Мы остановимся на разрабатываемой в АУЭС, ООО «НПП «Энэксис», Москва и ТОО «Экоэнергомаш», Алматы «Ветровой роторной турбине Болотова» — ВРТБ.
ВРТБ состоит из внешней неподвижной части – статора и расположенного внутри него вращающегося ротора, лопатки которого, образуют активную и реактивную ступени турбины (рисунок 5)..
 |
 |
| а) | б) |
Рисунок 5 – Общий вид а) и сечение турбины со статором, имеющим 12 пластин и ротором, имеющим 9 лопаток (б)
Направляющий аппарат имеет пластины, равномерно расположенные по его периметру, ротор имеют лопатки, также равномерно расположенные по его периметру. Статор и ротор определенной высоты, связанные подшипниками, совместно образуют модуль турбины. Диаметр модуля D по направляющему аппарату и высота H формируют площадь ветровоспринимающей поверхности F.
(14)
Диаметр модуля определяется расчетной скоростью ветра в месте размещения ВРТБ, высота — необходимой мощностью турбины в конкретных условиях потребителя электроэнергии, а также по конструктивным соображениям и условиям устойчивости.
Работа турбины не зависит от направления ветра. По отношению к набегающему с любой стороны воздушному потоку турбина имеет две стороны — подветренную – активная ступень турбины и надветренную – реактивная ступень турбины. В статоре турбины на активной стороне воздух сжимается направляющим аппаратом и направляется на лопатки ротора.
Действующая на лопатку ротора сила возникает под влиянием давления на вогнутую поверхности, создающего в режиме паруса вращающий момент турбины и обеспечивающий высокий момент трогания ротора.
На выпуклой поверхности лопатки возникает подъемная сила, перпендикулярная вектору скорости обтекающего лопатку воздушного потока, двигающая лопатку по окружности.
Отсюда следует, что тяга лопатки, вызванная действием ветра, может создаваться как за счет разряжения на ее выпуклой поверхности, так и в результате давления на ее вогнутую поверхность. Указанными обстоятельствами определяется форма лопаток ротора турбины «ВРТБ».
В реактивной части ступени турбины тяга на лопатках создается в результате преобразования избыточного давления внутри турбины, в полости ротора за активной ступенью, по отношению к атмосферному. Диффузорная конфигурация межлопаточных пространств между лопатками ротора и между пластинами направляющего аппарата способствуют удалению из турбины отработавшего воздуха и повышению коэффициента использования энергии ветра. Диаметр турбины увеличивается при необходимости получения заданной мощности и корректируется по расчетной скорости ветра в месте предполагаемой ее установки.
Из конструктивных соображений высота турбины делится на отдельные «модули» высотой 2-3метра. Установка модулей друг на друга образует высоту турбины в соответствии с конкретными ветровыми условиями для получения необходимой мощности.
Высота многомодульных ВЭА равна общей высоте установленных друг на друга модулей, плюс высота основания, где размещается электрогенератор и шкафы с аппаратурой управления его режимами.
Ветростанции с вертикально – осевыми турбинами обладают большим числом преимуществ по сравнению с пропеллерными:
— отсутствие зависимости развиваемой мощности от направления ветра;
— способность работать на порывистых и ураганных ветрах;
— генератор соединен непосредственно с ротором и не имеет сложных редукторов;
— возможность использовать несколько виндроторов на одном генераторе;
— наличие направляющего аппарата, увеличивающего удельную мощность ротора в 2- 2, 5 раза по сравнению с открытым ротором;
— отсутствие внешних вращающихся частей.
Вертикально осевая турбина, построенная по принципу рабочих элементов «парус-крыло», усиливаемого наличием направляющего аппарата, имеет малую собственную постоянную времени и срабатывает порывы, пульсации и шквалы.
Компоненты ветроэлектростанции: генератор, ветроколесо, контроллер, аккумуляторная батерея, инвертор, автоматическое включение резервного питания, анемоскоп и датчики направления ветра (рисунок).
Существует два варианта работы ВЭС: автономная работа и параллельная работа с энергосистемой. Автономная работа реализуется по трем схемам.
Первая схема включает генератора постоянного тока и аккумуляторную батарею и обеспечивает энергоснабжение только потребителей постоянного тока.
Вторая схема включает генератора постоянного тока или переменного тока и используется для получения тепла и его аккумулирования.
Третья схема включает генератора переменного тока, выпрямитель, буферный накопитель, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный.
Параллельная работа в составе энергосистемы реализуется также по трем схемам.
Первая схема включает синхронный генератор, который должен вращать с постоянной скоростью. Недостатком является возможный переход генератора в двигательный режим, связанный с потреблением энергии из энергосистемы.
Во второй схеме имеется только один генератор, включенный в энергосистему асинхронно. Скорость вращения ротора может быть непостоянной, но не должна сильно отличаться от синхронной скорости.
Третья схема состоит из генераторной системы с автоматической системой регулирования, вращающаяся непостоянной скоростью, но вырабатывающий ток постоянной частоты.
Рисунок 6 — Автономная система электроснабжения на базе ветрогенератора
Обновлено: 4 мая 2019
В настоящее время обходиться без электроэнергии становится невозможно. Все устройства, техника, инструменты, способные обеспечить человеку хотя бы минимальный комфорт и возможность продуктивной работы, требуют наличия электропитания. При этом, возможность подключения к сети имеется далеко не всегда, поэтому возникает потребность в устройствах, способных генерировать электроэнергию, базируясь на имеющихся источниках. Одним из перспективных и доступных вариантов является ветроэнергетика.
Ветрогенератор турбинного типа — что это?
Турбинный тип конструкции ветрогенератора на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных. Причина этого в том, что в устройствах подобного типа достигнуто оптимальное сочетание площади лопастей и их конфигурации. Снижение размеров компенсируется увеличением числа, а параллельно с этим происходит резкое уменьшение отрицательного уравновешивающего воздействия на обратные стороны лопастей, которое создает усилие, противодействующее вращению.
Кроме более высокого КПД турбинные конструкции отличаются низким уровнем шума, что также вызвано малой площадью лопастей и относительно небольшими габаритами самого устройства, не создающего сильного сопротивления потоку ветра. Также значительно снижена опасность разрушения или вывода из строя при сильных порывах ветра, так как парусность лопаток намного меньше, чем у более традиционных устройств.
Ветряки третьего поколения
Принцип турбины в конструкции ветряков считается наиболее эффективным. Такие устройства демонстрируют относительно высокий КПД, способны начинать вращение при малых скоростях ветра. Это направление считается ветроэнергетикой наивысшей перспективности, а ветрогенераторы, созданные по такому принципу относят к образцам нового, третьего поколения.
При этом, промышленных разработок пока очень мало. В основном, они представлены зарубежными моделями с низкой производительностью и высокими ценами, что ставит серьезный барьер между ними и потребителями. В то же время, такая ситуация стимулирует рост самостоятельных разработок, многие из которых способны в корне изменить ситуацию вокруг ветроэнергетики в целом.
Мало того, если на первых порах изготовлением таких устройств занимались случайные люди, то в настоящее время среди самодеятельных конструкторов наблюдается большой процент профессионалов, имеющих специальную подготовку и способных к точному расчету своих проектов. Поэтому качество подобных самоделок часто превышает промышленные образцы.
Сегодняшняя ситуация такова, что разработки промышленных масштабов, проводимые зарубежными компаниями, ориентированы в большей степени на высокую производительность, тогда как изобретения отечественных мастеров служат для создания возможности обеспечить электроэнергией небольшой участок — частный дом, усадьбу, экспедицию и т.п., что означает другие цены и условия использования.
Виды и типы ветрогенераторов
Классификация ветряков производится по разным признакам. В первую очередь они делятся на:
- Горизонтальные. Ось вращения ротора расположена горизонтально, устройства имеют более высокую эффективность работы, но нуждаются в точном ориентировании по направлению ветра.
- Вертикальные. Эти образцы вращаются вокруг вертикальной оси, поэтому направление воздушного потока для них непринципиально.
По типу конструкции:
Кроме того, существует деление по строению лопастей:
- Жестколопастные.
- Парусные (изготовленные из мягких материалов или ткани, натянутой на каркас).
Необходимо учитывать, что классификация ветрогенераторов весьма условна, постоянно возникают новые варианты и типы конструкции, не укладывающиеся в рамки приведенных групп. Процесс развития и продвижения этого направления находится в стадии возрастания, поэтому говорить об окончательной и подробной классификации официального значения пока рано.
Общие показатели турбин
Основным параметром, интересующим потребителя в первую очередь, является мощность устройства. Это показатель эффективности ветряка, позволяющий оценить стоимость полученной энергии и решить, насколько такое устройство решает имеющуюся проблему.
Вторым, не менее важным и существенным показателем является цена ветрогенератора. Слишком дорогие образцы недоступны для рядовых пользователей, поэтому их производство нерационально с экономической точки зрения.
Кроме того, учитывается ремонтопригодность, особенности эксплуатации и обслуживания устройства. Эти вопросы в какой-то степени даже важнее, нежели цена, поскольку покупка совершается один раз, а обслуживание и ремонты могут производиться довольно часто, требуя постоянных расходов.
Необходимо учитывать, что ветрогенератор представляет собой комплекс, насчитывающий достаточно большое количество компонентов. Показатели всей системы зависят от индивидуальных параметров элементов, единственный слабый узел может снизить производительность всего комплекса, поэтому среди важных параметров следует назвать полное соответствие и сочетаемость всех узлов и элементов друг с другом.
Новые вертикальные ветрогенераторы
Большой интерес к ветроэнергетике, ее возможности и перспективы создали мощное движение по самостоятельной разработке и проектированию различных устройств. Создано немало новых, необычных конструкций ветрогенераторов, некоторые из которых имеют высокую эффективность, вследствие чего способны стать прототипами энергетических устройств будущего. Рассмотрим некоторые из них:
Ветровая турбина гиперболоидного типа
Конструкция, основная идея которой заключена в максимальном увеличении коэффициента полезного действия за счет снижения противодействия давления ветра на обратные стороны лопастей. Представляет собой вертикальный ротор со стержневыми лопастями, расположенными по окружности вращения, создающими очертания в виде гиперболоида. Полезная площадь воздействия потока существенно возрастает. Эффективность такого устройства намного выше, чем у обычных конструкций, запуск ротора возможен при ветре всего 1,4 м/с.
Ветрогенератор Третьякова
Конструкция Третьякова представляет собой довольно сложное, но весьма эффективное устройство. Принцип действия ротора Третьякова основан на улавливании потока воздуха и организации его направления таким образом, что противодействия не создается.
Рабочее колесо с лопастями находится внутри воздухоприемной конструкции, получающей поток встречного ветра и распределяющей его так, что он воздействует на лопасти по направлению снизу-вверх. Этот момент довольно важен — вектор прилагаемого усилия снижает коэффициент трения, облегчая запуск вращения и позволяя эффективно работать при малых скоростях ветра. При этом, несмотря на вертикальный тип конструкции, устройство требовательно к направлению ветра и нуждается в ориентировании по направлению потока. Это происходит автоматически, форма корпуса способствует развороту по ветру.
Возможность работы со слабыми потоками важна для большинства регионов нашей страны, а компактность и надежность конструкции гарантирует долговременное использование.
Ветровая роторная турбина Болотова
Ветрогенератор на основе разработок семьи Болотовых предназначен в первую очередь для решения вопросов энергоснабжения частных домов, передвижных пунктов или иных точечных участков как стационарного, так и мобильного типа. Конструкция представляет собой вертикальный ротор, оснащенный модульными лопастями, установленными посекционно одна над другой.
Снаружи установлен неподвижный спрямляющий аппарат, улавливающий ветровые потоки, направляющий их под нужным углом, исключая уравновешивающее воздействие на обратные стороны лопастей. Спрямляющий аппарат параллельно выполняет функцию статора, что увеличивает мощность, эффективность ветрогенератора.
Основная особенность устройства состоит в том, что он не нуждается в мачте для подъема над уровнем грунта. Кроме того, сила ветра, необходимая для запуска вращения, относительно мала, что позволяет использовать конструкцию в любом регионе.
Дизайнерский ветрогенератор revolution air
Это устройство — детище французского дизайнера Филиппа Старка. Конструкция представляет собой разновидность геликоидного ротора. Планируется выпускать два типоразмера мощностью 1 кВт и 400 Вт. Соответственно размер ветряка будет составлять 140 и 90 см.
Параметры конструкции откровенно слабы — скорость ветра, необходимая для запуска, составляет 14 м/с, а стоимость моделей соответственно 3500 и 2500 евро. Такие качества не позволяют всерьез рассматривать конструкцию как вариант решения проблемы с энергоснабжением, превращая устройство лишь в дорогостоящую статусную игрушку.
Решение вопросов электроснабжения в отдаленных регионах зачастую ложится на плечи самих жителей, вынуждая их прибегать к альтернативным источникам. Промышленные модели, чаще всего, недоступны из-за высокой цены, поэтому приходится использовать самодельные установки. Обилие разработок, имеющих высокий КПД и эффективность по сравнению с заводскими образцами, способствует распространению, продвижению ветрогенераторов альтернативных конструкций.
В последние годы заметно вырос интерес к малым ветроэнергетическим установкам. Их часто устанавливают при отсутствии доступа к сетям централизованного электроснабжения, или в тех случаях, когда подключение к существующим сетям обойдется дороже по сравнению со стоимостью ветрогенератора и его монтажом.
Пользуются спросом ветроустановки и там, где нельзя обеспечить бесперебойное электроснабжение, в качестве резервного источника электропитания. По словам представителей компаний, продающих ветряки, пик спроса на них приходится на осенне-зимний период, когда из-за увеличения нагрузки на электросети возрастает количество отключений.
Ветроэлектростанции могут работать как в комбинации с обычным электроснабжением из сети, так и автономно, без подключения к общей электросети. Распространены также так называемые гибридные ветро-солнечные системы. Кроме собственно ветрогенератора такие системы включают солнечные панели – они дополняют друг друга в разных погодных условиях.
ВРТБ — ветровая роторная турбина Болотова.
ВРТБ — ветроэлектростанция с вертикально расположенным валом генератора (VAWT). Ее главным преимуществом является то, что ее не нужно приспосабливать к разным погодным условиям, ветросиловая часть принимает ветер с любой стороны автоматически без каких-либо настроечных операций и не требует разворота станции при изменении направления ветра. Специальная конструкция позволяет работать с ветром любой мощности, включая штормовой. Количество устанавливаемых модулей зависит от требуемой мощности ветроэлектростанции. Ветросиловая часть станции сконструирована таким образом, что позволяет преобразовать с высоким КПД кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения вала и работоспособна в любом диапазоне встречающихся в природе ветров.
В данных ветроэлектростанциях используется уникальная система ротор-статор, которая «форсирует» поступающий ветер. Это позволяет преобразовывать кинетическую энергию ветра в механическую на уровне 39-42 % и преобразование механической энергии в электрическую на уровне 90-94 % соответственно! Еще одним преимуществом является расположение генератора, электрической схемы и аккумуляторов на уровне земли. Это позволяет своевременно, легко и без больших затрат производить техническое обслуживание станции. Как результат — низкая стоимость КВт-ч электроэнергии и удобство эксплуатации.
Отличительные особенности ветровой роторной турбины Болотова:
• рабочая скорость ветра от 3м/с и выше без ограничений;
• генератор, система автоматики и др. расположены на уровне земли;
• работа при ветрах любого направления без каких-либо настроечных операций;
• увеличивающаяся устойчивость конструкции при повышении скорости вращения ротора за счет гироскопического эффекта;
• бесшумность (30 dB на расстоянии 5 при ветре 15 м/с);
• простота монтажа и технического обслуживания;
• быстрый ввод в эксплуатацию;
• модульный принцип строения;
• возможность автономной работы или параллельной работы с другими источниками энергии;
• абсолютно не требует наведения на ветер;
В последние годы заметно вырос интерес к малым ветроэнергетическим установкам. Их часто устанавливают при отсутствии доступа к сетям централизованного электроснабжения, или в тех случаях, когда подключение к существующим сетям обойдется дороже по сравнению со стоимостью ветрогенератора и его монтажом.
Пользуются спросом ветроустановки и там, где нельзя обеспечить бесперебойное электроснабжение, в качестве резервного источника электропитания. По словам представителей компаний, продающих ветряки, пик спроса на них приходится на осенне-зимний период, когда из-за увеличения нагрузки на электросети возрастает количество отключений.
Ветроэлектростанции могут работать как в комбинации с обычным электроснабжением из сети, так и автономно, без подключения к общей электросети. Распространены также так называемые гибридные ветро-солнечные системы. Кроме собственно ветрогенератора такие системы включают солнечные панели – они дополняют друг друга в разных погодных условиях.
ВРТБ — ветровая роторная турбина Болотова.
ВРТБ — ветроэлектростанция с вертикально расположенным валом генератора (VAWT). Ее главным преимуществом является то, что ее не нужно приспосабливать к разным погодным условиям, ветросиловая часть принимает ветер с любой стороны автоматически без каких-либо настроечных операций и не требует разворота станции при изменении направления ветра. Специальная конструкция позволяет работать с ветром любой мощности, включая штормовой. Количество устанавливаемых модулей зависит от требуемой мощности ветроэлектростанции. Ветросиловая часть станции сконструирована таким образом, что позволяет преобразовать с высоким КПД кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения вала и работоспособна в любом диапазоне встречающихся в природе ветров.
В данных ветроэлектростанциях используется уникальная система ротор-статор, которая «форсирует» поступающий ветер. Это позволяет преобразовывать кинетическую энергию ветра в механическую на уровне 39-42 % и преобразование механической энергии в электрическую на уровне 90-94 % соответственно! Еще одним преимуществом является расположение генератора, электрической схемы и аккумуляторов на уровне земли. Это позволяет своевременно, легко и без больших затрат производить техническое обслуживание станции. Как результат — низкая стоимость КВт-ч электроэнергии и удобство эксплуатации.
Отличительные особенности ветровой роторной турбины Болотова:
• рабочая скорость ветра от 3м/с и выше без ограничений;
• генератор, система автоматики и др. расположены на уровне земли;
• работа при ветрах любого направления без каких-либо настроечных операций;
• увеличивающаяся устойчивость конструкции при повышении скорости вращения ротора за счет гироскопического эффекта;
• бесшумность (30 dB на расстоянии 5 при ветре 15 м/с);
• простота монтажа и технического обслуживания;
• быстрый ввод в эксплуатацию;
• модульный принцип строения;
• возможность автономной работы или параллельной работы с другими источниками энергии;
• абсолютно не требует наведения на ветер;
В последние годы заметно вырос интерес к малым ветроэнергетическим установкам. Их часто устанавливают при отсутствии доступа к сетям централизованного электроснабжения, или в тех случаях, когда подключение к существующим сетям обойдется дороже по сравнению со стоимостью ветрогенератора и его монтажом.
Пользуются спросом ветроустановки и там, где нельзя обеспечить бесперебойное электроснабжение, в качестве резервного источника электропитания. По словам представителей компаний, продающих ветряки, пик спроса на них приходится на осенне-зимний период, когда из-за увеличения нагрузки на электросети возрастает количество отключений.
Ветроэлектростанции могут работать как в комбинации с обычным электроснабжением из сети, так и автономно, без подключения к общей электросети. Распространены также так называемые гибридные ветро-солнечные системы. Кроме собственно ветрогенератора такие системы включают солнечные панели – они дополняют друг друга в разных погодных условиях.
ВРТБ — ветровая роторная турбина Болотова.
ВРТБ — ветроэлектростанция с вертикально расположенным валом генератора (VAWT). Ее главным преимуществом является то, что ее не нужно приспосабливать к разным погодным условиям, ветросиловая часть принимает ветер с любой стороны автоматически без каких-либо настроечных операций и не требует разворота станции при изменении направления ветра. Специальная конструкция позволяет работать с ветром любой мощности, включая штормовой. Количество устанавливаемых модулей зависит от требуемой мощности ветроэлектростанции. Ветросиловая часть станции сконструирована таким образом, что позволяет преобразовать с высоким КПД кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения вала и работоспособна в любом диапазоне встречающихся в природе ветров.
В данных ветроэлектростанциях используется уникальная система ротор-статор, которая «форсирует» поступающий ветер. Это позволяет преобразовывать кинетическую энергию ветра в механическую на уровне 39-42 % и преобразование механической энергии в электрическую на уровне 90-94 % соответственно! Еще одним преимуществом является расположение генератора, электрической схемы и аккумуляторов на уровне земли. Это позволяет своевременно, легко и без больших затрат производить техническое обслуживание станции. Как результат — низкая стоимость КВт-ч электроэнергии и удобство эксплуатации.
Отличительные особенности ветровой роторной турбины Болотова:
• рабочая скорость ветра от 3м/с и выше без ограничений;
• генератор, система автоматики и др. расположены на уровне земли;
• работа при ветрах любого направления без каких-либо настроечных операций;
• увеличивающаяся устойчивость конструкции при повышении скорости вращения ротора за счет гироскопического эффекта;
• бесшумность (30 dB на расстоянии 5 при ветре 15 м/с);
• простота монтажа и технического обслуживания;
• быстрый ввод в эксплуатацию;
• модульный принцип строения;
• возможность автономной работы или параллельной работы с другими источниками энергии;
• абсолютно не требует наведения на ветер;
В последние годы заметно вырос интерес к малым ветроэнергетическим установкам. Их часто устанавливают при отсутствии доступа к сетям централизованного электроснабжения, или в тех случаях, когда подключение к существующим сетям обойдется дороже по сравнению со стоимостью ветрогенератора и его монтажом.
Пользуются спросом ветроустановки и там, где нельзя обеспечить бесперебойное электроснабжение, в качестве резервного источника электропитания. По словам представителей компаний, продающих ветряки, пик спроса на них приходится на осенне-зимний период, когда из-за увеличения нагрузки на электросети возрастает количество отключений.
Ветроэлектростанции могут работать как в комбинации с обычным электроснабжением из сети, так и автономно, без подключения к общей электросети. Распространены также так называемые гибридные ветро-солнечные системы. Кроме собственно ветрогенератора такие системы включают солнечные панели – они дополняют друг друга в разных погодных условиях.
ВРТБ — ветровая роторная турбина Болотова.
ВРТБ — ветроэлектростанция с вертикально расположенным валом генератора (VAWT). Ее главным преимуществом является то, что ее не нужно приспосабливать к разным погодным условиям, ветросиловая часть принимает ветер с любой стороны автоматически без каких-либо настроечных операций и не требует разворота станции при изменении направления ветра. Специальная конструкция позволяет работать с ветром любой мощности, включая штормовой. Количество устанавливаемых модулей зависит от требуемой мощности ветроэлектростанции. Ветросиловая часть станции сконструирована таким образом, что позволяет преобразовать с высоким КПД кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения вала и работоспособна в любом диапазоне встречающихся в природе ветров.
В данных ветроэлектростанциях используется уникальная система ротор-статор, которая «форсирует» поступающий ветер. Это позволяет преобразовывать кинетическую энергию ветра в механическую на уровне 39-42 % и преобразование механической энергии в электрическую на уровне 90-94 % соответственно! Еще одним преимуществом является расположение генератора, электрической схемы и аккумуляторов на уровне земли. Это позволяет своевременно, легко и без больших затрат производить техническое обслуживание станции. Как результат — низкая стоимость КВт-ч электроэнергии и удобство эксплуатации.
Отличительные особенности ветровой роторной турбины Болотова:
• рабочая скорость ветра от 3м/с и выше без ограничений;
• генератор, система автоматики и др. расположены на уровне земли;
• работа при ветрах любого направления без каких-либо настроечных операций;
• увеличивающаяся устойчивость конструкции при повышении скорости вращения ротора за счет гироскопического эффекта;
• бесшумность (30 dB на расстоянии 5 при ветре 15 м/с);
• простота монтажа и технического обслуживания;
• быстрый ввод в эксплуатацию;
• модульный принцип строения;
• возможность автономной работы или параллельной работы с другими источниками энергии;
