Мощные ветрогенераторы: сравнительная характеристика

Описание и характеристики различных типов ветрогенераторов, их сильные и слабые стороны и применение в различных областях.

к содержанию ↑

Введение

Забота об окружающей среде и о собственном кошельке побудила светлые умы человечества к изобретению и внедрению новых методов производства энергии, источником, для которой, служили бы неисчерпаемые ресурсы: солнце, вода и ветер. Использование каждого такого источника имеет свои преимущества и недостатки, но наиболее доступной и эффективной считается энергия ветра.

Конечно, природа накладывает определённые ограничения на использование ветрогенераторов, и материальные затраты на выработку 1 кВт электричества от энергии солнца и ветра примерно сопоставимы. Но в северных широтах, особенно в прибрежных регионах, использование ветрогенераторов вне конкуренции.

Вопрос целесообразности установки упирается в среднюю скорость ветра по региону. Начиная с 4 м/с установка ветрогенератора считается целесообразной, а при 9-12 м/с он работает с максимальным КПД. Но мощность ветрогенератора зависит не только от скорости ветрового потока (схема 1), но и от диаметра ротора и площади лопастей (схема 2).
Схема зависимости выходной мощности ветрогенератора от скорости ветраТеоретическая выходная мощность ветрогенераторов в зависимости от диаметра ротора

к содержанию ↑

Расчёт

Если известна средняя скорость ветра, то манипулируя величинами диаметра винта или его площади, можно вывести подходящую мощность установки, которая необходима.

Р = 2D*3V/7000, кВт, где
P — мощность;
D — диаметр винта в м;
V — скорость ветра в м/сек.

Данная формула расчёта эффективности ветрогенератора справедлива исключительно для крыльчатого — горизонтального типа.

к содержанию ↑

Виды

На данный момент в серийном производстве существует 2 вида ветрогенераторов:

    Карусельный ветрогенератор

  1. Карусельные — ось вращения располагается вертикально по отношении к направлению ветра. Имеют ряд преимуществ по сравнению с классическими — горизонтальными:
  2. Вырабатывают электроэнергию при небольшой силе ветра;
  3. Не нуждаются в сложных, активных системах направления на поток ветра, как следствие, идеально подходят для местности с турбулентными воздушными потоками;.
  4. Вертикальный ветрогенератор

  5. Некоторые промышленные модели не нуждаются в высокой мачте, сама ось для лопастей является мачтой. Поэтому удобны в обслуживании;
  6. Низкий уровень шумового загрязнения, до 30 дБ;
  7. Отличный внешний вид.

Но они имеют серьёзный недостаток — тихоходность. Для его преодоления применяют повышающие редукторы, что несколько снижает КПД.

    Крыльчатый ветрогенератор

  1. Крыльчатые — горизонтальные ветряки. Этот вид ветрогенератора наиболее распространён при использовании в промышленной выработке электроэнергии.

Преимущества:

  • Большая скорость вращения, это позволяет соединяться с генератором, что увеличивает КПД;
  • Простота изготовления;
  • Большое разнообразие моделей.

Недостатки:

  • Высокий уровень шумового и ультразвукового загрязнения. Это может быть опасно для здоровья людей. Поэтому генерирующие промышленные мощности располагают в безлюдных местах;
  • Необходимость применять стабилизатор и устройства наведения на поток ветра;
  • Скорость вращения находится в обратной пропорции к количеству лопастей, поэтому в промышленных моделях редко используют более трёх лопастей.

Небольшой ветрогенераторРаботы по преодолению последнего недостатка ведутся уже довольно давно. Было разработано и выпущено несколько небольших моделей ветрогенераторов. Их КПД довольно высокий для своего класса мощности, из-за оригинального строения лопасти.

Площадь сопротивления ветру в такой модели минимальна, она может работать при силе ветра и 2 м/с и выдавать при этом 30 Вт. Но учитывая, что на трение и иные потери, в моделях такого класса, уходит до 40% энергии, оставшихся 18 Вт не хватит даже на освещение одной лампочкой. Для использования на даче или в частном доме нужно, что-то серьёзнее.

к содержанию ↑

Выбор модели

Стоимость комплекта ветрогенератора, инвертора, мачты, ШАВРа — шкафа автоматического включения резерва, напрямую зависит от мощности и КПД.

Максимальная мощность кВт Диаметр ротора м Высота мачты

м

Номинальная скорость м/с Напряжение

Вт

0,55 2,5 6 8 24
2,6 3,2 9 9 120
6,5 6,4 12 10 240
11,2 8 12 10 240
22 10 18 12 360

Как видим для полного или частичного обеспечения усадьбы электричеством необходимы генераторы большой мощности, установить которые самостоятельно довольно проблематично. В любом случае высокие капитальные вложения и необходимость производства работ по монтажу мачты с помощью спецтехники существенно снижают популярность ветровых энергетических систем для частного использования.

Переносной вертикальный ветрогенераторСуществуют переносные ветрогенераторы малой мощности, которые можно взять с собой в путешествие. Эти модели компактны быстро монтируются на местности, не требуют особого ухода, и дают достаточно энергии, для комфортного времяпрепровождения на природе.

И хоть максимальная мощность такой модели всего 450 Вт, этого достаточно для освещения всего кемпинга и даёт возможность использовать бытовые электроприборы вдали от цивилизации.

Монатаж ветрогенератора с помощью вертолетаДля средних и малых предприятий установка нескольких генерирующих ветровых станций могла бы дать существенную экономию в энергозатратах. Множество европейских фирм занимаются производством продукции такого типа.

Это сложные инженерные системы, требующие профилактики и обслуживания, но их номинальная мощность такова, что может перекрыть нужды всего производства. Для примера в Техасе на самой большой ветроэлектростанции в США всего 420 таких генераторов вырабатывают за год 735 мегаватт.

к содержанию ↑

Новейшие разработки

Летающий ветрогенератор-крылоПрогресс не стоит на месте, и новые разработки поднимают эффективность ветрогенераторов на новую высоту, в буквальном смысле. Одной из самых трудозатратных частей при создании ветровой электростанции был монтаж наземных систем: мачты, генератора, ротора, лопастей. На малых высотах, возле земли ветровые потоки не постоянны, а подъём генерирующих мощностей на большую высоту, делает мачту слишком сложной и дорогой конструкцией.

Теперь этого можно избежать. Компания Makani Power разработала летающий ветрогенератор — крыло, запустив который на большую высоту 550 м, можно получить до 1 МВт электроэнергии в год.





Оцените статью:
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars
Загрузка...
Поделитесь с друзьями:
Комментарии посетителей
  1. 21-8-2015, Ухарь Ответить

    Всё ещё бегаете за ветром?

  2. 16-2-2019, Ефим Ошерович Ответить

    Ищу инвестора напарника. Есть мой проект Высотная ветровая электростанция. Она может давать электроэнергию больше чем АЭС. На высоте скорость ветра намного больше, чем внизу. Ветер это движение воздушных масс. Масса обязательно давит на поверхность по которой идет, за счет трения и теряет часть энергии. Море это доказывает. Когда ветра нет, то море спокойное. Когда возникает ветер, то появляется волна и чем больше скорость ветра, тем больше масса волны. Энергию ветра и волны связывает трение. Ветер по скорости не равномерен. Его нужно аккумулировать. Есть разные , аккумуляторы. Водохранилище для гидростанций, это тоже аккумулятор энергии реки. Для ветроэнергетики промышленного масштаба, наилучший аккумулятор это энергия сжатого воздуха в ресиверах. Воздух сжимаем, поэтому большой объем энергии можно аккумулировать и хранить в ресиверах. На энергии сжатого воздуха с избыточным давлением в одну атмосферу, работает мой мой двигатель и вращает типовой электрогенератор переменного тока. Двигатель работает по закону Архимеда и Ньютона. Я скопировал действия этих законов с подводной лодки. Высотная ветровая ЭС, это стальная конструкция длиной 1500=2000 м. На ней по вертикали до 100 горизонтальных площадок. На каждой стоит мой ветродвигатель и вращает компрессор. Энергия ветра превращается в энергию сжатого воздуха и по трубам переходит вниз в ресиверы. Там же могут стоять мои двигатели с электрогенераторами.

    • 2-3-2019, Алексей Ответить

      А можно рассказать по подробней о вашем двигателе. Есть ли какие-нибудь картинки?

Добавление комментария