Расчет ветряка вертикального: Расчет вертикального ветряка для начинающих

Содержание

Расчет вертикального ветряка для начинающих

Расчет вертикального ветряка по сути ни чем не отличается от расчета обычного горизонтального. Но в расчете есть свои особенности так-как вертикальные ветряки типа "Бочка" работают не за счет подъемной силы, а за счет давления ветра на лопасти. Далее я приведу пример расчета ветряка в общих чертах. Расчет хоть и довольно точный, но он дает общее представление о мощности ветрогенератора, но не учитываются многие факторы, которые могут значительно влиять на реальный результат.

Самодельный вертикальный ветрогенератор

Для примера фото вертикального ветряка типа "Бочка" К примеру мы хотим сделать ветрогенератор типа "Бочка" размером по ширине 2 метра, и высотой 3 метра. Количество лопастей не имеет особого значения, и скажем у нас 4 полукруглых лопасти. Для начала нам нужно узнать сколько энергии мы вообще можем получить с этого ротора.

Для расчета есть простая формула:

P=0.3- Скорость ветра в кубе м/с

0.6 - это скорость ветра. Ветер движущийся в пространстве принимается за единицу, но ветер при подходе к любому препятствию теряет свою скорость и мощность. Так-как потери в скорости нам не известны, то будем брать 0.6, это с учетом того что ветер потеряет скорость на 33%.

Дополнительно формула расчета площади круга S=πr2, где

π- 3,14

r- радиус окружности в квадрате

Вообще вертикальные ветряки подобно рекламным щитам ветер тормозят очень сильно, и перед препятствием образуется воздушная подушка, натыкаясь на которую новые порции ветра расходятся по сторонам и 30-40% энергии ветра уходит не принимая участия в давлении на лопасти. По-этому общий КПД, или по правильному КИЭВ ветроколеса у вертикальных ветряков достаточно низкий и составляет всего 10-20% от энергии ветра.

Из анализа самодельных вертикальных ветряков КИЭВ в основном 10% всего, но мы-же оптимисты, по-этому я буду брать КИЭВ 0.2, хотя здесь еще не учитывается КПД генератора и трансмиссии.

Далее по формуле подставляя данные для этого ветроколеса получается что:

0.6*6*2*2*2*0.2=5,76 ватт при 2м/с

0.6*6*3*3*3*0.2=19,44 ватт при 3м/с

0.6*6*4*4*4*0.2=46,08 ватт при 4м/с

0.6*6*5*5*5*0.2=90 ватт при 5м/с

0.6*6*7*7*7*0.2=246 ватт при 7м/с

0.6*6*10*10*10*0.2=720 ватт при 10м/с

Теперь понятно на что способен данный ротор. Далее нам нужно подогнать генератор к этому ротору чтобы генератор смог вырабатывать максимально возможную мощность, которая имеется на роторе, и при этом не перегружать ротор - чтобы он мог вращаться и его обороты сильно не падали. Иначе толку не будет, выработка энергии сильно упадет. Чтобы подогнать генератор нам нужно узнать обороты ветроколеса на каждой скорости ветра.

В отличие от горизонтальных ветряков, где скорость вращения кончиков лопастей обычно в 5 раз быстрее скорости ветра, вертикальный ветрогенератор не может вращаться быстрее скорости ветра. Это связано с тем что тут ветер просто толкает лопасть, и она начинает двигаться с потоком проходящего ветра. А горизонтальный винт работает за счет подъемной силы, которая образуется у тыльной части лопасти, и она выдавливает лопасть вперед, и тут обороты ограничиваются только аэродинамическими свойствами лопасти и подъемной силой.

Вдаваться в подробности не будем, и вернемся к нашему ветроколесу. Чтобы высчитать обороты ротора размером 2*3 метра, где ширина ротора 2 метра, нужно узнать длину окружности ротора. 2*3,14=6.28 метра, то-есть за один оборот кончик лопасти проходит путь в 6.28 метра. Это значит что в идеале полный оборот ротор сделает за проходящий поток ветра длинной 6.28 метра. Но так-как энергия тратится на вращение, на трансмиссию, да еще и на вращение генератора - который нагружен аккумулятором, то обороты упадут в среднем в два раза. И того полный оборот ротор сделает за 12 метров потока ветра.

Тогда получается так, если ветер 3м/с, то при этом ветре за секунду ротор сделает 0,4 оборота, а за 4 секунды полный оборот. А за минуту при ветре 3м/с будет 60:4=15об/м.

При 3м/с 12:3=4, 60:4=15об/м

При 4м/с будет 12:4=3, 60:3=20об/м.

