить Вам поможет наш каталог. Там представлены ветряки различных типов и мощностей.

Вертикальный или горизонтальный ветрогенератор

В последнее время всё больший интерес проявляется к вертикальноосевым ветрогенераторам. Им посвящён отдельный раздел, там рассматриваются их особенности. Отмечается, что они имеют множество преимуществ. Однако сбрасывать со счетов горизонталки ни к чему. Проведём небольшое сравнение ветрогенераторов вертикального и горизонтального.

Какие аргументы относительно выработки и прочего в отношении вертикалок не приводи, цена их гораздо выше горизонтальных. Горизонтальный ветрогенератор стоит в полтора-два раза дешевле. Вес вертикального вместе с ротором выше, следовательно, тяжелее поднять его на высоту, где ветер сильнее. Поэтому, какой ветрогенератор лучше вертикальный или горизонтальный определить в силах только сам заказчик. Мы этому лишь способствуем.

Преимущества и недостатки ветрогенераторов с вертикальной и горизонтальной осью вращения

Малый ветряных турбин с вертикальной осью отличаются футуристическим дизайном и часто привлекают внимание зрителя. Но все же о фактах, какие технические отличия от обычной ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения?

Для больших ветрогенераторов в мегаваттном класса развивающихся на протяжении десятилетий, преобладает тип конструкции  с горизонтальной осью и тремя лопастями.

Для малых ветровых турбин, есть гораздо более широкий диапазон конструкций. Совершенно иной тип конструкции представляют так называемые вертикальные ветровые турбины, вал ротора расположен вертикально к земле. Но каковы технические различия между горизонтальными ветрогенераторами, каковы преимущества и недостатки?

Основным недостатком вертикальных ветровых турбин является их низкой эффективности.Однако растения с вертикальной осью также имеют преимущества, которые объясняются в первую очередь.

Преимущества вертикальных ветровых турбин

Нет необходимо ориентации на ветер:
Вертикальные ветряные турбины не должна быть снабжена управления, который поворачивало бы ротор на ветер. Горизонтальные установки имеют обычно флюгер и системы слежения.

Больше подходит для турбулентных ветровых условий:
На участках с сильной турбулентностью воздуха системы работают с вертикальной осью зачастую более надежны, чем горизонтальные конструкции. При длительных турбулентных ветровых условиях, ставит под вопрос установку малого ветрогенератора с горизонтальной осью вращения.

Скорость ветра при которой ветрогенератор запускается и производит энергию:

Вертикальная установки уже работает на низких скоростях ветра и способны  производить электроэнергии.

Простота в обслуживании:
Техническое обслуживание подвижных компонентов, такие как генератор расположены на уровне земли. В горизонтальных сооружений, детали машин находятся в гондоле. Когда мачта не может быть наклонена, нужен подъемник или кран.

Низкая скорость вращения и низкий уровень загрязняющего шума:
Вертикальные ветряные турбины тише и поэтому подходят для жилых районов и городов.

Тени и отрицательный визуальный эффект:
Растения с горизонтальной осью ротора может вызвать солнце находится низко неприятные тени в вертикальной системы могут быть практически исключены.

Недостатки вертикальной небольших ветровых турбин

Низкая эффективности:
Основным недостатком вертикальной небольших ветровых турбин связано с низкой эффективностью. В то время как горизонтальные системы способны забирать у ветра до 50% энергии, значение для вертикального ротора составляет максимум 40%.Горизонтальное часто производят значительно больше энергии, чем вертикальные установки.

Высокие вибрации и нагрузки:
Вертикальная установка может вызвать сильные резонансы.

Низкая высота:
Роторы, как правило, близко к земле. Ветрогенераторы с Горизонтальная ось  расположены на  мачты или башнях в более высоких слоях атмосферы.

Проникновение строительство типов

Исследование, проведенное Университетом Касселя и института Фраунгофера для ветроэнергетики и технологии Энергетические системы IWES даже при небольших ветрогенераторы имеет горизонтальный ротор с тремя лопастями в настоящее время является наиболее распространенным. Из в общей сложности 118 видов конструкций рассмотрено 88% горизонтальной оси и 12% вертикальной оси.

Прогноз

Снижение эффективности вертикальной системы не означает, что концепция не в долгосрочной перспективе может утратиться. В фотоэлектрической промышленности  технология относительно низкой эффективностью может преобладать в течение длительного времени.Производитель солнечных модулей  First Solar может претендовать на лидирующие позиции на рынке, хотя эффективность ее тонкопленочных модулей была значительно ниже, чем у обычных модулей с кремниевых солнечных элементов. Причиной сильные позиции на рынке были существенной экономии издержек производства, так что конкретные инвестиционные расходы и связанные с этим расходы производства электроэнергии более низкие.

