+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Горизонтальный ветрогенератор: типы, основные особенности

Ветрогенераторы – один из наиболее доступных видов получения энергии без использования ископаемого топлива. Ветер, как природное явление, образуется в результате неравномерного прогрева атмосферы Земли, неровностей земной поверхности и естественного вращения нашей планеты. Поэтому ветер присутствует абсолютно во всех районах Земли. Первым прототипом ветрогенераторов стали ветряные мельницы, которые преобразовывали энергию ветра в механическую энергию. С изобретением электрических машин стало возможным преобразовывать энергию ветра и в электрическую энергию.

Современные горизонтальные ветрогенераторы представляют собой установку, которая служит для переработки кинетической энергии ветра в механическую энергию с помощью лопастей, а потом в электрическую при помощи электрического генератора. Ветрогенераторы могут использоваться как для промышленного производства электроэнергии, так и для бытового. Ветрогенераторы промышленного назначения имеют достаточно большую мощность, а в одном таком ветропарке могут устанавливаться до нескольких сотен ветряков. Для бытового использования, как правило, устанавливается один ветрогенератор, подключенный к системе домашнего электроснабжения, которая включает в себя также накопительные аккумуляторы. Стоимость бытовых систем автономного электроснабжения на основе ветрогенераторов или солнечных батарей, или их комбинированные варианты, все еще остается достаточно большой, поэтому широкого распространения они еще не получили.

Принцип действия ветрогенератора прост: в момент прохождения ветра через турбину происходит вращение лопастей установки за счет кинетической энергии ветра, связанных механически с валом редуктора и генератора. Генератор является тем элементом, за счет которого вырабатывается электроэнергия и передается в сеть. Сами лопасти и генератор устанавливаются в верхней части ветряка на стальной мачте, высота которой может достигать 100 метров. Электрооборудование, аккумуляторы и преобразователи для удобства эксплуатации располагают на уровне земли. Особой разницы в принципе действия бытовых и промышленных ветрогенераторов нет, отличия имеются только в выходных параметрах генератора: мощность; величина напряжения; род тока (постоянный или переменный). Промышленные ветрогенераторы также имеют системы слежения за направлением и силой ветра, которые позволяют поворачивать лопасти для получения максимального эффекта.

В зависимости от количества лопастей ветрогенераторы разделяются на одно-, двух-, трех- и многолопастные.

1. Однолопастные ветрогенераторы выпускаются мощностью до 10кВт. За счет уменьшения количества лопастей существенно снижается момент инерции при вращении лопастей, что позволяет увеличивать скорость вращения лопастей.
2. Двухлопастные ветрогенераторы состоят из 2 лопастей, уравновешивающих друг друга.

3. Трехлопастные ветрогенераторы – самый распространенный тип ветрогенераторов. Мощность таких установок может достигать 7МВт.
4. Многолопастные ветрогенераторы могут иметь до 50 лопастей. Применяются для ветронасосных систем.

Как уже отмечалось, использование энергии ветра для производства электроэнергии — это общедоступный и возобновляемый источник, не производящий пагубных выбросов вредных и ядовитых веществ или парниковых газов в атмосферу. Ветрогенераторы не требуют дополнительных затрат после своей установки, не учитывая выхода из строя энергетического оборудования и поломок в механических звеньях ветрогенератора.

Роторный ветрогенератор своими руками: материалы, особенности сборки и установки

С началом промышленного использования ветрогенераторов в качестве объектов по производству электроэнергии выявился существенный недостаток таких установок – повышенный шум при работе. Установка большого количества ветрогенераторов является преградой для некоторых птиц и летучих мышей, совершающих полет. Большие ветропарки требуют и больших площадей на суше или в прибрежной зоне, где уже невозможно будет вести эксплуатацию земельных наделов и проводить лов рыбы. Основным же ограничением по установке ветрогенераторов служит непостоянство ветра или малая его скорость, которая не позволит эффективно использовать его мощность.

Ветрогенераторы

Основные виды предлагаемого нами оборудования

Ветряки с горизонтальной и вертикальной осью вращения

Ветрогенераторы однолопастные, двухлопастные, трехлопастные, многолопастныебезлопастные

Жёстколопастные и парусные ветрогенераторы

Ветрогенераторы с фиксированым и изменяемым шагом винта

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения  (крыльчатые)

получили наибольшую популярность, ось вращения турбины расположена параллельно земле, лопасти вращаются против ветра. Эта турбина известна всем в виде ветряной мельницы. Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы. Если ветер начинает дуть в другую сторону, то и турбина вместе с лопастями меняет своё направление. Горизонтальные ветряки могут применяться не только в крупных энергостанциях (ветрофермах), но и для обеспечения электроэнергией отдельных жилых и нежилых построек.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

лопасти таких турбин движутся параллельно земле. Их можно ввести в действие на любой местности, так как на их движение не влияет направление ветра. Ось турбины устроена так, что всё её оборудование можно установить на небольшом расстоянии от земли и производителю не нужно строить высокую башню. Вертикальные ветрогенераторы гораздо менее эффективны, чем горизонтальные.

У вертикальных турбин половина работы лопасти происходит противоположно направлению ветра. А у горизонтального генератора, темп теряется только из-за смены ветра и, соответственно, поворота лопастей в другую сторону. Для его установки понадобиться гораздо больше места, чем для горизонтального генератора. С учётом что для ориентирования горизонтального ветрогенератора достачно флюгера, то вертикальный ветрогенератор для автономного электроснабжения теряет все преимущества.

Ветрогенераторы однолопастные

российские инженеры недавно разработали новый вид ветрогенераторов. Новинка получила название однолопастные генераторы, которые имеют массу преимуществ. Однолопастные ветрогенераторы Electro Wind были приспособлены к работе в условиях слабых ветров. Они в два раза быстрее. И это заметно даже при одинаковых условиях работы, то есть скорости и направлению ветра. Кроме этого, стоимость нового ветрогенератора ниже за счет того, что цена на ветряк на 80 процентов отражает стоимость электрогенератора.

В них используется двигатель, который стоит на порядок ниже. Еще одним преимуществом однолопастных ветрогенераторов является высокое КПД. Этот показатель составляет 50 процентов и выше КПД обычного генератора на 2 процента. Конструкция однолопастного ветрогенератора просчитана до мельчайших деталей. Этим занимались специалисты по динамике из академии Жуковского. Работа однолопастных ветрогенераторов практически бесшумна, а в некоторых случаях уровень шума может быть таким же, как и у обычных генераторов.

Двухлопастные ветряки

имеют те же преимущества, что и однолопастные. Еще одним безусловным достоинством этих ветрогенераторов является уравновешенность ротора при любом угловом положении лопастей, за счет четного их количества. Это их достоинство нашло применение в самоподъемных ветрогенераторах малого и среднего диапазона мощностей. При подъеме с земли или опускании на землю самоподъемных двухлопастных ветрогенераторов, плоскость их ротора, при любом угловом положении лопастей будет стремиться занять горизонтальное положение, что значительно упрощает технологию процесса подъема или опускания этих устройств.

 
 
 
 
 
 

Трехлопастные ветряки

являются наиболее распространенными из предлагаемых на рынке ветряков. Их номинальная мощность составляет от нескольких ватт до 7 МВт. Все ветроэнергетическое оборудование большой мощности (от 500 кВт и выше) представляют трехлопастные горизонтально-осевые ветрогенераторы.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Многолопастные ветряки

начинают вращаться на меньших скоростях, чем двух- и трёхлопастные, но для выработки электроэнергии важен не сам факт фращения, а выход на нужные обороты. Каждая дополнительная лопасть увеличивает общее сопротивление ветроколеса, а это усложняет выход на рабочие обороты генератора, увеличивая необходимую рабочую скорость ветра. Многолопастные будут начинать вращаться при меньших скоростях, но они больше применимы, где важен сам факт вращения, то есть для перекачки воды или других подобных действий.

При применении же для выработки электроэнергии многолопастных ветряков, они создают лишь видимость работы.

Безлопастные ветряки

такой ветрогенератор, созданный стараниями инженеров компании Saphon Energy, работает по принципу парусника. Он сконструирован так, что «парус», который больше похож на тарелку, ловит ветер, преобразуя энергию движущейся массы воздуха в электричество. Благодаря напору ветра (даже небольшого) парус колеблется, способствуя движению небольших поршней, расположенных в верхней части системы.

Поршни, в свою очередь, запускают в работу особую гидравлическую систему, которая и преобразует кинетическую энергию в электричество. По словам разработчиков, Saphonian, так называется система, не содержит ни трансмиссий, ни «коробки передач». Кроме того, такая система практически не шумит. В то же время, КПД такой системы в 2,3 раза выше, чем у обычного ветрогенератора. Кроме того, расходы на поддержание системы в работе на 45% ниже, чем в случае традиционной схемы работы.

Жёстколопастные ветрогенераторы

жёсткие лопасти ветрогенератора изготавливаются из металла (легкие твердосплавы – дюраль, титан), стеклопластик, углеволокно, древесина. Для них требуется ежегодное обслуживание (замена антикорозийной плёнки на концах лопастей). Без обслуживания жёсткая лопасть продолжит работать, чуть потеряв в своих характеристиках.

Парусные ветрогенераторы

для изготовления применяются различные современные высокотехнологичные ткани – гельвенор (Gelvenor), Cuben, NewSkytex, Toray, Sofly. Ранее использовались парусина, лаке, Pertex, Carrington. Стоят они значительно меньше жёстких да и проще в изготовлени. Но это дешивизна может обернуться большими расходами. При диаметре ветроколеса в 3 метра на рабочих оборотах генератора (400-600 оборотов в минуту) конец лопасти движется со скоростями в 500 км/ч. Даже в идеальных условиях это серъёзное испытание, а если учеть что в востухе постоянно есть пыль и песок, то для парусной лопасти может потребоваться полная замена не через год, а уже после первых сильных ветров.

