• Інтер'єр
• Вікна
• Стіни
• Проекти
• Будівлі

Вітряна турбіна: пристрої, види. Вітрогенератор та його вертикальні та горизонтальні конструкції їх характеристики та основні види для перетворення енергії вітру Вітрогенератор турбінного типу - що це

Неймовірно! Але незабаром це станеться. Альтернативні джерела енергії третього покоління перевернуть світ загалом. Початок уже закладено. Вітряні турбіни – ось електроенергетичне майбутнє людства.

Вступ

Незважаючи на те, що альтернативним видам енергетики, таким як вітряні турбіни, наприклад, все ще незаслужено мало приділяється уваги, вони продовжують посилено розвиватися. Можливо, незабаром сильні світу цього зрозуміють, що неосудний видобуток корисних копалин більше шкодить, ніж користі, і природні видиенергетики міцно увійдуть у наше повсякденне життя. Така надія тісно пов'язана з тим, що якийсь час тому було оголошено про появу вітрогенератора третього покоління.

Що таке вітряний генератор третього покоління

Традиційно прийнято вважати, що пристроями першого покоління, які перетворювали енергію вітру, були звичайні корабельні вітрила та млинові крила. Трохи більше століття тому з розвитком авіації з'явився вітрогенератор другого покоління - механізм, в основі роботи якого лежали принципи аеродинаміки крила.

То був прорив того часу! Хоча, якщо взяти в цілому, то вітряки другого покоління малопотужні, тому що через конструктивні особливості не можуть працювати при сильних вітрах. Тому для того, щоб отримувати більше електроенергії, доводилося збільшувати в розмірах, що тягло за собою додаткові фінансові витрати на розробку, виробництво, встановлення та його експлуатацію. Звичайно, що довго так залишатися не могло.

На початку 2000-х років готові фахівці-розробники оголосили про появу вітрогенератора третього покоління - вітротурбіни.

Конструкція, принцип роботи, установка, а найголовніше потужність нового пристрою докорінно відрізняється від його попередників.

Пристрій

Простота. Це саме те слово, яким можна охарактеризувати конструкцію вітротурбінного генератора. Порівняно з лопатевими вітрогенераторами, вітряна турбіна має набагато меншу кількість робочих вузлів і набагато більше нерухомих елементів, завдяки чому стійкіше переносить різні статичні та динамічні навантаження.

• Влаштування вітротурбіни:
• обтічник, буває внутрішній та зовнішній;
• гондола;
• турбіна;
• генератор;
• динамічний кріпильний вузол.

З додаткових системвітрогенератор оснащений блоками інвертування, акумуляції та управління. Відсутні традиційні для лопатевого вітрогенератора системи регулювання лопатей та орієнтації на вітер. Останню заміняє обтічник, який також виступає у ролі сопла, вловлює вітер та збільшує його потужність. Якщо врахувати, що енергія вітряного потоку дорівнює його швидкості в кубі V3, завдяки наявності сопла ця формула виглядає наступним чином: V3х4 = Eх64. При цьому завдяки своїй циліндричній конструкції обтічник має властивість самоналаштовуватись на напрям вітру.

Переваги

Будь-який новий продуктабо винахід завжди повинні істотно виділятися на тлі своїх попередників, і обов'язково в кращий бік. Все це можна сказати і про новий вітрогенератор із турбоконструкцією. Одна з головних переваг вітротурбіни – це її стійкість до сильних вітрів. Її конструкція влаштована таким чином, що вона буде ефективно та безпечно працювати за межами, які для звичайних лопатевих вітряків є критичними: від 25 м/сек до 60 м/сек. Але це не єдина перевага, якими володіє вітряна турбіна, їх кілька:

1. Відсутність інфразвукових хвиль. Нарешті вченим вдалося вирішити одну з важливих проблем, Які мають вітрогенераторні установки. Саме через існування такого побічного ефектуВСУ (ветросилова установка) піддавалася критиці з боку противників альтернативної енергетики, інфразвук негативно позначається на живому середовищі. Але тепер вітрогенератор турбінного типу завдяки відсутності інфразвукових хвиль можуть встановлювати навіть у межах міста.



2. Відсутність лопат знімає відразу кілька завдань, які стояли перед конструкторами та виробниками вітрогенератора. Перше, знімаються значні витрати сил та коштів на експлуатаційний контрольлопатевих вітряків. Друге, лопатя вітряного колеса – це самий складний елементвітрогенератора у виготовленні. Левову частку вартості звичайної ВЕУ становлять витрати саме на виготовлення лопат. До того ж відомі випадки, коли за сильних поривів вітру, лопать ламалася, розкидаючи уламки на сотні метрів.
3. Простота складання та встановлення. Усе складні конструкціїабо вузли виготовляє та збирає завод-виробник, на місці відбувається лише останній етап складання та встановлення на щоглу. Плюс легкість конструкційних елементів, дозволяє використовувати при монтажі вітрогенератора звичайнісіньку вантажопідйомну техніку.
4. Схема підключення. На відміну від лопатевої ЗСУ турбіна підключається за стандартною схемою. На цей факт ніяк не впливають ті технічні умови, який висуває майбутній власник ВЕУ
5. Великий термін експлуатації обумовлений матеріалами, у тому числі виготовляється вітрогенератор та її окремі частини. Враховуючи профілактичні роботи, які є обов'язковими при експлуатації вітротурбіни, термін служби пристрою може становити до 50 років.



Географія експлуатації турбінної ЗСУ

Найреальнішим і оптимальним місцемустановки турбінного вітрогенератора буде берег озера чи моря. Поруч із водоймищами такий вітрогенератор працюватиме практично цілий рік, тому що завдяки своєму сопельному пристрої він є дуже чутливим до легких бризів та інших найменших проявів вітру швидкістю від 2 м/сек.

