Ветер обладает колоссальной энергией, однако он как дикий необъезженный мустанг абсолютно неуправляем
Ветер и дикий мустанг при колоссальной энергии абсолютно непредсказуемы. Дикого жеребца можно обуздать, а вертикальный ветрогенератор своеобразный аналог такой упряжи –он будет вырабатывать энергию вне зависимости от направления воздушного потока. А КПД вертикальных ветряков на 40% выше, чем у горизонтальных ветрогенераторов
Вертикальный ветрогенератор
Среди всех альтернативных источников энергии есть один особый, который присутствует везде и всегда. Он и в пустыне и в море, он и днём и ночью – это ветер. Казалось бы ветрогенератор идеальное устройство чтобы обеспечить свой дом бесплатным электричеством, но именно для ветра характерна онтологическая дихотомия – он одновременно и постоянен, и непредсказуем.
Двуликая энергия ветра
На Земле нет такого места, где никогда не дуют ветра. Они могут быть слабые, а в какие-то периоды может быть полный штиль, но это издержки атмосферных явлений. В глобальном представлении ветер есть всегда. Однако его направление абсолютно непредсказуемо!
Обычные горизонтальные ветрогенераторы нуждаются в сложной системе ориентации «по ветру». Они или поворачиваются целиком, или же у них лопасти меняют угол наклона. Но это усложнение конструкции прямо сказывается на стоимости и надёжности.
Однако есть вертикальные ветрогенераторы, для которых этой проблемы не существует в принципе! Им абсолютно без разницы направление ветра, главное чтобы он был. И что особенно привлекательно – работать вертикальный ветрогенератор начинает при меньшей скорости воздушного потока.
Преимущества и недостатки вертикальных ветрогенераторов
Придумать и нарисовать схему на бумаге, это совсем не то же самое, что воплотить её в реальность. На практике вылезают некоторые изъяны, которые приходится как-то нивелировать. Например, поток воздуха оказывает отрицательное давление на лопатки турбины. С одной стороны ветер их закручивает, а когда они возвращаются в исходное положение, то этот поток оказывает сопротивление.
Если горизонтальный ветрогенератор можно заглушить при штормовом ветре простым поворотом лопастей, то в вертикальной конструкцией этого проделать невозможно.
Именно эти недостатки на начальном этапе развития альтернативной энергетики, сделали вертикальные ветрогенераторы аутсайдерами в своём сегменте.
Сейчас положение кардинально изменилось! В 2008 году, исследователи из Калифорнийского технического университета доказали, что при скрупулёзном проектировании и использовании современных композитных материалов, имея одинаковые размеры, вертикальный ветрогенератор даёт в 10 раз больше энергии, чем его горизонтальный конкурент.
Основные преимущества вертикальных ветряков следующие:
- Не требуется ориентация по направлению ветра;
- Выдерживает вдвое большую скорость воздушного потока;
- Начинают работать при меньших скоростях ветра;
- Оснащаются более простым и надёжным редуктором;
- Не нуждаются в высоких мачтах;
- Центровка конструкции надёжная, так как вся система находится на одной центральной оси, а центр тяжести смещён вниз. Поэтому возведение вертикального ветрогенератора обходится дешевле;
- Блок управления находится внизу, поэтому обслуживание и ремонт выполнить гораздо проще;
- Требуют площадку меньших размеров;
Принимая в расчёт, что изготовление вертикальных ветрогенераторов обходится дешевле, многие энтузиасты альтернативной энергетики сходятся во мнении, что есть явные признаки картельного сговора. Поэтому на рынке уже 15 лет выпускаются мини- и микромодели таких генераторов, ориентированные на частный сектор.
Эволюция вертикальных ветрогенераторов
Первые вертикальные мельницы появились в Китае, почти 2000 лет назад.
Через тысячу лет их заново изобрели в Персии. Но приспосабливать такие конструкции для выработки электроэнергии начали в самом конце 19-го века.
Попытки устранить базовые изъяны были направлены на конструкцию и форму лопастей. За 130 лет появилось несколько модификаций, которые не поддаются безальтернативной систематизации. Поэтому начать их описание надо с наиболее лёгких в изготовлении, пусть даже они не такие эффективные как современные разработки.
Модель Савониуса
Изобрёл лопасти такого типа финский инженере сто лет назад.
В изготовлении она чрезвычайно проста и в эксплуатации надёжна. Но так как лопасти работают только за счёт разности давления, то эффективность оставляет желать лучшего.
В частном секторе, именно ветрогенераторы Савониуса чаще используются как стартовая модель. Важно только не упустить особенность расположения лопастей относительно друг друга, и оставить небольшой просвет между ними.
Базовый изъян ветрогенератора Савониуса кроется в переменных нагрузках на лопасти, которые вызваны эффектом Магнуса. Поэтому в Голландии модернизировали конструкцию, путём закручивания лопастей в спирали.
Называется такой вертикальный ветрогенератор Windwokkel (Обтекатель Ветра).
Модель Дарье
В конце 20-х годов прошлого века, французский лётчик Дарье додумался использовать подъёмную силу крыла, для увеличения эффективность вертикального ветрогенератора. Симбиоз чрезвычайно эффективен, и даже сейчас ещё не существует реальных математических моделей, описывающих физические процессы в таком ветрогенераторе! Достаточно сказать, что в 2010 году, в Новосибирском отделении РАН было проведено полномасштабное исследование ветрогенератора Дарье, и ученые чётко обосновали следующий факт: коэффициент энергопреобразования в идеально спроектированной конструкции вертикального ветрогенератора Дарье – 0,72.
Чтобы понять глубину этого факта, надо вспомнить, что теоретически доказанный предел эффективности для любых типов горизонтальных ветрогенераторов, не может превышать 0,593. А на практике, он даже не достигает 0,45.
Причина такого качественного скачка в том, что кроме разницы давлений ветра на лопасти, в конструкции Дарье задействован эффект аэродинамической подъёмной силы крыла. Поэтому скорость вращения вертикальной турбины Дарье может превышать скорость набегающего воздушного потока в 3-4 раза!
Существует несколько разновидностей ветротурбины Дарье:
- О-тип (венчик);
- Н-тип (Giro Mill);
- Спиральная турбина Горлова.
Идеальный проект предполагает три лопасти. Так как при двух лопастях затруднён автозапуск, а четыре и более лопасти снижают производительность.В некоторых конструкциях, для автозапуска используют гибридную систему, для этого ветрогенератор Савониуса интегрируют внутрь конструкции Дарье.
Экзотические системы вертикальных ветрогенераторов
Около 12 лет назад, французский изобретатель Дьедонне, придумал ни на что не похожий вертикальный ветрогенератор и назвал его Panemon.
Система очень оригинальная, и кустари одиночки воспроизводили её в своих частных домах.
Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:
Вертикальный ветрогенератор
Ветрогенератор для частного дома
В Хорватии установили более серьёзный прототип.
В Голландии придумали и запустили в мелкосерийное производство «Энергетический шар».
Это чудовищная химера вертикального и горизонтального ветрогенератора, вырабатывает около 700 вт уже при 1,5 м/с. Кроме обычных динамических сил описанных выше, в данной конструкции был учтён эффект Вентури. Это частное ответвление от эффекта Бернулли, которое проявляется в падении давления при протекании воздуха через узкое пространство.
Сенсация альтернативной энергетики
Одним из самых слабых мест у вертикальных ветрогенераторов является опорный подшипник. Масса всей конструкции давит на опору вызывая её усталостную деструкцию, а механическое трения снижает производительность. Чтобы обойти этот изъян, один китайско-немецкий консорциум предложил использовать магнитные подшипники с эффектом левитации.
Формы лопаток турбины могут быть различные, но центральный вал в этих моделях держится на магнитном подшипнике – левитирует. Проверка работоспособности конструкции вертикального ветрогенератора на магнитом подшипнике, продемонстрировала высокую эффективность в изменяющихся ветровых условиях по сравнению с аналогичной системой без такой опоры
Феномен маглева (магнитной левитации) основан на отталкивании одноименных полюсов постоянных магнитов. Использование пары постоянных неодимовых магнитов, с реальной поддержкой магнитной левитации, достаточно легко испытывается на практике. Два кольцевых магнита обращённых друг к другу одинаковыми полюсами демонстрирую достаточно сильное отталкивание, чтобы держать обе поверхности на расстоянии друг от друга. Сила, создаваемая в результате этого отталкивания, используется для подвески и является достаточно мощной, чтобы уравновесить вес объекта в зависимости от мощности магнитного поля.
В комментариях прикреплён Прайс лист чисто для ознакомления с разновидность турбин Маглева,и дополнительную полезную информацию:
Характеристики ротора Дарье
Разработка ветрогенератора с вертикальной осью
В этом проекте удалось реализовать технологию достижения вертикальной ориентации с помощью роторов, а также генератора осевого потока. Однако есть нюансы, которые действительно отличают систему, работающую на постоянных магнитах, от электромагнитов.
В конструкции ветряка с осевым потоком, работоспособность основана на генераторах с постоянными магнитами. В них концепция магнитов и магнитных полей является доминирующим фактором в этой форме работы. Эти генераторы имеют воздушный зазор, перпендикулярный оси вращения. Одновременно, воздушный зазор создает магнитные потоки, параллельные оси.
Технология maglev, служит эффективной заменой шарикоподшипников, используемых в типовой ветротурбине, и обычно реализуется с постоянными магнитами.
Левитация используется между вращающимся валом турбины и основанием всей системы ветряка. При наличии соответствующих механизмов удаётся использовать очень слабые ветра для выработки электроэнергии. Правильно размещённые магниты формирует магнитное поле, а медные катушки будут способствовать захвату напряжения из-за изменения этого магнитного поля.
Такая система может работать при скорости ветра от 1 м/с, и поддерживает генерацию до шквальных порывов в 55 м/с. Согласно исследованию, генерирующая мощность ветровой турбины Маглева выше на 20% по сравнению с обычными ветряными турбинами, а эксплуатационные расходы на 50% ниже.
Ветрогенераторы МагЛев производятся и продаются в США с 2014 года.
Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал и ставить "палец вверх", если статья Вам понравилась!