Поэтому для автономного электроснабжения, где требуется значительная наджность компонентов системы, применение парусных лопастей не рекомендуется.

Ветрогенераторы с фиксированым шагом винта

достоинством таких винтов является простота конструкции и технологичность изготовления, при некоторой, вполне определенной скорости потока, которую задал разработчик, все сечения лопасти работают на оптимальном угле атаки, КПД винта на таком режиме приближается к теоретически возможному и винты создают минимальный шум. Недостатком такого винта является однорежимность. Увеличение или снижение скорости потока нарушает картину обтекания и снижает КПД до 25-35%. Эти винты также должны работать с ограничителями частоты вращения ротора. Их целесообразно использовать в условиях малого градиента скоростей ветра.

Ветрогенераторы с изменяемым шагом винта

изменяемый шаг винта безусловно позволяет увеличить диапазон эффективных скоростей работы. Но внедрение этого механзма неизбежно ведёт к усложнению конструкции лопасти, уменьшению общей надёжности ветрогенратора, утяжелению ветроколеса, а значит будут требоваться дополнительные усиления конструкции. Всё это приводит к удоражанию всей системы, как при покупке, так и при эксплуатации.

Виды ветрогенераторов

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

По количеству лопастей

Многолопастные ветряки действительно начинают вращаться на меньших скоростях, чем двух- и трёхлопастные, но для выработки электроэнергии требуется важен не сам факт фращения, а выход на нужные обороты. Каждая дополнительная лопасть увеличивает общее сопротивление ветроколеса, а это усложняет выход на рабочие обороты генератора, увеличивая необходимую рабочую скорость ветра. Таким образом многолопастные действительно будут начинать вращаться при меньших скоростях, но они больше применимы, где важен сам факт вращения, то есть для перекачки воды или других подобных действий.

При применении же для выработки электроэнергии многолопастных ветряков, они создают лишь видимость работы. Установление же редукторов не рекомендуется, так как, во-первых, усложняет конструкцию ветрогенератора, делает его менее надёжным, и, во-вторых, редуктор будет забирать мощность.

По материалам лопастей

  • Жёсткие лопасти ветрогенератора
  • Парусные ветрогенераторы

Парусные лопасти действительно стоят значительно меньше жёстких стеклопластиковых и металических, проще в изготовлени. Но это дешивизна может обернуться большими расходами. При диаметре ветроколеса в 3 метра на рабочих оборотах генератора (400-600 оборотов в минуту) конец лопасти движется со скоростями в 500 км/ч. Даже в идеальных условиях это серъёзное испытание, а если учеть что в востухе постоянно есть пыль и песок, то даже для жёстких лопастей требуются ежегодное обслуживание (замена антикорозийной плёнки на концах лопастей). Без обслуживания жёсткая лопасть продолжит работать, чуть потеряв в своих характеристиках. Для парусной же лопасти может потребоваться полная замена не через год, а уже после первых сильных ветров. Поэтому для автономного электроснабжения, где требуется значительная наджность компонентов системы, применение парусных лопастей не рекомендуется.

По рабочей оси вращения

Вертикальные ветрогенераторы действительно учитывают порывы, не требует ориентирования по ветру, но любой вертикальный ветрогенратор обладает рабочей площадью поверхности в два раза меньшей, чем у классического горизонтального ветрогенератора с такой же площадью ветроколеса. Это значит, чтобы получить такую же мощность потребуется ветряк в два раза больший. Кроме того большое количество лопаток, а также часть ветроколеса в каждый момент времени часть ветроколеса движется против ветра. Это значительно увеличивает сопротивление ветроколеса, что увеличивает рабочую скорость ветра. С учётом что для ориентирования горизонтального ветрогенератора достачно флюгера, то вертикальный ветрогенератор для автономного электроснабжения теряет все преимущества.

По шагу винта

  • Фиксированый шаг винта
  • Изменяемый шаг винта

Изменяемый шаг винта безусловно позволяет увеличить диапазон эффективных скоростей работы. Но внедрение этого механзма неизбежно ведёт к усложнению конструкции лопасти, уменьшению общей надёжности ветрогенратора, утяжелению ветроколеса, а значит будут требоваться дополнительные усиления конструкции. Всё это приводит к удоражанию всей системы, как при покупке, так и при эксплуатации. Поэтому мы выбираем фиксированный шаг лопастей.

Ветро-солнечная система освещения с вертикальным ветрогенератором (Maglev) GS-Lux SW-110 M светильник 110 Ватт

Автономная ветро-солнечная осветительная система с вертикальным ветрогенератором на магнитной подушке (MAGLEV) — GS-Lux SW-110/500/400 M, со светильником мощностью 110 Ватт. 

Данная система освещения отличается от обычной ветро-солнечной осветительной системы наличием вертикального ветрогенератора на магнитной подушке. Благодаря такому ветрогенератору обеспечивается более стабильная зарядка аккумуляторов от ветровой энергии при более слабых ветрах. Номинальная скорость ветра для выработки максимальной мощности ветрогенератора составляет 11 м/сек (у обычного горизонтального ветрогенератора – 13 м/сек), соответственно на слабых ветрах выработка электроэнергии у такого ветрогенератора заметно выше. Кроме этого, вертикальные магнитные ветрогенераторы значительно менее подвержены обледенению, чем горизонтальные. Более того, такие ветрогенераторы менее шумные, и значительно реже требуют технического обслуживания, чем горизонтальные. Данная ветро-солнечная осветительная система (по аналогии с традиционной) состоит из следующих элементов: солнечные модули, гелевые аккумуляторные батареи (АКБ), мощный светодиодный светильник (со светоэффективностью 130 lm/W), мощный вертикальный ветрогенератор на магнитной подушке, контроллеры заряда, и пр.

 

Принцип работы:

В течении дня солнечные батареи и ветрогенератор вырабатывают электрическую энергию, которая в свою очередь накапливается в гелевых аккумуляторах. В данной системе как правило используется два контроллера: Первый контроллер подсоединяется к ветрогенератору и аккумуляторной батареи (АКБ), его основной задачей является преобразование трехфазного тока ветрогенератора в постоянный ток для зарядки АКБ, кроме того он не допускает переразряд АКБ, и в случае его полного заряда полностью отключает ветрогенератор и блокирует вращение его лопастей; Второй контроллер соединяется с солнечными панелями, светодиодным светильником и АКБ, его задачей является так же не допустить перезаряд и переразряд аккумулятора, кроме того он выполняет функцию датчика света и автоматически включает светодиодный светильник в темное время суток, и отключает его когда наступает рассвет. Данный осветительный комплект рассчитан на работу светильника от полностью заряженного аккумулятора не менее трех ночей в летнее время в случае полного отсутствия солнечного света и абсолютного безветрия. В реальных же условиях периодически ясной и ветреной погоды данный комплект обеспечивает ежедневную бесперебойную работу светильника.

В стандартную комплектацию осветительного комплекта GS-Lux SW-110/500/400 M входят: Светодиодный светильник мощностью 110 Ватт, Солнечная панель 250 Ватт х 2 шт., Вертикальный ветрогенератор мощностью 400 Ватт, и Гелевый аккумулятор емкостью 250 Ah х 2 шт. Опционально добавляются: световая опора, закладной трубный фундамент, кронштейны для крепления солнечных панелей и светодиодных светильников, соединительный кабель, защитный бокс для установки аккумулятора, крепежные элементы и пр.

В зависимости от местных региональных особенностей, могут быть изменены: мощность солнечных модулей, мощность ветрогенератора, емкость аккумуляторов, высота, толщина стенки и высота световой опоры, вылет кронштейна светильника, глубина залегания и толщина стенки фундамента и пр.

Характеристики системы освещения GS-Lux SW-110/500/400 M представлены в таблице ниже:

Фотография Наименование Производитель Параметра

Световая опора,  фундамент,  кронштейны

  GS-Lux

Высота: 10 м + 3,0 м (фундаментная труба)                                  Материал: Сталь конструкционная углеродистая, марки Q235          Обработка поверхности: Сталь горячего цинкования, опционально покрывается порошковой краской;                                  Размеры:диаметр опоры 120-220 мм,толщина стенки 5 мм Кронштейн под лампу: диаметр 60 мм, длина (вылет) 1,5 м Фундамент: Стальная труба диаментром 219 мм, длиной 3,0 м, с соединительным  фланцем размером 400 мм                      Кронштейн солнечной панели: 2*250 Ватт солнечная панель (квадратная труба)                                                                          Цвет:цинк                                                                                              Срок службы: не менее 25 лет

 

Светодиодный

  светильник

 

  GS-Lux

Мощность: 110W/24V                                                                              Марка светодиодов: Phillips                                            Материалы корпуса: Литой алюминий + закаленное стекло Рабочая температура: -40℃-+75℃                                            Световой поток: 14 300 lm                                Светоэффективность: 130 lm/w                                                Цветовая температура: 5000-7000k(чистый белый)                        Класс защиты:IP65                                                                      Срок службы: более 50 000 часов

Солнечная панель

  GS-Lux

Мощность:250w х 2 шт                                                          Материал: Поликристалический кремний, Класс А, закаленное  ударопрочное стекло                                                                Эффективность : 17,2 %                                                      Напряжение (V): 24 V                                                                              Номинальная сила тока (A): 8,1 A                                         Рабочая температура: -40~+85 ℃                                                Размер: 1640 x 992 x 35 мм Вес:19,5 кг х 2 шт                                  Срок службы: 25 лет

Ветрогенератор

  GS-Lux

Ветрогенератор 400W/24V трехфазный, со встроенным контроллером                                                                Максимальная мощность: 420W                                         Скорость ветра: начальная – 1,5 м/с, номинал – 11 м/с, макс. – 45 м/с                                                                                                    Режим защиты: Интеллектуальный контроллер                          Диапазон рабочих температур: от -45 ° C до +80 ° C                        Диаметр ветрового колеса: 1,4 м Вес: 26 кг

Контроллер

  GS-Lux

Контроллер заряда 20A-24/12V                                  Функциональность: Защита от перезаряда и переразряда АКБ, автоматический контроль и регулирование степени заряда АКБ. Защита от ошибок подключения полюсов Автоматическое включение светильника в ночное время

Аккумулятор

  GS-Lux

Емкость: 250 Ah/12V х 2 шт                                                                    Тип:Гелевый                                                                                  Размеры: 520*269*220 мм                                                                Рабочая температура: -40~+85 ℃                                                  Вес: 69 кг х 2 шт                                                                                      Срок службы: от 5 лет

Кабель

  GS-Lux

Полный комплект комплект для подключения всех элементов автономного фонаря

Ящик для  аккумулятора

  GS-Lux

Металлический распределительный корпус для двух гелевых аккумуляторов, емкостью по 250  Аh                                                  Водо- пыле-непроницаемый, для подземного размещения

•Максимальное время автономной работы светильников от полностью зараженных аккумуляторов – 38 часов (ок. 3х ночей в летнее время).