З таким же успіхом ВСТ працюватимуть і в межах міста, там, де звичайний вітрогенератор працюватиме, нездатний з певних причин:

1. Небезпека лопатевих ВЕУ.
2. Інфразвук, що вони видають.
3. Мінімальна швидкість вітру для роботи лопатевого вітрогенератора 4 м/с.

Цікавий факт, який доводить перевагу ВТУ

Одним із наріжних каменів, на яких базується позиція противників альтернативної енергетики, полягає в тому, що вітряні електростанції перешкоджають роботі локаційного обладнання. Під час роботи вітрогенератор створює перешкоди для проходження радіохвиль. Враховуючи розміри окремих вітроелектростанцій, а вони можуть становити від кількох десятків до сотень квадратних кілометрів, зрозуміло, чому уряди багатьох країн почали блокувати проекти альтернативної енергетики на державному рівні – це пряма загроза національній безпеці.


З цієї причини французька компанія, що виробляє комплектуючі на вітрогенератор, взялася за непросте завдання з погляду виконання - зробити невидимими для радарів безпосередньо ветросилові установки, а не простір навколо вітрогенератора. Для цього використовуватиметься досвід, отриманий при виготовленні літаків Стелс. Нові комплектуючі планують випустити на ринок уже 2015 року.

Але де ж факт, що доводить перевагу ВСТ перед лопатевою ВЕУ? А факт полягає в тому, що вітротурбіни не створюють перешкод для роботи локаційного обладнання і без дорогої технології Стелс.

Перспективи розвитку альтернативної вітроенергетики

Перші спроби почати використовувати вітрогенератор у промислових масштабах робилися ще в середині минулого століття, але виявилися невдалими. Це було зумовлено тим, що нафтові ресурси були порівняно дешеві, а будівництво вітроенергетичних станцій було нерентабельно витратним. Але буквально через 25 років ситуація докорінно змінилася.

Альтернативні джерела енергії посилено почали розвиватися у 70-х роках минулого століття, після того, як у світі різко зросли темпи машинобудування та країни зіткнулися з дефіцитом нафти, що призвело до нафтової кризи 1973 року. Тоді вперше сектор нетрадиційної енергетики у деяких країнах отримав державну підтримкута вітрогенератор став використовуватись у промислових масштабах. У 80-х роках світова вітроенергетика почала виходити на самоокупність, і сьогодні такі країни як Данія, Німеччина та Австралія майже на 30% забезпечують себе за рахунок альтернативних джерел енергії, серед яких і вітроелектростанції.


На жаль, а можливо, і на щастя, торішня тенденція нафтового ринку з нестабільною ціною на нафту змушує всерйоз задуматися про те, що часи, коли дешева нафта - це було добре залишилися в минулому. Сьогодні для багатьох країн чим дешевше нафта, тим вигідніше розвивати нетрадиційну енергетику насамперед це стосується країн СНД. Тому передумови для того, що вітроенергетика розвиватиметься – є. Як це буде – побачимо.

Цей спосіб отримання енергії не надає негативного впливуна навколишнє середовище, а також у процесі не може виникнути техногенна аварія. Кінетичні властивості вітру доступні в будь-якому куточку земної кулітому обладнання можна встановлювати всюди. До 2005 року потужність сукупної енергією вітру становила 59 тис. мегават. І за весь рік виріс на 24%. Вітрогенератор, якщо говорити науковим шляхом, переробляє кінетичну енергію в механічну.


на зрозумілою мовою, за допомогою цього агрегату енергія повітряного потоку переробляється в електрику, яку можна використовувати у населених та промислових пунктах, віддалених від центральної енергомережі. Він має досить простий механізм роботи: вітер крутить ротор, який виробляє струм і своєю чергою передається через контролер на акумулятори. Інвертор перетворює напругу на контактах акумулятора на придатну для використання.

Конструкція та технічні характеристики вітроенергетичної установки

Технічні дослідження довели, що атмосферні циклони набагато потужніші за наземні, тому необхідно вище встановлювати генеруючий пристрій. Щоб отримати енергію висотних вітрів, потрібна певна технологія.

Її можна отримати за допомогою сукупності турбін та повітряних зміїв. Електростанції, що знаходяться на поверхні землі або морському шельфі, отримують поверхневий потік. Вивчаючи технологічний процесВиробництво двох типів станцій, експерти дійшли колосальної різниці в ефективності. Наземні турбіни зможуть зробити понад 400 ТВт, а висотні – 1800 ТВт.

Загалом вітрогенератори поділяють на домашні та промислові. Останні встановлюватися на великих корпоративних об'єктах, оскільки мають велику потужність, іноді навіть об'єднують у мережу, що у результаті становить цілу електростанцію. Особливістю таких способів вироблення електрики є повна відсутність як самої сировини для переробки, так і відходів. Все, що потрібно для активного функціонування електростанції - потужні пориви вітру.
Карта вітрів по регіонах та середньорічна швидкість.

Потужність може досягати 7,5 мегават.

Роторні слід монтувати в місцях, де швидкість вітру більше 4 м/с. Відстань від щогли до найближчих будівель або високих дерев, має становити не менше 15 метрів, а відстань від нижнього краю вітроколеса до найближчих гілок дерев та будівель, мабуть, не менше 2 метрів. Потрібно зазначити, що конструкцію та висоту щогли кожен розраховує індивідуально, залежно від місцевих природних умов, наявності перешкод та швидкості повітряного потоку.

Установка і горизонтальних, і вертикальних вітрогенераторів провадиться на фундамент. Щоглу кріплять на анкерні болти. Перед встановленням щогли фундамент витримують місяць, це потрібно, щоб бетон сів і набрав міцність. В обов'язковому порядку комплектуються системою грозового захисту, тому можуть надійно забезпечити ваш будинок електрикою навіть у дощову погоду.

