Эффективность различныхветроприемных устройств

Общие сведения о ветроэнергетике

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере.

Преобразование кинетической энергии ветра в электрическую происходит с помощью ветроэнергетических установок (ВЭУ).

Все существующие ВЭУ преобразуют энергию ветра в механическую энергию с помощью ветроприемного устройства (ВПУ).

 По отношению ВПУ к направлению воздушного потока ВЭУ разделяются на горизонтально-осевые и вертикально-осевые (рис.9.1).

Рис.9.1. Ветроэнергетическая установка: а -  горизонтально-осевая; б –вертикально-осевая

Главным элементом устройства являются лопасти, которые придают ВПУ вращающий момент при воздействии на них воздушного потока. Поэтому эффективность любого ВПУ будет сильно зависеть от количества лопастей, а так же от их формы.

Существуют два основных параметра эффективности ВПУ:

·  С_р- коэффициент использования энергии ветра - отношение мощности, развиваемой ветряным двигателем, к мощности воздушного потока, воздействующего на наветренную поверхность ВПУ. В ветроэнергетике вместо К.П.Д. используется С_р. По расчетам ученых максимально возможный С_р - 0,593 (Предел Бетца).

· - быстроходно­сть - отношение окружной скорости лопастей к фактической скорости ветра. Чем выше значение , тем эффективнее работает ВЭУ.

Эффективность различныхветроприемных устройств

Ротор Савониуса - (Savonius) – рис.9.2.Эти ВПУ являются самыми тихоходными, и как следствие имеют низкий С_р=0,20. Достоинства: низкий уровень шума, небольшая занимаемая площадь, отличная работа на малых ветрах (3-5 м/сек) и поскольку этот ротор с вертикальной осью вращения то он не нуждается в устройствах ориентирования по ветру, что сильно упрощает конструкцию. Ротор Савониуса - это два смещенных относительно друг друга полуцилиндра с небольшим (10-15% от диаметра лопасти)
перекрытием.

 

Рис. 9.2. Внешний вид РотораСавониуса

Американская многолопастная турбина (Аmerican multiblade) – рис. 9.3. Это ВПУ более эффективно чем "Савониус", так же хорошо работает на малых ветрах, но требует наличия флюгера для ориентирования на ветер и защиты от очень сильных ветров. Эта ВЭУ так же является тихоходной, по причине большого количества лопастей, поэтому С_р=0,30.

Рис. 9.3. Внешний вид американской многолопастной турбины

Ротор Дарье (Darrieus) – рис. 9.4. Это ВПУ может работать на достаточно высоких оборотах и совмещает в себе почти все преимущества ВЭУ с вертикальной осью вращения. Есть у него и свои недостатки, и главный из них, это проблемы с автозапуском, для того чтобы ротор начал вращение его нужно предварительно "разогнать". Хотя есть уже современные разработки способные самостоятельно стартовать при наличии ветра.

Рис. 9.4. Внешний вид ротора Дарье

Высокоскоростной пропеллер (High speed propeller) - рис. 9.5. Это самые высоко технологические ВЭУ. Аэродинамический профиль лопастей снижает сопротивление воздуха, благодаря чему удалось добиться высокой эффективности. Умная электроника таких установок направляет пропеллер навстречу ветру, а так же регулирует угол атаки лопастей (для защиты от ураганных ветров). В настоящее время в большой энергетике используют только такиеВЭУ. К сожалению для нормальной работы высокоскоростной турбины необходим ветер от 7 до 12 м/сек, поэтому работать она может далеко не в каждой местности.

Рис. 9.5. Внешний вид горизонтально-осевой ВЭУпропеллерного типа

Зависимость коэффициента использования энергии ветра от быстроходности приведена на рис. 9.6.