В настоящее время большинство малых ветрогенераторов  реализованы с горизонтальной осью вращения, поскольку более высокая эффективность будет иметь положительное влияние на экономику. Вертикальная установка может принести свои сильные стороны, чтобы опереться на конкретные достоинства конструкции, такие как низкий уровень шума.

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

Насколько эффективны ветряные турбины с вертикальной осью по сравнению с горизонтальными?

Вы хотите построить ветряную турбину или купить ветряную мельницу и хотите знать, что лучше: ветряная турбина с вертикальной осью или обычная горизонтальная ветряная мельница? Это хорошая идея, чтобы узнать о различиях между ветряными турбинами с вертикальной и горизонтальной осью. Очевидно, вы хотите получить тот, который будет иметь наибольшую окупаемость инвестиций, независимо от того, купите ли вы ветряную турбину или построите ее самостоятельно.

Когда дело доходит до ветряной турбины, проблема заключается в извлечении энергии из ветра. Согласно физике, эффективность ветряной мельницы не может превышать 59% при извлечении кинетической энергии ветра и преобразовании ее в механическую. Остальные 41% мощности должны оставаться на ветру.

Давайте перейдем к делу! Вы же действительно не хотите читать статью из 2000+ слов, чтобы узнать, какая из них лучше, верно? Как насчет того, чтобы я дал вам ответ на вопрос сейчас, тогда, если вы все еще жаждете дополнительной информации, вы можете прочитать математические формулы и физику, которые объясняют только , почему один лучше, чем другой.

Лучший тип ветряной турбины — это …
Из 59% возможного КПД для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию:

• Горизонтальные ветряные турбины : около 50%
• Ветряные турбины с вертикальной осью : около 10% (хотя отличный дизайн может достигать около 15%)

Суть в том, что хотя ветряные турбины с вертикальной осью могут стать отличным самостоятельным проектом, а в небольшом масштабе они могут быть даже стоящим проектом — в действительности они намного менее эффективны, чем ветровые турбины с горизонтальной осью.

Существуют также дополнительные конструктивные недостатки, которые могут привести к большему износу ветряных турбин с вертикальной осью, что делает их менее финансово жизнеспособными с точки зрения создания долгосрочного источника надежной возобновляемой энергии.

Если это все, что вы хотели знать, спасибо за посещение! Если вы действительно хотите знать математику и физику, объясняющие, почему горизонтальное лучше, чем конструкции VAWT, продолжайте читать.

Сколько энергии доступно ветру?

Это формула для обычной горизонтальной ветряной турбины:

Где R — 1/2 диаметра лопастей ветряка (радиус от центра до внешнего края), а v равно скорости ветра.Эта математика предназначена для эффективной ветряной турбины (примерно 50% эффективности) при умеренной скорости ветра. (Хотя на рынке есть много низкокачественных ветряных турбин, которые не производят и половины этого количества).

Рассматривая этот пример, давайте предположим, что это ветряная мельница среднего размера, сделанная своими руками (диаметр 3 метра, то есть радиус будет 1,5 метра). Также предположим, что скорость ветра составляет 5 метров в секунду (около 11 миль в час).

P (мощность в ваттах) = 1,0 x 1,5 в квадрате (радиус лезвия равен примерно 1.22) x 5 (метров от второй до третьей степени, что равно 125).

В этом примере общая мощность составляет 153 Вт (1,0 x 1,5 x 1,22 x 5).

Следующим логическим шагом было бы дать вам математическое представление о том, сколько мощности вы можете ожидать от ветряной турбины с вертикальной осью. К сожалению, после многих часов поисков я не смог найти математику. Позвольте мне объяснить, где я получил упомянутую выше эффективность от 10% до 15%.

Слева — Darrieus VAWT. Есть две модели ветряных турбин с вертикальной осью, в одной используется так называемый «ротор Савониуса», а в другой используется так называемая модель «Дарье». Ниже приведены изображения каждого типа.

Тогда где я взял замечание об эффективности от 10% до 15%? Мик Сагрилло — эксперт по ветроэнергетике в жилых домах. В статье «Новости Матери-Земли» он цитировал эти цифры (на самом деле он заявил, что эффективность была от 5% до 10%, но, возможно, ее можно было изменить до 15%).

Многие из того, что мы видим сегодня, — это роторы Савониуса.Они очень грубые, низкотехнологичные и неэффективные. Мы говорим о чем-то, что работает, скажем, в диапазоне эффективности от 5 до 10 процентов. Люди смогли настроить коэффициент эффективности — в идеале он может достигать 15 процентов.