Найновіші технології розробників компанії NASA спрямовані на генеруючі пристрої повітряного змія. Це збільшить коефіцієнт корисної дії до 90%. Так як на землі буде розташований генератор, а в повітрі прилад, який уловлює атмосферні пориви. Наразі тестується система польоту повітряного приладу, максимальна дальність 610 метрів, а розмах крила приблизно 3 метри. Обертальна фаза кулі споживатиме менше ресурсів, а турбінні лопаті стануть швидше рухатися. Конструктори припускають, що таку інженерію можна впроваджувати у космосі, наприклад, на Марсі.

Змії - електрогенератори

Як бачимо, майбутня перспектива є досить оптимістичною, залишилося лише дочекатися, коли це все втілиться в життя. Не лише космічне агентство пропонує інноваційні методиАле вже безліч компаній має плани на розміщення таких конструкцій на необхідних географічних ділянках Землі. Деякі з них досягли приголомшливого прогресу та їх дітища вже експлуатуються.

Чого тільки варті вежі – близнюки у Бахрейні, де дві гігантські будівлі як одна електростанція. Висота сягає 240 метрів. За рік такий проект виробляє 1130 МВт. Прикладів можна наводити дуже багато, суть у тому, що з кожним роком зростає кількість зацікавлених компаній для участі у розвитку індустрії.

Схема розподілу енергії: 1 – вітрогенератор; 2 – контролер заряду; 3 – акумулятор; 4 – інвертор; 5 – розподільча система; 6 – мережа; 7 – споживач.

Альтернативна вітроенергетика СНД

Звичайно, вітроенергетика країн СНД відстає від передових держав. Це пояснюється багатьма причинами, насамперед економічними. Урядові відомства розробляють програми, запроваджуються «зелені тарифи», які б розвивати галузь.

Для цього є величезний потенціал, але перешкод для реалізації досить багато. Наприклад, Білорусь зовсім недавно почала розвиватися у цьому напрямі, але головною проблемоюреспубліки, є відсутність власного виробництва, доводиться замовляти обладнання країнах – партнерах. Говорячи про Росію, це виробництво перебуває в «замороженому» стані, оскільки базовими джерелами є: вода, вугілля та атом. Як наслідок, 64 місце у рейтингу виробництва електрики. Для Казахстану сприятливий географічне розташуваннямає сприяти, проте технічна база дуже застаріла та потребує капітальної модернізації.

Розвиток вітрової енергії у північній Європі

Норвегія розташована на Скандинавському півострові, більша частинатериторії омивається морем, де дме сильні північні вітри. Можливості одержання електрики безмежні. У 2014 році було введено в експлуатацію парк проектною потужністю 200 мегават. Такий комплекс забезпечить 40 тисяч житлових будинків. Не слід забувати, що Норвегія та Данія тісно співпрацюють на енергетичному ринку. Данія - це світовий лідер у галузі офшорної енергетики.

Більшість електростанцій розташовані у морі, понад 35% електроенергії виробляється такими комплексами. Не маючи атомних станцій, Данія легко забезпечує себе та Європу електрикою. Грамотне використання альтернативних джерел дозволило досягти такого прогресу.

Комплектація вітряків

Вертикальний, як правило, складається з таких деталей:

• турбіна
• хвіст
• орієнтуючий проти потоку ротор
• щогла з розтяжками
• генератор
• акумулятори
• інвертор
• контролер заряду акумулятора

Лопаті вітрогенератора

Окремо хотілося б торкнутися теми лопатей, від їх кількості та матеріалу, з якого вони виготовлені, безпосередньо залежить ефективність роботи установки. Виходячи з їх кількості, вони бувають одно-двох-трьох і багатолопатеві. Останні характеризуються числом лопатей більше п'яти, вони мають велику інерцію і ККД, рахунок чого можна використовувати роботи водяних насосів. На сьогоднішній день вже розроблений досить ефективний у роботі, здатний ловити потоки повітря без лопатей. Він працює за принципом вітрильника, він ловить пориви повітря, через що рухаються поршні, що розміщуються у верхній частині, одразу за тарілкою.

За матеріалами, з яких виготовлені лопаті в установках, розрізняють жорсткі та вітрильні конструкції. Вітрильні є більш дешевим варіантом зі склопластику або металу, але під час активної роботи вони дуже часто ламаються.

Додаткові елементи вітряка

Деякі з сучасних моделей мають модуль підключення джерела постійного струму для роботи сонячних батарей. Іноді система вертикального вітряка доповнюється незвичайними елементами, наприклад, магнітами. Дуже великою популярністю користується з феритових магнітів. Ці елементи здатні прискорити обороти ротора, відповідно підвищити потужність генератора і ККД.

Саме таким чином видобуваються підвищення експлуатаційних характеристик на власноручному збиранні, наприклад, зі старого автомобільного автогенератора. Потрібно відзначити принцип вітроелектростанції з феритових магнітів - він дозволяє обійтися без редуктора, а це мінімізує шум і в кілька разів збільшує надійність.

Вертикально осьовий Ротор Дар'ї. Особливості ротора

У нових конструкціях вертикальних вітряків використовують Ротор Дар'є, він має вдвічі вищий коефіцієнт переробки вітрового потоку, ніж усі відомі досі установки подібного типу. Вертикально осьові із ротором Дар'ї доцільно встановлювати для обладнання насосних станційде потрібен потужний момент на осі обертання при видобутку води з колодязів і свердловин в умовах степу.

Ротор Савоніуса новинка вертикальних генераторів

Російські вчені винайшли вертикальний генератор нового покоління, який працює на роторі Вороніних-Савоніуса. Він являє собою два напівциліндри на вертикальній осі обертання. На будь-якому напрямі і шквалах, “вітер” на основі ротора Савоніуса, повноцінно обертатиметься навколо своєї осі та вироблятиме енергію.

Головним мінусом його є низьке використання вітрової сили, тому що лопаті-напівциліндри функціонують тільки в чверть обороту, а решту свого кола обертання він гальмує своїм рухом. Про те, який ротор ви виберете, також залежатиме довгостроковість експлуатації об'єкта. Наприклад, вітряки з гелікоїдним можуть рівномірно обертатися завдяки закрутці лопатей. Цей момент зменшує навантаження на підшипник та збільшує тривалість служби.