•Приведено описание стандартной комплектации автономного фонаря GS-Lux SW-110/500/400 M (со светильником мощностью 110 Ватт), в качестве примера. Все комплекты всегда рассчитываются индивидуально в зависимости от индивидуальных потребностей заказчика (время автономной работы светильника, высота его установки, и пр.) и климатических особенностей региона установки (количество солнечных дней в году, минимальная длительность светового дня зимой, минимальная годовая температура и пр., среднегодовая скорость ветра, и пр.)

•В зависимости от заявки могут быть изменены: мощность солнечных модулей, мощность ветрогенератора, емкость аккумуляторов, высота и толщина стенки световой опоры, вылет кронштейна светильника, глубина залегания и толщина стенки фундамента и пр.

Освещение вертикальный ветрогенератор GS-Lux SW-40/240/300 M

Автономная ветро-солнечная осветительная система с вертикальным ветрогенератором на магнитной подушке (MAGLEV) — GS-Lux SW-40/240/300 M, со светильником мощностью 40 Ватт.  

Данная система освещения отличается от обычной ветро-солнечной осветительной системы наличием вертикального ветрогенератора на магнитной подушке. Благодаря такому ветрогенератору обеспечивается более стабильная зарядка аккумуляторов от ветровой энергии при более слабых ветрах. Номинальная скорость ветра для выработки максимальной мощности ветрогенератора составляет 11 м/сек (у обычного горизонтального ветрогенератора – 13 м/сек), соответственно на слабых ветрах выработка электроэнергии у такого ветрогенератора заметно выше. Кроме этого, вертикальные магнитные ветрогенераторы значительно менее подвержены обледенению, чем горизонтальные. Более того, такие ветрогенераторы менее шумные, и значительно реже требуют технического обслуживания, чем горизонтальные. Данная ветро-солнечная осветительная система (по аналогии с традиционной) состоит из следующих элементов: солнечные модули, гелевые аккумуляторные батареи (АКБ), мощный светодиодный светильник (со светоэффективностью 130 lm/W), мощный вертикальный ветрогенератор на магнитной подушке, контроллеры заряда, и пр.

 

Принцип работы:

В течении дня солнечные батареи и ветрогенератор вырабатывают электрическую энергию, которая в свою очередь накапливается в гелевых аккумуляторах. В данной системе как правило используется два контроллера: Первый контроллер подсоединяется к ветрогенератору и аккумуляторной батареи (АКБ), его основной задачей является преобразование трехфазного тока ветрогенератора в постоянный ток для зарядки АКБ, кроме того он не допускает переразряд АКБ, и в случае его полного заряда полностью отключает ветрогенератор и блокирует вращение его лопастей; Второй контроллер соединяется с солнечными панелями, светодиодным светильником и АКБ, его задачей является так же не допустить перезаряд и переразряд аккумулятора, кроме того он выполняет функцию датчика света и автоматически включает светодиодный светильник в темное время суток, и отключает его когда наступает рассвет. Данный осветительный комплект рассчитан на работу светильника от полностью заряженного аккумулятора не менее трех ночей в летнее время в случае полного отсутствия солнечного света и абсолютного безветрия. В реальных же условиях периодически ясной и ветреной погоды данный комплект обеспечивает ежедневную бесперебойную работу светильника.

В стандартную комплектацию осветительного комплекта GS-Lux SW-40/240/300 M входят: Светодиодный светильник мощностью 40 Ватт, Солнечная панель 100 Ватт х 2 шт., Вертикальный ветрогенератор мощностью 200 Ватт, и Гелевый аккумулятор емкостью 150 Ah. 

Опционально добавляются (в стоимость стандартного комплекта не входят): световая опора, закладной трубный фундамент, кронштейны для крепления солнечных панелей и светодиодных светильников, соединительный кабель, защитный бокс для установки аккумулятора, крепежные элементы и пр.

В зависимости от местных региональных особенностей, могут быть изменены: мощность солнечных модулей, мощность ветрогенератора, емкость аккумуляторов, высота, толщина стенки и высота световой опоры, вылет кронштейна светильника, глубина залегания и толщина стенки фундамента и пр.

 

Сравнение ветроэнергетических установок с горизонтальной и вертикальной осью

Ветряные турбины различаются по размеру и конструкции, где ориентация оси — горизонтальная или вертикальная — имеет решающее значение. Очевидно, что в ветряной турбине с горизонтальной осью вертикальный пропеллер вращается, обращенный к ветру горизонтально, в то время как в ветровой турбине с вертикальной осью лопасти вращаются вокруг вертикальной оси, обращенной к ветру вертикально.

За годы эксплуатации стало ясно, что ветряные турбины с горизонтальной осью, или HAWT, хорошо работают на открытых площадках, в то время как VAWT имеют гораздо меньше ограничений и, следовательно, могут быть установлены на вершинах холмов и крыш в городских районах.

Общий обзор VAWT и HAWT

Для HAWT важно направление ветра, поскольку лопасти более производительны, когда ветер дует под прямым углом. Кроме того, у них обычно есть привод вращения для регулировки лопастей по направлению ветра.

Напротив, ветряная турбина с вертикальной осью не так сильно зависит от угла ветра и может работать при более низкой скорости ветра, чем средняя HAWT. Тем не менее, существует несколько конструкций ветряных турбин с горизонтальной осью, таких как ветряная турбина производства TBHAWT Manufacturing, которым удается избежать потери эффективности, поскольку они спроектированы так, чтобы оставаться эффективными даже при скорости ветра 8 м / с или менее.

Ветровые турбины с вертикальной осью стоят вертикально или перпендикулярно земле, конвертируя ветер со всех 360 градусов вокруг. Поскольку VAWT идеально подходят для городских районов, их можно использовать в местах с непостоянными ветрами или в сложных сельских районах.

Несмотря на эти факты, VAWT кажутся менее производительными, чем HAWT из-за более низкой скорости работы и последующей производительности, но они определенно являются идеальным выбором для индивидуального домашнего хозяйства с сильными турбулентными ветрами.

HAWT и VAWT, производящие электроэнергию менее 100 кВт, считаются небольшими и в основном используются на местном уровне для бытовых нужд.Однако есть несколько конструкций HAWT с производительностью более 50 кВт, которые оказались прибыльными благодаря удачному сочетанию экономической эффективности и охвата клиентов.

Маленькие ветряные турбины, как правило, более популярны, так как они требуют меньше земли и инвестиций, чем большие. Малые БП особенно подходят для удаленных и внесетевых областей и могут быть подключены или отключены от национальных линий электропередач.

Ветряк с горизонтальной осью

Ветровые турбины с горизонтальной осью используют энергию ветра за счет лопастей, направленных на горизонтальную ось, параллельную земле.HAWT обращен к ветру перпендикулярно, так что лопасти ветряной турбины вращаются вслед за аэродинамическим подъемом.

WT с горизонтальной осью преобладают на рынке ветроэнергетики, поскольку их конструкция позволяет получать больше энергии за счет полного вращения лопастей с точки зрения равномерного ветрового потока. Более того, ветряные турбины с горизонтальной осью устойчивы к возврату, что также полезно при этом типе выработки электроэнергии.

Для достижения максимальной эффективности ветровые турбины с горизонтальной осью должны располагаться по направлению ветра.Если направление ветра разное, эффективность выработки энергии может время от времени значительно снизиться.

Однако этот недостаток устраняется, когда ветряная электростанция с горизонтальной осью расположена в правильно выбранном районе с постоянным однонаправленным ветровым потоком.

Небольшая ветряная турбина часто имеет ветряную лопасть для выравнивания с направлением ветра, в то время как большие ветряные турбины включают измеритель рыскания, чтобы корректировать положение ветряной турбины, чтобы оставаться выровненным с ветровым потоком. Постоянный, стабильный поток ветра важен, когда оператор ищет экономичное решение.

Ветряк с вертикальной осью

Лопасти ветряной турбины с вертикальной осью вращаются перпендикулярно земле и вокруг вертикальной оси за счет использования при работе эффектов сопротивления и подъемной силы. Несмотря на отсутствие популярности по сравнению с HAWT, VAWT могут принимать и обрабатывать ветер с любого направления, поэтому они идеально подходят для городских и пригородных районов с бурными, непостоянными ветрами.

Редуктор ветряной турбины и часть ее оборудования могут быть установлены ближе к земле.Таким образом, пользователь ветряной турбины может значительно сократить расходы на техническое обслуживание, что, наряду с менее шумной конструкцией, создает более благоприятные условия для совместного проживания.

Ветровые турбины с вертикальной осью довольно чувствительны к возврату из-за того, что лопасти вращаются вдоль направления ветра, в то время как им необходимо вернуться в поток ветра, прежде чем их толкнет обратно.

В конце концов, новые исследования показывают, что ветровые турбины с вертикальной осью не так уж сильно отличаются от ветряных турбин с горизонтальной осью — эффективность ветряных турбин сильно зависит от ветровых условий местности и требуемого объема выработки электроэнергии.

Вращение

При вращении лопасти HAWT получают эффекты изменяющейся силы инерции и постоянно стабильной силы тяжести. Из-за этих влияний лезвия HAWT испытывают переменную нагрузку, которая снижает усталостную прочность лезвия.

Во время вращения получаемые эффекты ветряной турбины с вертикальной осью более стабильны из-за силы инерции и стабилизации силы тяжести. В этом отношении нагрузка является фиксированной, поэтому усталостная долговечность VAWT больше, чем у HAWT.

Скорость ветра

Стало общеизвестным, что ветровые турбины с горизонтальной осью показывают отличные характеристики благодаря достаточной начальной скорости и постоянным ветровым потокам.Однако следует отметить, что эффективность ветряных турбин во многом зависит от конструкции конструкции.

Чтобы поддержать эту идею, Китайский центр исследований и разработок в области аэродинамики провел эксперимент с небольшой ветряной турбиной с горизонтальной осью, начальной скоростью около 5 м / с и максимальной принимаемой скоростью 5,9 м / с.

Эксперимент показал, что эта начальная скорость недостаточна для того, чтобы превзойти энергопотребление ветряной турбины, и поэтому является неудовлетворительной. В то же время другие ветряные турбины с большим диапазоном скорости ветра, такие как упомянутый выше WTW-55 от TBHAWT Manufacturing, являются более перспективными с точки зрения коммерческого использования.

Ветровые турбины с вертикальной осью запускаются при более низкой скорости ветра, что снижает производительность. Для обеспечения разумной производительности следует выбирать ветряные турбины с вертикальной осью H-образной конструкции — в этом случае оператор должен убедиться, что аэродинамический профиль и оптимальный угол установки точно соблюдаются. Таким образом, ветряная турбина с Н-образной структурой будет запускаться со скоростью 2 м / с.

КПД

Ветровые турбины с горизонтальной осью преобладают на рынке энергии ветра из-за их гораздо более высокого КПД по сравнению с VAWT.В свою очередь, HAWT делятся на большие и маленькие ветряные турбины, где большие WT нуждаются в просторных открытых площадках, в идеале с выходом к морю, чтобы получать больше ветра.

Небольшие ветряные турбины имеют меньше ограничений и могут использоваться как для небольших домашних хозяйств, так и для снабжения общиной или городом. Конечно, все это сильно зависит от размера ветряной электростанции — чем она больше, тем больше домохозяйств она может обслужить.

Когда дело доходит до коммерческого использования, ветровые турбины с горизонтальной осью значительно опережают VAWT с точки зрения масштабирования и производительности.Будучи больше по размеру, обслуживание HAWT обходится дороже, но в то же время они производят в десять раз больше электроэнергии, чем средняя ветряная турбина с вертикальной осью.

Следует напомнить, что ветряные турбины с вертикальной осью вращения заметно неэффективны в высокоскоростных ветровых потоках из-за их крайне низких пусковых моментов и проблем с динамической стабильностью.

Ветровые турбины как с горизонтальной, так и с вертикальной осью имеют свои преимущества и недостатки. Чтобы получить максимальную отдачу, разработчик сначала должен решить, хотят ли они, чтобы ветряная турбина закупалась самостоятельно, или же монетизировать энергию ветра, превращая ветряные турбины в стабильный долгосрочный доход.

по горизонтали Vs. Вертикальные ветряные турбины | Education

Ветровые турбины имеют две основные проектные категории: горизонтальную и вертикальную ось. Турбина с горизонтальной осью обычно имеет трехлопастной вертикальный винт, который встречает ветер лицом к лицу. Вертикальная турбина имеет набор лопастей, которые вращаются вокруг вертикальной оси. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки и подходит для различных сред.

Направление и скорость ветра

Для правильной работы горизонтально-осевой турбине необходимо, чтобы ветер шел под прямым углом к ​​лопастям.Если он дует с направления, отличного от направления лопастей, турбина получает гораздо меньше энергии от ветра. Чтобы приспособиться к изменениям направления ветра, турбина оснащена приводом рыскания, который поворачивает направление агрегата. Однако привод медленно адаптируется к изменению направления, потому что он должен вращать всю турбину и гребной винт в сборе. В отличие от этого, вертикальная турбина работает хорошо независимо от направления ветра, что делает ее более подходящей для городских районов с высокими зданиями, где имеется заданная ветровая турбулентность. Конструкция с вертикальной осью позволяет ему работать при более низких скоростях ветра, чем это возможно с горизонтальной турбиной.

Эффективность использования энергии ветра

Горизонтально-осевые турбины преобразуют большую часть энергии ветра в полезное механическое движение, поскольку лопасти перпендикулярны направлению ветра, и лопасти улавливают энергию во всем диапазоне их движения. Для сравнения, лопасти турбины с вертикальной осью имеют недостаток эффективности, улавливая энергию ветра только с передней стороны; в задней части своего вращения они тянут за систему.

Механическая сложность и напряжение

Так как для регулирования изменения направления ветра требуется механизм рыскания, горизонтально-осевая турбина механически более сложна, чем вертикальная конструкция. Гироскопическое действие вращающихся лопастей турбины с горизонтальной осью создает напряжение, когда механизм рыскания поворачивается, чтобы поймать ветер. Со временем под действием напряжения лопатки и ступица турбины могут треснуть. Турбина с вертикальной осью не испытывает этого напряжения.

Подходящее место

Высокая башня и длинные лопасти горизонтальной турбины хорошо работают только на открытых пространствах.Вертикальные турбины, как правило, намного компактнее и могут быть размещены на крышах зданий и в других городских районах с меньшими ограничениями. Небольшая высота вертикального блока также делает его подходящим для мест, где ветер усиливается между зданиями или над вершинами холмов.

Рыночное предпочтение

Хотя турбина с вертикальной осью имеет некоторые преимущества по сравнению с горизонтальной конструкцией, более крупные разработчики энергетики выбрали расположение с горизонтальной осью, оставляя генерацию с вертикальной осью мелким коммерческим операторам или частным лицам.Горизонтальная ось проще для понимания и отвечает ожиданиям того, как должна выглядеть ветряная турбина. Генераторы с вертикальной осью исторически были объектом преувеличенных заявлений, вызывающих скептицизм у потенциальных инвесторов технологии.

Ссылки

Ресурсы

Писатель Биография

Уроженец Чикаго Джон Папевски имеет ученую степень по физике и пишет с 1991 года. Он участвовал в выпуске информационного бюллетеня по нанотехнологиям от Foresight Institute «Foresight Update».Он также внес вклад в книгу «Нанотехнологии: молекулярные размышления о глобальном изобилии».

Типы ветряных турбин | Как работает ветряная турбина с горизонтальной осью?

Турбины наиболее широко используются во всем мире для различных применений. Максимальное количество турбин, используемых для производства электроэнергии. Есть несколько типов турбин, и ветряная турбина — один из них. В предыдущей статье мы обсуждали работу ветряной турбины, но в этой статье я остановлюсь только на типах ветряных турбин.Я также объясню разницу между ветряной турбиной с вертикальной осью и ветровой турбиной с горизонтальной осью. Детали этих ветряных турбин приведены ниже.

Какие типы ветряных турбин?

Ветровая энергия является важным источником энергии, поэтому мы производим очень дешевую электроэнергию, используя ее power . Это процесс использования ветра для производства электрической или механической энергии. Ветряная турбина — это механическое устройство, которое преобразует энергию вращения турбины в электрическую энергию. Профессор Джеймс Блит изобрел первую ветряную турбину в 1887-х годах. Ветряная турбина бывает двух основных типов.

  1. Ветряк с вертикальной осью
  2. Ветряк с горизонтальной осью

Ветряк с вертикальной осью (VAWT)

Ветряк с вертикальной осью или VAWT относится к наиболее известным типам ветряных турбин. Главный вал VAWT закреплен в вертикальном направлении к земле.В то время как некоторые другие основные детали размещаются на основании турбины. Проще говоря, вращающийся вал ветряной турбины с вертикальной осью расположен в вертикальном направлении или перпендикулярно к земле. Чтобы турбина работала эффективно, необязательно поворачивать ее по направлению ветра.

Ветряная турбина с вертикальной осью вращения имеет большое преимущество в областях, где направление ветра значительно колеблется.

Редукторы и генераторы этих турбин могут располагаться ближе к земле, приводя их непосредственно от узла ротора к редуктору основания, что увеличивает ремонтопригодность.Редуктор ветряной турбины с вертикальной осью намного более устал по сравнению с редукторами других типов ветряных турбин (например, ветряных турбин с горизонтальной осью). Однако ее главный недостаток заключается в том, что эта турбина вырабатывает низкую среднюю энергию по сравнению с ветровой турбиной с горизонтальной осью .

Ветряк с вертикальной осью спроектирован таким образом, чтобы он был экономичным, практичным, эффективным и тихим. Эти турбины хорошо подходят для использования в жилых районах, тогда как HAWT лучше всего подходит для коммерческих помещений.

Типы ветряных турбин с вертикальной осью

Вертикальные ветряные турбины делятся на три основных типа:

  1. Турбина Giromill
  2. Ветряная турбина Савониуса
  3. Ветряная турбина Дарье

1) Ветряная турбина Дарье

Этот тип вертикальной ветряной турбины также называется турбиной « Eggbeater ». В 1931 году Жорж Дарье разработал первую ветряную турбину Дарье .Ее называют турбиной Дарье из-за имени ее изобретателя. Эта турбина имеет ряд изогнутых аэродинамических лопастей. Эти лопатки расположены на каркасе турбины или вращающемся валу. Из-за кривизны лезвия лезвие может выдерживать натяжение только при высокой скорости вращения. Также очень популярны близкородственные ветряные турбины с прямыми лопастями ротора.

Турбины Дарье — это высокоскоростное устройство с низким крутящим моментом, которое лучше всего подходит для производства электроэнергии переменного тока. Для запуска вращения этой турбины необходимо ручное внешнее толкающее усилие, поскольку у нее очень низкий пусковой крутящий момент. Он эффективен, но создает большие колебания крутящего момента и повторяющиеся нагрузки в башне, что снижает надежность турбины. Ветряк Дарье имеет две вертикальные лопасти, которые вращаются вокруг вертикального вала.

Турбины Дарье имеют следующие основные характеристики:

  • Турбины Дарье могут быстро перемещаться из одного места в другое
  • Простая в эксплуатации вертикальная ветряная турбина
  • Безопасно использовать
  • Легко устроить в доме
  • Масштабируемость
  • Эти турбины очень эффективны, но не очень надежны.
  • Чтобы использовать ветряные турбины Дарье, вам понадобится внешний источник энергии для их работы.
  • Для поддержки этой турбины требуется надстройка, которая соединит ее рядом с верхним подшипником.
  • Эта турбина занимает меньше места, чем ветряная турбина с горизонтальной осью.

2) Ветряная турбина Савониуса

Вертикальная ветряная турбина Savonius — это низкоскоростная турбина с высоким крутящим моментом. У него более одного лезвия. В 1922 году финский инженер Сигурд Иоганнес Савониус открыл ветряную турбину Савониуса .Она известна как турбина Савониуса из-за имени ее изобретателя. Большинство ветряных турбин используют подъемную силу, создаваемую лопастями с аэродинамическим профилем, для вращения ротора, в то время как турбины Савониуса используют силу сопротивления, и они не могут вращаться быстрее, чем скорость встречного ветра.

Основная проблема турбин Савониуса заключается в том, что они вырабатывают небольшую мощность, а также имеют низкий КПД. По этой причине эти ветряные турбины не могут использоваться для производства большой мощности. Однако у этой конструкции есть и преимущества.

Основным преимуществом этой турбины является то, что она всегда встречает ветер, независимо от направления ветра. Кроме того, в отличие от подъемных турбин, турбины Савониуса не требуют какого-либо механизма для регулировки их положения по ветру. Модель Дарье небольшая и похожа на венчик. Конструкция Савониуса выглядит как барабан емкостью 55 галлонов, который разрезается пополам и помещается наполовину на вращающийся вал. В настоящее время максимальными моделями ветряных турбин являются модели Савониуса.

Эти турбины также вращаются с относительно низкой скоростью и не сильно расширяются.Эти две особенности турбин Савониуса делают их менее опасными для детей, диких животных и птиц, чем подъемные турбины.

Некоторые важные особенности ветряных турбин Savonius приведены ниже:

  • По сравнению с турбинами Darrieuswind, эти устройства имеют высокий КПД.
  • Это идеальный вариант, если вы живете в районе с сильным или порывистым ветром или вам нужно устройство, которое может запускаться автоматически.
  • Он больше по размеру, чем Дарье
  • Низкая скорость этих турбин увеличивает затраты и снижает эффективность.

3) Турбина Giromill

Принцип работы ветряной турбины Giromill очень похож на ветряную турбину Дарье. Основное отличие состоит в том, что ветряк Giromill имеет ротор H-образной формы.

Рис. Турбина Giromill

Ниже приведены некоторые характеристики этой вертикальной ветряной турбины:

  • Имеет Н-образный ротор. Этот ротор имеет несколько лопастей. Лопасти этой турбины в форме взбивалки заменены прямыми вертикальными лопастями, соединенными с центральной башней и горизонтальными опорами.
  • По сравнению с турбинами Дарье турбины Giromill имеют низкую цену и простую конструкцию.
  • Он имеет низкий КПД и требует сильного ветра для запуска. Как и ветряк Darius, у него нет возможности самозапуска. Однако он может работать и в условиях вихря.

Преимущества и недостатки VAWT

Вертикальные ветряные турбины имеют следующие основные преимущества и недостатки:

Преимущества вертикальной ветряной турбины
  • Ветровая турбина с вертикальной осью требует более простого обслуживания, чем ветряная турбина с горизонтальной осью.
  • Максимальное количество его компонентов находится у земли. Это связано с формой VAWT.
  • Нет необходимости в устройстве рыскания.
  • Вертикальный ветряк имеет большой угол наклона профиля. Это улучшает аэродинамические характеристики при одновременном снижении лобового сопротивления при высоком и низком давлении.
  • Выравнивание не требуется, так как оно всенаправленное. Кроме того, ветряная турбина с вертикальной осью не требует контроля рыскания.
  • Работает при порывах и сильных ветрах.
  • VAWT может использоваться в проезжих частях, городских районах, на крышах домов и т. Д.
  • Группа VAWT может быть размещена вместе.
  • Может устанавливаться в ветряных электростанциях с горизонтальной осью ветрогенераторов под существующим HAWT. Это может увеличить производство на существующем заводе.
  • Лезвие модели Derrius более простое в изготовлении, чем лезвия HAWT.
Недостатки VAWT
  • Его необходимо устанавливать на сравнительно ровной местности, а некоторые места могут быть слишком важными для VAWT.
  • VAWT, прикрепленный с помощью тянущего троса, вызывает серьезные проблемы с нижним подшипником, поскольку он поддерживает полный вес ротора, а тяговый трос увеличивает тягу вниз из-за порыва ветра.Чтобы решить эту проблему, вам понадобится какая-то конструкция, чтобы удерживать верхний подшипник на месте. Верхние подшипники также могут нести вес ротора.
  • Сложные геометрические формы, установка и проблемы с изменением очень большого угла.
  • Ветряк с вертикальной осью менее надежен.
  • Имеет низкий КПД.
  • Средняя энергия, вырабатываемая ветряной турбиной с вертикальной осью, мала по сравнению с ветровой турбиной с горизонтальной осью.
  • Проблемы с автоматическим запуском при малой скорости ветра.
  • Лезвия
  • VAWT склонны к усталости из-за очень разных сил, действующих при каждом обороте.
  • Вертикальные лезвия можно сгибать и крутить при каждом повороте. И это изгибание и скручивание повреждают лезвия.

Ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT)

HAWT (ветряная турбина с горизонтальной осью) также входит в известные типы ветряных турбин. Главный вал HAWT фиксируется в горизонтальном направлении относительно земли , и это отличает его от ветряной турбины с вертикальной осью .Проще говоря, вращающаяся ось ветряной турбины с горизонтальной осью расположена в горизонтальном направлении относительно земли.

В настоящее время большая 3-лопастная ветряная турбина с горизонтальной осью генерирует большую часть мировой энергии ветра, когда лопасти окружают башню. Эти турбинные башни имеют генератор и вал ротора, который должен быть направлен против ветра. Ветровые турбины с горизонтальной осью доступны в различных типоразмерах от 100 до 100 кВт. Эти HAWT обычно развертываются в обтекаемых условиях воздуха, которые обеспечивают постоянный воздушный поток и направление для получения максимальной энергии ветра.

HAWT обычно размещает в зоне с постоянным направленным воздушным потоком, потому что он не очень эффективен в областях с турбулентным ветром.

Компоненты ветряной турбины с горизонтальной осью (HAWT)

Ветряная турбина с горизонтальной осью состоит из следующих основных частей:

1) Роторная система

Ротор имеет одну или несколько лопастей и ступицу. С точки зрения производительности и общей стоимости это считается важным компонентом.Ротор может иметь одну, две, три или более лопастей. Ротор, который содержит одну лопасть, нуждается в противовесе для устранения вибрации, но эта конструкция неприменима в тех областях, где снег на лопастях может вывести машину из равновесия.

Ротор с двумя лопастями используется чаще, потому что он более прочный, простой и дешевый, чем ротор с 3 лопастями. Тем не менее, в последнее время 3-лопастной ротор широко используется, потому что 3-лопастной ротор распределяет напряжение более равномерно по мере того, как турбина раскручивается или рыскает во время изменения ориентации ветра.

2) Ступица

Ступица — это самый важный и главный компонент ветряной турбины с горизонтальной осью. В жесткой ступице все лопасти крепятся болтами к ступице. Эта ступица жестко соединяется с валом турбины. Лопатки консольно закреплены на валу турбины и передают свои динамические нагрузки непосредственно на вал.

3) Подсистема силовой передачи

Система силовой передачи турбины состоит из множества электрических и механических частей, которые преобразуют механическую энергию, поглощаемую ступицей ротора, в электрическую.Силовая передача HAWT имеет узел вала турбины (также известный как главный вал), смазку, вспомогательный блок управления, генератор, тормоз ротора, приводной вал генератора, скоростной редуктор и функции охлаждения.

4) Лезвия

Лопасть ветряной турбины используется для получения КЭ от ветра и преобразования этой энергии в мощность вращения (механическую мощность). Эти лопатки расположены на ступице ротора турбины. Древесная эпоксидная смола или полиэстер, армированный стекловолокном, используются для конструирования лопастей ветряных турбин.

Ротор турбины может иметь одну или несколько лопаток в зависимости от конструкции турбины. Ветрогенераторы с максимальной горизонтальной осью имеют три лопасти. В прошлом концепция нескольких лопастей использовалась для фрезерования и перекачивания.

5) Башня

Башня — это компонент горизонтальной ветряной турбины, который поддерживает ступицу ротора и гондолу. Эти башни состоят из стальной решетки, бетона или стальных труб. Высота башни играет важную роль в производительности HWAT.Более высокая башня позволяет турбине поглощать максимальную кинетическую энергию ветра и производить максимальное количество электроэнергии. Производительность типичной ветряной турбины увеличивается с высотой и снижает турбулентность ветра.

