Каковы основные типы вертикально-осевых ветрогенераторов. Какие преимущества имеют вертикальные ветряки перед горизонтальными. Почему вертикальные ветрогенераторы лучше подходят для использования в городских условиях. Как работают роторы Савониуса и Дарье.
Особенности конструкции вертикально-осевых ветрогенераторов
Вертикально-осевые ветрогенераторы (VAWT) отличаются от традиционных горизонтально-осевых турбин расположением оси вращения. У VAWT ось вращения располагается вертикально, перпендикулярно направлению ветра. Это дает ряд преимуществ, особенно при использовании в городской среде:
- Независимость от направления ветра — нет необходимости в механизмах ориентации на ветер
- Возможность работы при турбулентных потоках воздуха
- Компактность и низкий профиль
- Простота конструкции и обслуживания
Существует два основных типа вертикально-осевых ветрогенераторов: ротор Савониуса и ротор Дарье. Они отличаются принципом работы и конструкцией лопастей.
Ротор Савониуса: принцип работы и особенности
Ротор Савониуса работает по принципу сопротивления и состоит из двух или нескольких вертикальных лопастей S-образной формы. Как устроен и работает ротор Савониуса:
- Лопасти имеют форму полуцилиндров, обращенных выпуклой и вогнутой сторонами к ветру
- Разница в сопротивлении выпуклой и вогнутой поверхностей создает крутящий момент
- Ветер, проходя между лопастями, усиливает вращающий эффект
- Простая конструкция позволяет работать при низких скоростях ветра
- КПД относительно невысок — около 15-20%
Основные преимущества ротора Савониуса — простота, надежность и способность запускаться при слабом ветре. Это делает его подходящим для небольших автономных систем.
Ротор Дарье: конструкция и принцип действия
Ротор Дарье использует подъемную силу и состоит из двух или более изогнутых лопастей аэродинамического профиля. Особенности конструкции и работы:
- Лопасти имеют симметричный аэродинамический профиль
- При обтекании профиля возникает подъемная сила, вращающая ротор
- Эффективность выше, чем у ротора Савониуса — КПД до 35-40%
- Способен развивать высокую скорость вращения
- Требуется внешний запуск, так как не самозапускается при слабом ветре
Ротор Дарье более эффективен для генерации электроэнергии, но сложнее в изготовлении. Часто применяются гибридные конструкции, сочетающие роторы Савониуса и Дарье.
Преимущества вертикально-осевых ветрогенераторов в городской среде
Вертикально-осевые ветрогенераторы имеют ряд преимуществ при использовании в условиях городской застройки:
- Эффективная работа при турбулентных потоках между зданиями
- Низкий уровень шума по сравнению с горизонтальными турбинами
- Компактность и возможность установки на крышах зданий
- Безопасность для птиц из-за низкой скорости вращения
- Эстетичный внешний вид, гармонирующий с архитектурой
Эти факторы делают вертикальные ветрогенераторы оптимальным выбором для распределенной генерации энергии в городах.
Сравнение вертикально-осевых и горизонтально-осевых ветрогенераторов
Вертикально-осевые ветрогенераторы имеют ряд отличий от традиционных горизонтальных турбин:
| Параметр | Вертикально-осевые | Горизонтально-осевые |
|---|---|---|
| Ориентация на ветер | Не требуется | Необходима |
| Работа при турбулентном потоке | Эффективная | Снижение эффективности |
| Шумность | Низкая | Выше |
| Максимальный КПД | До 40% | До 50% |
| Габариты | Компактные | Крупногабаритные |
Вертикальные турбины уступают горизонтальным в максимальном КПД, но превосходят по другим параметрам, важным для городского применения.
Применение вертикально-осевых ветрогенераторов
Вертикально-осевые ветрогенераторы находят применение в различных сферах:
- Автономное энергоснабжение отдельных зданий и сооружений
- Освещение улиц и рекламных конструкций
- Подзарядка электромобилей на парковках
- Энергообеспечение телекоммуникационных вышек
- Опреснение воды и водоподготовка
- Питание систем мониторинга окружающей среды
Компактность и автономность делают вертикальные ветрогенераторы удобным решением для локального производства энергии в городах.
Перспективы развития вертикально-осевых ветрогенераторов
Вертикально-осевые ветрогенераторы активно развиваются и совершенствуются. Основные направления улучшений:
- Повышение КПД за счет оптимизации аэродинамики лопастей
- Применение новых композитных материалов для снижения массы
- Разработка эффективных систем аккумулирования энергии
- Интеграция в архитектуру зданий на этапе проектирования
- Создание «умных» систем управления для оптимизации работы
Развитие технологий позволит сделать вертикальные ветрогенераторы еще более эффективным инструментом для распределенной генерации энергии в городах.