Вітрогенератор з різною потужністю

Пристрій млина потрібно вибрати в залежності від того, яка потужність повинна бути у нього на виході. Потужність до 300 Вт є одним із найпростіших типів обладнання. Такі моделі легко розміщуються в багажнику автомобіля, і можуть бути встановлені одним працівником за лічені хвилини. Він дуже швидко ловить попутний потік повітря та забезпечують зарядку мобільних пристроїв, освітлення та можливість перегляду телевізора.

5 квт є оптимальним варіантомдля невеликого заміського будинку. Потужністю 5-10 кВт він може повноцінно функціонувати на невеликих швидкостях вітру, тому мають ширшу географію для своєї установки.

Плюси та переваги використання

Якщо розглядати плюси, тоді в першу чергу хотілося б зазначити, що він дає умовно безкоштовну електроенергію, яка нині коштує недешево. Щоб забезпечити невеликий дімелектрикою, доводиться платити величезні рахунки. Важливо односучасні вітряки добре сумісні з альтернативними джерелами. Наприклад, вони можуть працювати в комплексі з дизельними генераторами, створюючи єдиний замкнутий цикл.

• Ефективність залежить від вибору простору, де вона буде розміщена
• Низькі енерговтрати в момент транспортування, тому що споживач може знаходитись на близькій відстані від джерела
• Екологічно чисте виробництво
• Легке управління, немає потреби постійно навчати персонал
• Довге використання комплектуючих, не потрібно частої заміни

Оптимальним швидкісним потоком вважається рівень 5 – 7 м/с. Місць для досягнення такого показника дуже багато. Дуже часто вітряну ферму використовують у відкритому морі з відривом 15 км. від берега. Щороку рівень видобутку енергії підвищується на 20%. Якщо розглядати подальші перспективи, у цьому ключі природний ресурс нескінченний, чого не скажеш про нафту, газ, вугілля тощо. Також не варто скидати з рахунків безпеку такої промисловості. Техногенні катастрофи, пов'язані з атомом, викликають страх перед усім людством.

Перед очима стоїть жахлива картина атомного реактора, що вибухнув, на Чорнобильській АЕС у 1986 році. А аварію на Фукусімі охарактеризували як дежавю Чорнобиля. Деструктивні наслідки для всього живого після таких ситуацій змушують багато країн відмовлятися від розщеплення атома та шукати альтернативні методивиробництва квт.

Якось заплативши певну суму, можна кілька років користуватися безкоштовною електрикою. Безперечний плюс також у тому, що є можливість купувати вже вживані, а це дозволяє заощадити ще більше.

Мінуси та недоліки

Незважаючи на всі позитивні якості ВЕС, також мають місце негативні сторони. У більшості випадків недоліки схожі на пропаганду і носять суперечливий характер. Розглянемо тиражовані у всіх ТБ передачах, газетних статтях та інтернет ресурсах:

• Першим із недоліків є те, що людина не навчилася контролювати природні явища, тому передбачити, як працюватиме генератор того чи іншого дня, неможливо
• Ще одним мінусом вітряків є акумулятори. Вони мають відносну довговічність і внаслідок їх обов'язково міняти через кожні 15 років.
• Фінансові інвестиції потребують великих витрат. Насправді нові технології мають тенденцію до зниження
• Залежність сили горизонтального повітряного потоку. Цей мінус більш адекватний, адже не можна вплинути на силу вихору.
• Негативна дія на середовище шумовим ефектом. Як показали останні вивчення з цього питання - немає ґрунтовних причин так стверджувати
• Знищення птахів, які потрапляють у лопаті. Відповідно до статистичного аналізу ймовірність зіткнення рівносильна з ЛЕП
• Спотворення прийому сигналу. За оцінками дуже малоймовірна, тим більше безліч станцій знаходиться поблизу аеропортів.
• Вони спотворюють ландшафт(непідтверджено)

Це лише мала частина міфів – страшилок, якими намагаються налякати людей. Це привід і не більше, адже на практиці робота ВЕС потужністю 1 МВт дозволяє заощадити за 20 років приблизно 29 тис. тонн вугілля або 92 тис. барелів нафти. Провідні країни рекордними темпами опановують альтернативне джерело, відмовляючись від атомного комплексу. Німеччина, США, Канада, Китай, Іспанія активно встановлюють обладнання своїх місцевостях.

Також потрібно нагадати, що деякі типи установок створюють сильні шуми. Чим більша потужність установки, тим сильніше від нього виходитиме шум. Монтувати необхідно на відстані, де рівень шуму станції не перевищить 40 децибел. В іншому випадку, у вас постійно болітиме голова. Також вони створюють перешкоди у роботі телевізора та радіомовлення.

Вертикальні та сонячні вітрогенератори, конструкція та ККД, гібриди нового покоління.

Вертикальний нового покоління, як згадувалося вище, може відрізнятися за типом своїх лопатей. Яскравим прикладом є гіперболоїдний вітрогенератор, в якому турбіна має гіперболоїдну форму і істотно перевершує крильчастий вітряк з вертикальною віссю обертання. Наприклад, функціональна його зона 7...8% площі, а гіперболоїдний має робочу зону 65...70%. На базі таких турбін у США поєднали два альтернативні джерела вітер і сонце. Компанія WindStream Technologies випустила на ринок накривну гібридну енергосистему SolarMill («Сонячний Млин») потужністю 1, 2 кВт.

Вітрогенератор Болотова та його незалежність від погодних умов

У Останнім часомдуже велика увага почала приділятися малим установкам. Одним із найвдаліших є варіант вітряка Болотова. Він є електростанцією з вертикально розміщеним валом генератора.