6) Фундамент

Для поддержки башни и различных компонентов турбины требуется отличный фундамент, а вес башни составляет кг .

Типы ветряных турбин с горизонтальной осью

Ветрогенератор с горизонтальной осью имеет следующие основные типы:

  1. Ветровая турбина
  2. Турбина против ветра

1) Турбина против ветра

Противоточная турбина — это турбина, ротор которой обращен к ветру. Основным преимуществом этой ветряной турбины является то, что она останавливает ветровую тень на задней части башни.

В настоящее время большинство HAWT изготавливаются с этой конструкцией.

  • Эта конструкция негибкая и располагается на определенном расстоянии от башни.
  • Уменьшает тень башни.
  • Эта турбина способна избегать ветровой тени на задней части башни.
  • Ротор всегда обращен к ветру, так как ему нужен механизм рыскания.

2) Турбина с подветренной стороны

В этой ветряной турбине ротор расположен на нижней стороне башни.В турбине с подветренной стороны ветер сначала обращен к башне, а затем к лопастям ротора.

  • Эта ветряная турбина с горизонтальной осью не имеет механизма отклонения от курса — гондола и ротор сконструированы таким образом, чтобы ветер мог двигаться управляемым образом.
  • Эта турбина сталкивается с некоторыми колебаниями мощности ветра из-за прохождения ротора ветровой шторкой башни. Другими словами, ротор находится за гондолой башни и вызывает колебания силы ветра.

Преимущества и недостатки HAWT

Горизонтальная ветряная турбина имеет следующие основные преимущества и недостатки:

Преимущества
  • По сравнению с ветряком с вертикальной осью имеет большую выходную мощность
  • В горизонтальной ветряной турбине лопатки лежат с одной стороны от центра тяжести турбины, что улучшает устойчивость
  • Дистанционно отрегулируйте угол атаки, чтобы улучшить управление и позволить турбине извлекать экстремальный объем энергии ветра в течение дня и сезона
  • Имеет способность деформировать лопасти так, чтобы лопасти турбины имели оптимальный угол атаки
  • Дешевле по сравнению с VAWT
  • Высокая башня получает более сильный ветер при изменении сдвига ветра
  • Высокая эффективность
  • Лопасть также может наклонять лопасть ротора во время шторма, чтобы минимизировать повреждение
  • Ветровая турбина с горизонтальной осью имеет слишком высокую надежность, чем ветряная турбина с вертикальной осью
  • Повышенная производительность
  • Надежнее
  • Преимущественно самозапускающийся
  • Имеет высокую скорость вращения
Недостатки
  • Большой размер
  • Его транспортировка затруднена
  • Сложно установить
  • Обслуживание горизонтальных ветряных турбин сложнее, чем других типов ветряных турбин.
  • Потребность в крупной технике для строительства HAWT
  • Обладает повышенным шумом

Разница между вертикальной и горизонтальной ветряной турбиной

Основное различие между вертикальной ветряной турбиной и горизонтальной ветровой турбиной приведено ниже:

ср.

VAWT HAWT
1. Работает в условиях турбулентного воздушного потока. Работает в условиях обтекания потоком воздуха.
2. Вал главного ротора ветряных турбин с вертикальной осью закреплен в вертикальном направлении. Главный вал ротора ветряной турбины с горизонтальной осью закреплен в горизонтальном направлении.
3. Малая норма вместимости, Высокий показатель вместимости.
4. Имеет низкий КПД. Обладает высоким КПД.
5. Простое техническое обслуживание. Техническое обслуживание затруднено.
6. Менее надежен. Надежнее.
7. Сопротивление — главная сила. Лифт — главная сила.
8. Механизм рыскания не требуется. Требуется механизм рыскания.

Преимущества вертикальной ветряной турбины перед горизонтальной ветряной турбиной

В настоящее время коммерческое VAWT менее эффективно, чем коммерческое HAWT.Однако в конечном итоге это изменится, поскольку VAWT может быть более эффективным. VAWT, который в два раза шире и выше, чем HAWT, увеличит свою производительность на 35%, если направление ветра наклонено на 25 o . Если КПД VAWT составляет 45% при вертикальном размещении, этот наклон также повысит КПД до 61%. Это даже выше, чем HAWT, и это также достижимо с помощью этой турбины. Когда ветряная турбина с горизонтальной осью наклоняется (отклоняется) от ветра, она просто теряет свою мощность.В ветряной турбине с вертикальной осью мощность увеличивается и уменьшается за счет увеличения или уменьшения угла лопасти. Чем шире VAWT, тем он эффективнее.

Конкретные конфигурации VAWT могут генерировать менее дорогую электроэнергию, чем HAWT. Морская ветряная электростанция VAWT — одна из них. Используются рядом расположенные друг над другом ряды роторов, а вся стена защищена от ветра (высокие каблуки) для поддержания и контроля превышения скорости. При использовании множества составных VAWT ветровая стена выигрывает от закона квадрата / куба.Проще говоря, стоимость и масса увеличиваются примерно с той же скоростью, что и площадь охвата. Однако для очень больших HAWT потенциальные затраты и масса увеличиваются быстрее, чем охватываемая площадь.

Ветровая стенка свободно плавает, регулируется вокруг неподвижного буя, чтобы справляться с ветром. По сравнению с другими одиночными VAWT или HAWT, общая площадь ветровой стены намного больше, а компоненты достаточно малы, чтобы получить преимущество от массового производства.

Компании-производители ветряных турбин
  • TUGE Energia (Эстония)
  • Юго-Запад (США)
  • Guietrevolution (Великобритания)
  • Hi-VAWT (Тайвань)
  • Энесере (Италия)
  • Борни (Испания)
  • World Wind (Индия)
  • China Guodian Corporation (Китай)
  • Сузлон (Индия)
  • RRB Energy Limited (Индия)
  • Inox Wind (Индия)
  • Elecon Engineering (Индия)
  • PacWind (США)
  • Shanghai Electric (Китай)
  • SANY (Китай)
  • Goldwind (Китай)
  • Evision Energy (Китай)
  • CRRC (Китай)
  • UNISON (Южная Корея)
  • Сенвион (Германия)
  • NoyaWind (Россия)
  • Nordex SE (Германия)
  • Acciona (Испания)
  • Enercon (Германия)

Раздел часто задаваемых вопросов

Кто изобрел ветряную турбину с вертикальной осью?

В 1920-х годах Жорж Дарье s изобрел первую вертикальную ветряную турбину.

Какие типы ветряных турбин с вертикальной осью?

Ветряная турбина с вертикальной осью имеет следующие три типа:

  1. Турбина Giromill
  2. Ветряная турбина Дарье
  3. Ветряная турбина Савониуса

Кто изобрел ветряную турбину с горизонтальной осью?

В 1957 году Йоханнес Юул изобрел первую ветряную турбину с горизонтальной осью.

Какие типы ветряных турбин с горизонтальной осью?

Ветряная турбина с горизонтальной осью имеет следующие три типа:

  1. Противоточная турбина
  2. Противоточная турбина

Какую мощность может производить вертикальная ветряная турбина?

Вертикальная ветряная турбина может генерировать 10x , мощность на акр в качестве горизонтального аналога.

VAWT или HAWT лучше?

  • VAWT занимает меньше места, чем HAWT.
  • HAWT наиболее известен благодаря своему более высокому КПД, чем VAWT.
  • Вертикальная ветряная турбина работает тише, чем горизонтальная ветряная турбина.
  • VAWT сильнее, чем HAWT
  • VAWT легче обслуживать, чем HAWT

Вертикальные ветряные турбины тише горизонтальных?

Вертикальные ветряные турбины работают тише, чем горизонтальные.Кроме того, эти турбины более экономичны, меньше по размеру, всенаправленны и мощнее горизонтальных ветряных турбин.

Ветряные турбины переменного или постоянного тока?

Ветряная турбина — это машина переменного тока, поскольку она имеет длительный срок службы и не требует значительного обслуживания. Почти все ветряные турбины, используемые для производства электроэнергии, большие или маленькие, используют генераторы переменного тока.

Эта статья про типы ветряных турбин. В этой статье я объясняю различные аспекты ветряных турбин с горизонтальной и вертикальной осью.Итак, VAWT легко установить, но их эффективность ниже, чем HAWT. В этой статье я изо всех сил пытаюсь объяснить эти две турбины. Если у вас есть какие-либо проблемы, связанные с этой статьей, дайте мне знать в разделе комментариев. Я постараюсь изо всех сил для вашего разъяснения.

Узнать больше:

1) Что такое ветряная турбина?

2) Как работает паровая турбина?

3) Как работает водяная турбина?

Типы ветряных турбин — Energy Education

Есть два разных типа ветряных турбин .Эти турбины часто используются для микрогенерации, что означает, что их можно установить в доме для выработки электроэнергии. У обоих этих типов ветряных турбин есть свои преимущества и недостатки.

Горизонтально-осевые ветряки

Рисунок 1. Горизонтальная ветряная турбина мощностью 1 кВт для выработки электроэнергии. [1] Рисунок 2. Турбина с вертикальной осью мощностью 6,5 кВт, используемая для выработки электроэнергии. [2]

Ветряные турбины с горизонтальной осью являются наиболее часто используемыми турбинами из-за их прочности и эффективности. Основание башен должно быть чрезвычайно прочным, чтобы вал ротора мог быть установлен наверху башни, что позволяет турбине подвергаться воздействию более сильных ветров. Поскольку лопасти турбины перпендикулярны ветру, вращение лопастей может генерировать большую мощность по сравнению с ветряной турбиной с вертикальной осью. Однако конструкция турбины этого типа требует тяжелой опоры для башни, чтобы выдержать вес лопастей, коробки передач и генератора, а также использования большого крана для подъема компонентов на вершину башни.

В ситуации, когда ветер дует вниз, конструкция турбины может страдать от усталости металла, что может привести к разрушению конструкции. Это решается проектированием турбин с противветренной конструкцией. Дополнительное управление рысканием необходимо для ветряных турбин с горизонтальной осью, чтобы отслеживать направление ветра и предотвращать повреждение турбины. [3]

Ветряные турбины с вертикальной осью

Ветровые турбины с вертикальной осью менее подвержены частым изменениям направления ветра по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью из-за того, что лопасти вращаются на валу ротора перпендикулярно земле.С установленными таким образом лопастями и валом турбине не нужно вращаться, чтобы отслеживать направление ветра. Вал устанавливается на уровне земли из-за трудностей установки вала и его компонентов на башне. Преимущество установки на уровне земли состоит в том, что турбину проще обслуживать и ее можно устанавливать в таких местах, как крыши домов. Недостатки этой турбинной установки заключаются в том, что эффективность ниже из-за сопротивления воздуха и более низких скоростей ветра по сравнению с более высокими скоростями ветра, встречающимися на больших высотах. [3]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Как работает ветряная турбина

От огромных ветряных электростанций, вырабатывающих электроэнергию, до небольших турбин, питающих один дом, ветровые турбины по всему миру вырабатывают чистую электроэнергию для различных энергетических нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно ветроэнергетических мощностей.S. для выработки электроэнергии, достаточной для питания более 15 миллионов домов, помогая проложить путь к экологически чистой энергии будущего.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для выработки механической энергии восходит к тысячелетиям. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил. Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распиловки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоит из трех лопастей, установленных на башне из стальных труб. Реже встречаются варианты с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать преимущества более высоких скоростей ветра, обнаруживаемых на больших высотах.

Турбины улавливают энергию ветра с помощью лопастей, похожих на пропеллер, которые действуют как крыло самолета. Когда дует ветер, с одной стороны лезвия образуется карман с воздухом низкого давления.Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, вызывая вращение ротора. Это называется лифтом. Сила подъемной силы намного сильнее, чем сила ветра на передней стороне лопасти, что называется сопротивлением. Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивают вращение ротора с примерно 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины вырабатывать электричество переменного тока.

Обтекаемый корпус, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины — обычно включая шестерни, ротор и генератор — находятся внутри корпуса, называемого гондолой. Некоторые гондолы, расположенные на вершине турбинной башни, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Другой ключевой компонент — это контроллер турбины, который не позволяет скорости ротора превышать 55 миль в час, чтобы избежать повреждения сильным ветром. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру.Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивный рисунок выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Есть два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси.Турбины с горизонтальной осью расположены либо против ветра (ветер ударяет лопасти перед башней), либо по ветру (ветер бьет в башню перед лопастями). Турбины против ветра также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы ротор был обращен к ветру при изменении его направления.

Хотя существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и более) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом.Турбины с вертикальной осью делятся на две основные конструкции:

  • Турбины с тормозным механизмом, или турбины Савониуса, обычно имеют роторы со сплошными лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
  • Турбины на основе лифта, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые имеют форму взбивания яиц). Windspire — это тип лифтовой турбины, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветроэнергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.
Применение ветряных турбин

Ветровые турбины используются в самых разных сферах — от использования морских ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

  • Большие ветряные турбины, чаще всего используемые коммунальными предприятиями для подачи энергии в сеть, варьируются от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти турбины для коммунальных предприятий часто объединяются в ветряные электростанции для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивающих мощность, достаточную для десятков тысяч домов.
  • Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно устанавливаются рядом с местами, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, возле домов, телекоммуникационных тарелок или водонасосных станций. Небольшие турбины иногда подключаются к дизельным генераторам, батареям и фотоэлектрическим системам.Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где нет подключения к коммунальной сети.
  • Морские ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, постоянных ветров, возникающих у береговых линий. Потенциал технических ресурсов ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующие мощности нынешних США.электроэнергетическая система. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это дает большую возможность обеспечить энергией густонаселенные прибрежные города. Чтобы воспользоваться преимуществами огромных морских ветровых ресурсов Америки, Департамент инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, предназначенных для развертывания морских ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году.
Будущее ветряных турбин

Для обеспечения будущего роста США ветроэнергетика, ветровая программа Министерства энергетики работает с отраслевыми партнерами, чтобы повысить надежность и эффективность ветряных турбин, а также снизить затраты.Исследования программы помогли увеличить средний коэффициент использования мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 годы. от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов за киловатт-час сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

Ветряные турбины предлагают уникальную возможность использовать энергию в регионах, где население нашей страны нуждается в ней больше всего.Это включает в себя потенциал оффшорного ветра для обеспечения энергией населенных пунктов вблизи береговой линии и способность наземного ветра доставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким содержанием углерода.

Министерство энергетики продолжает работу по развертыванию ветровой энергии в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и безопасной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

Ветровые турбины с горизонтальной осью (HAWT): преимущества и недостатки

Каковы преимущества и недостатки ветряных турбин с горизонтальной осью (HAWT)?


Ветровые турбины с горизонтальной осью чаще всего используются в крупных ветряных электростанциях для национальных проектов или промышленных предприятий, и вот почему: их преимущества делают их идеальным решением для массового производства электроэнергии.В то же время для устранения их недостатков требуются людские ресурсы, ресурсы и безупречное планирование.

Есть 4 преимущества ветряных турбин с горизонтальной осью. Иконки с лампочками от Тилля Тинка из проекта Noun Project.


4 преимущества ветряных турбин с горизонтальной осью

Высокая выходная мощность

Ветровые турбины с горизонтальной осью обычно строятся с мощностью от 2 до 8 МВт, в зависимости от использования. В то время как мощность ветряной турбины зависит от размера турбины и скорости ветра, средняя береговая ветряная турбина мощностью 2.5–3,0 МВт могут производить более 6 миллионов кВтч в год, чего достаточно для снабжения электроэнергией 1500 средних домохозяйств ЕС.


Высокая эффективность

При любом типе преобразования энергии всегда есть потеря энергии. Повышение эффективности преобразования энергии является одним из важнейших направлений разработки продуктов в ветроэнергетической отрасли. В настоящее время наибольший КПД имеют ветряные турбины с горизонтальной осью. Они могут преобразовывать от 40 до 50% получаемой энергии ветра в электричество.


Высокая надежность

Являясь доминирующей моделью ветряных турбин на протяжении десятилетий, исследования и разработки ветровых турбин с горизонтальной осью уже достигли зрелости. Мало того, что существующие на рынке продукты являются надежными, также тщательно исследуется применение и использование ветряных турбин с горизонтальной осью.


Высокая рабочая скорость ветра

Благодаря высоте роторов ветровые турбины с горизонтальной осью могут принимать ветер с большей скоростью.Это означает, что они с большей вероятностью будут работать при более высокой скорости ветра, что поможет им обеспечить оптимальную производительность. Поскольку воздушный поток на такой высоте относительно стабилен, ветровые турбины с горизонтальной осью обладают большей стабильностью по ветру и, следовательно, по выходной мощности.

У горизонтальных ветряных турбин есть 3 недостатка. Строительные иконки, созданные Path Lord из Noun Project.


3 недостатка ветрогенераторов с горизонтальной осью

Сложно транспортировать, устанавливать и обслуживать

Из-за огромных размеров ветряных турбин с горизонтальной осью их транспортировка и установка сопряжены с большими логистическими и техническими проблемами.Ветровые турбины с горизонтальной осью лопастей, иногда длиной до 70 метров и весом до 20 тонн, могут просто не поместиться на узких извилистых дорогах горных районов или даже на наших повседневных дорогах, где дома, столбы и улицы лампы выстраиваются по бокам.

Загружая видео, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности YouTube.
Подробнее

Загрузить видео

Всегда разблокировать YouTube

В 2015 году компания CIMC Vehicles задокументировала, как они перевозили лопасти ветряных турбин через деревни и леса, вплоть до горы Баодин в провинции Юньнань, Китай.

Загружая видео, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности YouTube.
Подробнее

Загрузить видео

Всегда разблокировать YouTube

После доставки турбин возникает проблема установки. От наземного фундамента до электроники, размещения компонентов и сборки — для безопасной и правильной установки турбины требуется целая команда профессиональных рабочих и даже месяцы. Компания Orient Energy System задокументировала установку своей ветряной электростанции мощностью 50 МВт в промежутке времени в 2018 году.

И последнее, но не менее важное: обслуживание ветряной турбины с горизонтальной осью особенно затратно, потому что ключевые компоненты — редуктор, генератор, системы измерения ветра, тормоз, система рыскания и ротор — все расположены на самой вершине башни. Это означает, что специалисты по техническому обслуживанию должны выполнять работы по техническому обслуживанию на головокружительной высоте от 80 до 100 метров при высокой скорости ветра.


Создание отрицательного воздействия на окружающую среду

Влияние ветряных турбин с горизонтальной осью на окружающую среду до сих пор широко обсуждается и вызывает споры.Беспокойство обычно вызывает шум, вызываемый огромными лопастями, летящими по воздуху, гигантская падающая тень и воздействие на дикую природу и местные экосистемы.

Хотя лопасти ветряных турбин с горизонтальной осью представляют потенциальную угрозу столкновения с летающими животными, морские ветряные турбины также могут изменить морскую экосистему способами, о которых мы еще не знаем. С другой стороны, исследование, опубликованное в Журнале прикладной экологии под руководством орнитологов Джеймса У. Пирса-Хиггинса в 2012 году, предполагает, что подавляющее большинство видов могут сосуществовать или процветать с ветряными фермами, когда они работают (Пирс-Хиггинс и др., 2012). Другие статистические исследования также приходят к выводу, что в Соединенных Штатах только 1% птиц, ежегодно погибающих в результате столкновений с искусственными сооружениями и деятельностью, напрямую связаны с ветряными турбинами.


Строгие правила установки

Хотя правительства во всем мире создали стимулы для перехода на возобновляемые источники энергии, правила разработки и установки ветряных турбин все еще могут стать ограничениями. Например, минимальное расстояние до соседнего дома от ветряной турбины с горизонтальной осью обычно в четыре раза превышает общую высоту турбины.Перед установкой ветряной турбины в определенном районе муниципалитет должен провести оценку шума, чтобы убедиться в соблюдении ограничений. Это включает в себя оценку существующего шума, а также нового шума, добавляемого ветряной турбиной. Хотя обычно существует общее практическое правило, политика может варьироваться в зависимости от местной политической, социальной и природной среды.

Как работают ветряные турбины?

Возможно, вы видели их, проезжая по сельской местности.Или, может быть, вы видели их недалеко от берега, вырисовывающихся на горизонте своими вращающимися лезвиями. Опять же, вы могли видеть их на чьей-то крыше или в рамках небольшой городской операции. Независимо от местоположения, ветряные турбины и энергия ветра становятся все более распространенным явлением в современном мире.

Во многом это связано с угрозой изменения климата, загрязнением воздуха и желанием избавить человечество от зависимости от ископаемого топлива. Что касается альтернативных и возобновляемых источников энергии, ожидается, что ветровая энергия в будущем займет вторую по величине долю рынка (после солнечной).Но как именно работают ветряные турбины?

Описание:

Воздушные турбины — это устройства, которые превращают кинетическую энергию ветра и изменения воздушного потока в электрическую энергию. Как правило, они состоят из следующих компонентов: ротора, генератора и конструктивного опорного элемента (который может иметь форму башни, механизма рыскания ротора или того и другого).

Исследовательский центр Эймса НАСА и Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США проводят испытания исследовательской ветряной турбины в крупнейшей в мире аэродинамической трубе в апреле 2000 года.Предоставлено: NASA

. Ротор состоит из лопастей, которые улавливают энергию ветра, и вала, который преобразует энергию ветра в энергию вращения с низкой скоростью. Генератор, который соединен с валом, преобразует медленное вращение в высокое в электрическую энергию с помощью серии магнитов и проводника (который обычно состоит из спиральной медной проволоки).

Когда магниты вращаются вместе с медным проводом, он создает разницу в электрическом потенциале, создавая напряжение и электрический ток.Наконец, есть структурный опорный компонент, который гарантирует, что турбина либо стоит на достаточно большой высоте, чтобы оптимально улавливать изменения давления ветра, и / или смотрит в направлении потока ветра.

Типы ветряных турбин:

В настоящее время существует два основных типа ветряных турбин — ветровые турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветровые турбины с вертикальной осью (VAWT). Как следует из названия, горизонтальные ветряные турбины имеют вал главного ротора и электрический генератор на вершине башни с лопастями, направленными против ветра.Турбина обычно располагается с наветренной стороны от опорной башни, поскольку за ней может возникать турбулентность.

В турбинах с вертикальной осью (опять же, как следует из названия) вал главного ротора расположен вертикально. Как правило, они меньше по размеру, и их не нужно указывать в направлении ветра для вращения. Таким образом, они могут использовать ветер, который меняется по направлению.

Ветряк Дарье, расположенный в Мартиньи, Швейцария.Предоставлено: Wikipedia Commons / Lysippos

. В целом ветряные турбины с горизонтальной осью считаются более эффективными и могут производить больше энергии. Хотя вертикальная модель вырабатывает меньше электроэнергии, ее можно разместить на более низких высотах, и она требует меньше компонентов (особенно механизма рыскания). Ветряные турбины также можно разделить на три основные группы в зависимости от их конструкции, в которую входят модели Towered, Savonius и Darrieus.

Модель с башней — это самая обычная форма HAWT, состоящая из башни (как следует из названия) и ряда длинных лопастей, которые расположены впереди (и параллельно) башне.Savonis — это модель VAWT, в которой используются лопасти (совки) специальной формы для улавливания ветра и вращения. Как правило, они малоэффективны, но имеют преимущество в том, что они запускаются автоматически. Такие турбины часто используются в ветроэнергетических установках на крышах или устанавливаются на морских судах.

Модель Дарье, также известная как турбина «взбивалка для яиц», названа в честь французского изобретателя, пионера конструкции — Жоржа Дарье. В этой модели VAWT используется серия вертикальных лопастей, которые расположены параллельно вертикальной опоре.Как правило, они имеют низкий КПД, требуют дополнительного ротора для начала вращения, создания высокого крутящего момента и создания большой нагрузки на опору. Следовательно, они считаются ненадежными с точки зрения дизайна.

История развития:

Энергия ветра тысячелетиями использовалась для толкания парусов, работы ветряных мельниц или создания давления для водяных насосов. Самые ранние известные примеры происходят из Центральной Азии, где ветряные мельницы, использовавшиеся в древней Персии (Иран), были датированы периодом между 500 и 900 годами нашей эры.Технология начала появляться в Европе в средние века и стала обычным явлением к 16 веку.

Первая ветряная турбина с автоматическим управлением, построенная в Кливленде в 1887 году Чарльзом Ф. Брашем. Предоставлено: Wikipedia Commons

К 19 веку, с развитием электроэнергии, были построены первые ветряные турбины, способные вырабатывать электричество. Первый был установлен в 1887 году шотландским академиком Джеймсом Блайтом для освещения своего загородного дома в Мэрикирке, Шотландия.В 1888 году американский изобретатель Чарльз Ф. Браш построил первую автоматизированную ветряную турбину для питания своего дома в Кливленде, штат Огайо.

К началу 20 века ветряные турбины стали обычным средством питания домов в отдаленных районах (например, на фермах). В 1941 году первая ветряная турбина мегаваттного класса была установлена ​​в Вермонте и подключена к местной электросети. В 1951 году Великобритания установила свою первую ветряную турбину, подключенную к энергосистеме, на Оркнейских островах.

К 1970-м годам исследования и разработки в области ветряных турбин значительно продвинулись вперед благодаря кризису ОПЕК и протестам против ядерной энергетики.В последующие десятилетия ассоциации и лоббисты, посвященные альтернативной энергии, начали появляться в западноевропейских странах и Соединенных Штатах. К последнему десятилетию 20-го века аналогичные усилия были предприняты в Индии и Китае из-за растущего загрязнения воздуха и растущего спроса на чистую энергию.

Энергия ветра:

По сравнению с другими видами возобновляемой энергии, энергия ветра считается очень надежной и устойчивой, поскольку ветер постоянен из года в год и не ослабевает в часы пиковой нагрузки.Изначально строительство ветряных электростанций было дорогостоящим предприятием. Но благодаря недавним улучшениям ветроэнергетика стала устанавливать пиковые цены на оптовых рынках энергии во всем мире и сокращать доходы и прибыль индустрии ископаемого топлива.

Поперечное сечение вертикальной ветряной турбины. Фото: energy.gov

Согласно отчету, опубликованному Министерством энергетики в марте 2015 года, рост ветроэнергетики в Соединенных Штатах может привести к появлению еще более высококвалифицированных рабочих мест во многих категориях.Документ, озаглавленный «Видение ветра: новая эра ветроэнергетики в Соединенных Штатах», указывает, что к 2050 году на эту отрасль может приходиться до 35% производства электроэнергии в США.

Кроме того, в 2014 году Глобальный совет по ветроэнергетике и Гринпис Интернэшнл собрались вместе, чтобы опубликовать отчет под названием «Глобальный обзор ветроэнергетики 2014». В этом отчете говорится, что к 2050 году ветроэнергетика во всем мире может обеспечивать от 25 до 30% мировой электроэнергии. На момент написания отчета коммерческие установки в более чем 90 странах имели общую мощность 318 гигаватт (ГВт), обеспечивая около 3.1% мирового предложения.

Это представляет собой почти шестнадцатикратное увеличение скорости внедрения с 2000 года, когда на ветроэнергетику приходилось менее 0,2%. Другой способ взглянуть на это — сказать, что доля рынка ветроэнергетики удвоилась в четыре раза менее чем за 15 лет. Это ставит его на второе место после солнечной энергетики, которая выросла в семь раз за тот же период, но по-прежнему уступает ветру по общей доле на рынке (около 1% к 2014 году).

Морская ветряная электростанция, расположенная у побережья Бельгии.Предоставлено: Wikipedia Commons / Hans Hillewaert

Что касается его недостатков, то постоянно поднимается один вопрос — это влияние ветряных турбин на местную дикую природу и нарушение их присутствия на местном ландшафте. Однако эти опасения часто раздуваются группами с особыми интересами и лоббистами, стремящимися дискредитировать ветроэнергетику и другие возобновляемые источники энергии.

Например, исследование 2009 года, опубликованное Национальной лабораторией возобновляемой энергии, показало, что менее 1 акра на мегаватт постоянно нарушается строительством крупномасштабных ветряных электростанций, и менее 3.5 акров на мегаватт временно нарушены. В том же исследовании сделан вывод о том, что воздействие на дикую природу птиц и летучих мышей относительно невелико, и что те же выводы справедливы и для морских платформ.

Во всем мире правительства и местные сообщества обращаются к ветровой энергии для удовлетворения своих потребностей в энергии. В эпоху роста цен на топливо, растущей обеспокоенности по поводу изменения климата и совершенствования технологий это неудивительно. При нынешних темпах внедрения он, вероятно, станет одним из крупнейших источников энергии к середине века.

И обязательно посмотрите это видео о ветряных турбинах, любезно предоставленное Исследовательским центром Льюиса НАСА:

Мы написали много интересных статей о ветряных турбинах и ветроэнергетике здесь, в Universe Today.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *