Ветрогенератор своими: Ветрогенератор своими руками

Содержание

Как сделать ветрогенератор своими руками для частного дома? | Альтернатива24

Ветрогенератор своими руками

В сфере альтернативной энергетики особое место занимает тема изготовления ветрогенератора для дома своими руками. Этому есть несколько причин. Во-первых, самодельный ветряк обходится заметно дешевле, чем солнечная электростанция такой же мощности. Во-вторых, в отличие от солнечной, энергия ветра может работать на вас и ночью, и в пасмурную погоду, и в снегопад. В-третьих, для установки ветряка не нужно много места.

Возможно ли сделать ветряк своими руками?

На этот вопрос получить наглядный ответ очень просто. Достаточно всего нескольких минут времени, чтобы своими глазами увидеть в Сети сотни, или даже тысячи, вполне работоспособных ветрогенераторов, сконструированных умельцами буквально из подручных материалов. Большинство из них успешно преобразовывают энергию ветра в электрическую, которая используется для самых разных бытовых нужд.

Эффективность, мощность, надежность и сложность реализованных конструкций – это уже другой вопрос. Далеко не все изготовленные своими руками ветрогенераторы вырабатывают достаточно электричества, чтобы покрыть все бытовые нужды. Некоторые из них слишком маломощные. Другие – не очень надежные. Попадаются и слишком мудреные, которые своими руками с наскоку сможет сделать далеко не каждый.

Сделать самому или купить?

В качестве альтернативы, дабы не делать ветрогенератор для частного дома своими руками, его можно купить в готовом к эксплуатации виде. Однако здесь есть одно препятствие, которое многих и останавливает на пути к получению «бесплатной» энергии. Это, конечно же, цена готовых предложений.

Так, в среднем, добротного качества ветрогенератор с потенциальной мощностью около 500 Вт стоит порядка 1000 долларов. И в комплекте будет только ветряк с флюгером и генератором на борту. Остальные же компоненты полноценной электростанции (полный перечень описан ниже), функционирующей за счет энергии ветра, производитель за такие деньги вам не продаст.

Если изготовить домашний ветрогенератор своими руками, то обойдется он не на порядок, а в разы дешевле. Да, он будет не такой красивый, как заводской. Да, возможно, не удастся достичь такого же КПД. Но главной цели – преобразование энергии ветра в электроэнергию для бытовых нужд – достичь с его помощью можно легко.

Более того, самодельный ветрогенератор имеет в разы больше шансов сполна окупиться уже в ближайшее время эксплуатации. Тогда как покупной заводской вариант, как правило, быстрее изнашивается, чем успевает вернуть в кошелек потраченные доллары за счет «халявного» электричества.

Устройство простейшей домашней ветряной электростанции

Перед тем, как сделать ветрогенератор своими руками, следует понимать, что для полноценного использования энергии ветра в своих целях одного этого устройства недостаточно. Ключевой в данном вопросе является проблема, связанная с непостоянством и нестабильностью ветра. Сейчас он дует, что называется, со всей силы, через час – притих, еще позже – установился абсолютный штиль. По этой причине генератор будет вырабатывать, соответственно, чрезмерно высокое напряжение, потом заниженное, а при затишье – вообще ничего генерировать не будет.

А теперь представьте, как будет работать, например, телевизор, если его напрямую подключить к такому ветряку. Он либо сгорит от перенапряжения, либо не будет работать из-за его недостатка. Именно поэтому, для работы полноценной ветряной электростанции, пусть даже и в упрощенных домашних условиях, понадобятся четыре базовых компонента:

1. Ветряк – состоит из лопастей, флюгера и генератора, вырабатывает электроэнергию с постоянно меняющимися параметрами.

2. Аккумулятор – нужен для накопления выработанного электричества, когда ветряк генерирует его в избытке, и для питания потребителей.

3. Контроллер – «выравнивает» поступающее с ветряка напряжение, управляет процессами заряда и разряда АКБ.

4. Инвертор – преобразует 12 вольт аккумулятора в необходимые для бытовых приборов 220 вольт.

В таком исполнении система будет работать по следующему принципу. Когда есть ветер, ветряк преобразует его энергию в электрическую, она стабилизируется контроллером и накапливается в АКБ. Когда включаются потребители (освещение, телевизор, холодильник) аккумулятор отдает накопленную энергию, которая за счет инвертора приобретает нужные параметры, и поступает на их питание.

В некоторых системах последний компонент не используется. Без инвертора вполне реально обойтись, если подключать к аккумулятору 12-вольтовые приборы. Сегодня есть практически все бытовые приборы – от освещения до холодильников – работающие от 12 вольт.

Конфигурация ветряка

Хотя бы вкратце стоит затронуть тему конфигурации самодельного ветряка. Здесь есть два основных конкурента:

1. Горизонтальный ветряк.

2. Вертикальный ветряк.

Горизонтальный ветряк – состоит из расположенной горизонтально оси, на которой устанавливаются лопасти, генератор и флюгер. Такая конфигурация имеет ряд преимуществ. Особенно это касается эффективности и мощности. По этим параметрам горизонтальный ветряк значительно превосходит вертикальные.

Вертикальный ветряк – состоит из вертикальной оси, на которой смонтирована турбина и генератор. По сравнению с классикой вертикальный ветрогенератор своими руками изготовить на порядок проще. Во-первых, ему не нужен флюгер, так как турбина будет вращаться независимо от направления ветра. Во-вторых, не нужен токосъемник, поскольку генератор всегда находится в одном и том же положении. Лопастные же ветряки постоянно вращаются вокруг своей оси из-за переменчивого направления ветра, что делает невозможным передачу выработанной электроэнергии через обычные провода.

Виды генераторов

Генератор – это основной узел любого ветряка. Он, собственно, и преобразует энергию ветра в электрическую. Видов этого устройства бывает несколько. Рассмотрим только основные различия и особенности.

В первую очередь, генераторы могут выдавать постоянный ток, и переменный. Постоянный ток выгоден тем, что его не надо выпрямлять перед подачей на аккумулятор. Переменный же ток придется не только стабилизировать, но и преобразовывать в постоянный. Какой вариант лучше выбрать? Очень просто. Генераторы постоянного тока упрощают использование выработанного электричества, а модели переменного тока – на порядок эффективнее.

Далее генераторы различаются по выдаваемому напряжению. От этого параметра зависит конфигурация оборудования, которое будет стабилизировать подаваемое на АКБ напряжение.

Следующий важный параметр – мощность. Чем мощнее генератор, тем больше потребителей он сможет обеспечить энергией. Одновременно с мощностью генератора увеличиваются размеры ветряка, в частности, его лопастей.

Какие нужны комплектующие?

Для изготовления простейшего ветрогенератора своими руками в домашних условиях достаточно будет следующих комплектующих:

1. Канализационная труба диаметром 150-200 мм для изготовления лопастей.

2. Генератор – проще всего взять готовый автомобильный с регулятором-выпрямителем и реле, что позволит напрямую заряжать с его помощью обычный 12-вольтовый аккумулятор (или несколько сразу, соединенных параллельно).

3. Токосъемник – можно купить готовый или изготовить самостоятельно.

4. Флюгер – нужен для ориентации лопастей по ветру.

5. Мачта – используется для подъема ветряка на необходимую высоту.

6. Основание – к нему крепится мачта.

Рассмотрим основные этапы сборки ветрогенератора своими руками из перечисленных комплектующих.

Сборка

Самостоятельную сборку лучше всего начинать с расчетов. Здесь проще всего отталкиваться от имеющегося генератора, точнее, от его мощности. В зависимости от этого высчитываются размеры лопастей. Все эти расчеты несложно провести в специальных программах, либо определить требуемые размеры по таблицам.

Лопасти

Простейшие лопасти для самодельного ветряка можно изготовить из канализационной трубы диаметром 150-200 мм. Рекомендуется для этих целей приобретать трубу оранжевого цвета. Такие изделия изготовлены из более прочного пластика, нежели бытовые серые.

Для домашнего ветрогенератора достаточно будет всего три лопасти. Как правило, все они изготавливаются из одной вышеописанной трубы. Для этого труба разрезается вдоль на три равных сегмента. После этого каждой заготовке по шаблону придается форма лопасти. На этом этапе важно зашлифовать (лучше – скруглить) все кромки лопастей, что положительно скажется на аэродинамических характеристиках, а также на прочности узла.

Готовые лопасти крепятся на ступице. Простейший ее вариант можно изготовить из куска фанеры толщиной около 10 мм. На такой ступице все лопасти следует закрепить при помощи болтов. Чтобы соединения не раскрутились от вибраций, используются специальные шайбы-гроверы.

Флюгер

Основная роль флюгера заключается в ориентации лопастей в зависимости от направления ветра. Одновременно эта часть ветряка является несущей. Помимо направляющей пластины на флюгере крепится генератор и лопастной узел.

Для изготовления флюгера маломощного ветрогенератора можно использовать древесину. Для больших ветряков лучше применить алюминиевые трубки, уголки или профили. Они прочнее и легче древесины. Вполне подойдет и стальной прокат.

На флюгере также крепится токосъемный механизм, через который независимо от вращения ветряка вокруг своей оси будет передаваться выработанная генератором электроэнергия.

Основание и мачта

Мачта служит для установки ветряка на необходимой высоте. Как правило, для бытовых нужд вполне достаточно поднять ветрогенератор на высоту около 5 метров. Для изготовления мачты понадобится прочная стальная труба диаметром, как минимум 40 мм. При высоте больше 5 метров следует также позаботиться о дополнительном креплении мачты. Как правило, для этого используются либо растяжки, либо точки крепления к фронтону постройки.

Основание служит для установки мачты с ветряком. Может быть стационарным и шарнирным. Последний вариант выгоден тем, что позволяет в любой момент без особых усилий «уложить» ветряк на землю. Такая возможность особенно пригождается в период бури, либо во время сервисного обслуживания и ремонта ветряка.

Этапы установки ветрогенератора

Монтаж ветрогенератора своими руками, как правило, выполняется в следующей последовательности:

1. Определите наилучшее месторасположение для ветрогенератора.

2. Закрепите на флюгере генератор и токосъемник.

3. Установите и закрепите на оси генератора лопастной узел.

4. Закрепите ветряк на мачте.

5. Подсоедините кабель к токосъемнику и закрепите его на мачте.

6. Установите мачту на основании.

7. Закрепите ветрогенератор при помощи растяжек или дополнительных точек опоры.

После установки ветрогенератора можно приступать к его подключению к системе, устройство которой описано выше.

Советы и рекомендации

При изготовлении и установке ветрогенератора своими руками рекомендуется учесть следующие моменты:

· Не устанавливайте ветряк в оврагах и впадинах.

· Генератор и токосъемный узел обязательно защитите от попадания влаги.

· Не используйте ветрогенератор во время штормовой погоды.

· Для временной остановки ветряка можно использовать шарнирное основание, механизм автоматического складывания флюгера, либо же блокировку генератора нагрузкой (последнее используется в заводских изделиях).

· Не подключайте самодельный ветрогенератор к потребителям напрямую.

· Регулярно проводите технический осмотр механической и электрической частей ветрогенератора.

· Если ветряк устанавливается возле постройки, то его следует поднять на высоту не менее трех метров от вершины крыши.

· Не рекомендуется жестко крепить ветрогенератор к конструкциям жилого дома, так как шум и вибрация может создавать определенный дискомфорт.

· По возможности используйте для накопления сгенерированной ветряком электроэнергии больше аккумуляторов.

· По максимуму используйте накопленную энергию без преобразований, чтобы уменьшить потери на инверторе.

Как видно из вышеописанного, простейший ветряк для дома своими руками изготовить не так уж и сложно. Однако даже маломощная ветряная электростанция позволит заметно уменьшить счета за электроэнергию, либо выйти из ситуации, когда участок вообще нет возможности запитать от общей сети.

Источник: https://eco-energetics.com/vetroenergetica/


Полезные видео

Изготовление ветрогенератора своими руками

Для изготовления ветрогенератора своими руками нужно хорошо знать устройство этого оборудования. Сначала подбирается электрогенератор и турбина. Установка их ведется на специальной мачте, зафиксированной растяжками. Раскручивание турбины идет лопастями, на которые направляется поток ветра. Полученная энергия накапливается в аккумуляторах, а потом передается на электросети.

Принцип работы

Принцип работы ветрогенератора основан на преобразовании механической энергии в электрическую. Приводимые в движение ветром лопасти передают вращение маховику. Благодаря ротору начинается процесс формирования магнитного поля. В результате образуется электрический ток.

В бытовых условиях применяются маломощные ветряки. Их мощность находится в пределах 4 кВт с напряжением 220 Вт. Работают они в автономном режиме, не зависимо от городских сетей. Имеют стандартный набор конструктивных элементов.

Виды конструкций

В зависимости от плоскости вращения ротора, ветрогенераторы делятся на:

  • Вертикальные. Вращение турбины происходит под прямым углом к поверхности земли. Для работы достаточно незначительного ветра.
    ­
  • Горизонтальные. Ось вращается параллельно плоскости земли.

Вертикальные

Благодаря своей простоте обслуживания, используются в бытовых условиях. Все основные узлы конструкции располагаются внизу и не имеют ограничения доступа. Агрегаты не зависят от направления ветра, поскольку вращение происходит в любом направлении.

Ниже представлены разновидности вертикальных ветрогенераторов, в зависимости от встроенного механизма.

  • С ортогональным ротором. В состав конструкции входит несколько лопастей, которые располагаются параллельно оси вращения. При работе агрегат испытывает большие динамические нагрузки, что сказывается на сроке его службы. Движение лопастей сопровождается шумом, но  прибор имеет высокую эффективность и функциональность.
  • С ротором Дарье. Обладает высокой мощностью и быстроходностью. Невысокая стоимость формируется благодаря низкой себестоимости прибора. К недостаткам относится малая эффективность и сложность при самостоятельном запуске.
  • С ротором Савониуса. На оси располагается ветроколесо, состоящее из  полуцилиндров. Вращается оно в одну сторону и не зависит от смены направления ветра. Применяется для обслуживания электростанций. К недостатку относится низкий коэффициент использования силы ветрового потока.
  • С многолопастным ротором. Принцип заключается в том, что поток  ветра ловится одним рядом лопастей и передается на другой. Этим увеличивается производительность оборудования, повышается его мощность.
  • С геликоидным ротором. Имеет сложную конструкцию, но благодаря равномерному движению, узлы конструкции работают в спокойном режиме. Это сказывается на долговечности агрегата

К преимуществам вертикальных ветрогенераторов относится:
­

  • работа обеспечивается даже при слабом ветре;
    ­
  • нет зависимости от ветряного потока;
    ­
  • доступность в обслуживании благодаря невысокой мачте.

К недостатку относится низкоэффективное использование силы ветра из-за малой частоты оборотов.

Горизонтальные

Такие ветрогенераторы зависят от направления ветра. В зависимости от количества лопастей, разделяются:

  • С 1 или 2 лопастями. Имеют высокую скорость вращения. Небольшая масса облегчает установку;
    ­
  • 3-х лопастные. Находят широкое применение в бытовых условиях;
    ­
  • До 50 лопастей. В процессе работы обладают высокой инерционностью.

Разновидность горизонтальных типов ветрогенераторов представлена ниже:

  1. Оборудование парусник. Принцип работы основан на приведении в движение поршней гидросистемы с дальнейшим получением электрической энергии. Установка бесшумна в работе, обладает высокой мощностью.
  2. Летающий ветрогенератор – крыло. Работает на высоте 550 м.

Изготовление своими руками вертогенератора на 220 В

Для изготовления такого прибора необходимо сделать чертеж. Согласно его спецификации, подготавливаются основные узлы:

  • генератор;
    ­
  • лопасти;
    ­
  • мачта.

Генератор

Мощность генератора подбирается до 3,5 кВт. Изготовить его можно своими руками. Он состоит из:
­

  1. Статора. Берется листовой металл, вырезаются 2 окружности диаметром 500 мм. На один из листов, отступив немного от края, по окружности наклеиваются неодимовые магниты. Их диаметр – 50 мм, количество – 12 штук. Расположение полюсов чередуется. Та же процедура проводится и со второй пластиной, но магниты наклеиваются со смещением.
    ­
  2. Ротор. Подготавливается основание. Оно берется из немагнитного материала. На него крепится 9 катушек, на которые намотан медный провод, толщиной 3 мм, покрытый лаковой изоляцией. Количество витков формируется от 70 до 90.
    ­
  3. Ось. Важным моментом является ее точное расположение по центру ротора. Если она будет плохо отцентрирована, то в результате биения конструкция быстро разболтается.

Помещается ротор между 2 статорами с зазором 2 мм. Соединяя обмотки, формируется однофазный источник переменного тока.

Лопасти

Материал для изготовления лопастей берется:

  • Дерево. В процессе работы трескается;
    ­
  • Полипропилен. Используется только для генераторов низкой мощности;
    ­
  • Металл. Лучше дюраль. Прочный и надежный материал для изготовления лопастей любого размера.

Изготовленные лопасти устанавливаются на ось. После этого их нужно сбалансировать. Достигается это путем изменения их длины.

Установка мачты и запуск

Установка мачты ведется в местах, где рядом нет высотных зданий или лесопосадок. Они создают барьеры на пути воздушных потоков.

Располагается мачта вертикально. Лопасти поднимаются на максимальную высоту, где наиболее сильный ветер. После запуска установки ведется проверка наличия напряжения.

Дополнительное оборудование

На последнем этапе подключается дополнительное оборудование. Оно состоит из следующих агрегатов:
­

  • Аккумуляторы. Они необходимы для накопления излишков электроэнергии. Ее использование ведется в безветренную погоду.
    ­
  • Контроллер заряда. Требуется для контроля зарядного тока.
    ­
  • Преобразователь. Преобразует образующийся постоянный ток в переменный.

Сборка ветрогенератора из стиральной машины


При изготовлении ветрогненератора из стиральной машины, можно получить изделие разной мощности:
­
  • 0,15 – 0,2 кВт. Осветятся 2 комнаты и заработает телевизор;
    ­
  • 1 – 5 кВт. Достаточная мощность для работы бытовых приборов;
    ­
  • 20 кВт. Недостатка в электроэнергии не будет.

Подготовка к работе

В качестве генератора используется мотор от стиральной машины. Это может быть «Вятка» или другая советская модель. В двигателе потребуется поводить полную переделку ротора, поэтому, как вариант, можно приобрести новый.

Кроме того, необходимо подготовить:
­

  • неодимовые магниты;
    ­
  • вал;
    ­
  • редуктор;
    ­
  • мачту;
    ­
  • крыльчатку, шестерни;
    ­
  • фланец.

Пошаговое изготовление

Пошаговое изготовление ветрогенераторов из стиральной машины представлено ниже:

  1. Приобретаются магниты. Ротор мотора обрезается на токарном станке и в нем изготавливаются пазы. В них точно устанавливаются магниты. Отклонения не должно быть,  иначе произойдет их залипание, а это скажется на производительности агрегата.
  2. Фиксация магнитов проходит на суперклей. Затем они накрываются бумагой. Эпоксидной смолой заливается свободное пространство.
  3. Изготавливается на токарном станке ось. Внутри протачивается свободное пространство для электропроводки. Формируется держатель.
  4. Изготовление лопастей ведется из канализационной трубы. Ее диаметр – 16 см. Выпиливаются они при помощи лобзика.
  5. Проводится монтаж ветрогенератора. Сначала крепится генератор, который закрывается кожухом, потом устанавливаются лопасти, ротор и хвост.
  6. Мачта при помощи 4 болтов крепится на основание из бетона. Для установки силовой части применяется шарнирный механизм.
  7. После сбора установки протягивается провод к распределительному щитку.
  8. Как только все элементы будут подключены, проводится тестирование оборудования.

Сборка ветрогенератора из автомобильного генератора

Стоимость покупного генератора высокая, поэтому в качестве более экономичного варианта хорошо использовать машинный генератор. Это уже готовый прибор, на который требуется установить пропеллер и расположить его на мачте.

Подготовка к работе

Перед началом работы нужно подготовить следующие вещи:
­

  • автомобильный генератор на 12 В;
    ­
  • аккумулятор;
    ­
  • преобразователь, чтобы переходить с 12 В на 220. Его мощность – 1,2 кВт.
    ­
  • для изготовления лопастей потребуется ведро или стальная бочка;
    ­
  • лампочка от автомобиля;
    ­
  • вольтметр;
    ­
  • выключатель;
    ­
  • медный провод, сечением от 2 мм;
    ­
  • несколько хомутов.

Кроме того, инструменты: болгарка, рулетка, карандаш, набор ключей.

Порядок монтажа

Основные шаги монтажа:

  1. Стальные бочки или ведра разрезаются не до конца на 4 части. Симметрично сверлятся для болтов отверстия.
  2. Не до конца отрезанные металлические части отгибаются. Так происходит формирование лопастей. Предварительно решается вопрос, в какую сторону будет проходить вращение.
  3. Изготовленные лопасти крепятся на шкив. С помощью хомутов генератор монтируется на мачте. На основании схемы собирается проводка.
  4. Ведется проверка собранной электрической части.

Обслуживание

Чтобы система работала длительное время, ей необходимо качественной обслуживание:

  1. Вести наблюдение за щетками генератора. Не реже 1-2 раз в месяц проверять их регулировку и очищать от грязи.
    ­
  2. Проверять балансировку лопастей.
    ­
  3. Все металлические части должны быть покрыты антикоррозийным составом.
    ­
  4. Проверять натяжение тросиков мачты.

Для изготовления ветрогенераторов своими руками важно найти подходящий генератор. Оптимальным вариантом является автомобильный или мотор стиральной машины. Остальные части конструкции можно приобрести без особых затрат. Сборка конструкции ведется по существующей схеме.

Ветрогенератор своими руками из тракторного генератора

Полезные приспособления /25-янв,2018,18;19 / 7327
Умелец сделал из тракторного генератора Г700.04.01 вертикальный ветрогенератор своими руками для зарядки своих аккумуляторов снабдив его винтом с одной лопастью.
По задумке автора, ветрогенератором для зарядки аккумуляторных батарей выступает тракторный генератор.
Характеристики генератора Г700.04.01:
• Номинальное напряжение – 14V.
• Номинальный ток – 50А.
• Номинальная частота вращения – 5000 об/мин.
• Максимальная частота вращения – 6000 об/мин.
• Вес – 5,4 кг.


Тракторный генератор является высокооборотным агрегатом, им выдается зарядка для аккумулятора при больше чем 1000 об/мин, поэтому без переоборудования на ветряк он не подходит.
Чтобы генератор был способен заряжать батарею в условиях низких оборотов, его пришлось дорабатывать.
Мастер перемотал статор – 80 витков для каждой катушки, используя провод 0,8 мм. Катушку возбуждения электромагнита автор перемотал и увеличил на 250 витков, применив такой же провод. Он дополнительно использовал 200 м провода, чтобы перемотать статор и домотать катушку.
Затем умелец сварил крепление для генератора, используя профтрубу, изготовил защиту от сильного ветра. Она выполнена в виде складывающегося хвостовика, одевающегося на шкворень.
Выбирая винт, автор решил в первую очередь создать конструкцию с двумя лопастями, диаметр винта – 1360 мм. Для лопастей использована алюминиевая труба с сечением 110 мм, которые были раскатаны. Длина каждой из них – 630 мм.
Мастер установил ветрогенератор на 5-метровую мачту. Он отбросил идею с токосъемными кольцами и пустил провод генератора внутри в трубе мачты.
Для фиксации мачты на высоте 4 м использованы тросовые растяжки.
Ветрогенератор начинает заряжать аккумулятор, если появляется скорость ветра достигает 3,5 м/с.
4 м/с – 300 об/мин.
7 м/с – 900 об/мин, генератор обеспечивает порядка 150 Ватт.
15 м/с – скорость вращения винта достигает 1500 об/мин, ветрогенератор выдает порядка 250 ватт. Эти параметры достаточны для того, чтобы зарядить автомобильный аккумулятор.

Для усовершенствования своей установки автор увеличивает обороты – он переделывает двухлопастный винт в винт с одной лопастью.
Винт с одной лопастью обладает таким преимуществом как высокий коэффициент использования энергии ветра. При одной и той же скорости ветра винт с одной лопастью вращается вдвое быстрее, чем трехлопастный винт.



Однако для изготовления однолопастного винта нужно провести непростую операцию – его балансировку. В противном случае из-за сильных вибраций подшипник генератора разрушится, преждевременно выйдет из строя.

Местом фиксации такого винта выступает трубка, на которой предусмотрен противовес. Работа конструкции заключается в принципе коромысла.
Крепление под балку лопасти автор приварил на генераторный шкив, в балке просверлил отверстие для шпильки М6. В крепление он вставил два ограничителя в виде шпилек, чтобы винт не задевал мачту.
На фото – крепление винта на шпильке М6, отклонение винта от оси может составлять 15 градусов.
Во время вращения однолопастный винт может отклоняться от оси. Таким образом он мягче реагирует на повороты установки.
Вращение винта.
В случае с ураганным ветром хвостовик происходит поворот хвостовика, он вырывает винт из потока воздуха.
Автор провел испытания конструкции и получил приличные результаты. В случае правильной балансировки винта вал генератора вращается существенно быстрее. В итоге генератором вырабатывается больше электроэнергии, даже если дует слабый ветер.

Простейший ветрогенератор своими руками — altern-energy.

com.ua

Использовать силу ветра в качестве источника энергии человечество начало уже достаточно давно. Да и в нашей стране до коллективизации было огромное количество ветряков, которые мололи зерно и приводили в действие огромные полотна лесопилок. Однако со временем это все сгинуло в неизвестном направлении.

Туристы, путешествующие по просторам стран Западной Европы, всегда удивляются обилию вышек, на которых медленно вращаются лопасти генераторов, приводимых в действие природной силой ветра. И это в государствах, которые трудно заподозрить в экономической бедности и отсталости.

Однако сегодня и в России многие предприниматели, да и просто энтузиасты, начинают обращать внимание на данные нереализованные возможности. Впрочем, выпускаемые современной промышленностью ветрогенераторы достаточно дороги,  особенно если они сделаны за рубежом, а поддержки со стороны государства на сегодняшний день не существует.

 Вот и остается нашим энтузиастам самим засучить рукава и попытаться сделать генератор своими руками. Благо, что этот процесс не представляет собой большой сложности.

Для начала стоит заметить, что самодельный ветрогенератор проще всего соорудить с вертикальной осью вращения лопастей, а не с традиционной горизонтальной. В качестве примера можно использовать классический анемометр, которым ученые измеряют силу ветра.

В качестве лопастей можно предложить использовать тонкостенную металлическую бочку или другую, подобную ей емкость. Они обычно изготовлены из качественного металла, хорошо центрированы и дешевы. Емкость выбирайте исходя из мощности, которую вы собираетесь извлечь из установки.

Для создания из бочки лопастей вам понадобится болгарка, киянка, а также ответный кусок доски, на которой вы будете придавать лопастям генератора нужную форму и угол наклона.

В качестве оси для лопастей можно использовать подходящий кусок арматуры или прочную трубку.

Для съема энергии с устройства можно использовать самые различные механизмы. Это может быть обычная велосипедная цепь, кожаный ремень или же обрезиненный ролик.

Для получения электроэнергии можно применять небольшой электродвигатель на постоянных магнитах, а также вело- или мотогенератор.

Область применения маломощного ветрогенератора достаточно широка. С его помощью можно заряжать аккумуляторы, питать небольшие бытовые приборы, проветривать помещение, подогревать и подавать в нужное место воду, освещать помещение…

Однако помните, что лопасти самодельного ветрогенератора необходимо тщательно обработать напильником и «затупить», так как при сильном ветре они могут нанести человеку ощутимые раны.

Вертикальный ветрогенератор своими руками. Турбина

Представленный ниже материал является свободным переводом англоязычной интернет-страницы об изготовлении своими руками турбины вертикального ветрогенератора.

Изготовление турбины

Вертикальный ветрогенератор. Инструменты и детали

При изготовлении такого ветрогенератора своими руками используются некоторые электроинструменты и детали.

Инструменты:

  • ножовка или ленточная пила
  • лобзик
  • токарный станок
  • ручная дрель
  • сверла
  • отвертка
  • 2 зажима
  • некоторые другие.

Детали и материалы:

  • труба ПВХ
  • водонепроницаемая древесина, лучше водонепроницаемая фанера (если нет, придется защищать ее покрытием краской)
  • 2 подшипники (нижний будет работать под нагрузкой)
  • масленка
  • катанка — стержень (2 размеров) (1 большой и 4 малых) (из нержавеющей стали, если это возможно)
  • болты и шайбы (2 размеров) (из нержавеющей стали, если это возможно)
  • кусок 40 мм круглого алюминия (сплав, будет содержать нижний подшипник)
  • 3 винта.
Вертикальный ветрогенератор. Изготовление лопастей

Первое, что нужно сделать — это измерить трубу ПВХ и порезать ее на 4 равные части (моя малая 2 метра, после разреза было 50 см в одной части).

Когда это сделано, полученные части разрезаются по длине.

Теперь есть 8 лопастей (они должны быть точно одного и того же размера!)

Изображения, представленные ниже, показывают последовательность работы.

Изготовление двух дисков турбины вертикального ветрогенератора

Берутся 2 куска водостойкой фанеры (12 мм), на каждом из кусков обозначается круг диаметром 40 см, лобзиком вырезаются эти круги.

Опять изображения, представленные ниже, показывают последовательность работы.

Делим изготовленный круг на 8 частей.

Изображение, приведенное ниже, показывает, как нужно разделить круг на 8 частей. Сделать это нужно только на одном куске, на следующем этапе я объясню почему.

Нарезка слотов (пазов) для лопастей турбины ветрогенератора

Итак, лучше все обозначить только на одном куске.

Дуги рисуются так: берется одна половинка трубы и накладывается на одну из 8 линий, предварительно нарисованных на куске фанеры.

Карандашом отмечается линия и внутренней и внешней поверхности трубы. Тот кусок фанеры, где отмечены дуги, кладется сверху на неразмеченную кусок, а затем они затискиваються вместе. Когда порезы будут сделаны, они будут точно такими же. Я использовал пилы, обычно предназначенные для резки металла, полотно такой пилы чуть тоньше лопасти.

На сторонах обоих дисков сделаются метки, чтобы потом можно было точно наложить один на другой (например, указывается дуга 1 — дуга 1, дуга 2 — дуга 2 и т. д.). Таким образом, когда турбина будет собираться, диски будут точно соответствовать друг другу.

Еще одно нужно сделать, когда оба диска зажаты, — это просверлить центральное отверстие в соответствии с размером большого стержня (болта) и 4 отверстия для маленьких стержней. Распределите 4 стержни на одинаковом расстоянии (как вы видите на картинке), приблизительно на расстоянии 2 см от дуг. Таким образом, можно будет ставить шайбы на стержне, не касаясь лопастей. Теперь нужно закрепить лопасти турбины и 4 небольшие стержни, как показано на последней картинке. Они должны плотно прилегать!

Изображения показывают, как нужно нарезать слоты (пазы) для лопастей турбины ветрогенератора.

Установка центрального стержня

Сначала устанавливаем верхнюю часть турбины ветрогенератора, аналогично тому, как это сделано в предыдущем шаге. Обращаем внимание на метки, сделанные по бокам дисков, когда они были еще зажаты.

Таким образом, одни и те же разрезы будут соответствовать друг другу и турбина НЕ БУДЕТ шаткой. Возможно, лучше использовать молоток и маленький кусочек дерева, чтобы не повредить лопасти или диск, когда нужно будет нажать на них. Убеждаемся, что лопасти плотно вошли в пазы и 4 маленькие стержни попали в нужное место. Это непростая работа. Удачи!

Теперь следует сделать большой центральный стержень с необходимыми болтами и шайбами.

На дисках центр уже отмечен.

Изображения показывают последовательность установки центрального стержня.

Первое изображение показывает вид диска снизу. Я дал там 2 гайки, и они будут нижней опорой.

Я оставил там часть стержня, поэтому я смогу потом подключить какой-то генератор.

Верхний диск показан на втором изображении, а стержень с этой стороны будет обрезан короче. На этой стороне будет только подшипник, чтобы сбалансировать турбину, когда она будет установлена ​​в рамку крепления.

Обрезка центрального стержня до нужного размера

Если у вас есть станок, это довольно легко сделать. Я сделал толстый стержень, по 10 мм с обеих сторон.

Фотография показывает нижнюю сторону стержня.

Убедитесь, что он хорошо вписывается, потому что это будет определять, насколько легко ваш ветрогенератор будет работать.

Изготовление держателя нижней опоры вертикального ветрогенератора

Я использовал подшипник, сделанный из 3-х частей, как показано на первом изображении. Этот подшипник выполнен так, чтобы справиться с вертикальной нагрузкой.

Если вы посмотрите внимательно, то увидите, что в 2 дисках не один и тот же внутренний размер отверстия.

Диск с наибольшим отверстием (он справа) — это верхняя часть подшипника, на нем будет турбина ветрогенератора.

Я сделал на токарном станке отверстие, соответствующее диаметру подшипника, который будет использоваться. Не делайте его глубоким! Убедитесь, что верхняя часть подшипника просто торчит из держателя. Это нужно потому, что верхнее кольцо будет вращаться вместе с турбиной (если этого не сделать, он будет тереться с внутренней стороной держателя, замедлять турбину и быстро изнашиваться).

Вы также можете просверлить дырку в нижней части держателя таким образом, чтобы через нее проходил стержень. Сделайте эту дырку чуть больше, чем диаметр стержня, чтобы она не была слишком узкой и не давила на стержень.

Дальнейшие объяснения будут непонятны без просмотра изображений, иллюстрирующих последовательность работы.

Вы видели, что у этого подшипника нет смазки, поэтому мы должны будем установить смазочный ниппель.

Используйте резьбонарезные инструмент, чтобы это сделать. Сначала просверлите отверстие в соответствии размера резьбы и ниппеля, который вы будете использовать. Мой был M6.

Используйте немного масла при нарезке, потому что вы нарезаете в алюминии (в противном случае внутри все будет грубо, шершаво).

Поверните ваш инструмент, используемый для нарезки, примерно на один оборот, а затем на половину оборота назад. Таким образом металл режется внутри, и вы не сломаете свой инструмент. Используйте такую ​​последовательность нарезки, пока не получите правильную резьбу.

Для продолжения нажмите на кнопку с цифрой 2.

Изготовление крепления и монтаж турбины вертикального ветрогенератора

Изготовление крепления турбины вертикального ветрогенератора

Сначала найдите два куска дерева одинаковой длины. Убедитесь, что они достаточно широкие для изготовления сильной конструкции.

Найдите центр их обоих и сделайте отверстие по размеру держателя подшипника для дна на одном куске и отверстие по размеру верхнего подшипника на втором куске.

Мне повезло, у меня была большая дрель, чтобы сделать это. Если у вас нет большого сверла — высверлите отверстие, а затем вырежьте все остальное круглой фрезой или лобзиком.

Для дна нужно просверлить в центре дрелькой дырку на один размер больше, чем размер стержня, который впишется в подшипник. Для дна вам придется вырезать небольшую щель (слот), чтобы ниппель смог поместиться внутри и чтобы у вас было достаточно места разместить насос смазки. На фотографиях вы можете увидеть, как это должно выглядеть.

Возьмите также два ровных куска дерева для сторон крепления (у меня была фанера, так что я использовал ее).

Возьмите нижнюю часть с держателем подшипника внутри и положить его на ровную поверхность.

Возьмите одну боковину и прикрепите ее к нижней части. Сначала просверлите несколько отверстий сбоку так, чтобы винты лучше вошли. Убедитесь, что поверхности точно перпендикулярны (угол 90 градусов).

Сделайте то же самое для другой стороны.

Теперь возьмите полностью собранную вашу турбину и опустите ее в нижний подшипник.

Теперь берите верхнюю часть крепления и надвиньте подшипник на большой стержень. Измерьте с обеих сторон турбины и убедитесь, что расстояния одинаковые и ваша конструкция будет точно квадратной.

Изготовление крепления к опоре (башне) турбины вертикального ветрогенератора

То, что я показываю ниже, на самом деле я не измерял. Я убедился, что все точно совпадает с осью турбины. Значит просто сделайте так, как видите на фотографиях.

Обязательно убедитесь в прочности конструкции, ведь она будет выдерживать большие нагрузки.

Я еще не подсоединял к ней генератор. Думаю, это должен быть сильный генератор с катушками на неодимовых магнитах.

Демонстрация работы вертикального ветрогенератора

Ниже показана фотография установленного вертикального ветрогенератора.

Я использовал несколько канатов, чтобы стабилизировать турбину.

Также я воспользовался старыми кронштейнами от палатки для крепления канатов на землю, а на стороне турбины я использовал винты. Работает хорошо.

Когда вы будете монтировать вашу турбину, найдите помощника, который сможет удерживать турбину в то время, как вы будете крепить канаты на землю.

Небольшой фильм показывает (перейдите по ссылке), как работает турбина вертикального ветрогенератора.

Оригинальная англоязычная страница, находится здесь.

Роторный ветрогенератор своими руками: материалы, особенности сборки и установки

Ветрогенераторы – один из альтернативных способов получения энергии, который широко применяется в регионах с сильными ветровыми потоками, как на суше, так и в прибрежных водах. Чаще всего ветрогенераторы устанавливаются на обособленной территории вдали от жилых домов, так как шум, который возникает при работе ветряков нельзя назвать полезным для человека. Индивидуальные единичные ветрогенераторы не слишком распространены из-за сложности установки и эксплуатации ветрогенератора. Однако находятся потребители, которые устанавливают вблизи своих домов один или два ветрогенератора для выработки электроэнергии.

Альтернативная энергетика для загородного дома и дачи

Конструктивно все ветрогенераторы можно разделить на несколько групп. Наибольшим КПД из всех типов ветрогенераторов обладают ветрогенераторы с горизонтальной осью или роторные ветрогенераторы. Вариант самостоятельного изготовления роторного ветрогенератора рассмотрим в данной статье.

Среди преимуществ роторных ветряков можно выделить их более высокий КПД, по сравнению с классическими ветряками типа «мельница», а также отсутствие зависимости в работе ветрогенератора от направления ветра, т.к. ротор будет вращаться в любом случае. Для сборки ветрогенератора в домашних условиях понадобятся:
1. Три фанерных диска толщиной не менее 10мм и диаметров около 1м. Фанера должна быть влагостойкой. Перед сборкой ветрогенератора фанеру необходимо пропитать олифой или другими средствами с водоотталкивающим эффектом.
2. Четыре лопасти (толщина 3…6мм; размеры 500х1050мм) из пластика или металла (оцинкованная сталь, алюминиевые листы).
3. Алюминиевые уголки 30х30мм и деревянные бруски 40х40мм для соединения конструктивных элементов ветрогенератора.
4. Крепежные винты.
5. Для изготовления ротора необходимы: два тормозных автомобильных диска; медный провод длиной 5м с сечением жилы до 4 кв. мм.; неодимовые магниты 10х30мм (30 шт.).

Как обуздать энергию ветра?

Конструкция ветрогенераторов роторного типа может быть различной. В сети имеется несколько десятков различных конструкций ветрогенераторов, на основе которых можно собрать свой. Большинство самодельных ветрогенераторов имеет мощность до 1кВт при скорости ветра 22…30 м/с. Однако мощность ветрогенератора зависит не только от силы ветра, но и от правильной сборки обмотки ветрогенератора, что без специальных навыков сделать достаточно сложно.

При сборке роторного ветрогенератора стоит учитывать следующие особенности:
— собрав и испытав ветрогенератор всю конструкцию необходимо окрасить, т. к. ветрогенератор будет установлен на улице.
— при испытаниях ветрогенератора не должны быть слышны посторонние шумы. Часто они возникают из-за трения оси и шайбы или отсутствия жесткости в конструкции ветрогенератора.
— для изготовления мачты ветрогенератора лучше всего подойдут металлические трубы или квадратный профиль. Соединять все элементы мачты ветряка лучше всего болтовыми соединениями, т.к. при сварной конструкции в местах сварки из-за постоянной вибрации возможно образование трещин. Болтовые соединения при эксплуатации ветряка необходимо просто подкручивать.

В основе принципа действия любого ветрогенератора лежат аэродинамические законы. Поэтому устанавливать ветрогенератор необходимо в том месте, где скорость ветра будет максимальна.

Лучше всего устанавливать ветрогенератор в так называемом аэродинамическом коридоре, например, между пристройками и домом или между глухим забором и стеной здания, или на возвышенности.

Ветрогенератор на постоянных магнитах своими руками.

 

Аксиальный 20-ти полюсной ветрогенератор

Ветрогенератор аксиального типа на основе готовой ступицы и трехфазного генератора, который содержит 15 катушек, намотанных проводом 0.7 мм по 70 витков. Ротор данного генератора имеет 20 пар магнитов размером 20 на 5 мм, а толщина статора равна 8 мм. В этой модели используется двухлопастной винт и система защиты от сильного ветра.

Материалы и агрегаты использованные для постройки данного ветрогенератора:


1) автомобильная ступица
2) эпоксидная смола
3) металлические уголки
4) магниты размером 20 на 5 мм в количестве 40 штук
5) труба 20
6) суперклей
7) вазелин
8) ступица от прицепа «зубренок»
9) фанера
10) ламинат 8 мм
11) провод толщиной 0.7 мм

Рассмотрим более подробно основные этапы постройки и особенности конструкции данной модели ветрогенератора.

Для начала автор занялся намоткой катушек для статора. Чтобы облегчить данный процесс автор изготовил специальное приспособление:

 


Для его изготовления автор использовал трубу диаметром 20 мм, таким образом она как раз подходит под размеры магнитов. Автор решил изготовить катушки толщиной 7 мм.
Еще одно изображение самодельного станка для намотки катушек:

 

 


Автор отмечает, что благодаря данному станку, собранному из подручных материалов, намотка катушек прошла без особых трудностей. Главное мотать катушки виток к витку давая несильную натяжку для того, чтобы витки плотнее прижимались друг к другу.

 

 


Итак, автор приступил к изготовлению катушек для генератора. Для того, чтобы катушки не развалились после намотки автор промазывал их клеем для пластика, а так же дополнительно обернул оконным скотчем. Для намотки катушек автор использовал провод толщиной 0.7 мм по 70 витков на каждую катушку. Хотя после конечной сборки автор решил, что нужно было делать по 90 витков, это позволило бы выиграть по напряжению.

 


Далее была изготовлена форма для заливки статора. Автор решил сделать форму на подложке из фанеры. Для этого на фанеру была нанесена разметка, которая позволит более точно разместить катушки. Средняя часть формы сделана из ламината толщиной 8 мм. Для того, чтобы эпоксидная смола не приставала к форме, автор смазал ее вазелином, это позволит затем легко извлечь статор из заготовки после затвердевания эпоксидной смолы.

Для проводов были сделаны специальные канавки при помощи болгарки.

 


При заливке статора автор использовал стеклосетку, чтобы увеличить прочность статора. Уложив стеклосетку с каждой стороны статора, автор через заранее просверленные отверстия притянул крышку и оставил статор остывать.

 

Катушки статора были соединены пофазно, все шесть проводов от фаз были выведены по канавкам наружу, после чего провода были замазаны пластилином для того, чтобы смола не вытекала. В последствии автор соединил фазы звездой.

 


На следующий день статор был извлечен из формы, и автор слегка обработал края для ровности. Магниты на дисках автор так же решил залить эпоксидной смолой для большей надежности.

На фотографиях ниже можно рассмотреть, как была выполнена поворотная ось ветрогенератора:

 

 

Основой для изготовления поворотной оси послужила автомобильная ступица. Для того, чтобы защитить будущий ветрогенератор от слишком сильного ветра автор использовал стандартную конструкцию увода от ветра путем складывания хвоста. Важно заметить, что ветроголовку необходимо вынести минимум на 100 мм, иначе защита от ветра не будет работать так как ось генератора будет расположена слишком близко к поворотной оси.
Так же к конструкции был приварен штырь под углом в 20 градусов и на 45 градусов относительно винта, на этот штырь одевается хвост ветрогенератора.

Рассмотрим конструкцию ступицы генератора.


За основу самого генератора была взята ступица от прицепа «Зубренок». Автор использовал неодимовые магниты размером 20х5 мм. На каждый диск ушло по 20 магнитов. Ступица была закручена через пластину, на которую прикреплены уголки. Статор генератора будет держаться на шпильках.

Далее автор приступил к изготовлению дисков с магнитами.
Магниты были прикреплены на диски при помощи суперклея. Для того, чтобы сделать все максимально точно автор изготовил шаблон из картона. Так же важно заметить, что магниты должны клеиться с чередованием полюсов, таким образом, чтобы на генераторе диски с магнитами притягивались.

 

 


Ниже можно рассмотреть, как именно был закреплен хвост ветрогенератора, который будет защищать его от сильного ветра:

 

На фотографии ветроголовка была размещена слишком близко к поворотной оси ветрогенератора, что в последующем было выявлено на испытаниях и устранено. Однако само крепление хвоста и углы наклона верные. После доведения конструкции до ума, она отлично себя проявила: при усилении ветра винт отворачивается, а хвост складывается и поднимается вверх.

 

 


Автор решил сделать для начала двухлопастной вариант винта для своего генератора. Лопасти были изготовлены из ПВХ трубы. Так же был сооружен кожух, который будет закрывать генератор от дождя.

Затем генератор был собран и покрашен. После покраски автор решил испытать работу генератора. От руки удалось раскрутить генератор до 30 вольт с силой тока кз 4.5 А.

 

 

 
 
Данный генератора работает на 3 светодиодные ленты по 25 ватт каждая, но в будущем автор планирует более серьезно подойти к расчету винта для генератора и подключить аккумулятор.

статья взята с сети интернет: http://usamodelkina.ru/

Следите за новостями!

История ветроэнергетики — Управление энергетической информации США (EIA)

Люди использовали энергию ветра тысячи лет

Люди использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил еще в 5000 году до нашей эры. К 200 г. до н. Э. В Китае использовались простые ветряные водяные насосы, а в Персии и на Ближнем Востоке ветряные мельницы с лопастями из плетеного тростника шлифовали зерно.

Новые способы использования энергии ветра со временем распространились по всему миру.К XI веку люди на Ближнем Востоке широко использовали ветряные насосы и ветряные мельницы для производства продуктов питания. Купцы и крестоносцы принесли в Европу ветровую технику. Голландцы разработали большие ветряные насосы для осушения озер и болот в дельте реки Рейн. В конечном итоге иммигранты из Европы перенесли ветроэнергетику в Западное полушарие.

Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распиливания древесины на лесопилках. Поселенцы и владельцы ранчо установили тысячи ветряных насосов, заселяя запад Соединенных Штатов.В конце 1800-х — начале 1900-х годов также широко использовались небольшие ветроэлектрические генераторы (ветряные турбины).

Количество ветряных насосов и ветряных турбин уменьшилось, поскольку в рамках программы электрификации сельских районов в 1930-х годах линии электропередач были продлены до большинства ферм и ранчо по всей стране. Однако на некоторых ранчо все еще используются ветряные насосы для подачи воды для скота. Небольшие ветряные турбины снова становятся все более распространенными, в основном для электроснабжения отдаленных и сельских районов.

Традиционная голландская ветряная мельница

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Современные ветряки

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Использование энергии ветра увеличилось в связи с нехваткой нефти и проблемами окружающей среды

Дефицит нефти 1970-х изменил энергетическую среду США и всего мира.Дефицит нефти вызвал интерес к разработке способов использования альтернативных источников энергии, таких как энергия ветра, для производства электроэнергии. Федеральное правительство США поддержало исследования и разработки больших ветряных турбин. В начале 1980-х годов в Калифорнии были установлены тысячи ветряных турбин, в основном из-за политики федерального правительства и штата, поощрявшей использование возобновляемых источников энергии.

В 1990-х и 2000-х годах федеральное правительство США создало стимулы для использования возобновляемых источников энергии в ответ на возобновившуюся заботу об окружающей среде.Федеральное правительство также предоставило финансирование исследований и разработок, чтобы помочь снизить стоимость ветряных турбин, и предложило налоговые и инвестиционные льготы для проектов ветроэнергетики. Кроме того, правительства штатов приняли новые требования к производству электроэнергии из возобновляемых источников, а продавцы электроэнергии и коммунальные предприятия начали предлагать своим клиентам электроэнергию, произведенную с помощью ветра и других возобновляемых источников энергии (иногда называемых зеленой энергией ). Эти стратегии и программы привели к увеличению количества ветряных турбин и количества электроэнергии, вырабатываемой за счет энергии ветра.

Доля ветроэнергетики в США выросла с менее чем 1% в 1990 году до примерно 7,3% в 2019 году. Стимулы в Европе привели к значительному расширению использования энергии ветра там. Китай вложил значительные средства в ветроэнергетику и в настоящее время является крупнейшим в мире производителем ветровой электроэнергии. В 1990 г. в 16 странах было выработано около 3,6 млрд. КВтч ветровой электроэнергии. В 2017 году 129 стран произвели в общей сложности около 1,13 трлн кВтч ветровой электроэнергии.

Последнее обновление: 24 марта 2020 г.

Энергия ветра

Энергия ветра — одна из самых быстрорастущих технологий возобновляемой энергетики.Количество пользователей во всем мире растет, отчасти потому, что снижаются затраты. Согласно последним данным IRENA, глобальная установленная мощность ветроэнергетики на суше и на море увеличилась почти в 75 раз, увеличившись с 7,5 гигаватт (ГВт) в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году. В период с 2009 по 2013 год производство ветровой электроэнергии увеличилось вдвое, а в 2016 году на ветровую энергию приходилось 16% электроэнергии, производимой из возобновляемых источников. Во многих частях света сильный ветер, но лучшие места для выработки энергии ветра иногда находятся в удаленных местах.Оффшорная ветроэнергетика предлагает огромный потенциал.

Ветряные турбины впервые появились более века назад. После изобретения электрического генератора в 1830-х годах инженеры начали попытки использовать энергию ветра для производства электроэнергии. Производство энергии ветра имело место в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах в 1887 и 1888 годах, но считается, что современная ветроэнергетика была впервые разработана в Дании, где в 1891 году были построены ветряные турбины с горизонтальной осью и началась ветряная турбина длиной 22,8 метра. операция в 1897 году.

Ветер используется для производства электричества с использованием кинетической энергии, создаваемой движущимся воздухом. Она преобразуется в электрическую энергию с помощью ветряных турбин или систем преобразования энергии ветра. Сначала ветер попадает на лопасти турбины, заставляя их вращаться и вращать присоединенную к ним турбину. Это изменяет кинетическую энергию на энергию вращения, перемещая вал, который подключен к генератору, и тем самым вырабатывает электрическую энергию за счет электромагнетизма.

Количество энергии, которое может быть получено от ветра, зависит от размера турбины и длины ее лопастей.Мощность пропорциональна размерам ротора и кубу скорости ветра. Теоретически, когда скорость ветра удваивается, потенциал ветровой энергии увеличивается в восемь раз.

Мощность ветряных турбин со временем увеличивалась. В 1985 году типовые турбины имели номинальную мощность 0,05 мегаватт (МВт) и диаметр ротора 15 метров. Сегодняшние новые ветроэнергетические проекты имеют турбинную мощность около 2 МВт на суше и 3–5 МВт на море.

Имеющиеся в продаже ветряные турбины достигли мощности 8 МВт с диаметром ротора до 164 метров.Средняя мощность ветряных турбин увеличилась с 1,6 МВт в 2009 году до 2 МВт в 2014 году.

Согласно последним данным IRENA, производство ветровой электроэнергии в 2016 году составило 6% электроэнергии, произведенной с помощью возобновляемых источников энергии.

Во многих частях света сильный ветер, но лучшие места для выработки энергии ветра иногда находятся в удаленных местах. Оффшорная ветроэнергетика предлагает огромный потенциал.



Как ветряные турбины дышат ветром

Планировщикам нужно, чтобы ветряные электростанции не мешали друг другу.Кредит: Pixabay

.

Как и многие слова в английском языке, «властный» имеет морскую связь. Он описывает маневр, при котором одно парусное судно движется прямо по ветру в сторону другого, эффективно улавливая ветер над ним, оставляя его бессильным.

Ветровые турбины тоже могут подавлять друг друга. По мере того как девелоперы стремятся строить их все больше — во всем мире установленная мощность наземных ветроэнергетических установок выросла почти до 500 гигаватт в прошлом году по сравнению с 92 ГВт в 2007 году — некоторые из лучших шумных мест становятся переполненными. Это могло быть проблемой. Для наилучшей работы ветряные турбины должны улавливать чистый и непрерывный поток движущегося воздуха. Все, что мешает, — от гор и зданий до конкурирующей ветряной электростанции — снижает скорость ветра и вырабатываемую электроэнергию. Такие препятствия также нарушают воздушный поток, и возникающая турбулентность увеличивает шум, а также увеличивает износ лопаток турбины.

Исследование, опубликованное на этой неделе в журнале Nature Energy , показывает, насколько сильным может быть этот эффект (J.К. Лундквист и др. . Nature Energ. https://doi.org/10.1038/s41560-018-0281-2; 2018). Он проанализировал изменения в производстве электроэнергии на ветряной электростанции в Западном Техасе, когда другая ферма была построена в нескольких сотнях метров против ветра и была включена через 18 месяцев после открытия первой фермы. По оценкам исследователей, ферма с подветренной стороны могла потерять в среднем 5% своего потенциала и до 2 миллионов долларов США ежегодно в производстве электроэнергии. Техас необычен: здесь самое большое количество ветряных турбин в Соединенных Штатах: более 12 000 устройств разбросаны по 131 отдельной ферме.Неизбежно отдельные проекты группируются на лучших участках, где есть надежный ветер и доступ к линиям электропередачи. В исследовании некоторые из турбин на подветренной ферме стоят всего в 300 метрах от некоторых из подветренных турбин.

Но авторы исследования говорят, что влияние может быть намного больше. При правильных атмосферных условиях уменьшение скорости подветренного ветра может достигать 50 километров и более. Почти 90% ветряных электростанций США имеют соседний проект в пределах 40 км, и это может повлиять на него.(Конечно, не все из них будут затронуты все время, потому что ветер меняет направление. В исследовании в Техасе рассматривалось только воздействие под преобладающими юго-западными ветрами.) Также неизбежны внутренние нарушения в рамках одного ветряного проекта с противветренным ветром. турбины создают след, который снижает мощность тех, которые находятся позади.

Одно из решений проблемы, когда ветряные электростанции наступают друг другу на пятки, — это оставить землю позади и отправиться в бескрайние просторы океанов. Но оффшорные ветряные электростанции — как правило, гораздо дороже в строительстве и эксплуатации — также имеют тенденцию конкурировать за лучшие участки.В 2014 году датская компания DONG Energy Wind Power (ныне Ørsted, базирующаяся в Скербеке) опубликовала данные, чтобы показать, как эффективность ее давнего проекта в Нистеде, недалеко от острова Лолланн в Балтийском море, подрывается из-за ветряная электростанция другой компании построена всего в 3 км (NG Nygaard J. Phys. Conf. Ser. 524 , 012162; 2014).

Что можно сделать? Технические исправления в дизайне или макете проектов сложно, особенно когда ветряные турбины становятся больше и мощнее.Некоторые инженеры предложили морские турбины, которые плавают и могут изменять положение, чтобы уменьшить след от ветра, но на суше это явно невозможно. Могут ли работать правила и ограничения? Правовой анализ, проведенный авторами исследования, не выявил соответствующего законодательства в Соединенных Штатах. Для сравнения: эффективность использования солнечной энергии в Калифорнии защищена правилами, ограничивающими количество теней от соседних домов, которые могут падать на панели в часы пиковой эксплуатации.

Там, где они существуют, ограничения на строительство ветряных турбин часто связаны с более непосредственными рисками.В споре 2008 года между конкурирующими разработчиками, которые хотели построить ветряные электростанции на прилегающих участках в Северной Дакоте, официальные лица постановили только, что каждая турбина должна быть размещена дальше, чем ее собственная высота от границы, чтобы при падении она не приземлилась на другую. сторона. Тень ветра не учитывалась.

В условиях потепления крайне важно поддерживать усилия по увеличению мощности ветра, и поэтому важно ответственно устанавливать ветряные электростанции, чтобы обеспечить использование как можно большего количества энергии, даже если объекты расположены близко друг к другу.Это означает, что важно разработать правила, поддерживающие такое развитие.

Одна страна давно придерживалась просвещенного взгляда и могла предложить образец для подражания. Нидерланды славятся своими ветряными мельницами, многие из которых до сих пор работают, благодаря закону, который гарантирует, что каждая мельница может продолжать наполнять свои паруса необходимым ветром (так называемый molenbiotoop , или биотоп ветряной мельницы), ограничивая развитие в пределах 375 метров. Закон привел к некоторым творческим решениям: в 2010 году мукомольная мельница в Спейкениссе 1860-х годов была вырезана из земли, поднята и помещена на бетонном ограждении высотой 7 м, чтобы можно было строить дома поблизости.Где мельница, там и выход.

Как работает энергия ветра | Союз неравнодушных ученых

Будущее ветроэнергетики

В условиях все более конкурентоспособных цен, растущей озабоченности по поводу окружающей среды и призывов к снижению зависимости от иностранных источников энергии, у ветроэнергетики есть надежное будущее. Глобальный совет по ветроэнергетике прогнозирует, что к 2017 году мировая мощность ветроэнергетики достигнет 536 000 МВт, что почти вдвое больше нынешнего размера, при этом рост будет особенно сосредоточен в Азии и Европе [23].Турбины становятся все больше и сложнее: наземные турбины в настоящее время обычно находятся в диапазоне 1-2 МВт, а морские турбины — в диапазоне 3-5 МВт. Следующими рубежами ветроэнергетики являются глубоководные оффшорные и наземные системы, способные работать при более низких скоростях ветра. Оба технологических достижения дадут большие возможности для новых разработок.

Как и в любой другой отрасли, которая переживает стремительный рост, время от времени будут возникать проблемы. Как и большая часть экономики США, финансовый кризис нанес тяжелый урон ветроэнергетике, замедляя финансирование новых проектов и препятствуя прогрессу растущей отрасли производства ветроэнергетики США.Есть также опасения по поводу столкновения с видами птиц и летучих мышей в некоторых местах. А проблема «не у меня на заднем дворе» (NIMBY) продолжает замедлять развитие в некоторых регионах. Но новые производственные мощности, тщательное размещение и методы управления, а также более глубокое понимание общественностью значительных и разнообразных преимуществ энергии ветра помогут преодолеть эти препятствия. (См. Также: Воздействие энергии ветра на окружающую среду.)

Комплексное исследование, проведенное Министерством энергетики США в 2008 году, показало, что расширение ветроэнергетики до 20 процентов к 2030 году возможно, доступно и не повлияет на надежность электроснабжения страны.Помимо демонстрации того, что это возможно, по оценкам специалистов, достижение этой цели позволит создать более 500 000 новых рабочих мест в США, сократить выбросы в результате глобального потепления на 825 миллионов метрических тонн в год (примерно на 20 процентов) и сэкономить 4 триллиона галлонов воды [24]. К этому списку преимуществ можно добавить значительное улучшение качества воздуха и воды для будущих поколений и гораздо меньшую уязвимость к колебаниям цен на ископаемое топливо. Хотя для достижения этого уровня потребуются решительные национальные усилия, энергия ветра более чем готова к решению этой задачи.

Артикул:

[1] Глобальный совет по ветроэнергетике (GWEC). Global Wind Report 2012.

[2] Американская ассоциация ветроэнергетики (AWEA). 2013. Лучший источник энергии ветра для нового поколения в 2012 году; Американская ветроэнергетика установила новый рекорд — 13 124 МВт.

[3] Американская ассоциация ветроэнергетики (AWEA). 2013. В настоящее время ветряная энергия в США вырабатывает более 10 процентов электроэнергии в девяти штатах.

[4] Союз неравнодушных ученых (UCS). 2013. Активизация использования возобновляемых источников энергии: энергия, на которую можно рассчитывать.

[5] Энтони Лопес, Билли Робертс, Донна Хеймиллер, Нейт Блэр и Джан Порро. 2012. Технические возможности возобновляемых источников энергии США: анализ на основе ГИС. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

[6] Энтони Лопес, Билли Робертс, Донна Хеймиллер, Нейт Блэр и Джан Порро. 2012. Технические возможности возобновляемых источников энергии США: анализ на основе ГИС. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

[7] Арчер, К.Л. и М.З. Якобсен. 2003. Пространственное и временное распределение ветра и энергии ветра в США на высоте 80 м, полученное из измерений.Журнал геофизических исследований 108, DOI: 10.1029 / 2002JD002076,2003.

[8] Грэм Ричард, Майкл. Enercon E-126: Самая большая ветряная турбина в мире (на данный момент).

[9] Xcel Energy. Отчет о корпоративной ответственности за 2011 год. Портфель возобновляемых источников энергии в мегаваттах (МВт) на 2011 год и прогнозируемый на 2018 год.

[10] Hargreaves, S. 2012. Уровень ветроэнергетики в Колорадо достигает 57%. CNNMoney, 6 августа.
Лафлин, Т. 2012. Побитый рекорд. Миннеаполис, Миннесота: Xcel Energy.

[11] Савин, Джанет.2009. Рост ветроэнергетики в 2008 году превышает средние темпы роста за 10 лет. Институт всемирного наблюдения.

[12] Американская ассоциация ветроэнергетики (AWEA). Анатомия ветряной турбины.

[13] Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. 2009.> 20 процентов энергии ветра к 2030 году: увеличение вклада энергии ветра в электроснабжение США.

[14] Глобальный совет по ветроэнергетике (GWEC). Global Wind Report 2012.

[15] Американская ассоциация ветроэнергетики (AWEA).2013. Статистика отрасли.

[16] Глобальный совет по ветроэнергетике (GWEC). Global Wind Report 2012.

[17] Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. 2009. 20 процентов энергии ветра к 2030 году: увеличение доли энергии ветра в электроснабжении США.

[18] Фредриксон и Байрон Ло, П.А. Американский закон о восстановлении и реинвестировании 2009 г. — положения

об энергии ветра

[19] Американская ассоциация ветроэнергетики (AWEA). 2013. Конгресс продлевает налоговые льготы по ветроэнергетике для проектов, которые начинаются в 2013 году.

[20] Американская ассоциация ветроэнергетики (AWEA). 2013. Обзор рынка AWEA USwind industry за четвертый квартал 2012 года. Вашингтон, округ Колумбия.

[21] Барбос, Г. 2012. Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии в США: обновление статуса. Представлено на Национальном саммите по RPS 2012 г., Вашингтон, округ Колумбия, 3 декабря; по состоянию на 24 марта 2013 г.

[22] Heeter, j. и Л. Берд. Состояние и тенденции на рынках соответствия требованиям США и добровольных сертификатов возобновляемых источников энергии (данные за 2010 г.). Технический отчет NREL / TP-6A20-52925, октябрь 2011 г.Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL).

[23] Глобальный совет по ветроэнергетике (GWEC). Global Wind Report 2012.

[24] О’Коннелл, Р., Р. Плетка, С. Блок, Р. Якобсон, П. Смит, С. Тилли и А. Йорк. 2007. 20-процентное проникновение ветровой энергии в США: технический анализ энергоресурсов. Оверленд-Парк, Канзас: Black & Veatch.

Часто задаваемые вопросы по ветроэнергетике (FAQ)

Земля окружена атмосферой, состоящей из воздуха.Воздух представляет собой смесь газа, твердых и жидких частиц. Энергия Солнца неравномерно нагревает атмосферу и Землю.

Холодный воздух содержит больше частиц воздуха, чем теплый. Поэтому холодный воздух тяжелее и опускается вниз через атмосферу, создавая зоны с высоким давлением. Теплый воздух поднимается вверх по атмосфере, создавая зоны с низким давлением. Воздух пытается уравновесить области низкого и высокого давления — частицы воздуха перемещаются из областей высокого давления (холодный воздух) в области низкого давления (теплый воздух).Это движение воздуха известно как ветер.

На ветер также влияет движение земли. Когда он вращается вокруг своей оси, воздух не перемещается напрямую из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением. Вместо этого воздух выталкивается на запад в северном полушарии и на восток в южном полушарии. Это известно как сила Кориолиса. Щелкните, чтобы увидеть схему того, как движение Земли влияет на ветер.

Поверхность Земли отмечена деревьями, зданиями, озерами, морем, холмами и долинами, все из которых также влияют на направление и скорость ветра.Например, там, где встречаются теплая земля и прохладное море, разница температур создает тепловые эффекты, которые вызывают местные морские бризы.

Ветер обычно измеряется по его скорости и направлению. Атласы ветра показывают распределение скоростей ветра в широком масштабе, давая графическое представление о средней скорости ветра (для заданной высоты) по территории. Они составляются на основе измерений местной метеорологической станции или других зарегистрированных данных, связанных с ветром.

Традиционно скорость ветра измеряется анемометрами — обычно тремя чашами, которые фиксируют ветер, вращающийся вокруг вертикальной оси (на фото ниже).Направление ветра измеряется с помощью флюгера.

После измерения данных о ветре не менее одного года можно рассчитать среднегодовую скорость ветра. Статистика скорости и направления ветра отображается в виде розы ветров, показывая статистическое распределение скорости ветра по направлению.

Статистика ветра показывает лучшие места для размещения ветряных электростанций в соответствии с лучшими ветровыми ресурсами. Они также предоставляют дополнительную информацию о том, как турбины должны быть расположены по отношению друг к другу и каким должно быть расстояние между турбинами.

Ветряная турбина — это машина, преобразующая кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию. Ветрогенераторы состоят из фундамента, башни, гондолы и ротора. Фундамент предотвращает падение турбины. Башня удерживает ротор и гондолу (или коробку).

Гондола содержит крупные основные компоненты, такие как главный мост, редуктор, генератор, трансформатор и система управления. Ротор состоит из лопастей и ступицы, которая удерживает их в нужном положении при вращении.Большинство коммерческих ветряных турбин имеют три лопасти ротора. Длина лопастей может составлять более 60 метров.

Посмотрите, как работает ветряная турбина!

Средний размер береговых турбин, производимых сегодня, составляет около 2,5–3 МВт, с длиной лопастей около 50 метров. Он может обеспечивать электроэнергией более 1500 средних домохозяйств в ЕС.

Средняя оффшорная ветряная турбина мощностью 3,6 МВт может обеспечить электроэнергией более 3312 средних домашних хозяйств в ЕС.

В 1985 году ветряные турбины были мощностью менее 1 МВт с диаметром ротора около 15 метров.
В 2012 году средняя мощность составляет 2,5 МВт при диаметре ротора 100 метров.

Турбины мощностью 7,5 МВт — самые большие на сегодняшний день с лопастями длиной около 60 метров — более половины длины ротора диаметром более 120 метров — длиннее футбольного поля. Планируется, что турбины мощностью 15 МВт, а турбины мощностью 20 МВт считаются теоретически возможными.

Башни в основном трубчатые, из стали или бетона, обычно окрашены в светло-серый цвет. Лезвия изготавливаются из стекловолокна, армированного полиэстера или древесно-эпоксидной смолы.Они светло-серые, потому что незаметны при большинстве условий освещения. Поверхность матовая, чтобы уменьшить отраженный свет.

При проектировании ветряной электростанции учитывается множество факторов. В идеале, зона должна быть как можно более широкой и открытой в направлении преобладающего ветра, с небольшим количеством препятствий. Необходимо учитывать его визуальное влияние — несколько больших турбин обычно лучше, чем многие меньшие.

Турбины должны быть легко доступны для обслуживания и ремонта, когда это необходимо.Уровни шума можно рассчитать, чтобы ферма соответствовала уровням шума, предусмотренным национальным законодательством. Поставщик турбины определяет минимальное расстояние между турбинами, принимая во внимание влияние, которое одна турбина может оказывать на соседние турбины, — «эффект следа».

Затем необходимо выбрать правильный тип турбины. Это зависит от ветровых условий и особенностей ландшафта местности, местных / национальных правил, таких как высота турбины, уровень шума и охрана природы, риск экстремальных явлений, таких как землетрясения, насколько легко транспортировать турбины на площадку и местная доступность кранов.

Время строительства обычно очень короткое — ветряную электростанцию ​​мощностью 10 МВт можно легко построить за два месяца. Более крупная ветряная электростанция мощностью 50 МВт может быть построена за шесть месяцев.

Стоимость варьируется, но самая большая стоимость — это сама турбина. Это капитальные затраты, которые должны быть оплачены заранее и обычно составляют 75% от общей суммы.

После того, как турбина запущена и работает, нет никаких затрат на топливо и углерод, только затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M), которые минимальны по сравнению с e.грамм. газовая электростанция, где ЭиТО составляет 40-70% общих затрат, а остальная часть затрат — топливо.

Ветровые турбины начинают работать при скорости ветра от 4 до 5 метров в секунду и достигают максимальной выходной мощности со скоростью около 15 метров в секунду. При очень высоких скоростях ветра, то есть при ураганном ветре 25 метров в секунду, ветряные турбины отключаются. Современная ветряная турбина вырабатывает электроэнергию в 70-85% случаев, но вырабатывает разную мощность в зависимости от скорости ветра.

В течение года он обычно дает около 24% от теоретической максимальной добычи (41% на море).Это известно как коэффициент мощности. Коэффициент мощности обычных электростанций составляет в среднем 50% -80%. Из-за остановок для обслуживания или поломок ни одна электростанция не вырабатывает электроэнергию в течение 100% времени.

Оптимальное количество лопастей для ветряной турбины зависит от работы, которую она должна выполнять. Турбины для выработки электроэнергии должны работать на высоких оборотах, но не требуют большого крутящего момента. Эти машины обычно имеют три или два лезвия. С другой стороны, ветряным насосам требуется вращающее усилие, но не большая скорость, и поэтому у них много лопастей.

Большинство современных коммерческих ветряных турбин имеют три лопасти, так как они производят оптимальную мощность.

Двухлопастные машины дешевле и легче, с более высокими скоростями движения, что снижает стоимость коробки передач, и их легче установить. Они работают почти так же хорошо, как трехлопастные турбины. Однако они могут быть более шумными и не такими визуально привлекательными, выглядя «дерганными» при повороте.

Турбины иногда необходимо останавливать для обслуживания, ремонта компонентов или в случае неисправности, которую необходимо проверить.Другой причиной может быть слишком слабый или слишком сильный ветер: если ветер слишком сильный, турбину необходимо остановить, поскольку она может быть повреждена.

В ветряной электростанции сами турбины занимают менее 1% площади суши. Вокруг них могут развиваться существующие виды деятельности, такие как сельское хозяйство и туризм, и при этом не беспокоить таких животных, как коровы и овцы.

Все больше и больше домовладельцев, сообществ и малых предприятий заинтересованы в выработке собственной электроэнергии с помощью небольших ветряных турбин, установленных на крышах домов или в садах.Если вас интересует, как можно привести в действие свой дом или бизнес с помощью собственной турбины, обратитесь в национальную ассоциацию ветроэнергетики для получения дополнительной информации о том, как это работает в вашей стране.

Щелкните здесь, чтобы найти свою национальную ассоциацию.

Просмотрите наш Каталог участников, чтобы увидеть полный список производителей ветряных турбин.

В настоящее время береговая ветроэнергетика более экономична, чем морская разработка. Кроме того, развитие морских ветряных электростанций занимает больше времени, поскольку море по своей природе является более враждебной средой.Поэтому ожидать, что оффшор станет единственной разрешенной формой ветроэнергетики, означало бы обречь нас на невыполнение наших целей в области возобновляемых источников энергии и приверженности делу борьбы с изменением климата.

Однако в ближайшие годы, когда морские турбины будут производиться в больших масштабах, цены снизятся, что сделает морскую ветроэнергетику все более конкурентоспособной. Над европейскими морями дует ветер, достаточный для того, чтобы семь раз накачать Европу, что делает морской ветер очень жизнеспособным вариантом для использования.

В 2010 году в ЕС было 70 488 наземных ветряных турбин и 1132 морских турбин.По мере развития технологий турбины становятся больше и эффективнее, поскольку выработка того же количества энергии может быть достигнута с меньшим количеством машин.

В настоящее время в ЕС установлено 19,5 МВт ветроэнергетической мощности на 1 000 км суши, с самыми высокими плотностями в Дании и Германии. Хотя 25 из 27 стран-членов ЕС в настоящее время используют ветроэнергетику, все еще существует значительный объем ветроэнергетических мощностей в таких странах, как Франция, Великобритания и Италия.Более….

Ветровые турбины могут вырабатывать электроэнергию в течение 20-25 лет. В течение своего срока службы они будут непрерывно работать до 120 000 часов. Это сопоставимо с расчетным сроком службы двигателя автомобиля, который составляет от 4000 до 6000 часов.

Лезвия вращаются со скоростью 15-20 оборотов в минуту с постоянной скоростью. Однако все большее количество машин работает с переменной скоростью, при которой скорость ротора увеличивается и уменьшается в зависимости от скорости ветра.

Как работает ветряная турбина?

Что такое ветряная турбина?

Ветряная турбина — это самая современная версия ветряной мельницы. Проще говоря, он использует силу ветра для производства электричества. Наиболее заметны большие ветряные турбины, но вы также можете купить небольшую ветряную турбину для индивидуального использования, например, для обеспечения энергией каравана или лодки.

Что такое ветряная электростанция?

Ветряная электростанция — это группа ветряных турбин. Довольно впечатляюще думать, что электричество, которое так сильно влияет на нашу жизнь — от зарядки наших телефонов до того, что позволяет нам приготовить чашку кофе и, все чаще, заправлять наши автомобили — могло начаться с простого порыва ветра. .

Как работает ветряная турбина?

Сначала давайте начнем с видимых частей ветряной электростанции, которые мы все привыкли видеть — этих высоких белых или бледно-серых турбин. Каждая из этих турбин состоит из набора лопаток, коробки рядом с ними, называемой гондолой, и вала. Ветер — а это может быть просто легкий ветерок — заставляет лопасти вращаться, создавая кинетическую энергию. Лопасти, вращающиеся таким образом, также заставляют вращаться вал в гондоле, а генератор в гондоле преобразует эту кинетическую энергию в электрическую.

Что происходит с электричеством, вырабатываемым ветряной турбиной?

Для подключения к национальной сети электрическая энергия затем пропускается через трансформатор на объекте, который увеличивает напряжение до уровня, используемого в национальной электроэнергетической системе. Именно на этом этапе электричество обычно направляется в передающую сеть National Grid, готовую к передаче, чтобы в конечном итоге ее можно было использовать в домах и на предприятиях. В качестве альтернативы, ветряная электростанция или отдельная ветряная турбина могут вырабатывать электроэнергию, которая используется частным образом отдельным лицом или небольшой группой домов или предприятий.


Почему ветряки обычно белые или бледно-серые?

Ветряные турбины обычно бывают либо белыми, либо очень бледно-серыми — идея состоит в том, чтобы сделать их как можно более ненавязчивыми визуально. Обсуждается, следует ли их перекрашивать в другие цвета, особенно в зеленый, в некоторых условиях, чтобы они лучше гармонировали с окружающей средой.

Насколько сильным должен быть ветер, чтобы ветряк мог работать?

Ветровые турбины могут работать при любых скоростях ветра — от очень слабого до очень сильного.Они генерируют около 80% времени, но не всегда на полную мощность. При очень сильном ветре они отключаются, чтобы предотвратить повреждение.

Где расположены ветряные электростанции?

Ветряные электростанции, как правило, располагаются в самых ветреных местах, чтобы максимально использовать энергию, которую они могут производить — вот почему вы с большей вероятностью увидите их на склонах холмов или на побережье. Ветряные электростанции, расположенные в море, называются оффшорными ветряными фермами, а те, что расположены на суше, — наземными ветряными фермами.

Где была первая ветряная турбина и первая ветряная электростанция?

Самая первая ветряная турбина, вырабатывающая электричество, была создана профессором Джеймсом Блайтом в своем доме отдыха в Шотландии в 1887 году.Он был 10 метров в высоту и имел парусину.

Первая в мире ветряная электростанция открылась в Нью-Гэмпшире в США в 1980 году.

Вредны ли ветряные электростанции для птиц?

Дело в том, что изменение климата представляет собой самую большую долговременную угрозу для птиц и других диких животных. А возобновляемые источники энергии, ключевым компонентом которых являются ветряные турбины, необходимы для сокращения выбросов парниковых газов на .

Британское благотворительное Королевское общество защиты птиц ( RSPB ) признает эту более широкую картину, заявляя: «Переход на возобновляемые источники энергии сейчас, а не через 10 или 20 лет, необходим, если мы хотим стабилизировать выбросы парниковых газов в атмосфера на безопасном уровне.

Разработчики ветряных электростанций работают в тесном сотрудничестве с RSPB и местными экологическими группами в рамках процесса консультаций по выбору ветряных электростанций, чтобы продолжить рост наземной и морской ветроэнергетики, одновременно компенсируя любой потенциальный вред птицам в результате потери среды обитания, нарушения и столкновение.

В отчете US сделан вывод о том, что влияние энергии ветра на популяции птиц относительно невелико по сравнению с падением жертвой кошек и столкновениями с высотными зданиями.

Сколько энергии в Великобритании вырабатывается ветром?

Узнайте, сколько энергии в Великобритании вырабатывается ветром, с помощью приложения National Grid ESO для Google Play или Apple iOS .

Меняющиеся ветры: развивающаяся ветряная турбина

Еще в первом веке нашей эры энергия ветра использовалась в практических целях. С тех пор конструкции турбин далеко ушли от архетипических четырехлопастных устройств, устанавливаемых на столб. Сегодняшние вездесущие трехлопастные конструкции скоро будут развиваться во многих неожиданных направлениях.

Первая ветряная турбина, использовавшаяся для преобразования энергии ветра в энергию — в отличие от ветряных мельниц, которые используются для перекачки воды или измельчения зерна — была построена профессором Джеймсом Блитом из колледжа Андерсона в Глазго (ныне Университет Стратклайда) в 1887 году. Конструкция турбин привела к созданию ветряной турбины с тканевым парусом высотой 10 метров (33 фута), которая была установлена ​​в саду его загородного дома в Мэрикирке в Кинкардиншире. Говорят, он проработал 25 лет.

Изобретение Блайта ознаменовало начало развития ветряных турбин. За ним последовала турбина, построенная американским изобретателем Чарльзом Брашем в 1888 году. Эта турбина мощностью 12 кВт состояла из 144 лопастей, сделанных из кедра, каждая с диаметром вращения 17 метров (рис. 1).

1. Кисть. Американский изобретатель Чарльз Браш в 1888 году построил одну из первых ветроэнергетических турбин. Источник: Wikimedia Commons

Затем последовала работа датского ученого Пола ла Кур в 1890-х годах, которая породила около 2500 турбин в Дании к 1900 году с расчетной суммарной пиковой мощностью 30 МВт.Ветряные турбины Ла Кур производили водород, а также энергию.

Ветровые турбины были установлены миллионами людей по всему миру после этого, особенно на Среднем Западе Америки, где они использовались для питания ирригационных насосов. К 1931 году первый предшественник современных горизонтальных ветряных генераторов был введен в эксплуатацию в Ялте, Россия. Это был генератор мощностью 100 кВт на 30-метровой башне с коэффициентом нагрузки 32%. А в 1941 году первая в мире турбина мощностью 1,25 МВт была подключена к сети на Grandpa’s Knob в Каслтоне, штат Вирджиния.

Первая современная ветряная турбина была построена в Дании примерно в середине 1950-х годов. По данным Датской ассоциации ветроиндустрии (DWIA), ветряная турбина Gedser мощностью 200 кВт (рис. 2) была построена в 1956 году инженером Йоханнесом Юулом для электроэнергетической компании SEAS на побережье Гедсера на юге Дании. Эта концепция — трехлопастная турбина против ветра с электромеханическим рысканием и асинхронным генератором — была «новаторской конструкцией для современных ветряных турбин, хотя ее ротор с растяжками сегодня выглядит немного старомодным», — заявляет организация.Турбина была управляемой; Юул изобрел экстренные аэродинамические тормозные механизмы, которые срабатывают под действием центробежной силы в случае превышения скорости. «В основном, та же система используется сегодня на современных турбинах с регулируемым срывом», — заявляет организация, отмечая, что турбина Juul проработала 11 лет «без обслуживания».

2. Гедсер. Первая современная ветряная турбина появилась в середине 1950-х годов и была построена датским инженером Йоханнесом Юулом. Предоставлено: Датская ассоциация ветроэнергетики

Ветровая энергетика получила новый импульс после первого нефтяного кризиса 1973 года, когда Дания, Германия, Швеция, Великобритания и США, среди других стран, пытались разработать более крупные турбины. В 1979 году датским разработчикам удалось построить две ветряные турбины мощностью 630 кВт, модели с регулируемым шагом и с регулируемым срывом. «Во многом их постигла участь их еще более крупных коллег за рубежом», — говорится в DWIA. «Турбины стали чрезвычайно дорогими, и высокая цена на энергию впоследствии стала ключевым аргументом против энергии ветра.”

В дополнение к обсуждаемым ниже конструктивным разработкам, которые направлены на повышение эффективности и снижение затрат, другие разработки в инфраструктуре энергоснабжения будут иметь влияние на использование энергии ветра. Разработка более интеллектуальной сети обеспечит более плавную интеграцию и диспетчеризацию крупных и малых ветроэнергетических установок (см. Стр. 46, « Интеллектуальная сеть и распределенная генерация: лучше вместе, ») и станет важным компонентом любой сети в в будущем будут более широко доступны накопители энергии (см.30, «Накопитель энергии : своевременное производство »).

Горизонтальные и вертикально-осевые турбины

Сегодня большинство современных конструкций ветряных турбин продолжают классифицироваться в соответствии с конфигурацией оси вращения их лопастей ротора. Преобладают две категории: ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT). Считается, что более 90% используемых сегодня ветряных турбин имеют конструкцию HAWT. По словам доктора Ригоберто Чинциллы, доцента прикладной инженерии и технологий Университета Восточного Иллинойса, основная причина, по которой современные HAWT доминируют на рынке, заключается в том, что расположение их лопастей позволяет им всегда полностью взаимодействовать с ветром, что существенно улучшает мощность. коэффициент современных турбин HAWT.

Но, по его словам, у HAWT есть и ряд недостатков. Распространенным является то, что они шумные. Широкополосный шум, в основном возникающий из-за аэродинамических явлений (таких как воздушный поток вокруг лопастей, ступицы и башни), и тональный шум, вызванный вибрацией механических компонентов, может иметь уровни звукового давления от 58 дБА (чуть выше окружающего шума) до 108 дБА (звук самолета Boeing 707 или DC-8 на расстоянии одной морской мили перед посадкой). Другое возражение состоит в том, что HAWT рассматриваются как «бельмо на глазу».”

HAWT также технически ограничены тремя важными способами. Как отмечает Чиншилла в статье, опубликованной в январе 2011 года в журнале Journal of Industrial Technology, , помимо того, что HAWT не может противостоять турбулентным ветрам в городских условиях, они не могут работать при сильном ветре, потому что большие турбины должны рыскать (или поворачивать) лопасти. от ветра и включите тормоз, когда скорость ветра достигнет примерно 55 миль в час (миль в час).

Chinchilla и соавторы статьи Dr.Сэм Гуччионе и Джозеф Тиллман также предполагают, что размер конструкции HAWT приближается к пределу мощности. Хотя гигантские сооружения — намного больше, чем 5-мегаватные HAWT с действующими в настоящее время лопастями длиной 400 футов — находятся в стадии разработки, конец, по их словам, не за горами. «Сомнительно, что когда-либо будут построены надежные HAWT мощностью 10 МВт».

Все эти факторы способствуют возобновлению интереса к НОЖТ, утверждают Шиншилла, Гуччионе и Тиллман, хотя НОЖТ тоже имеют много недостатков, главный из которых заключается в том, что они не так эффективны, как НОЖТ.

На оси X: нестандартные HAWT

Слишком много новых — а иногда и просто дурацких — дизайнов, как сообщила в феврале POWER Анжелика Пуллен, директор по коммуникациям Глобального совета по ветроэнергетике. Она отметила, насколько далеко продвинулась классическая турбина HAWT. «Слишком много считается само собой разумеющимся, что существуют« классические »ветряные турбины с горизонтальной осью в масштабе 5, 6, 7 МВт, но эти машины действительно высокотехнологичны, могут почти вести себя как классические электростанции (доставляя как энергию, так и сеть). вспомогательные службы) и способны [работать] без участия человека в течение 20 и более лет в самых суровых условиях как на суше, так и на море », — сказала она.«Это самые большие вращающиеся конструкции на Земле, а лопасти — самые большие монолитные компоненты, когда-либо сделанные на Земле».

Пожалуй, самым многообещающим классическим побочным продуктом HAWT является плавающая ветряная турбина. В июне 2009 года компания Siemens Wind Power отбуксировала завод Hywind мощностью 2,3 МВт — первую в мире крупномасштабную плавучую ветряную турбину — в район Северного моря с глубиной воды около 220 метров. (Подробнее об этом победителе POWER Top Plant см. Выпуск за декабрь 2009 г. или «Плавающая ветряная турбина Hywind, Северное море, Норвегия» в нашем онлайн-архиве по адресу https: // www.powermag.com.) Несколько компаний с тех пор изо всех сил пытались разработать аналогичные технологии, последняя из них — консорциум, в который входят португальская фирма Energias de Portugal (EDP), компания Principle Power из Сиэтла и датская Vestas. Эти компании в феврале согласились развернуть полномасштабную турбину мощностью 2 МВт на WindFloat (рис. 3), плавучем морском ветровом фундаменте, оборудованном ветровой турбиной Vestas V80 мощностью 2 МВт.

3. WindFloat. Датский производитель ветряных турбин Vestas в феврале объединился с U.Компания Principle Power и португальская компания EDP, базирующаяся в С., проведут испытания плавающей ветряной турбины мощностью 2 МВт у побережья Португалии, начиная с этой осени. Сообщается, что WindFloat уменьшает движение, вызванное волнами и турбинами, и может использовать энергию ветра в водах глубиной более 50 метров. Предоставлено: Principle Power

Японские ученые тем временем рекламируют еще одну разновидность — Wind Lens, закрытый шестилопастной HAWT диаметром 112 метров, который будет расположен в виде сот (рис. 4).Эта концепция получила широкое признание, поскольку считается, что она способна производить в четыре-пять раз больше энергии, чем обычные морские турбины — хотя ее разработчик, профессор Университета Кюсю Юджи Охя, представивший турбину на Международной выставке возобновляемой энергии в Йокогаме в 2010 году, признал, что он был не уверен, будет ли Wind Lens когда-либо коммерчески производиться, особенно за пределами Японии.

4. Линза ветра. Ветряная турбина с кожухом и горизонтальной осью для использования на шельфе была разработана профессором Университета Кюсю Юджи Охя из Японии. Предоставлено: Комитет SCF / Университет Кюсю

Турбинам с кожухом или канальным ротором более ста лет, но они заново изобретаются каждые 20 лет или около того, в основном из-за их энергетического потенциала. Кожух (или статический диффузор) создает перепад давления за лопастями ротора, вызывая повышенный поток через винт, даже если эффективность снижается, потому что воздушный поток разбивается, когда он проходит через диффузор.

Последней реинкарнацией этого нетрадиционного HAWT, также называемого ветряной турбиной с диффузором, является прототип «реактивного двигателя» корпорации FloDesign Wind Turbine Corp. (рис. 5). По словам основателя компании Стэнли Ковальски, прототип, объединяющий аэрокосмическую технологию, известную как смеситель-эжектор, намного меньше, чем предыдущие конструкции, что упрощает выравнивание лопастей по направлению ветра. Ряд инвесторов наблюдают за разработкой прототипа. Министерство энергетики США тоже подхватило эту инициативу, присудив компании 8 долларов.3 миллиона через Агентство перспективных исследовательских проектов — Энергетика в октябре 2009 года.

5. Прототип реактивного двигателя. Компания FloDesign, занимающаяся аэрокосмическими технологиями, штат Массачусетс, разрабатывает турбину с кожухом, которая на основе технологии реактивного двигателя направляет воздух в узоры для создания быстро перемешивающегося вихря. Плавник направляет турбину по направлению ветра. Предоставлено: FloDesign Wind Turbine Corp.

На оси Y: Дарье и Савониус

Как правило, VAWT являются производными одной из двух принципиальных схем: VAWT на основе лифта, запатентованного Жоржем Дарье в 1931 году, в котором используются два или три изогнутых или прямых лезвия, соединенных вместе вверху и внизу и изогнутых наружу посередине в трооскине ( Рисунок 6), и VAWT на основе перетаскивания, созданный финским инженером С.J. Savonius в 1922 году, который использует две S-образные лопасти для ротора.

6. Дарье. Конструкция ветряной турбины с вертикальной осью 1931 года, разработанная французским инженером Жоржем Дарье и имеющая форму взбивания яиц, появилась в наше время. Предоставлено: Немецкая ассоциация ветроэнергетики

После того, как он был запатентован, конструкция Дарье оставалась неизменной в течение нескольких лет, пока в начале 1970-х годов он не был восстановлен Канадским национальным исследовательским советом.Теоретически VAWT Дарье так же эффективен, как HAWT, если скорость ветра постоянна, но это редко.

Тем не менее, вооружившись грантом Европейского Союза в размере 3 млн евро, исследователи из датской национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Risø DTU в октябре прошлого года вместе с 11 другими международными партнерами приступили к осуществлению четырехлетнего проекта по созданию плавучих средств взбивания яиц. Ветряные турбины. Проект, получивший название «DeepWind», направлен на разработку более экономичных ветряных турбин мегаваттного уровня за счет «специальной технологии, а не продвижения существующих концепций, основанных на транспортировке наземных технологий в морскую среду», как сказал руководитель проекта Уве Шмидт Паулсен. .Он признал, что эти усилия не обойдутся без проблем, особенно из-за того, что требуется длинная подводная опорная конструкция. Если проект удастся реализовать, после демонстрации мощности 1 кВт в открытых водах Роскилле-фьорда в Дании консорциум разработает концепцию мощностью 5 МВт; он планирует в конечном итоге построить турбину мощностью 20 МВт.