Вертикально-осевые ветрогенераторы «ALTERRA-helix» (СОБСТВЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО) — Ветрогенератор «ALTERRA-helix»
Перевести страницу
Каталог товаров / Ветрогенераторы (Wind turbines) / Вертикально-осевые ветрогенераторы «ALTERRA-helix» (СОБСТВЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО)
Оформить заказ Базовая комплектация:
Генератор – 1 шт.
Ротор – 1 шт.
Лопасти – 1 комплект.
Крепёж (монтажный комплект) – 1 шт.
Технический паспорт – 1 шт.
Способный обеспечить до 12 кВт /сутки
Ветрогенератор «Helix -blue » 500 Вт
Наше предприятие специализируется на комплексной реализации проектов согласно потребностям заказчика.
Вам достаточно заполнить заявку с опросным бланком и наши специалисты проведут все расчеты за Вас.
Ветрогенератор – это экологичное и безопасное оборудование. Использование ВЭС марки «ALTERRA» позволит существенно снизить или полностью исключить расходы на топливо, возведение линий электропередач. Альтернативная энергетика позволяет не зависеть от тарифов, и платежей за подключение к сети. Срок службы ВЭС колеблется до 25 лет, без существенных затрат на эксплуатацию. Наша страна обладает богатейшими ветроэнергетическими ресурсами и огромным потенциалом для развития альтернативной энергетики, а разрешений для установки ВЭС и его дальнейшей эксплуатации в России не требуется.
| Модель | «Helix -blue » 500 Вт |
| Диаметр ветрутурбины | 1,1 |
| Высота лопасти | 1,3 |
| Количество лопастей | 2 |
| Номинальное число оборотов ротора (об/мин) | 400 |
| Номинальная мощность Вт | 500 |
| Максимальная мощность Вт | 600 |
| Стартовая скорость ветра | |
| Номинальная скорость ветра | 7м/с |
| Рабочая скорость ветра | 3-20м/с |
| Высота мачты (м) | 4 |
| Масса ВЭС (без мачты) | 45 |
| Коэффициент использования энергии ветра | >0,42 |
| Тип генератора | 3х фазный, на постоянных магнитах |
| Частота генератора (Гц) | 0-50 |
| Ток с генератора | переменный |
| Номинальное выходное напряжение (В) | 12/24/48 |
| Номинальный ток (А) | 42 |
| Максимальный ток (А) | 50 |
| Характеристики инвертора | В зависимости от хар-к системы |
| Рекомендуемое количество АКБ | 1-2 |
| Рекомендуемая емкость АКБ, А*ч* | 150 |
| Эффективность системы преобразования | >0,85 |
| Уровень шума, Дб, Не более | 33 |
описание и принцип работы, отличия от моделей с горизонтальной осью вращения
В последнее время замечается стремительный рост популярности альтернативных источников энергии.
Использование ветра относится к самым востребованным направлениям в энергетике, поэтому многие люди задумываются о покупке вертикального ветрогенератора для своего дома. Народные умельцы пытаются соорудить такую установку своими руками, что вполне реально.
- Общая информация
- Основные преимущества
- Принцип работы и классификация
- Модели с ротором Дарье и Савониуса
- Другие типы
- Вертикально-осевые устройства
- Изготовление своими руками
Общая информация
Задача современного вертикального ветряка заключается в преобразовании силы ветра в электрическую энергию. Первые прототипы подобного изобретения появились очень давно, но в те времена люди не придавали им такого значения, как сейчас. Что касается современных установок, то они характеризуются массой преимуществ и обеспечивают стабильную подачу электроэнергии, которой вполне хватает для бытовых нужд. В некоторых европейских странах доля потребляемых энергоресурсов, вырабатываемых ветровыми станциями, составляет 25%.
Вертикальные ветрогенераторы по некоторым параметрам превосходят классические горизонтальные типы, что обусловлено специфической конструкцией и принципом работы. У них, в отличие от моделей с горизонтальной осью, практически нет узлов и механизмов, которые ориентируются на ветровой поток. Из-за этой особенности любые гидроскопические нагрузки существенно снижаются, а конструкция принимает произвольное положение независимо от направления ветрового потока. При этом такие ветряки обладают более простым исполнением, что позволяет соорудить их в домашних условиях.
Среди ключевых разновидностей установок с вертикальной осью вращения выделяют:
- ортогональную конструкцию;
- механизм Дарье;
- механизм Савониуса;
- ветряк с геликоидной конструкцией.
Основные преимущества
Главным преимуществом вертикального ветряка является его способность функционировать на низкой высоте, выдавая высокий уровень КПД.
За счет особого профиля лопастей и специфической формы ротора агрегат обеспечивает лучшие показатели производительности, которые не меняются в зависимости от движения ветра. Компактные модели бытового назначения оснащены тремя (или больше) вращающимися элементами, способными мгновенно зафиксировать порыв ветра и начать процесс его преобразования в электрическую энергию. Они работают при силе ветра от 1,5 м/с, что существенно повышает их эффективность и КПД.
Во время работы установка не издает шума или характерного для крупных ветряков звука, что считается бесспорным плюсом. Также она не выбрасывает вредные вещества в атмосферу, не нуждается в частом обслуживании и продолжает поставлять в помещение качественную энергию в течение большого промежутка времени.
Если составить список достоинств вертикальных ветрогенераторов, то он будет состоять из таких пунктов:
- Максимальная экологичность.
- Способность работы без дополнительного топлива.
- Экономичность.
- Отсутствие сложного и частого обслуживания.
- Работа на основе неисчерпаемой энергии.
Если ветряк сконструирован правильно, то он сможет превратить частное помещение в автономный объект по добыче электричества, став дополнительным источником дохода. Однако кроме плюсов у таких агрегатов есть и минусы:
- Дороговизна. Заводские модели от иностранных брендов стоят довольно дорого, но ветрогенераторы с вертикальной осью вращения российского производства вполне доступные.
- Приличный уровень шумности. Такой минус присутствует у крупных промышленных ветряков, так как бытовые разработки практически бесшумные.
- Нестабильная мощность.
Последняя особенность ветряков считается наиболее существенной, но специалисты избавляются от нее с помощью установки нескольких батарей.
Также важно отметить, что производительность ветряной станции может зависеть от погодных условий, которые зачастую бывают непредсказуемыми. Плюсов у подобного генератора энергии гораздо больше, чем минусов, поэтому вопрос его установки в частном доме становится все более актуальным.
Принцип работы и классификация
В основе работы вертикального ветряка применен принцип магнитной левитации. При вращении турбин происходит образование импульсной и подъемной силы, а также силы фактического торможения. За счет первых двух лопасти установки начинают двигаться, что вызывает активацию ротора и приводит к созданию магнитного поля. Система работает автономно и не требует участия владельца.
Несмотря на общий принцип работы, ветроулавливающие приборы могут отличаться своей конструкцией. И хоть это практически не сказывается на эффективности и производительности, но помогает найти оптимальный вариант для конкретных задач в конкретной местности.
Если говорить об ортогональных системах, то они построены на базе прочной оси вертикального вращения и нескольких лопастей, которые находятся на удалении от центровой основы. Система не требует монтажа дополнительных направляющих узлов и полноценно работает при любом ветре. Вертикальное расположение главного вала позволяет устанавливать привод на уровне земли, а это заметно упрощает дальнейшую эксплуатацию или ремонтные работы.
Единственным уязвимым местом в ортогональных генераторах являются опорные узлы. Они обладают не очень большим эксплуатационным сроком, что объясняется необходимостью работать под высокими нагрузками, которые оказывает ротор. Чтобы предотвратить быстрое повреждение системы, опорные детали нужно вовремя обслуживать, осуществляя замену вышедших из строя элементов новыми.
Среди минусов приборов этого типа выделяют внушительный вес лопастей, а также меньший показатель КПД по сравнению с горизонтально-осевыми приборами. Но для бытовых целей подобных ветрогенераторов вполне хватает.
Со своими рабочими обязанностями они справляются в лучшем виде.
Со своими рабочими обязанностями они справляются в лучшем виде.Модели с ротором Дарье и Савониуса
Устройства, в основе которых работает ротор Дарье, оборудованы вертикальной осью вращения и двумя-тремя плоскими лопастными системами, не имеющими характерного аэродинамического профиля и находящимися у основания и на верхушке. Принцип работы установки базируется на силе или направлении ветра. К преимуществам такого ветряка относятся:
- Максимальная скорость вращения.
- Возможность монтажа системы привода непосредственно на земле.
- Простота осмотра и обслуживания.
Модели с двумя лопастями вступают во взаимодействие с ветром только при его сильных порывах. Если ветровой поток недостаточно интенсивный или равномерно набегающий, они остаются неподвижными. Из недостатков ветряков с генератором Дарье выделяют уязвимость к динамическим нагрузкам и сравнительно низкий показатель КПД.
Что касается ветряных устройств, оснащенных ротором Савониуса, то они обладают полуцилиндрическими лопастями и обеспечивают высокий крутящий момент даже при недостаточно сильном ветре.
Максимальная мощность ветрогенераторов этого типа достигает 5 кВт, поэтому их практически не применяют в качестве самостоятельной рабочей станции. Вместо этого приборы стали использоваться как инструмент для разгона роторных моделей Дарье. Из-за весомых недостатков массовое производство такого оборудования считается неоправданным.
Другие типы
Ветряки, оснащенные многолопастным ротором, представляют собой качественную модернизацию классических моделей ортогонального типа. В основе их работы лежит роторный комплекс из нескольких лопастей, размещенных в два ряда. Наружный ярус является статичным и выполняет роль направляющего механизма, захватывая поток ветра и сжимая его. За счет этой технологии фактическая скорость ветра существенно растет.
Второй ярус состоит из подвижных элементов, которые воспринимают воздухопоток от наружных лопастей под определенным углом. Такая конфигурация делает прибор высокопроизводительным и существенно повышает его КПД.
Но стоят системы с многолопастным ротором недешево, поэтому среднестатистические потребители останавливаются на более простых и доступных решениях. Тем не менее эксперты в области энергетики заявляют, что эта установка демонстрирует наилучшую эффективность в своем классе и может работать даже при незначительном ветровом потоке.
Также на рынке широко распространены геликоидные ветряные установки, представляющие собой усовершенствованную версию ортогональных приборов. В этих приборах лопасти закручены по дуге, что обеспечивает эффективное улавливание ветрового потока и стабильное вращение. Применение передовой технологии вращения снижает динамическую нагрузку на основные рабочие элементы, что положительно сказывается на сроках службы установки.
Устройства с геликоидным ротором обладают максимальной надежностью и способны справляться с большими нагрузками. Но при работе они могут издавать шум и дополнительные звуковые волны.
К сожалению, такая разновидность ветряков не обрела широкой популярности из-за высокой стоимости.
Объясняется это тем, что производство геликоидных приборов — очень трудоемкий и длительный процесс, который подразумевает использование сложной технологии.Вертикально-осевые устройства
Что касается вертикально-осевых генераторов, то они отличаются от предыдущих типов расположением лопастной системы. В вертикальной конфигурации она напоминает собой авиационное крыло с параллельной вертикальному валу осью. По своим конструктивным особенностям изобретение слегка похоже на ротор Дарье, но у него есть масса преимуществ и уникальных особенностей.
Работает такой генератор намного быстрее, чем остальные модели, поэтому показатели его КПД заметно выше. За короткий промежуток времени установка выдает требуемый энергоресурс и восполняет нужды потребителей в энергопотреблении.
Также к плюсам системы можно отнести максимальную надежность и долговечность, способность справляться с внушительными нагрузками и относительную дешевизну. За счет таких характеристик вертикально-осевые генераторы пользуются большой популярностью и являются лидерами рынка.
Изготовление своими руками
Даже самые простые модели ветрогенераторов стоят довольно дорого, поэтому позволить себе покупку такого устройства может не каждый. Из-за этого народные умельцы и талантливые изобретатели стали изготовлять продуктивные механизмы своими руками.
Сделать ветрогенератор вертикально-осевого типа несложно. Для этого нужно найти подходящее комплектующее оборудование, составить чертежи и следовать инструкции. При минимальных порывах ветра такой ветряк начнет работать, радуя своих владельцев доступной и качественной электроэнергией. Для создания будущего генератора необходимо подготовить:
- ротор — подвижный узел;
- лопастную систему;
- осевую мачту;
- статор;
- батареи;
- инвертор;
- контроллер.
При самостоятельном изготовлении лопастей рекомендуется задействовать легкий пластик, который обладает хорошей упругостью.
Остальное сырье боится всевозможных воздействий и быстро деформируется, поэтому лучше останавливаться на пластиковых конструкциях.
Перед тем как приступить к производству, нужно учесть, что такой прибор недостаточно мощный и существенно уступает заводским образцам по производительности. Чтобы не разочароваться в самодельной конструкции, лучше заранее сделать ее в 2 раза мощнее, чем упоминается в инструкции.
Без сомнений, ветровой генератор — это одно из самых полезных изобретений нашего века. И необязательно быть олигархом, чтобы обзавестись такой системой, ведь при минимальных усилиях ее можно изготовить самостоятельно.
Ветряная турбина с вертикальной осью для городского применения
Ветровая турбина с вертикальной осью для городского применения
Энергия ветра является коммерчески проверенной и быстро развивающейся формой производства электроэнергии. Ветряные турбины обеспечивают чистую, возобновляемую и экономически эффективную электроэнергию по всему миру и быстро становятся основной технологией возобновляемой энергии после солнечной (солнечной) энергии.
Принятая классификация ветродвигателя определяется его осью ориентации. Либо как Ветровая турбина с горизонтальной осью (HAWT) или как ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT).
Трехлопастные ветряные турбины с горизонтальной осью повсюду, это проверенная и надежная конструкция с долгой историей доработок и улучшений. HAWT широко используются в больших массивах ветряных электростанций в сельской местности, а также в открытых морских проектах, где движение ветра более чистое, сильное и беспрепятственное.
Однако из-за высотных зданий, деревьев и больших искусственных сооружений характер и течение ветра вокруг городов и городских районов менее предсказуемы, более хаотичны и полны турбулентности. Это делает большие горизонтальные конструкции ветряных турбин с аэродинамическим профилем менее эффективными в городских и полугородских районах.
Конструкция ветряной турбины с вертикальной осью
Ветряная турбина с вертикальной осью , или сокращенно ВАВТ, более привлекательна и лучше подходит для использования в городах и городской среде, где поток ветра менее предсказуем.
Это делает VAWT гораздо лучшим выбором как для наземной установки, так и для монтажа на зданиях и крышах, что в противном случае ограничило бы установку более высоких горизонтальных конструкций турбины.
Кроме того, этот тип ветряного генератора является всенаправленным, что означает, что он не требует ориентации лопастей против встречного ветра, как это всегда требуется по его конструкции. Тогда у VAWT нет сложных требований к зевоте или хвостовому плавнику, чтобы гарантировать, что он всегда смотрит в правильном направлении.
Частично благодаря простой конструкции вертикальных лопастей с низким коэффициентом трения турбины с вертикальной осью имеют относительно низкую скорость включения ветра, что позволяет им работать в окружении зданий и объектов инфраструктуры независимо от характеристик или направления ветра. Еще одно преимущество ветряных турбин с вертикальной осью заключается в том, что они могут быть расположены близко к точке использования, что снижает нагрузку на любую существующую сетевую инфраструктуру, способствуя устойчивости и уменьшая любые экологические проблемы.
Конструкции ветряных турбин с вертикальной осью
Энергия проходит через окружающую среду в виде течения или потока ветра. Максимальное количество энергии, которую любая ветряная турбина может извлечь из ветра, во многом зависит от ее типа, конструкции и местоположения. Горизонтальные ветряные турбины извлекают энергию, замедляя набегающий ветер с помощью лопастей ротора. Если он хочет добиться 100% эффективности при этом, лопасти ротора должны будут останавливать 100% ветра, что явно невозможно.
Ветряные турбины с вертикальной осью представляют собой новый тип технологии выработки электроэнергии, предназначенный для небольшой ниши городского рынка. Как правило, VAWT будут иметь довольно низкое визуальное и экологическое воздействие вокруг зданий, поскольку они короче по высоте, чем традиционная горизонтальная ветряная турбина. Кроме того, их основные рабочие компоненты, такие как генератор и редуктор, расположены ближе к земле, что требует меньшего количества конструкционных опор.
Это делает техническое обслуживание, осмотр и ремонт этих турбогенераторов довольно простыми.
Ветряные турбины с вертикальной осью вращаются вокруг оси, перпендикулярной ветру, с использованием различных конструкций. Вращающиеся лопасти, чашки или конструкции для взбивания яиц в настоящее время очень широко доступны, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Первоначально турбинные конструкции с вертикальной осью использовались для перекачивания воды и орошения сельскохозяйственных культур в отдаленных местах при ветре, дующем с любого направления и с небольшой скоростью. Сегодня VAWT являются эффективным решением для использования в населенных пунктах, где ветер нестабилен, при этом конструкция VAWT подразделяется на два основных типа: Savonius (с тяговым приводом) и Darrieus (с подъемным приводом).
Ветряная турбина Савониуса
Ветряная турбина Савониуса (названная в честь ее финского изобретателя) представляет собой простую конструкцию, основанную на принципе «дифференциального сопротивления».
В роторе Савониуса используются два смещенных полуцилиндрических аэродинамических профиля, полуцилиндры или чашки, установленные вокруг вертикального вала, аналогично конструкции, используемой в анемометрах скорости ветра.
Обычно конструкции Савониуса состоят из двух или трех чаш, чаш на секцию или двух полуцилиндров, обращенных в противоположных направлениях к ветру, так что они образуют своего рода S-образную конструкцию, прикрепленную к вертикальному валу. Это означает, что он может вращаться только в одном направлении, как показано на рисунке.
Типы конструкции ротора турбины Савониуса
Турбины Савониуса работают, направляя ветер с обратной стороны вогнутой стороны стаканов или цилиндров с одной стороны и внутрь выпуклой стороны стаканов с другой стороны. Это направление ветра между чашками или полуцилиндрами приводит к движению и вращению вокруг закрепленного вертикального вала.
Тогда турбины Савониуса работают по принципу сопротивления, так как чашки имеют меньшее сопротивление при вращении в направлении ветра и большее сопротивление при вращении против ветра.
Это влияние различных сил усиливается за счет движения ветра и воздуха между двумя (или тремя) чашками, что, в свою очередь, увеличивает крутящий момент вала для использования в производстве электроэнергии или перекачивании воды.
Однако, поскольку они работают только по принципу сопротивления, они, как правило, менее эффективны, чем другие конструкции VAWT, поскольку можно успешно извлечь только около 25–30% энергии, доступной в ветре.
Основное преимущество конструкции ротора Савониуса заключается в том, что его очень легко вращать. Присущая ему низкая скорость ветра при включении и низкое передаточное отношение скорости позволяют ему извлекать энергию из любого ненаправленного ветра. Таким образом, он хорошо подходит для работы во многих городских районах с низкой скоростью ветра, а также с переменным направлением ветра.
Ветряные турбины с вертикальной осью ротора Савониуса — это простые, не требующие особого ухода турбины, которые можно использовать в приложениях, не требующих большого количества электроэнергии.
Самодельные конструкции ротора Савониуса также были изготовлены из двух половин масляного барабана для простых автономных перекачивающих насосов. Но наиболее распространенным применением ротора Савониуса является их использование в анемометрах скорости ветра, которые измеряют скорость ветра.
Конструкция ветряной турбины Darrieus
Ротор ветряной турбины Darrieus (названный в честь французского изобретателя) использует две или три тонкие лопасти с аэродинамическим профилем или лопасти, которые выглядят как вертикальные лопасти или конструкция в форме взбивалки, установленная на вертикальном валу. Лопасти в форме аэродинамического профиля расположены горизонтально вокруг центрального вала, что обеспечивает лучшие аэродинамические характеристики и гораздо более простую конструкцию, чем ротор Савониуса. Ротор может состоять из двух, трех и более прямых, изогнутых или аэродинамических лопастей в своей конструкции. Два прямых лезвия широко известны как конфигурация Н-образного лезвия.
Типы конструкции ротора турбины Дарье
Ротор Дарье работает по принципу подъемной силы (аналогично горизонтальному ротору с аэродинамическим профилем) с максимальным крутящим моментом, создаваемым, когда профилированные лопасти движутся поперек ветра быстрее, чем скорость ветра. Это означает, что они могут извлекать больше полезной энергии из ветра на единицу омываемой площади, в отличие от ротора Савониуса.
При вращении по круговой траектории в воздухе каждая лопасть создает небольшую подъемную силу, что приводит к положительному крутящему моменту на роторе, аналогичному аэродинамическим силам на крыле самолета, и чем больше подъемная сила, тем больше вращение. Механическая энергия передается на центральный вал некоторой касательной силой, которая передает мощность электрическому генератору внизу.
В отличие от предыдущего ротора Савониуса, чистый ротор Дарье не является самозапускающейся машиной, поэтому для первоначального запуска требуется внешний механизм.
То есть ротор уже должен вращаться, прежде чем ветер сможет оказать на него движущую силу. Как правило, небольшой ротор Савониуса встроен в главный вал Дарье для обеспечения необходимого пускового момента на низких скоростях.
Преимущество конструкции ротора Дарье заключается в том, что после запуска он может вращаться с довольно высокой скоростью, производя большую выходную мощность, чем ротор Савониуса. Лопасти некоторых высококлассных коммерческих вертикальных ветряных турбин имеют шарниры для переменных углов наклона, которые при высоких скоростях вращения перемещают положение из-за центробежных сил и снижают скорость вращения, тем самым устраняя опасность превышения скорости.
Ветряная турбина с вертикальной осью Краткое описание
Ветряные турбины используются для преобразования энергии ветра в электричество или для перекачивания воды. Рост и признание ветряных турбин в городских условиях по-прежнему ограничены, но городские VAWT имеют несколько преимуществ по сравнению с их более крупными собратьями с горизонтальной осью.
Они могут генерировать электроэнергию на местном уровне для автономных приложений, сокращать выбросы парниковых газов электростанциями, а также способствовать устойчивому развитию местного сообщества.
Ветряные турбины с вертикальной осью в форме ротора Савониуса или Дарье хорошо подходят для городов и городских районов со слабой и нестабильной скоростью ветра. Ветряная турбина Савониуса вращается с меньшей скоростью, поэтому лучше подходит для перекачки воды. Ветряная турбина Дарье вращается с более высокой скоростью, поэтому лучше подходит для производства электроэнергии. Однако роторы Дарье не запускаются автоматически.
В результате теперь доступны гибридные роторы Дарье-Савониуса, которые могут извлекать больше кинетической энергии из низкой или непредсказуемой скорости ветра для использования в городских условиях. Одной из таких конструкций гибридных VAWT является ветряная турбина с вертикальной осью NINILADY мощностью 300 Вт, которая состоит из ротора Савониуса S-типа с тремя лопастями аэродинамического профиля, образующими ротор Дарье для максимальной производительности.
Он может генерировать электроэнергию при относительно низкой скорости ветра 1,3 м/с и достигать номинальной выходной мощности 300 Вт при скорости 10 м/с.
Чтобы узнать больше о «Энергии ветра» или получить больше фактов об энергии ветра о различных системах ветряных турбин, доступных для домашнего строителя, или изучить преимущества и недостатки самодельной энергии ветра, щелкните здесь, чтобы получить копию одного из них. из лучших «Руководств по ветряным турбинам с вертикальной осью» сегодня и узнайте больше о проектировании, разработке, изготовлении и тестировании небольших ветряных турбин с вертикальной осью.
Ветряная турбина Pikasola 200 Вт макс. 220 Вт, 12 В, 5 лопастей…
NINILADY 600W 800W Вертикальная ветряная турбина 12V 24V…
Pikasola 1400W 12/24v Battery Off Grid Controller…
Контроллер заряда ветряной турбины Pikasola Mini Wind.
..
Долговечная приманка ветряных турбин с вертикальной осью
Посетите любую ветряную электростанцию в мире, и вы увидите трехлопастные турбины с направленными против ветра роторами и горизонтальными гондолами, расположенными на вершине высоких башни. Эта конструкция ветряной турбины с горизонтальной осью, которую иногда называют датской концепцией из-за страны, где она была впервые коммерциализирована, стала отраслевым стандартом во всем мире. Но не все убеждены, что это путь вперед.
Еще в 2010 году британская архитектурная фирма Grimshaw и инженеры Arup представили то, что, по их мнению, станет конструкцией ветряной турбины будущего. Самые большие ветряные турбины того времени на рынке имели мощность семь МВт на машину, и были сомнения относительно того, насколько они могут быть больше. Гримшоу и Аруп предусмотрели морскую ветряную турбину, которая была бы более чем в два раза мощнее, вырабатывая 15 МВт на единицу, и выглядела бы совсем иначе, чем те, что были на рынке до сих пор.
Вместо трех роторов на вершине башни Aerogenerator X, разработанный для ныне несуществующей компании Wind Power Limited, имел две лопасти, расположенные больше как у блендера, вращающиеся вокруг вертикальной оси в основании машины. . Проект стал результатом 18-месячного технико-экономического обоснования с участием оборонного подрядчика QinetiQ, а также университетов Крэнфилда, Стратклайда и Шеффилда, сообщила в то время компания Wind Power Limited.
«Aerogenerator X считается одним из единственных реальных альтернативных решений, доступных для надежной и экономичной реализации стратегии британской морской ветроэнергетики», — говорится в сообщении компании. «Он не имеет таких же ограничений по весу, как обычные ветряные турбины, и лопасти не испытывают усталости, вызванной весом. Эта новая конструкция в два раза меньше аналогичной турбины с горизонтальной осью, а ее вес сосредоточен в основании конструкции».
В данном случае ограничения, перечисленные Wind Power Limited, не помешали масштабированию датской концепции.
В то время как концепция Aerogenerator X томится на чертежной доске, GE Haliade-X был сертифицирован для мощности до 14,7 МВт, а китайские фирмы Goldwind и China Three Gorges анонсировали машину мощностью 16 МВт.
Эти реальные турбины, наряду с предложениями аналогичных размеров от других производителей, имеют стандартную трехлопастную конструкцию с горизонтальной осью. Означает ли это, что разработчики Aerogenerator X ошиблись? Есть те, кто думает, что нет. В конце концов, конструкции с вертикальной осью уже обычно используются для небольших наземных турбин, поэтому технология устоялась и относительно хорошо изучена. Такие компании, как Whirlwind Wind Turbines of Spain, предлагают небольшие турбины с вертикальной осью для бытовых и промышленных потребителей.
Фото: Dreamstime.com
Вертикальные оси для плавучего морского ветра
Компания Whirlwind Wind Turbines утверждает, что ее продукция хорошо подходит для работы в порывистых условиях, проста в установке и обслуживании.
Другие ветряные турбины с вертикальной осью можно приобрести на Amazon по цене топового телевизора с плоским экраном. С другой стороны, некоторые эксперты сомневаются в целесообразности использования все более и более крупных ветряных турбин с горизонтальной осью на шельфе, где наблюдается растущая тенденция к размещению машин на плавучих платформах.
«Глядя на это с инженерной точки зрения, я вижу преимущества турбин с вертикальной осью», — говорит Уильям Уокер, старший сотрудник Stress Engineering Services, которая в 2017 году работала с Sandia National Laboratories в США над исследованием технологии. «Если у вас есть коробка передач и все важные, дорогие и тяжелые детали внизу, это значительно упрощает доступ к ним, когда вам нужно выполнять техническое обслуживание. А для поплавка, когда вы опускаете всю массу вниз, это, вероятно, может привести к снижению нагрузки на ваши швартовные канаты».
Техническое обслуживание может быть дополнительно упрощено за счет того, что ветряные турбины с вертикальной осью не нуждаются в сложных средствах управления тангажем (угол лопастей) и рысканием (направлением, в котором указывает гондола).
Защитники считают, что вероятность неисправностей, отсутствие необходимости в этих элементах управления снизит стоимость турбины. Дальнейшее снижение затрат будет связано с отсутствием необходимости в башне.
Помимо простоты обслуживания и большей устойчивости на плавучих платформах, сторонники ветряных турбин с вертикальной осью считают, что эта технология может быть менее подвержена влиянию волн. Это то, что происходит с ветровым потоком после того, как он проходит через омываемую площадь турбины. В турбинах с горизонтальной осью первая машина, обращенная к ветру, вызывает турбулентность и снижает количество энергии, которое могут производить машины, расположенные за ней.
Ветряные турбины с вертикальной осью менее выражены, что позволяет размещать машины ближе друг к другу и, таким образом, теоретически увеличивает количество энергии, которое может быть выработано для данной области. Такие преимущества побудили несколько современных стартапов пойти по стопам Aerogenerator X с конструкциями морских ветряных турбин с вертикальной осью.
Несмотря на то, что некоторые провозглашают будущее ветра, ветряная турбина с вертикальной осью еще не произвела фурор на растущем рынке ветроэнергетики. Фото: Dreamstime.com
Компании с вертикальным подходом
World Wide Wind of Norway, например, имеет не одну, а четыре модели с вертикальной осью, включая гигантскую плавучую конструкцию с двумя комплектами турбин, вращающихся в противоположных направлениях, которые, по словам компании, могут быть поставлены до 40 МВт мощности на единицу. Тем временем Hydro Wind Energy ищет спонсоров для плавучей конструкции с парусными лопастями, которая включает в себя систему накопления энергии под турбиной. А у шведского разработчика технологий SeaTwirl есть продукт с тремя вертикальными лопастями, поддерживаемыми рычагами, прикрепленными к центральной башне.
«Уникальная система компании обеспечивает более низкие производственные затраты, более низкие затраты в течение жизненного цикла и, следовательно, более низкие общие затраты», — говорится на веб-сайте SeaTwirl.
«Это особенно важно для офшорных структур».
Разработчики других технологий видят растущую роль береговых ветряных турбин с вертикальной осью. Одна из привлекательных концепций от Odin Energy из Южной Кореи представляет собой башню до 12 этажей, на каждом из которых находится центральная турбина. Су-Юн Сонг, вице-президент и главный технический директор Odin Energy, говорит, что компания планирует установить две башни мощностью 500 кВт в Лас-Вегасе, США. Компания также планирует демонстрационные проекты в Южной Корее и 300-метровую башню «в известной туристической достопримечательности Китая».
Башни предназначены для создания разницы давлений, которая увеличивает скорость ветра на турбинах, говорит он. «Башни Odin могут быть установлены в районах со слабым ветром, где невозможно установить существующие ветряные электростанции», — говорит он.
Несмотря на эти инновационные концепции, факт остается фактом: в 2022 году рынок ветряных турбин с вертикальной осью оценивался менее чем в 13 миллиардов долларов, что составляет немногим более десятой части всего рынка ветроэнергетики стоимостью 101 миллиард долларов.
И среди всех, кто верит в потенциал технологии, есть и те, кто сомневается в ее ценности. Например, Кеннет Балиа, главный технический директор Stress Engineering Services, говорит: «Если у вас есть ветряная турбина с горизонтальной осью и она находится на высоте сто метров, у вас более стабильная скорость ветра по сравнению с чем-то, что находится на высоте десяти метров. Кто-то должен провести экономический и технический анализ».
Ограниченная привлекательность на рынке
Другая распространенная критика ветряных турбин с вертикальной осью заключается в том, что они не так эффективны, как машины с горизонтальной осью, потому что возврат половины каждого оборота лопасти происходит против ветра. Что ясно, так это то, что, хотя ветряные турбины с вертикальной осью полезны для некоторых нишевых приложений, таких как выработка энергии в местах, где есть ограничения по высоте или площади, они изо всех сил пытаются превзойти традиционные трехлопастные машины с горизонтальной осью для крупномасштабных работ.
, дешевое производство электроэнергии.
Это, в свою очередь, означает, что большая часть цепочки поставок энергии ветра предназначена для создания и обслуживания трехлопастных машин с горизонтальной осью, что затрудняет конкуренцию моделям с вертикальной осью. Даже на плавучих платформах, где традиционный подход к ветряным турбинам требует массивного балласта и прочных швартовок для обеспечения устойчивости, трудно увидеть, как машины с вертикальной осью вытесняют модели с горизонтальной осью в краткосрочной перспективе.
В 2022 году Бюро управления океанической энергией Министерства внутренних дел США выставило на аукцион пять договоров аренды на создание плавучих ветряных электростанций у побережья Калифорнии. У штата нет цепочки поставок для оффшорной ветроэнергетики, что потенциально открывает рынок для новаторов, которые могут попробовать новые подходы.
Однако большинство компаний, выигравших арендные договоры, были европейскими разработчиками, такими как Equinor из Норвегии и RWE из Германии, которые имеют долгую историю работы с трехлопастными ветряными турбинами с горизонтальной осью.