При ветре 5м/с 12:5=2.4, 60:2.4=25об/м.

При 7м/с 12:7=1.71, 60:1,71=35об/м

При 10м/с 12:10=1.2, 60:1.2=50об/м

С оборотами ветроколеса я думаю теперь понятно, и они известны. Чем больше в диаметре ветроколесо, тем меньше его обороты относительно скорости ветра. Так к примеру ветроколесо диаметром 1 метр будет крутится в два раза быстрее чем ветроколесо 2м в диаметре.

Теперь нужен генератор, который на этих оборотах должен вырабатывать мощность не более чем может выдать ветроколесо. А если генератор будет мощнее, то он перегрузит ротор, и тот не сможет раскрутится до своих оборотов, и в итоге обороты будут низкие и общая мощность. При ветре 3м/с у нас 15 об/м, и мощность ветроколеса 19 ватт, вот нужно чтобы генератор нагружал ротор не более 19ватт. Это с учетом КПД редуктора (если он имеется) и КПД самого генератора. КПД редуктора и генератора обычно не известны, но на них тоже значительные потери, и в общем на этом теряется 20-50% энергии, и на выходе на аккумулятор уже поступает всего 50%, это в нашем случае 10ватт примерно.

Если генератор перегрузит ветроколесо, то его обороты не выйдут на номинальные, и будут значительно ниже скорости ветра. От этого упадут обороты генератора и его мощность. Плюс еще значительно медленные по скорости лопасти относительно ветра, будут его сильно тормозить и ветер будет разбегаться в стороны, в итоге мощность ветроколеса упадет еще больше. Так со слишком мощным генератором энергии на аккумулятор будет в разы меньше чем могло бы быть. Или наоборот, когда генератор слишком слабый и при 15об/м ветроколеса не может на полную нагрузить ветроколесо, то то-же получается что мы берем гораздо меньше энергии от возможной.

В итоге генератор должен соответствовать по мощности ветроколесу, только так мы можем снять максимально возможную мощность ветроколеса. Это можно сказать самая сложная задача так-как генератор может абсолютно разных характеристик напряжения и тока к оборотам. Чтобы подобрать генератор его нужно покрутить на аккумулятор и измерить отдаваемую энергию, или просчитать по формулам. А далее уже пробовать подгонять к ветроколесу.

К примеру у вашего генератора при 300об/м 1Ампет на АКБ 14вольт, это примерно 14ватт, а ветроколесо выдает 19ватт при 15об/м. Значит мультипликатор нужен 1:20 чтобы генератор крутился при этом на 300об/м. При 5м/с обороты ветроколеса 25об/м, а генератор значит будет вращаться со скоростью 500об/м. Мощность ветроколеса у нас при этом всего 90ватт, а генератор превышает по мощности и дает 200ватт. Так не пойдет ветроколесо просто будет медленно вращаться и свои 90ватт не выдаст - а 200ватт тем-более. Выход - или жертвовать началом зарядки и делать редуктор 1:15, или увеличивать по высоте ветроколесо в два раза чтобы ветроколесо потянуло генератор.

Так нужно чтобы генератор соответствовал по мощности и оборотам на всем диапазоне вращения ветроколеса. А если генератор не-дотягивает по мощности, то нужно или увеличивать передаточное число мультипликатора, или уменьшать ротор чтобы добиться баланса между оборотами и мощностью ветроколеса и генератора. Часто люди вообще без всяких расчетов ставят генераторы от чего найдут, и строят ветроколесо насмотревшись видео с ютюба, а в итоге получается что ветрогенератор не работает на малом ветру и по мощности просто мизер совсем.

Расчет ветрогенератора - методика самостоятельного расчета мощности вертикального ветрогенератора

Ветрогенераторы как источник электроэнергии не так давно завоевали популярность у жителей загородных участков. Перед установкой необходимо сделать расчет ветрогенератора для своей местности. Этот экологически чистый прибор для выработки электричества бывает двух видов:

  • с горизонтальной осью
  • с вертикальной осью

Последние более эффективны и технологичны. Единственным минусом вертикальных ветрогенераторов является их высокая цена. Часто такие приборы окупаются в течение пятнадцати лет. Поэтому ветрогенераторы используют как дополнительный источник энергии. Установить их можно своими руками.

Как выбрать ветрогенератор

Если грамотно подойти к вопросу покупки вертикального ветрогенератора, можно увеличить его производительность и сократить срок окупаемости. Сначала следует рассмотреть разные виды вертикальных ветрогенераторов:

  • ортогональные генераторы, которые не нуждаются в направляющих механизмах. Они имеют несколько лопастей параллельно основной оси. Работа такого генератора не зависит от направления ветра
  • ветрогенераторы с ротором Дарье. Они имеют две-три лопасти на плоском винте. Главное достоинство конструкции в том, что ее можно монтировать на уровне земли
  • генераторы с ротором Савониуса. Они очень эффективны, так как работа винта может быть проведена на низких скоростях, что существенно снижает расход аккумулятора
  • устройства с большим количеством лопастей на оси. Это более усовершенствованная версия ортогонального прибора. Они очень эффективны, но и цены на них ощутимо выше
  • приборы с геликоидным ротором. Они также произошли от ортогонального прибора. Благодаря своей сложной технологии лопасти на оси оказывают небольшую нагрузку на катушку. Это повышает срок эксплуатации генератора. Но и на них цена очень высока

Самыми популярными ветрогенераторами являются ортогональные и с ротором Савониуса. Почти каждый ветрогенератор с вертикальной осью работает на неодимовых магнитах. Они достаточно эффективны, при этом стоимость не слишком высока. Чтобы не переплатить при выборе ветрогенератора, можно сделать правильные расчеты своими руками.

Что нужно рассчитать при выборе генератора

Когда вы решили приобрести такой полезный прибор, как ветрогенератор, нужно учитывать следующие параметры:

  • мощность ветрогенератора на неодимовых магнитах. Если в вашей местности нет сильных ветров, вам нужен генератор с маленькой мощностью
  • направление ветра. Если ветра часто меняют направление, вам подойдет только вертикальный ветрогенератор с подвижными лопастями
  • марка. От производителя напрямую зависит цена прибора. Следует помнить, что импортный товар всегда дороже российских аналогов

Конечно, в первую очередь нужно высчитать мощность.

Как сделать расчет ветрогенератора самостоятельно

Чтобы рассчитать мощность ветрогенератора для вашей местности, воспользуйтесь специальными формулами. Сначала нужно рассчитать количество энергии, которую сможет выработать генератор в течение года в вашей местности. Для этого нужно выполнить ряд действий:

  • произвести расчет. На основе результатов будут выбраны длина лопастей и высота башни
  • провести анализ скорости ветра в вашей местности. Это можно сделать своими руками с помощью специального прибора, наблюдая за ветром несколько месяцев, или запросить результаты с местной метеостанции

Методика расчета мощности ветреного потока своими руками подразумевает использование формулы — P*= krV 3S/2, [В т]. В этой формуле используются следующие обозначения:

  • r — плотность воздуха, которая при нормальных условиях составляет 1,225 кг/м3
  • V — скорость потока в м/с
  • S — площадь потока в квадратных метрах
  • k — коэффициент эффективности турбины ветрогенератора в значении 0,2-0,5

С помощью этих расчетов вы сможете выявить подходящую мощность для вашей местности. На упаковке ветрогенератора указано, при каком потоке ветра его работа эффективнее всего. Как правило, это значение находится в промежутке 7-11 м/с.

Ветрогенераторы (от ортогонального до Савониуса) являются оптимальным источником дополнительной или основной электроэнергии в частном доме. Если вы сделаете правильный расчет ветрогенератора своими руками, то сможете приобрести подходящий под вашу местность агрегат.

реальная мощность самодельного ветряка и ветроколеса

Важный нюанс при покупке ветряка

Прежде чем приобрести или изготовить ветрогенератор, необходимо определиться с его мощностью, собственной потребностью в энергии и прочих параметрах устройства. Это принципиально важно при покупке ветряка, так как цены настолько велики, что приходится покупать устройство, которое пользователь сможет осилить по финансам. В некоторых случаях возможности оказываются настолько низкими, что приобретение уже не имеет смысла.

Расчет мощности ветрогенератора

Самостоятельное изготовление ветряка также нуждается в предварительном расчете. Никому не хочется потратить время и материалы на изготовление неведомо чего, хочется иметь представление о возможностях и предполагаемой мощности установки заранее. Практика показывает, что ожидания и реальность между собой соотносятся слабо, установки, созданные на основе приблизительных прикидок или предположений, не подкрепленных точным расчетами, выдают слабые результаты.

Произвести точный расчет с учетом всех факторов, воздействующих на ветряк, достаточно сложно. Для неподготовленных в теоретическом отношении мастеров такой расчет слишком сложен, он требует обладания множеством данных, недоступных без специальных измерений или расчетов.

Поэтому обычно используются упрощенные способы расчетов, дающие достаточно близкие к истине результаты и не требующие использования большого количества данных.

Как произвести?