Другой популярный вариант конструкции Дарье, конструкция с H-ротором или Giromill, также проходит испытания на море. Technip — французская фирма, которая работала с Siemens и Statoil над запуском плавающих турбин Hywind в Норвегии — в конце января запустила проект Vertiwind для испытания доиндустриального прототипа вместе с французскими партнерами Nénuphar, Converteam и EDF Energies Nouvelles (рис. 7). .Эта турбина заменяет длинные лопасти «взбивания яиц» обычной конструкции Дарье двумя или более прямыми вертикальными секциями лопастей, прикрепленных к центральной башне с помощью горизонтального рычага. Technip сказал, что конструкция VAWT идеальна, потому что она освобождает турбину от ограничений, связанных с фундаментом стационарных ветряных турбин, и не имеет системы рыскания или тангажа, коробки передач или сложной геометрии лопастей. Эти функции приводят к снижению затрат на установку и эксплуатацию.

7.Vertiwind. Французская компания Technip и партнеры Nénuphar и EDF Energies Nouvelles, среди прочих, запустили проект по испытанию конструкции H-ротора Дарье на море. Предоставлено: Nénuphar

Институт энергетических технологий Великобритании (ETI) также недавно одобрил использование VAWT в качестве жизнеспособной альтернативы традиционным оффшорным турбинам. ETI заверила, что они могут процветать в техническом, экономическом и экологическом плане, даже если они по размерам сопоставимы с аэрогенератором VAWT мощностью 10 МВт.Аэрогенератор составляет половину высоты эквивалентного HAWT, а его вес сосредоточен в основании конструкции (рис. 8). «Есть преимущества с точки зрения конструкции турбин и доступности на море, которые могут помочь снизить стоимость энергии», — сказал исполнительный директор ETI Дэвид Кларк, хотя он признал, что прототипу еще предстоит пройти долгий путь до реальной демонстрации. .

8. Аэрогенератор. Британский производитель турбин Wind Power разрабатывает плавающую ветряную турбину с вертикальной осью мощностью 10 МВт. Предоставлено: Wind Power

Те же преимущества конструкции, которые делают VAWT идеальными для использования на море, позволили развить технологию магнитной левитации. Как утверждают ученые Хуачунь Ву, Зиян Ван и Ефа Ху из Китайского технологического университета в Ухане в статье, опубликованной в апреле 2010 года, скорость ветра в большинстве городских районов, особенно в Китае, намного ниже 4 метров в секунду (м / с). «Механическое сопротивление трения существующих ветряных турбин слишком велико», — говорят они, но это можно исправить с помощью так называемых «магнитных» ветряных турбин, которые полагаются на полностью постоянные магниты, а не на электромагниты или шарикоподшипники, чтобы удерживать лопасти турбины над землей.

Почти парящие вертикальные лопасти (рис. 9) вращаются с небольшим сопротивлением даже при легком ветре (всего 1,5 м / с). Это увеличивает выходную мощность и срок службы устройства, заявили исследователи из Гуанчжоуского института энергетических исследований (который входит в состав Академии наук Китая) и заинтересованные стороны Guangzhou Zhongke Hengyuan Energy Science & Technology Co., Ltd., когда они представили турбину в 2006 году.

9. Maglev. Когда китайские разработчики представили ветряную турбину с магнитной левитацией на выставке Wind Power Asia в 2006 году, это было провозглашено прорывом в развитии ветряных технологий.Сегодня эта технология используется для питания уличных фонарей в Шэньчжэне и доступна в диапазоне от 300 Вт до 1 кВт. Предоставлено: Shenzhen TIMAR Wind-Solar Energy Technology Co., Ltd.

Теоретически большая ветряная турбина на магнитной подвеске может быть рассчитана на 1 ГВт, снизить эксплуатационные расходы на 50% и прослужить до 500 лет, хотя разработчики отмечают, что требуемые для этого крупномасштабные машины могут стоить до 50 миллионов долларов.

VAWT также набирают силу на рынке малых ветроэнергетических установок.Одним из примеров, Giromill, является Windspire Windspire Energy высотой 30 футов и шириной 4 фута (рис. 10), который, как говорят, вырабатывает около 2000 кВтч в год при среднегодовом ветре 11 миль в час. Windspire был частью проекта независимых испытаний Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), но NREL прекратил испытания в январе 2009 года, всего через год после ввода в эксплуатацию VAWT, из-за «отказов компонентов турбины». Windspire заявляет, что тестовая модель была одной из «первых серийных единиц», и с тех пор она улучшила турбину.Благодаря гранту от NREL компания планирует испытать и сертифицировать новую турбину в соответствии со стандартами, опубликованными Советом по сертификации малых ветроэнергетических установок — независимым органом, который только в прошлом году начал принимать заявки на сертификацию производительности и безопасности от производителей малых ветряных турбин.

10. Windspire. Giromill из из Невады Windspire генерирует энергию, когда ветер дует на вертикальные аэродинамические поверхности, заставляя их вращаться. Предоставлено: Windspire

Второй тип VAWT — Savonius — использует ротор, образованный путем разрезания цилиндра на две половины вдоль центральной плоскости и последующего перемещения двух полуцилиндрических поверхностей вбок вдоль плоскости разреза так, чтобы поперечное сечение напоминало письма.» Одним из часто цитируемых современных примеров турбины Савониуса является система Helix от Helix Wind (рис. 11). Компания сообщает, что когда дует ветер (на скорости до 10 миль в час), длинные винтовые лопасти улавливают ветер со всех сторон, заставляя его проходить через турбину.Сборка турбины и генератора в настоящее время проходит испытания на соответствие требованиям UL, в соответствии с которыми турбина будет иметь право на скидки в рамках всех государственных программ использования возобновляемых источников энергии.

11. Спираль. Система калифорнийской фирмы Helix Wind представляет собой ветряную турбину Савониуса с вертикальной осью вращения. Предоставлено: Helix Wind

Чтобы добиться успеха на конкурентном рынке, другие производители VAWT решили заняться устранением недостатков HAWT.Британская фирма quietrevolution заявляет, что ее qr5, спиральный VAWT, разработанный для увеличения спроса на ветряные турбины в местах, близких к людям и зданиям, как утверждается, практически устраняет шум и вибрацию при выработке 7500 кВтч в год (Рисунок 12). На данный момент, по сообщениям, установлено более 100 турбин в Великобритании, Австрии и Германии.

12. Тихая революция. Qr5 VAWT лондонской компании quietrevolution разработан для устранения шума и вибрации. Предоставлено: quietrevolution

Авиационные турбины

Между тем, конструкция ветряных турбин также развивается в совершенно новом направлении — ввысь. Вдохновленные предположениями о том, что в высокогорных тропосферных ветрах имеется примерно 870 ТВт потенциальной мощности и что идея четырех десятилетий давности, наконец, технически осуществима, несколько разработчиков по всему миру (включая исследовательские лаборатории и частную промышленность) тестируют прототипы, которые используйте воздушные змеи, чтобы использовать энергию ветра.Эта концепция настолько близка к реальности, что Федеральное управление гражданской авиации ввело ограничения, ограничивающие полеты бортовых турбин на высоте ниже 600 метров.

Одним из ярких примеров является силовая установка KiteGen (рис. 13), которая состоит из нескольких «блоков управления воздушными змеями», которые управляют множеством «силовых воздушных змеев» по ​​заранее заданной траектории полета. KiteGen обычно имеет конфигурацию «карусель» или «шток». Модульные подходы могут позволить разработчикам строить станции мощностью до 100 МВт с затратами на произведенную энергию ниже 0 евро.03 / кВтч, говорит KiteGen.

13. KiteGen. Выполненные в виде «карусели» или «выноса», силовые змеи итальянской компании KiteGen привязаны к силовой установке и пролетают по заранее заданной траектории. Предоставлено: KiteGen

Joby Energy использует другой подход. Он тестирует систему мощностью 30 кВт (рис. 14), которая выглядит как многокрылый воздушный змей, поддерживающий ряд турбин. Тяга для вертикального взлета воздушного змея обеспечивается двигателями-генераторами, подключенными к турбинам, а ориентация контролируется компьютерной системой, которая по-разному регулирует скорость ротора, чтобы он летел по круговой траектории.

14. Джоби. Калифорнийская фирма Joby Energy оценивает многокрылый воздушный змей мощностью 30 кВт, одновременно проектируя и строя системы мощностью 100 и 300 кВт. Планируется запустить первые коммерческие системы на высоте от 500 до 2000 футов и начать производство коммерческих систем в 2012 году. Предоставлено: Joby Energy

В Германии Festo (производитель пневматической и электрической техники автоматизации) изучает систему Aerois Enerkite, которая представляет собой автономно управляемое крыло воздушного змея площадью до 24 квадратных метров.

В Нидерландах системный прототип Ampyx Power Plane, планера, который раскручивает лебедку во время полета для приведения в движение генератора на земле, фактически достиг своей мощности в 10 кВт. Система является побочным продуктом проекта Laddermill Делфтского университета. Пиковая мощность, достигнутая во время испытания системы Laddermill в апреле 2010 года, составила 20 кВт.

В Швейцарии коалиция академических исследователей (включая Университет прикладных наук Северо-Западной Швейцарии, Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе и Швейцарские федеральные лаборатории по испытаниям и исследованиям материалов) изучает энергию ветра на больших высотах.

Даже Китай вмешивается, создавая высотный исследовательский центр ветроэнергетики в провинции Гуандун, где планируется построить ветроэнергетическую систему мощностью 1 МВт в городе Фошань.

Однако дизайн

не ограничивается воздушными змеями и самолетами. Калифорнийская компания Magenn Power разработала воздушную ветроэнергетическую систему MARS (рис. 15), состоящую из привязанной ветряной турбины, заполненной гелием, которая вращается по горизонтальной оси на высоте от 600 до 1000 футов. Вращение MARS также создает «эффект Магнуса», который обеспечивает дополнительную подъемную силу, сохраняя стабильность MARS.

15. MARS. Ветряная турбина MARS, заполненная гелием, Magenn Power может быть спущена и повторно развернута. Он способен работать при скорости ветра от 4 миль в час до более 50 миль в час. Предоставлено: Magenn Power

Другие турбины

Ассортимент других турбин, обычно гибрид систем HAWT и VAWT, существует и процветает. На рынке, например, представлена ​​ветряная турбина Loopwind Wind Turbine с высоким крутящим моментом, шестилопастная турбина, улавливающая ветер как передними, так и задними лопастями.Японские разработчики заявляют, что конструкция Loopwing позволяет избежать дисбаланса крутящего момента, вызванного VAWT, и в то же время меньше подвергаться воздействию центробежной силы по сравнению с пропеллером. Они также утверждают, что турбина не только вращается при скорости ветра всего 1,6 м / с, но и что она имеет коэффициент мощности более 40% при испытаниях в аэродинамической трубе (при скорости ветра 8 м / с).

Среди «более дурацких» концепций — более крупные и амбициозные архитектурные ветряные турбины. Было сделано несколько предложений по интеграции ветряных турбин в небоскребы.Например, 600-метровая башня Анара в Дубае была спроектирована так, чтобы выглядеть как массивный ветряк. Эти планы были отменены в 2009 году, но другие становятся реальностью. В прошлом году в Лондоне было завершено строительство башни Strata Tower стоимостью 113,5 млн фунтов стерлингов (рис. 16), которая вырабатывает десятую часть энергии, потребляемой зданием (всего 50 МВтч ежегодно), с помощью трех встроенных пятилопастных турбин.

16. Лондонский Тауэр. Башня Страта в лондонском районе Слон и Касл представляет собой 43-этажное здание высотой 147 метров, которое оснащено тремя встроенными пятилопастными ветряными турбинами. Предоставлено: Brookfield Asset Management

Другие концепции включают «биологический» внешний вид зданий. Агустин Отеги, изобретатель «NanoVentSkin», внедрил бы крошечные биологические самовосстанавливающиеся ветряные турбины во внешний слой здания (рис. 17). «Внешняя оболочка конструкции поглощает солнечный свет через органическую фотоэлектрическую оболочку и передает его нановолокнам внутри нано-проводов, которые затем отправляются в блоки хранения в конце каждой панели», — говорит он.«Каждая турбина на панели генерирует энергию в результате химических реакций на каждом конце, где она контактирует с конструкцией. За этот процесс на каждом обороте турбины отвечают поляризованные организмы ».

17. Кожа турбины. Концепция NanoVent Skin от дизайнера Агустина Отеги включает миниатюрные биотурбины, которые могут облицовывать здания для выработки электроэнергии. Предоставлено: Агустин Отеги

Смена парадигмы или искусство двора?

Нетрадиционные конструкции ветряных турбин имеют несколько общих черт, как рассказал участникам небольшой ветровой конференции в 2009 году Мик Сагрилло.Среди них — монтируемые на крыше или короткие башни, нестандартная конфигурация ротора, фотографии, украшающие глаз, и множество заявлений, которые могут варьироваться от «маленький и легкий» и «всего 0,25 доллара за ватт» до «необслуживаемого», и они « генерировать даже на низких скоростях ». По его словам, чего не хватает, так это того, что немногие разработчики хотят говорить о том, на каких скоростях устройство может генерировать энергию, как оно справляется с турбулентностью, какова его годовая выработка энергии или производительность, и есть ли какие-либо полевые данные, которые могут указать на то, как много энергии устройство могло производить в час.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *