Необычные ветрогенераторы

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: статьи

Опубликовано: 30.03.2018 10:58

Просмотров: 2995

Николай Петренко, Игорь Безверхний, г. Киев
Всем, кто на практике знаком с ветрогенераторами, известны и негативные стороны этих альтернативных источников электроэнергии. В первую очередь это шум от вращающихся лопастей ротора. На полях промышленных ветроэлектростанций, где использованы много мощных ветроустановок(ВЭУ) не поселяются даже полевые мыши и птицы, а животные, даже домашние (овцы, коровы, собаки и т.д.) обходят их стороной. Перелетные птицы прокладывают маршруты своих миграций подальше от полей ВЭУ. Постоянно разрабатываются новые конструкции малошумящих ветрогенераторов. О двух таких разработках, которые еще не нашли массового распространения, рассказано в этой статье.

Как известно, практически все ветрогенераторы делятся на два типа: с горизонтальной осью вращения и вертикальной осью вращения. Первые более распространены и именно они является источниками повышенного шума.
Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения должны автоматически ориентироваться по направлению на ветер. Для этого они имеют флюгерное устройство (хвост). Обычно такие ветрогенераторы начинают оптимально работать при скорости ветра 5 и более метров в секунду. Не многие из них способны вырабатывать электроэнергию при скорости менее 3 м/с.
Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения более громоздки, но имеют два преимущества:
• нет необходимости ориентировать их по ветру;
• они более тихоходны, а, значит, менее шумят и выходят в нормальный режим генерации при более слабом ветре (1 ...3 м/с).
Для автономного эксплуатации на транспортных средствах (яхтах, катерах, баржах и т.п.) более подходят ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения [1]. Во-первых, они менее габаритны. Во-вторых, они легко монтируются на мачтах судов. А вот характерный рокот даже при не очень сильном ветре создает ряд неудобств, а главное при длительных переходах этот рокот мешает спать. Повышается утомляемость, и даже раздражительность членов экипажа.
Ротор Онипко
Как всякое качественно продуманная аэродинамическая конструкция, ротор Онипко восхитительно красив (фото 1). Ротор имеет вид объемной спирали. Ее математической основой является, так называемая, золотая спираль Да Винчи — частный случай логарифмической спирали, один
из параметров которой связан с золотым сечением. Отсюда чрезвычайно гармоничная красота конечного изделия. Для ветрогенератора с ротором Онипко разработан электрический генератор с предельно низким стартовым моментом
Автор идеи и разработчик конструкции — Алексей Федорович Онипко (фото 2), живущий под Киевом. Он заслуженный изобретатель Украины, доктор технических наук, Лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники. Он является президентом негосударственной Украинской академии наук (УАН) [2].

Преимущества и характеристики ротора Онипко
• Широкий диапазон мощностей от 50 до 10 000 Вт.
• Устройство приспособлено к резкому изменению скорости и направлению ветрового потока.
• ВЭУ нового типа не создает шумы и может устанавливаться рядом с местом нахождения или проживания человека.
• Высокий коэффициент преобразования энергии ветра.
• Не требует высокой мачты.
• Работает в широком диапазоне скоростей ветра: 0.3...20 м/с.
• Рабочая поверхность турбины нового типа существенно превосходит эффективную площадь классической лопастной турбины аналогичного диаметра.
В отличие от обычных ветровых турбин, которые используют эффект подъемной силы крыла, дополнительно используется энергия давления ветра.
Ротор Онипко может изготавливаться из металла, армированного стекловолокна или пластмассы.
Ветроустановки с ротором Онипко имеет многочисленные награды на международных выставках, в числе которых: медаль «Леонардо Да Винчи», врученная Ассоциацией Европейских изобретателей «AEI», Премия «Зеленый Оскар», присужденная Международной федерацией ассоциации изобретателей (IFIA) и другие.
Для получения оптимальной формы при изготовлении ротора, очень важна точность, которую можно получить на 3D станках, управляемых специальной программой. В домашних условиях ротор Онипко можно изготовить с несколько худшими, но с неплохими характеристиками.
Vortex Bladeless
Это название переводится с английского как вихрь без лопастей. Vortex Bladeless S.L — это испанский технический стартап [3], который разработал многопатентную ветряную турбину без лопастей.
В 2014 году Vortex Bladeless выиграл премию South Summit Award в категории энергетики и промышленности за лучший проект.
Очень интересно то, как возникла идея создания этого ВЭУ. Она пришла в голову в начале 2000-х годов Дэвиду Яньесу после просмотра фильма о крушении моста Такома-Нэрроуз в Штате Вашингтон (США), которое произошло 7 ноября 1940 г. Этот мост начало раскачивать (фото 3) при ураганном ветре, возникшими вихревыми потоками воздуха. Система вошла в резонанс и мост рухнул.

Дэвид Яньес решил использовать вихревые потоки воздуха для вырабатывания электроэнергии в ветрогенераторе, не имеющим вращающихся частей.
Эту идею ему удалось довести «до ума» с помощью Рауля Мартина и Дэвида Сориола (фото 4).

Энтузиастам долго недоставало денег для полноценной работы над проектом. Только в 2012 году Vortex получил существенный грант на разработку технологии, В 2014 году был проведен первый полевой тест прототипа в Gotarrendura (Испания).
Прототип постоянно совершенствуется на основе данных, собранных на полевых испытаниях. Было проведено множество экспериментов и получено ряд патентов на собственные технологии. В апреле 2015 года Vortex перебрался в Бостон, чтобы воспользоваться новой инновационной программой. Был создан Американский консультативный совет с представителями Гарвардского университета.
Что такое этот Vortex?
Vortex — это ветрогенератор без лопастей. Вместо того чтобы вырабатывать энергию из энергии вращательного движения турбины, Vortex использует то, что известно как завихрения — аэродинамический эффект (фото 5), возникающий при разрыве ветра твердым препятствием. Вихревая структура создает колебания, энергию которых использует ветрогенератор Vortex Bladeless для получения электроэнергии.

Этот ветрогенератор не только не имеет лопастей, но сознательно разработан так, что вообще не иметь вращающихся деталей, а также никаких передач, связей и т.д. Это, позволяет сделать ветрогенератор Vortex дешевым и легким в обслуживании.
Он представляет собой мачту высотой несколько метров утолщающуюся кверху (фото 6), внутри которой размещен упругий стержень.
Соответственно сам генератор электроэнергии размещен на высоте приблизительно равной 1/3 высоты мачты. Его хорошо видно на фото 6. а его конструкция понятна из фото 7.


Он преобразует в электрический ток покачивания мачты. Рабочая зона этого ветрогенератора представляет собой круглую зону вокруг точки изгиба упругого стержня, а область охвата, т.к. используются колебательные, а не вращательные перемещения имеет другую форму, — это треугольник, а не круг.
Радиус колебаний равен диаметру вихря на верхнем конце мачты ветрогенератора.
Ветрогенератор Vortex разработан так, что ни одна его часть не колеблется на частотах более 20 Гц, слышимых для людей. Естественно, частота сильно зависит от скорости.
Максимальная скорость, с которой движется (колеблется) мачта, очень мала по сравнению со скоростью конца лопасти для обычного ветрогенератора с горизонтальной осью. Хорошо продуманная и построенная структура углеродного волокна мачты не скрипит при работе. Модели, испытанные на сегодняшний день, шумят на уровне 0 дБ. При скорости ветра 8 м/с, мачта ветрогенератора высотой 13м колеблется с частотой 2 Гц, а при скорости ветра 16 м/с — 4 Гц.
Ветрогенераторы Vortex Bladeiess, ввиду отсутствия лопастей, можно устанавливать вдвое ближе друг другу, чем стандартные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения той же мощности.
Ссылки
1. Безверхний И. Путешествие по Днепру без солярки и бензина // Радиоаматор. — 2013. — №7. — С.35.
2. Страница Ротор Онипко. Режим доступа: http://e-veterok.ru/rotor-onipko.php.
3. www.vortexbladeless.com /VortexBladeless — страница стартапа Vortex Bladeiess.
PA 03'2018