Слева фотография Savonius VAWT . Модель Дарье ничем не отличается. Оба они работают, используя одни и те же принципы и с одинаковой эффективностью. В то время как ветряная турбина с горизонтальной осью постоянно имеет свои лопасти против ветра, она будет чрезвычайно эффективнее, чем вертикальная ось, у которой лопасти расположены на дальней стороне, и временами слегка противодействует ветру, чтобы вернуться в исходное положение. .Эта неэффективность снижает то, что вы можете ожидать от VAWT, до 5-10%, тогда как эффективно спроектированная ветряная турбина с горизонтальной осью будет иметь КПД, близкий к 50%. Возможно, причина того, что физика и математика недоступны для VAWT, заключается в том, что они не продаются и, следовательно, не являются частью рекламных материалов систем VAWT.

Недостаток конструкции VAWT: высота

В то время как горизонтальный ветряк может быть надежно закреплен на опоре на большой высоте, ветровые турбины с вертикальной осью имеют значительное сопротивление.Это делает размещение их на опоре на большой высоте нестабильным, если они не закреплены на земле с помощью растяжек. Кабели необходимо закрепить под большим углом, чтобы они не касались вращающихся ножей. Этот нереалистичный сценарий заставляет многих производителей заявлять, что их не нужно поднимать в воздух, на самом деле вы можете установить их на землю или на крышу здания. Однако порядок величины энергии ветра экспоненциально выше на больших расстояниях в воздухе, чем на земле.Ветер на земле ослабляется объектами, что лишает воздух большей части энергии. Кроме того, на земле гораздо больше турбулентности. Турбулентность приводит к износу ветряных мельниц VAWT, в результате чего их обслуживание требуется намного быстрее.

Недостаток конструкции VAWT: центробежная сила и вес

Когда вы планируете инвестировать в систему, которая будет стабильно обеспечивать возобновляемую энергию в течение длительного периода времени (например, 20 или более лет), вы должны обратить внимание на техническое обслуживание. расходы.До сих пор мы обсуждали, что вы можете получить в три раза больше мощности от горизонтальной ветряной турбины, чем вы можете получить от вертикальной ветряной турбины. Мы упоминали о трудностях их установки высоко (там, где дует ветер). Как насчет долголетия, которое длится дольше?

В конструкции обычной горизонтальной ветряной турбины самое слабое место находится в основании, где лопасти встречаются с сердечником турбины. Это также бывает там, где лезвия самые сильные, потому что они самые толстые в этом месте.

У ветряных мельниц с вертикальной осью (на моделях Дарье или некоторых конструкциях Савониуса, у которых есть открытое пространство между лопастями и основанием) — лопасти расположены на некотором расстоянии от основания вала. Центробежная сила, возникающая с основной массой лезвия на расстоянии от вала, со временем вызывает структурный износ. Кроме того, там, где лезвия встречаются, они обычно устанавливаются с более тонкими конструктивными элементами. Есть компромисс — чем больше производители VAWT пытаются стабилизировать эту слабую конструкцию, тем больше они уменьшают вес ветряной мельницы, снижая ее эффективность.

НОЖТ — плохая идея?

До сих пор эта статья была довольно снисходительной к идее приобрести себе ветряную турбину с вертикальной осью. Неужели все НОЖТ — просто плохая идея для вложения денег? Позвольте мне сказать, что я бы не рекомендовал покупать крупную коммерческую установку VAWT, некоторые из которых могут стоить от 15 000 до 30 000 долларов. Однако есть приложения, в которых ветряк с вертикальной осью может иметь смысл. Существуют небольшие приложения, в которых эффективность не является главной проблемой, вместо этого самой большой проблемой является надежность (одним из примеров такого рода может быть водный буй, которому просто нужно достаточно энергии, чтобы поддерживать себя освещенным в ночное время).В этом случае некоторые конструкции Савониуса отлично подойдут для этого приложения (и будут намного более стабильными и надежными, чем горизонтальная ось).

Есть и другие соображения. Если вы делаете самодельный «построенный» ветряк с вертикальной осью ветра, VAWT может быть простым в изготовлении, и вы часто можете превратить предметы, которые есть в вашем доме, в дешевую и легкую ветряную турбину (например, 55 галлонов барабан бочка).

Многие люди просто считают себя крутыми. На этот счет было проведено исследование, в ходе которого люди завораживались, наблюдая за работой ветряных мельниц.Этот эффект вызван повторением и называется «частотным эффектом», похожим на то, что вы получили бы, наблюдая за огнем или волнами, разбивающимися о пляж. Это исследование показало, что люди предпочитают эффект VAWT перед HAWT.

Итак, весь этот сайт посвящен ветряным турбинам с вертикальной осью. Вы увидите их в действии, некоторые самодельные, видеоролики и т. Д. Если вы собираетесь построить его, вам следует серьезно подумать, действительно ли вы хотите построить VAWT или горизонтальное может быть лучше.Если вы подумываете о покупке дорогого розничного VAWT, по крайней мере, прочитав это последнее предложение, вы можете по крайней мере считать себя предупрежденным о многих недостатках.

.

Ветроэнергетика: ветряки с вертикальной осью лучше?

Мировой интерес к возобновляемым источникам энергии привел к появлению целого ряда новых конструкций ветряных турбин. Некоторые из самых последних моделей на рынке представляют собой ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT), которые, по утверждению производителей, являются тихими, эффективными, экономичными и идеальными для производства энергии в жилищном секторе, особенно в городских условиях.

Мы попросили Мика Сагрилло, ветерана ветроэнергетики в жилищном секторе, ответить на наши вопросы об этой технологии и ее будущем в сфере альтернативной энергетики.

На самом деле существует два разных дизайна. Один из них называется ротором Савониуса, который, по сути, если вы возьмете 55-галлонный барабан и разрежете его пополам, затем смещаете две половинки и поместите их на вращающийся вал, вы получите ротор Савониуса. Он похож на анемометр. Многие из того, что мы видим сегодня, — это роторы Савониуса. Они очень грубые, низкотехнологичные и неэффективные. Мы говорим о чем-то, что работает, скажем, в диапазоне эффективности от 5 до 10 процентов. Люди смогли настроить коэффициент эффективности — в идеале он может достигать 15 процентов.

Еще есть модель Дарье — типа, напоминающего взбиватель яиц. По сути, у вас есть два вертикально ориентированных лезвия, вращающихся вокруг вертикального вала. Но в моделях Дарье используется аэродинамическая конструкция. Профиль ветряной турбины работает так же, как крыло самолета. Профиль имеет плоскую сторону и изогнутую сторону. В результате прохождения воздуха через обе стороны возникает сила, известная как «подъем». Когда самолет ускоряется по взлетно-посадочной полосе, когда воздух проходит по обеим сторонам крыльев аэродинамического профиля, подъемная сила буквально поднимает самолет в воздух.Это будет продолжаться до тех пор, пока над аэродинамическим профилем будет поступательное движение для создания необходимой подъемной силы.

Ветряная турбина использует тот же принцип, но вместо того, чтобы взлетать и удаляться, аэродинамические поверхности прикреплены к ступице, которая, в свою очередь, прикреплена к валу генератора. Воздух, проходящий через профили (лопасти ветряных турбин), преобразуется во вращательный момент, который раскручивает генератор.

На роторе Дарье, поскольку крылья такие же, как у ветряных турбин с горизонтальной осью, они будут работать с той же эффективностью.Однако разница возникает из-за того, что рабочая область турбины с горизонтальной осью всегда обращена к ветру. Но для ветряной турбины с вертикальной осью рабочая область представляет собой цилиндр, перпендикулярный воздушному потоку. Таким образом, часть «рабочей области» работает, в то время как часть просто обдувается, а не под оптимальным углом для создания подъемной силы. Это приводит к тому, что ротор ветряной турбины с вертикальной осью является менее эффективным, чем ротор с горизонтальной осью.

Все, что имеет аэродинамический профиль, в идеале может иметь КПД 59,3%.На самом деле турбина с горизонтальной осью работает где-то около 35 процентов. Турбина с вертикальной осью ниже, может быть, достигает 30 процентов, что не кажется большим, но другие факторы, такие как повышенное техническое обслуживание и более низкое производство энергии, добавляют разницу.

Производители ветряных турбин с вертикальной осью заявляют, что их износ меньше, потому что им не нужно активно ориентироваться в направлении ветра. Это на самом деле неправда; это как раз наоборот.Существует множество претензий относительно того факта, что турбина с вертикальной осью может принимать ветер с любого направления, ну и горизонтальные турбины тоже. На самом деле VAWT вызывает больше износа. У меня на конце резинки есть резиновый шарик. Когда я медленно вращаю его, он образует круг, а если я быстро вращаю его, резинка растягивается, и он образует больший круг. Это центробежная сила. Итак, на все, что вращается и имеет массу, действуют центробежные силы.

Самое интересное в турбинах с горизонтальной осью — и это всего лишь случайность физики — связано с тем, как профиль разработан для горизонтального положения.Наибольшая нагрузка на него приходится на основание лезвия рядом со ступицей, которое является самой прочной частью лезвия. По вертикали, если это форма взбивания яиц (вроде овала), наибольшие силы действуют в центре, а не на концах, к которым он прикреплен. Если вы сделаете лезвие прямым, оно распределяет усилие более равномерно, что в последнее время изменилось в дизайне, но есть некоторые внутренние проблемы с вертикальной осью и центробежными силами, которые действительно невозможно преодолеть. Это просто характер дизайна.

Так что на самом деле VAWT больше изнашивается. Они преодолевают это за счет улучшения дизайна. Вот почему сегодня в Соединенных Штатах вы не видите коммерчески выгодных турбин с вертикальной осью. Производители должны использовать больше материалов, а значит, больше труда. Это также означает, что вертикальная техника весит больше. У вас есть опора на каждом конце, которую нужно поддерживать, и это легко сделать на нижнем конце, но сложно сделать на верхнем. Если вы в конечном итоге поставите его на опору, вам понадобятся кабели с растяжками, которые простираются на большие расстояния, чтобы освободить ротор.

Некоторые изобретатели говорят, что его можно разместить на здании или на земле, что устраняет проблему с оттяжками. Что ж, вы можете, но им нужно вернуться и узнать кое-что о гидродинамике. Причина, по которой турбины находятся на башнях, заключается в том, что именно там находится ветровой ресурс. Топливо увеличивается по мере увеличения расстояния над землей. Вдоль земли у нас есть зона трения, и по мере того, как вы уходите от трения, вы получаете быстрее движущийся воздух.

Войдите в здания. Почему не здание? Представьте себе флагшток в городе, который качается и меняет направление.Если вы пойдете в школу за городом, с широким открытым пространством, этот флаг просто выставлен прямо. Вы смотрите на эффект беспорядка на земле. Деревья, здания — все это создает турбулентность. Есть две проблемы с турбулентностью. Во-первых, ветер, который меняет направление, и скорость, которая увеличивается и уменьшается, приводит к большому износу турбины, что приводит к сокращению срока службы. Другое дело, что у приземного ветра нет силы. Это просто хаотичное движение. Нет настоящей энергии.

Значит, наклон и подъем крыши не ускоряют и не концентрируют энергию ветра? Это подделка. Эта концепция работает и действительно верна, когда вы имеете дело с формами рельефа. Когда вы имеете дело с ландшафтом и топографией, у вас есть очень широкая открытая территория, на многие мили вокруг, и у вас есть гребень, перпендикулярный ветру. Что происходит, когда ветер приближается к этому гребню, он сжимается, и поток фактически увеличивается. Когда вы имеете дело со зданием, ветер кружится и просто перекатывается через него.Они уменьшили масштаб идеи топографической гидродинамики и применили ее к зданиям. Это неточно, что очень хорошо подтверждено исследованиями потока. Ветер преодолевает препятствия, и когда он спотыкается, ветер не может выполнять ту работу, которую он мог бы сделать без препятствия. Вы создаете турбулентность и ухудшаете качество ветрового ресурса. Что касается ветра, мы имеем дело с количеством, да, но мы также имеем дело с качеством. Вам нужен хороший поток жидкости, а не турбулентность.

Похоже, они набирают популярность среди потребителей.Они стоят меньше? Вы знаете, это не имеет значения. Дело не в первоначальной стоимости. Речь идет о производстве энергии в течение 20–30-летнего срока службы турбины. Вертикальная технология менее эффективна — окупаемость инвестиций с точки зрения стоимости киловатт-часа не так хороша.

Дело не в спиннинге. Вы можете купить вертушку, которая вращается. На самом деле речь идет о производстве электроэнергии, причем надежно в течение многих лет. Технология вертикальной оси просто не смогла выжить на рынке.

Они привлекают рынок, потому что в турбине с вертикальной осью есть что-то очень привлекательное. В Европе действительно есть исследования, показывающие, что люди очарованы ветряными мельницами. Это называется частотным эффектом. Это все равно, что сидеть на берегу и смотреть, как набегают волны, или у костра, или на ветру на траве прерий. Исследования показывают, что людей больше привлекают турбины с вертикальной осью, чем с горизонтальной, по одной причине, потому что вы не видите их так часто, по другой причине, потому что вертикальные турбины не имеют этого движущегося вокруг хвоста, что может отвлекать, в зависимости от того, как ветер двигает его.Люди восхищаются этой технологией, потому что она очень успокаивает. Есть ряд изобретателей, которые этим пользуются.

Есть лучшие модели в пути? Это зависит от обстоятельств. К сожалению, слишком много из этих вещей было создано самозванными изобретателями, людьми, не имеющими инженерного образования, физики или математики. Они просто что-то придумывают. Я знаю одного человека, который пришел ко мне и сказал: «Мик, я хочу сделать ротор Савониуса. Я знаю, что это нерентабельно.Но если бы человек мог сделать его достаточно недорогим, но при этом надежным, чтобы он прослужил десятилетия, как это делают горизонтальные, вы бы поддержали его? »

И ответ — абсолютно да. Меня не волнует, вертикальный он или горизонтальный. Все дело в том, что выживает, что работает, что производит электричество на протяжении десятилетий. Речь идет о фантазии, а не о реальности. Речь идет о вещах, которые действительно работают, а не о том, что мы делаем вид, будто работаем или хотим работать. Так что он имел инженерное образование, но плохо разбирался в ветре.И что интересно, во-первых, конструкция превратилась из неэффективного ротора Савониуса в ротор Дарреуса, и, во-вторых, он работал над этим в течение нескольких лет с реальной инженерной фирмой, которая проводила испытания на ветер. на протяжении десятилетий. Он поступает правильно, вместо того, чтобы настраивать его и делать диковинные заявления. Он привлек внимание NREL, которые, как и я, скептически относятся к вертикальным технологиям. Они собираются взять одну из этих турбин, чтобы проверить это.И я действительно рад этому, потому что он начал с мечты, получил образование, нанял нужных людей. Потому что его идея заключалась в том, чтобы сделать что-то достаточно надежное и недорогое, чтобы компенсировать коэффициент эффективности, и я думаю, что у этого парня может что-то есть. Я искренне думаю, что через год или два мы можем увидеть коммерческий продукт, который действительно работает и работает около 20 лет, как и должно.

Итак, мы наконец увидим некоторые показатели производительности? В этом вся моя особенность: никто из них не умеет.Вот эта новая технология, и мы хотим, чтобы вы ее купили. Мы хотим, чтобы вы финансировали это. Я говорю: «Хорошо, пришлите мне производственные показатели, потому что речь идет не о вертикали, а о надежности, стоимости киловатт-часа и о том, сколько киловатт-часов турбина будет вырабатывать за месяц или год». Но они не могут отправить вам это. Потому что они не тестировали это, или они тестировали это, но результаты плохие, или они не знают, как это проверить, и так далее. Это нелепо. Если вы обратитесь к компаниям, имеющим хорошую репутацию на рынке малых ветроэнергетических установок, они получат информацию о производительности или производстве.Могут предложить кривую мощности — и что? Кривая мощности похожа на кривую мощности вашего автомобиля, она не имеет никакого отношения к реальности. Что вам нужно знать, так это сколько вы получаете миль на галлон? Вы продаете эту вещь за 20 000 или 30 000 долларов и не можете позволить себе поставить на нее оборудование на 500 долларов для контроля ее производства? Для меня это несколько удивительно.

Они менее шумные? Нет. Я слышал об очень тихих станках и слышал об очень шумных станках как с горизонтальной, так и с вертикальной осью.

Существуют ли какие-либо ситуации , в которых вертикальная модель была бы лучшим выбором, чем горизонтальная? Не сегодня. Просто потому, что нет ничего надежного, нет ничего рентабельного, нет результатов работы, нет реальности. Это могло измениться.

Суть в том, что ветряные турбины с вертикальной осью менее эффективны, и для их изготовления требуется больше материалов и труда. Это чистая экономика. Вещи добиваются успеха на рынке, потому что номер один — они работают, а во-вторых, они рентабельны.Если у вас есть технология, которая более рентабельна и надежнее, чем у конкурирующих технологий, конкуренция исчезнет с рынка. С коммерческой точки зрения именно это и произошло. В начале 1980-х годов мы видели коммерческую ветряную турбину, разработанную Министерством энергетики и Alcoa, которая использовалась на ветряной электростанции на перевале Альтамонт. Они поддерживали их работу в течение долгого времени, пока не закончились деньги инвесторов, они не могли справиться с обслуживанием, не говоря уже о том, чтобы заставить их производить достаточно энергии. Итак, они все исчезли.Есть много утверждений о теории заговора. «Это подавленная конструкция и т. Д.» Нет, они существуют уже 80 лет, и это просто встряска на рынке.

.

Технология ветряных турбин с вертикальной осью продолжает совершенствоваться

Джон Ян , Китай, sawt.com

Большинство ветряных турбин делятся на две основные категории: горизонтальная ось и вертикальная ось. Каждую из них можно разделить на маленькие и большие ветряные турбины.

Ветряные турбины можно разделить на шкалы коммунальных и малых масштабов, а затем на горизонтальную ось (HAWT) и версии с вертикальной осью (VAWT).

Технология для традиционных ветряных турбин с горизонтальной осью (HAWT) разрабатывалась более ста лет.Эта технология включает в себя лопасти и их производство, коробки передач и технологию их изготовления, устройства угла наклона и их технологию и так далее. Технологии очень зрелые. Закон Беца, который определяет максимальное количество энергии, которое HAWT может извлечь из ветра, основан на одном диске (роторе), движущемся в двухмерном пространстве.

Несколько компонентов в обычной ветряной турбине.

1. Малые ветряные турбины с вертикальной осью

Маленькие ветряные турбины с вертикальной осью сильно отличаются от средней до большой вертикальной оси ?? ветряные турбины, потому что движущая сила и направление лопастей при вращении различаются.В некотором положении сила лезвия большая, а направление положительное. В некоторых положениях движущая сила будет меньше и также положительна. Но в других положениях движущая сила и направление отрицательные, большие и маленькие. Кроме того, чем больше диаметр ротора, тем больше отрицательные силы. Таким образом, если диаметр ротора увеличивается, угол (шаг) лопастей необходимо регулировать в реальном времени. Это называется технологией «регулирования угла атаки в реальном времени».

1.1 У большинства современных ветряных турбин с вертикальной осью есть три основные проблемы:

1. Производительность малой мощности
2. Они работают в узком диапазоне скоростей ветра и часто тормозят, что снижает их выходную мощность.

Плохая устойчивость при вращении сокращает срок службы турбины.

В галерее представлен широкий спектр конструкций с вертикальными осями.

1.2 Решение трех проблем

SAWT, конструкция с вертикальной осью, решает три технические проблемы, возникающие при производстве ветряных турбин с вертикальной осью.Один разработчик произвел небольшую вертикальную ветряную турбину, продано более 4000 единиц примерно в 60 странах с 2007 года, и использовал патенты для создания технических барьеров.

1.3 Как спроектировать хороший небольшой ветряк с вертикальной осью

1.3.1 Несмотря на отличие от HAWT, основной технологией VAWT остается конструкция ветряной мельницы с лопастями. После выбора профиля необходимо рассчитать ориентацию вогнутости, угол, ширину и количество, потому что каждый из этих факторов определяет характеристики VAWT.
Итак, первый шаг — выбрать низкоскоростной профиль. На втором этапе вогнутая ориентация устанавливается наружу, на третьем этапе выбирается небольшой угол лезвия (хорошо подходит 8 °) и подходящая ширина лезвия. Лучшее количество лезвий — пять. И тут важен способ подключения лезвия. Лучше всего использовать структуру гнезда для облегчения установки и уменьшения силы сопротивления. Эти факторы определяют производительность VAWT по выработке электроэнергии.
1.3.2 Турбина HAWT должна отклоняться от курса — перенаправляться по ветру — но VAWT не требуется.Таким образом, VAWT используют «регулировку положительного угла атаки по высоте». Эта функция использует центробежную силу для управления углом лезвия, когда скорость вращения превышает номинальную.

1.3.3 Хорошая ветряная мельница с вертикальной осью должна оставаться стабильной во время вращения. В противном случае турбина будет «качать головой» при вращении ротора. Это сократит срок службы турбины и вызовет другие проблемы, такие как шум и механический износ. Поэтому лучшим решением будет использование коаксиальной конструкции для ветряной мельницы и генератора.Коаксиальное расположение ветряной мельницы и генератора обеспечивает надежное уплотнение, безопасность и стабильность, отсутствие механического шума, приемлемый подшипник для ветряной мельницы и долгий срок службы.
1.3.4 Ветровые турбины могут быть повреждены, если скорость ветра превышает 25 м / с. Поэтому ветряной турбине с вертикальной осью нужна автоматическая тормозная система. Когда ветряная турбина начинает тормозить, она должна преодолеть инерцию вращения и движущую силу ветра. Таким образом, при хорошей конструкции крутящий момент в роторе рассчитывается при скорости ветра выживания и выбирается подходящий дисковый тормоз для такого количества энергии.

2. Средние и крупные технологии VAWT

Хотя многие другие производители турбин разрабатывают средние и большие VAWT, они переняли конструктивный подход от малых VAWT, просто пропорционально увеличив небольшую турбину до «среднего или большого VAWT». Они не совсем понимают характеристики VAWT.

Хорошо известно, что VAWT работает тихо, безопасно и не требует высокой башни. Однако, несмотря на усилия бесчисленных инженеров, практически не было запущено ни одной коммерческой крупной VAWT.Причины очевидны: остаются нерешенными проблемы аэродинамической эффективности, самозапуска, устойчивости конструкции и безопасного торможения. Проблемы должны решаться для любого типа ветряной турбины.

Эти три проблемы решаются с помощью технологий «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени» и «вала ферменной конструкции».

2.1 Технология «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени»

Ядром этой технологии является регулировка угла наклона лопастей вращающейся турбины.Устройство было испытано на VAWT высотой 1 м и шириной 1,36 м в аэродинамической трубе при скорости ветра 2 м / с. Измеренный крутящий момент составлял от 0,9 до 1 Нм при 44 об / мин. Коэффициент преобразования энергии ветра в механическую энергию достигает 68%, что превышает предел в 59,3% по закону Беца. Это не значит, что закон Беца неверен. Согласно этой теории, HAWT использует один диск, вращающийся в двумерном пространстве, а VAWT — это вращение нескольких дисков в трехмерном пространстве. Это делает VAWT эквивалентом двух HAWT.

Испытания в аэродинамической трубе показали полезный крутящий момент при скорости ветра 2 м / с.

2.2 Конструкция фермы для главного вала большого VAWT

Изгибающий момент ветряной мельницы может быть очень большим, если диаметр ротора достаточно большой. Это означает, что главный вал должен иметь большой и прочный диаметр, что затрудняет коммерциализацию. В нашем решении полая ферма используется в качестве главного вала внутри, потому что конструкция фермы прочная и относительно легкая, отвечающая требованиям к главному валу на средних и больших VAWT, а также спросу на коммерческое использование.

Потенциал ветра: принцип Бернулли применяется к парусным лодкам

Vestas Sailrocket 2 установил мировой рекорд для парусных лодок в Уолфиш-Бей в Намибии в 2012 году. Судно достигло 64,78 узлов (119,95 км / ч) при ветре всего 25 узлов (46,3 км / ч). Его средняя скорость плавания достигла 59,23 узла (109,65 км / ч) по прямому каналу длиной 500 м. Этот парусник приводился в движение подъемной силой, вытекающей из принципа Бернулли.

3.1 Проблемы с традиционным дизайном

Некоторые будут утверждать, что болевые точки традиционной индустрии ветряных турбин включают:

• Часто более высокая стоимость производства электроэнергии, чем традиционная энергия
• Производство комплексное
• Большие детали трудно транспортировать
• Фундамент, требующий большого объема
  бетона и арматуры.
• Для установки требуются сложные и дорогостоящие краны
• Шумовое загрязнение
• Ущерб экосистеме
• Возможно химическое загрязнение
• Высокое напряжение генерирует электромагнитное излучение и помехи

Решение: Супер Турбина и как она работает

Более десяти лет исследований и разработок в отрасли VAWT привели к созданию Super Turbine, типа большой ветряной турбины.Super Turbine, разработанная к 2014 году, отличается низкими затратами на производство электроэнергии, а также простотой установки и обслуживания. В его основе лежит расширение технологии «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени», которая была проверена экспериментально. Мы думаем, что это может привести к революции в современной крупной отрасли ветроэнергетики.

На верхнем изображении показан общий план супертурбины. На нижних изображениях представлены подробности.

• Для выработки энергии сотни лопастей перемещаются по рельсовому пути под действием подъемной силы и передаются по цепи для приведения в действие сотен генераторов, закрепленных на круговой рельсе.
• Технология активного регулирования угла наклона в реальном времени отслеживает направление ветра, скорость и положение каждой лопасти на гусенице. Затем он регулирует углы лопастей, чтобы получить максимальную подъемную силу. Таким образом, Super Turbine может повысить коэффициент преобразования энергии ветра и обеспечить выработку высокой мощности.
• Одну супер турбину можно спроектировать в соответствии с условиями ветряной электростанции и требованиями заказчика. Мощность турбины может составлять от 7 до 50 МВт.

3.3 Технологии, проверенные испытаниями в аэродинамической трубе

Конструкция является расширением и дальнейшим применением технологии «активного регулирования угла атаки в реальном времени». На круговой орбите, движимой ветром, лопасти в разных местах создают движущую силу с разной величиной и направлением.
У модифицированной гусеницы есть дополнительные преимущества. Например, там, где движущая сила наибольшая, разрежьте круговую дорожку в этом месте и продолжите ее до прямой линии, которая является прототипом супертурбины.Как и парусная лодка, она самая быстрая по прямой.

Супертурбина может иметь круглую, длинную или даже треугольную форму, но радиус поворота будет одинаковым в зависимости от условий суши и ветра.

Несколько дополнительных деталей для дизайна.

3.4 Характеристики супер турбины

В конструкции всех деталей использованы современные зрелые технологии. Основные компоненты включают:

3,6 Снижение затрат на оборудование

• Super Turbine использует современные и отработанные технологии, такие как управление движением, гидравликой, гусеницами и движущей силой.Так производителю будет легко.
• Общая стоимость супертурбины мощностью 40 МВт для пользователя составляет 15 миллионов долларов, или 0,38 доллара за ватт.

подпись

Благодаря этим преимуществам, конструкция изменит облик современной индустрии крупных ветряных турбин. Конструкция упрощает производство больших ветряных турбин, поскольку не требует больших лопастей, больших коробок передач, больших генераторов или огромных башен.

.