Особливістю обладнання -його необов'язково пристосовувати до різних погодних умов. Генератор Болотова здатний приймати потік з усіх боків без відповідних опцій та необхідності розвороту установки в іншому напрямку. Роторний здатний форсувати потік, що поступає, завдяки чому може повноцінно функціонувати при вітрі будь-якої потужності, включаючи штормовий.

Ще однією перевагою цього виду є зручне розташування в них генератора, електричної схемита акумуляторів. Вони знаходяться на землі, тому технічне обслуговування обладнання дуже зручно.

Однолопатевий на щоглі

Інноваційною розробкою, прийнято вважати однолопатевою, головною його перевагою є висока частота та швидкість обертів. Саме в них замість оптимальної кількостілопатей вбудовано противагу, яка мало впливає на опірність руху повітря.

Вітряк Оніпко

Продовжуючи обговорювати незвичайні варіанти гвинтів, неможливо не згадати вітряк Оніпко, який відрізняється конусоподібними лопатями. Головним плюсом цих установок є здатність отримання і перетворення в кВт при швидкості потоку 0,1 м/с. Лопатеві, на відміну, починають обороти на швидкості 3 м/с. Оніпко безшумний і повністю безпечний для довкілля. Він не знайшов масового поширення, але, як кажуть результати досліджень, він стане відмінним варіантомдля великих виробничих об'єктів, що шукають альтернативні джерела, оскільки має велику потужність.

У вигляді панцира равлики.
Інноваційним проривом вважають винахід компанії Archimedes, яка перебуває у Нідерландах. Вона запропонувала до уваги громадськості конструкцію безшумного типу, який можна встановлювати прямо на даху багатоповерхової будівлі. Згідно з дослідженнями, агрегат може працювати в комплексі із сонячними батареями та звести до нуля залежність будівлі від зовнішньої енергомережі. Нові генератори звуться Liam F1. Обладнання має вигляд невеликої турбіни діаметр якої 1,5 метра, та вага 100 кілограм.

За своєю формою установка нагадує панцир равлика. Турбіна розвертається за напрямом захоплюючи повітряний потік. Агустін Отегу винахідник всесвітньо відомої спіралеподібної турбіни Nano Skin, бачить майбутнє людства не в величезних сонячних батареяхта турбінах з великим розмахом гвинтів. Він рекомендує монтувати їх у зовнішніх частинах будівель. Турбіни почнуть обертатися вітром і створять енергію, яка передаватиметься безпосередньо в мережу будівлі.

Вітрильний найшвидший «ловець» потоку

Альтернативою лопатевого є вітрильний. Попутний вітер у лопаті вловлює дуже швидко і миттєво під нього підлаштовується в результаті той може працювати на всіх швидкостях від найменших до бурових. Цей тип обладнання зовсім не створює шумів та радіоперешкод, він простий в експлуатації та транспортуванні і це є важливим фактором.

Незвичайні пристрої, вітроенегетика та її проекти

На стадії розробки перебуває ще безліч конструкцій незвичайного типу. Серед них особливим інтересом користуються:

• Sheerwind нагадує своїм зовнішнім виглядоммузичний інструмент
• вітрогенератори від компанії ТАК, що нагадують вуличні ліхтаріна самозабезпеченні
• вітряки на мостах у вигляді пішохідного переходу
• вітряна гойдалка, яка приймає потоки повітря з усіх боків
• "вітряні лінзи" діаметром 112 метрів
• плавучі вітряки від корпорації FLOATGEN
• розробка компанії Tyer Wind – вітрогенератор, що імітує лопатями помах крил колібрі
• у вигляді реального будинку, де можна жити від компанії TAMEER. Аналогом цієї розробки є Anara Tower у Дубаї

Незабаром будуть встановлені перші у світі установки, здатні працювати без вітру. Представить до уваги людства їхня німецька компанія Max Bögl Wind AG. Вони будуть складатися з турбін заввишки 178 метрів. Виконуватимуть також роль резервуарів з водою. Принцип роботи системи досить простий, коли є вітер обладнання працюватиме на кшталт вітрогенератора, а коли погода не вітряна, в роботу пускатиметься гідротурбіни. Вони виробляють енергію з води, яка має спускатися з резервуарів униз пагорбом. Коли він знову з'являється, вода почне перекачуватись назад у резервуари. Цим самим вдасться забезпечити роботу електростанції у безперервному режимі.
Епоха "млинів", з якими боровся ще Дон Кіхот в оповіданні Сервантеса йде в далеке минуле. Сьогодні промислові об'єктибільше нагадують унікальні витвори мистецтва, ніж промислові установки.

Неймовірна ціна на Дирижабль в Altaeros Energies

З кожним днем ​​з'являються все більше ідей, Що стосується вироблення альтернативних джерел і однією з найновіших, вважається дирижабль генератор. Лопатеві традиційні досить галасливі, а коефіцієнт використання вітрового потоку досягає 30%. Саме ці недоліки вирішили виправити Altaeros Energies, розробивши дирижабль. Цей інноваційний тип працюватиме на висотах до 600 метрів. Звичайні лопатеві вітроустановки до цієї межі висот не дістають, але саме тут найпотужніші вітри, які можуть забезпечити безперервну роботугенераторів. Обладнання є надувною конструкцією, яка виглядає чимось середнім між млином і дирижаблем. На ньому встановлена ​​трилопатева турбіна на горизонтальній осі.

Особливістю такої плаваючої вітроелектростанції її можна контролювати дистанційно, вона не вимагає додаткових витрат на технічне обслуговування і дуже проста в експлуатації. Як стверджують розробники, у перспективах ці установки будуть не лише джерелами електрики, а й зможуть проводити інтернет на віддалені ділянки земної кулі, що далекі від розвитку інфраструктури. Згідно з отриманими даними, можна стверджувати, що масове виробництво цієї енергетичної виробляючої установки стане величезним проривом у світі техніки. І запас потужності дирижабля вистачить на «двох».

Вітрогенератор «Літаючий Голландець» та інші літаючі установки.
Цей пристрій являє собою гібрид дирижабля та млина. Під час тестів дирижабль був піднятий на висоту 107 метрів і знаходився там якийсь час. Результати показали, що ці види установок здатні виробити вдвічі більше потужності, ніж звичайні установки, які встановлюють на висотних вежах

Проект Wavestalk

Цікаво дізнатися, що для перетворення сили хвиль та океанічних течій на електрику було запропоновано альтернативний варіант проекту Windstalk – Wavestalk. Пристрій є безлопатевим, вітрильного типу. За своєю формою він нагадує велику супутникову тарілку, яка під дією вітру робить нахили вперед-назад, створюючи цим коливання в гідравлічній системі.

У цій конструкції вітер запрягається в вітрило, це дозволяє перетворити великі обсяги кінетичної енергії.

Проект Windstalk

Щогла без лопат вже давно розглядається, як найвдаліший з варіантів альтернативних джерел для електрики. В Абудабі у місті Мансард вирішили збудувати електростанцію Windstalk. Вона являє собою сукупність стебел, армованих гумою, з шириною 30 см і до 5 см у верхній точці. Кожне таке стебло згідно проекту містить шари електродів і керамічних дисків, які здатні виробляти електричний струм. Вітер хитаючи ці стебла, стискатиме диски, внаслідок чого вироблятиметься електричний струм. Ніякого шуму та небезпеки для довкілля, Подібні вітроустановки не створюють. Площа, яку займають стебла у проекті Windstalk, охоплює 2,6 гектара, а за потужністю набагато перевищує ідентичну кількість лопатевого типу, що можуть розташуватися на цій же території. На створення подібної конструкціїрозробників наштовхнули очерети на болті, які поступово розгойдуються на вітрі.

Вітряк у вигляді дерева

Спостереження за природою, як відомо з вище наведеного прикладу, дуже надихає сучасних інженерів. Ще одним підтвердженням цьому, є ця конструкція, що нагадує форму дерева. Представила цю незвичайну концепцію представники компанії NewWind. Розробка отримала назву Arbre à Vent висота його становить три метри, а оснащений апарат 72-ма вертикальними міні-турбінами, що можуть працювати навіть на вітрі швидкість якого становить 7 км/год або 2 м/с. Вітряк у вигляді дерева працює дуже тихо, крім цього виглядає, досить реалістично, не псуючи своїм зовнішнім виглядом навколишній екстер'єр міста або заміської ділянки.

Найбільший ловець вітру

Найбільшим у світі прийнято вважати дітище компанії Enercon. Потужність енергоустановки складає 7,58 МВт. Висота несучої вежі може змінюватись в залежності від вимог споживача, у стандартному варіанті висота становить 135м, а розмах лопатей-126м. Загальна маса цієї конструкції становить величину близько 6000т.

Панцирні АКБ виготовляються за унікальною технологією, вважаються акумуляторами нового покоління та відрізняються покращеними властивостями. Великий експлуатаційний термінвід 800 до 2 тис. циклів зарядів-розрядів. Акумулятори залежать від температури навколишнього середовища. Зниження на 1 С призводить до зменшення ємності пристрою на 1%. Цей параметр АКБ у мороз -25 ºС буде наполовину меншим за його значення при +25 ºС.

На якому пристрої зупинитися і що необхідно враховувати під час вибору

Як видно, з перерахованих вище моделей, у світі постійно винаходять нові електроустановки, що можуть працювати на природних ресурсах. Кожен із них ви успішно можете використовувати у своїй заміській ділянці. Добре ознайомившись із принципом дії вітрових установок, ви можете спробувати самостійно змайструвати свою домашню станцію, яка стане відмінним аналогом центральної електромагістралі і, можливо, навіть здійснить прорив у світі електроніки.
Класична схема електростанції з використанням у ланцюзі контролера, акумуляторів та інвертора.

Правило підбору обладнання

• Кількість потужності в кВт щоб забезпечити ваш будинок енергією. Потужність треба брати із запасом. Прорахувати кількість акумуляторів для акумуляції у разі безвітряної погоди.
• Середньорічна швидкість повітряних потоків. Кліматичні особливості місця проживання. Монтаж себе не виправдовує в смузі, де стоять сильні морози, а також постійно йде дощ і сніг.
• Лопаті, а точніше їх кількість. Менше лопат - більше ККД. Інтенсивність шуму під час роботи установки. Переглянути огляди виробників вітрогенераторів, відгуки про них, а також технічні характеристики.

Нескінченна «еврика»

Пам'ятайте грецького винахідника та математика Архімеда, який вигукнув «еврика! (я знайшов!)» при відкритті ним основного закону гідростатики? З найдавніших часів по сьогодні людство перебуває у вічному пошуку нових відкриттів. Не залишилася осторонь і сфера підкорення вітрової енергії. Вітрогенератор нового покоління не дає спокою ні вченим, ні інженерам-практикам. Вічний пошук дає свої благодатні результати і час від часу в якійсь точці земної кулі тишу винаходу порушує радісний вигук - "Еврика"!

Цього разу героєм дня виявився старий американець 89 років, ветеран другий світовий Реймонд Грін з Каліфорнії, який багато років ламав голову над проблемою вдосконалення існуючих видіввітроустановок. Нарешті, йому вдалося створити вітрогенератор, який майже безшумний і безпечний для друзів людини, що літають. Винайдене ним дітище вагою 20 кг одним махом вирішує одразу купу проблем, які стояли перед вітрогенератором старої модифікації.

У чому важливі відмінності винайденої установки? Найголовніше - вона не має лопатей, що крутяться, із зовнішнього боку. У ній все заховано в кожух, що оберігає птахів від загибелі. Другою суттєвою різницею є те, що нова конструкція дає можливість застосовувати лопаті невеликого розмаху, що сприяє зменшенню шуму.

На жаль, на цьому знайомство із новим агрегатом закінчується. Ми не можемо знати стільки, скільки знає винахідник про своє дітище, поки виріб не впровадиться в серійне виробництво. Автор проекту переконаний, що через два роки це станеться і геологи в далеких дослідницьких таборах, лікарі військових госпіталів країн третього світу, постраждалі люди із зон стихійного лиха, мешканці віддалених глухих сіл користуватимуться електроенергією його винаходу.

Можливі неможливості

Ви не замислювалися над питанням, чому вітровою енергетикою користуються лише сміливці та завзяті умільці? Тобто цим видом отримання електрики ризикують займатися далеко не всі, хто потребує. Та тому, що сама собою вітроенергетика в її колишніх модифікаціях велика за своїми розмірами, складна при монтажі, не зовсім зручна в експлуатації (спробуй забратися на висоту щогли і відремонтувати генератор). Та й багато шуму видають лопаті, що крутяться, і небезпечні для птахів. І нікуди від цього не дінешся, висока ціна.

Названі проблеми залишаються в історичному минулому із появою вітрогенератора нового покоління. Їх кілька видів та про один з них ми розповіли у першому розділі цієї статті. Другим представником із низки новинок є безредукторний вітрогенератор, у якому енергія виробляється «кінчиками» лопатей. Тут відсутня традиційний вал від пропелера до генератора, а електрика знімається з обода пропелера.

Його ротор у формі феромагнітного обода закріплений на крилах вітроколеса. За конструкцією він простий, легко виготовляється та монтується. Але розміщення постійних магнітів на кінцях крильчатки набагато ускладнює її, що знижує загальний ККД установки. Натомість агрегат зручний в експлуатації, тому що проста конструкціяне потребує зайвої уваги. Такі вітрогенератори можуть працювати скрізь за будь-яких кліматичних умов.

Те, що вчора здавалося неможливим, сьогодні стає повсякденною реальністю.

Вітрогенератор підкоряється інтелектуалам

З далекої відстані він зовсім не схожий на вітрогенератор, а швидше за все, на водонапірну вежу не зовсім звичайної для такої споруди форми. Якщо під'їхати ближче, побачиш повільне обертання лопат. Вертикальний вал обертається безшумно.

Таку гігантську турбіну збирається серійно випускати одна американська компаніяв Аризоні під керівництвом інженера Мазура. За його розрахунками вона повинна постачати стільки електроенергії, що її вистачить для мегаполісу в 750 тисяч будинків. У 2007 році інженер поставив собі за мету - багаторазово збільшити ККД вітрогенератора на вертикальній осі і наближався до своєї мети всі ці роки.

Винахідник працював у двох напрямках: перше – зробити якнайбільше захоплення лопатями повітряного потоку і друге – звести до нуля тертя опори вітролопастей. Величезних розмірів вертикальний ротор повинен виконати перше завдання, а турбіна, що обертається, на магнітній подушці – другу.

Про друге завдання треба сказати докладніше. Обертання без тертя досягається рахунок магнітної левітації, про що ми розповідали у статті про принципи роботи вітрогенераторів у розділі під заголовком «Творці нових можливостей». Весь вертикальний роторний блок під час обертання піднімається на своїй осі і зовсім не стосується нижнього опорного підшипника. Він встановлений лише для старту, для розгону турбіни. Як тільки вона набирає обертів, так стає невагомою і відривається від підшипника. В результаті тертя зводиться до нуля, якщо не брати до уваги тертя самої турбіни про повітря. ККД одразу підскакує вгору.

Гігантська турбіна дуже чутлива і реагує на найменший подих вітерця. Така здатність підніматися під час обертання рахунок магнітної левітації давно займала вчені і винахідницькі уми планети. Це таке явище, при якому будь-яка річ або предмет, маючи вагу, відривається від поверхні і ширяє в просторі без будь-якого застосування сили, що відштовхує. Політ птахів – не левітація.

Вертикальні вітрогенератори з левіруючою здатністю ротора оволоділи тепер думками інженерів-винахідників. І ось перші результати вже очевидні. У проекті Мазура видно «плаваючий» ротор на магнітній подушці, а замість генератора встановлено лінійний синхронний двигун. Вітрогенератор на магнітній подушці безліччю лопат максимально захоплюють повітряний потік і за припущенням вчених така турбіна вироблятиме електроенергію за казково мізерною ціною - менше цента за кіловат-годину.

Ротор Оніпка - вітрогенератор для низьких та середніх швидкостей вітру:

Сучасний кінетичний вітрогенератор дозволяє скористатися силою повітряних потоків, перетворивши її на електрику. Для цієї мети існують заводські та саморобні моделі пристроїв, які застосовують як у промисловості, так і у приватних господарствах.

Ми розповімо про те, як влаштовані вітряки цього типу, познайомимо з особливостями пристрою та конструктивними варіантами. У запропонованій нами статті наведені слабкі та сильні сторонивітряної енергетичної установки. Самостійні майстри у нас знайдуть корисні схемита рекомендації щодо збирання.

В основу функціонування вітрогенератора покладено трансформацію кінетичної енергії вітру в механічну енергію ротора, яка потім перетворюється на електроенергію.

Принцип роботи досить простий: обертання лопат, закріплених на осі пристрою, призводить до кругових рухів роторгенератора, завдяки чому виробляється електроенергія.

Вітроенергетика є однією з найперспективніших галузей відновлюваної енергетики. Сучасні конструкції дозволяють економічно ефективно застосовувати силу повітряних потоків, використовуючи її для вироблення електрики.

Отриманий нестабільний змінний струм«стікає» в контролер, де він перетворюється на постійну напругу, здатну зарядити батареї. Звідти живлення надходить на інвертор, де воно трансформується в змінну напругу з показником 220/380, яке і подається споживачам.

Потужність вітрогенератора залежить від потужності потоку повітря (N), розраховується згідно з формулою N=pSV 3 /2, де V – швидкість вітру, S – робоча площа, p – щільність повітря.

Влаштування вітряного генератора

Різні варіанти вітрогенераторів істотно відрізняються один від одного.

Неухильне виснаження природних ресурсів призводить до того, що останнім часом людство шукає альтернативні джерела енергії. На сьогоднішній день відомо досить багато видів альтернативної енергетики, одним з яких є використання сили вітру.

Енергія вітру застосовувалася людьми з давніх-давен, наприклад, у роботі вітряків. Перший вітрогенератор (вітряна турбіна), який служив для виробництва електрики, був побудований в Данії в 1890 р. Такі пристрої стали застосовуватися в тих випадках, коли потрібно було забезпечити електроенергією якийсь важкодоступний район.

Принцип дії вітрогенератора:

• Вітер обертає колесо з лопатями, яке передає момент, що крутить, на вал генератора через редуктор.
• Інвертор виконує завдання перетворення отриманого постійного електричного струмуу змінний.
• Акумулятор призначений для подачі до мережі напруги за відсутності вітру.

Потужність ВЕУ знаходиться у прямій залежності від діаметра вітроколеса, висоти щогли та сили вітру. В даний час виробляються вітрогенератори, діаметр лопатей яких від 0,75 до 60 м і більше. Найменша із усіх сучасних ВЕУ – G-60. Діаметр ротора, що має п'ять лопатей, всього 0,75 м, при швидкості вітру 3-10 м/с вона може виробляти потужність 60 Вт, її вага становить 9 кг. Така установка успішно застосовується для освітлення, зарядки батарей і роботи засобів зв'язку.

Усі вітряні генератори можуть бути класифіковані за кількома принципами:

• Осі обертання.
• Кількості лопатей.
• Матеріалу, з якого виконані лопаті.
• Крок гвинта.

Класифікація по осі обертання:

• Горизонтальні.
• Вертикальні.

Найбільшу популярність набули горизонтальні вітрогенератори, вісь обертання турбіни яких розташована паралельно землі. Цей тип отримав назву «вітряка», лопаті якого обертаються проти вітру. Конструкція горизонтальних вітрогенераторів передбачає автоматичний поворот головної частини (у пошуках вітру), а також поворот лопатей для використання вітру невеликої сили.

Вертикальні вітрогенератори набагато менш ефективні. Лопаті такої турбіни обертаються паралельно поверхні землі при будь-якому напрямку та силі вітру. Так як при будь-якому напрямку вітру половина лопатей вітроколеса завжди обертається проти нього, вітряк втрачає половину своєї потужності, що значно знижує енергоефективність установки. Однак ВЕУ такого типу простіше в установці та обслуговуванні, оскільки її редуктор та генератор розміщуються на землі. Недоліками вертикального генераторає: дорогий монтаж, значні експлуатаційні витрати, а також те, що для встановлення такої ВЕУ потрібно багато місця.

Вітрогенератори горизонтального типу більше підходять для виробництва електроенергії у промислових масштабах, їх використовують у разі створення системи вітряних електростанцій. Вертикальні часто застосовують для потреб невеликих приватних господарств.

Класифікація за кількістю лопатей:

• Дволопатеві.
• Трилопатеві.
• Багатолопатеві (50 і більше лопатей).

За кількістю лопатей всі установки діляться на дво- і три-і багатолопатеві (50 і більше лопатей). Для вироблення необхідної кількості електроенергії потрібен не факт обертання, а вихід на необхідна кількістьоборотів.

Кожна лопата (додаткова) збільшує загальний опір вітрового колеса, що робить вихід робочі обороти генератора складнішим. Таким чином, багатолопатеві установки дійсно починають обертатися при менших швидкостях вітру, проте вони застосовуються в тому випадку, коли має значення сам факт обертання, як, наприклад, при перекачуванні води. Для вироблення електроенергії вітрогенератори з великою кількістюлопатей практично не застосовуються. До того ж, на них не рекомендується встановлення редуктора, тому що це ускладнює конструкцію, а також робить її менш надійною.

Класифікація за матеріалами лопатей:

• Вітрогенератори з твердими лопатями.
• Вітрильні вітрогенератори.

Слід зазначити, що вітрильні лопаті значно простіші у виготовленні, а тому менш затратні, ніж жорсткі металеві або склопластикові. Проте подібна економія може обернутися непередбаченими видатками. Якщо діаметр вітроколеса становить 3 м, то при оборотах генератора 400-600 об/хв кінчик лопаті досягає швидкості 500 км/год. З урахуванням тієї обставини, що у повітрі міститься пісок та пил, цей факт є серйозним випробуванням навіть для жорстких лопатей, які в умовах стабільної експлуатації потребують щорічної заміни антикорозійної плівки, нанесеної на кінці лопатей. Якщо не оновлювати антикорозійну плівку, то жорстка лопать поступово втрачатиме свої робочі характеристики.

Лопаті вітрильного типу вимагають заміни не раз на рік, а безпосередньо після першого серйозного вітру. Тому автономне електропостачання, що вимагає значної надійності компонентів системи, не розглядає застосування лопатей парусного типу.

Класифікація по кроку гвинта:

• Фіксований крок гвинта.
• Змінюваний крок гвинта.

Безумовно, крок гвинта, що змінюється, збільшує діапазон ефективних робочих швидкостей вітрогенератора. Однак впровадження даного механізму веде до ускладнення лопатевої конструкції, збільшення ваги вітрового колеса, а також знижує загальну надійність ВЕУ. Наслідком є ​​необхідність посилення конструкції, що призводить до значного подорожчання системи не тільки при придбанні, але і при експлуатації.

Сучасні вітрогенератори є високотехнологічними виробами, потужність яких становить від 100 до 6 МВт. ВЕУ інноваційних конструкцій дозволяють економічно ефективно використовувати енергію найслабшого вітру – від 2 м/с. За допомогою вітрогенераторів сьогодні можна з успіхом вирішувати завдання електропостачання острівних або локальних об'єктів будь-якої потужності.