Для расчета ветрогенератора надо произвести следующие действия:

  • определить потребность дома в электроэнергии. Для этого необходимо подсчитать суммарную мощность всех приборов, аппаратуры, освещения и прочих потребителей. Полученная сумма покажет величину энергии, необходимой для питания дома
  • полученное значение необходимо увеличить на 15-20 %, чтобы иметь некоторый запас мощности на всякий случай. В том, что этот запас нужен, сомневаться не следует. Наоборот, он может оказаться недостаточным, хотя, чаще всего, энергия будет использоваться не полностью
  • зная необходимую мощность, можно прикинуть, какой генератор может быть использован или изготовлен для решения поставленных задач.  От возможностей генератора зависит конечный результат использования ветряка, если они не удовлетворяют потребностям дома, то придется либо менять устройство, либо строить дополнительный комплект
  • расчет ветроколеса. Собственно, этот момент и является самым сложным и спорным во всей процедуре. Используются формулы определения мощности потока

Для примера рассмотрим расчет простого варианта. Формула выглядит следующим образом:

P=k·R·V³·S/2

Где P — мощность потока.

K — коэффициент использования энергии ветра (величина, по своей сути близкая к КПД) принимается в пределах 0,2-0,5.

R — плотность воздуха. Имеет разные значения, для простоты примем равную 1,2 кг/м3.

V — скорость ветра.

S — площадь покрытия ветроколеса (покрываемая вращающимися лопастями).

Считаем: при радиусе ветроколеса 1 м и скорости ветра 4 м/с

P = 0,3 × 1,2 × 64 × 1,57= 36,2 Вт

Результат показывает, что мощность потока равняется 36 Вт. Этого очень мало, но и метровая крыльчатка слишком мала. На практике используются ветроколеса с размахом лопастей от 3-4 метров, иначе производительность будет слишком низкой.

Что нужно учитывать?

При расчете ветряка следует учитывать особенности конструкции ротора. Существуют крыльчатки с вертикальным и горизонтальным типом вращения, имеющие разную эффективность и производительность. Наиболее эффективными считаются горизонтальные конструкции, но они имеют потребности в высоких точках установки.

Сооружение мачты может обойтись в большую сумму денег и значительные вложения труда. Кроме того, обслуживание ветряка, расположенного на высоте около 10 м над поверхностью земли чрезвычайно сложно и опасно.

Не менее важным будет обеспечение достаточной мощности крыльчатки для вращения ротора генератора. Устройства с тугими роторами, позволяющие получать хороший выход энергии, требуют немалой мощности на валу, что может обеспечить только крыльчатка с большой площадью и диаметром лопастей.

Не менее важным моментом являются параметры источника вращения — ветра. Перед производством расчетов следует как можно подробнее узнать о силе и преобладающих направлениях ветра в данной местности. Учесть возможность ураганов или шквалистых порывов, узнать, с какой частотой они могут возникать. Неожиданное возрастание скорости потока опасно разрушением ветряка и выводом из строя преобразующей электроники.

Реальная мощность самодельного ветрогенератора

Особенностью самодельных устройств является использование подручных материалов и устройств. В таких условиях обеспечить полноценное соответствие проектным данным не всегда удается. При этом, разница в расчетных и реальных показателях может оказаться как отрицательной, так и положительной.

Величины, определяющие возможности комплекта, это мощность ветроколеса и генератора. Насколько они будут соответствовать друг другу, такая и общая мощность ветрогенератора будет получена в результате.

Например, если генератору для номинальной производительности требуется скорость вращения в 2000 об/мин, то никакое ветроколесо не сможет обеспечить нужные значения.

Поэтому прежде всего следует подбирать тихоходные образцы генераторов, способные на выработку больших количеств энергии при низких скоростях вращения. Для этого модернизируются готовые устройства (например, устанавливаются неодимовые магниты на ротор автомобильных генераторов), изготавливаются собственные конструкции на базе тех же неодимовых магнитов с заранее подсчитанной мощностью и производительностью.

Расчет параметров ветроколеса

Расчет ветроколеса имеет важное значение при создании ветрогенератора. Именно крыльчатка принимает на себя поток ветра, передает его энергию в виде вращательного движения на ротор генератора. Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д.

Следует учитывать, что увеличение количества лопастей снижает скорость вращения, но увеличивает мощность вращательного движения. Соответственно, малое число лопастей надо применять на быстроходных генераторах, а большое количество —торах, нуждающихся в большом усилии вращения.

Формула быстроходности ветроколеса выглядит следующим образом:

Z = L × W / 60 / V,

Где Z — искомая величина (быстроходность),

L — длина окружности, описываемой лопастями.

W — частота (скорость) вращения крыльчатки.

V — скорость ветра.

Специалисты рекомендуют для самостоятельного изготовления выбирать многолопастные образцы с количеством лопастей от 5 штук. Они не требовательны к балансировке, имеют более стабильную аэродинамику и более активно принимают на себя энергию воздушного потока.

Сколько экономии энергии дает ветряк?

Величина экономии, полученной от использования ветрогенератора, рассчитывается по собственным данным. Она складывается, с одной стороны из расходов на приобретение и сборку ветряка или его деталей, расходов на обслуживание комплекта. С другой стороны, учитывается стоимость сетевой электроэнергии в данном регионе, либо цена подключения и прочие расходы, связанные с этим.

Разница полученных величин и будет являться величиной экономии. Необходимо учесть также отсутствие возможности для подключения в некоторых районах, когда ветрогенератор становится единственным доступным вариантом. В таких случаях разговор об экономии становится неуместным.

Сколько электроэнергии вырабатывает?

Количество вырабатываемой энергии зависит от параметров крыльчатки и собственно генератора. Максимально возможным количеством следует считать номинальные данные генератора, уменьшенные на величину КИЭВ крыльчатки. На практике показатели намного ниже, так как в получении результата большое значение имеет скорость ветра, которую невозможно заранее предсказать.

Кроме того, имеются различные тонкие эффекты, в сумме оказывающие заметное влияние на конечную производительность ветряка. Принципиально важными значениями являются диаметр крыльчатки и скорость ветра, от них напрямую зависит количество полученной энергии.

Минимальная скорость ветра для ветряка

Минимальная скорость ветра — в данном случае это величина, при которой лопасти ветряка начинают вращаться. Это значение показывает степень чувствительности крыльчатки, но на конечный результат влияет слабо. Генератор имеет собственные потребности, для него само по себе вращение еще не решает все вопросы.

Требуется определенная скорость и стабильность движения, отсутствие резких рывков. Рассматривать минимальную скорость вращения следует только с позиций общей эффективности рабочего колеса, позволяющей оценивать его способность обеспечить выработку энергии на слабых потоках.

Рекомендуемые товары

какие ветряки нового поколения самые эффективные

Из-за дороговизны электроэнергии стало актуально использовать альтернативные её источники, одними из которых являются вертикальные ветрогенераторы. При необходимости соорудить такое оборудование можно самостоятельно.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

Устройство ветрового генератора

В конструкцию ветряка нового поколения для выработки ветроэнергии входят:

  1. Колесо, оборудованное лопастями. Этот узел представляет собой основной ротор, который необходим для восприятия силы воздушного потока. Его предназначение заключается в преобразовании кинетической энергии ветра в механическую. Для этого образуется крутящий момент на валу.
  2. Редукторный узел. Используется для синхронизации вращательного движения и образует скорость вращения вала генераторного узла. Монтируется внутри конструкции.
  3. Генераторный узел, представляет собой устройство, предназначенное для выработки электротока в результате преобразования крутящего момента в магнитное поле. Данный агрегат способствует созданию в электроцепи разности напряжений.
  4. АКБ. Предназначение аккумулятора заключается в накоплении энергии и выдаче постоянного тока, величина которого составляет 12 вольт.
  5. Инверторный узел. Являет собой механизм, использующийся для преобразования постоянного значения тока в переменное. Рабочий параметр составляет 220 вольт.

Схема подключения ветряка Vertical к бытовой сети дома

Принцип работы ветровых генераторов

В самодельных или фирменных ветряных устройствах с вертикальной или горизонтальной осью вращения лопасти начинают двигаться в результате воздействия силы ветра. Основные элементы оборудования заставляют вращаться роторный узел посредством специального приводного агрегата. Наличие статорной обмотки способствует преобразованию механической энергии в электрический ток. Осевые винты обладают аэродинамическими особенностями, в результате чего обеспечивают быстрое прокручивание турбины агрегата.

Затем в роторных генераторах происходит преобразование силы вращения в электричество, собирающееся в аккумуляторе. По факту чем сильнее будет воздушный поток, тем быстрее прокручиваются лопасти агрегата, что способствует образованию энергии. Так как работа генераторного оборудования основывается на максимальном применении альтернативного источника, одна часть лопастей обладает более закругленной формой. А вторая — ровная. При прохождении потока воздуха по округлой части происходит образование вакуумного участка, это способствует засасыванию лопасти и уводит ее в сторону.

Это приводит к образованию энергии, воздействие которой приводит к раскручиванию лопастей при небольшом ветре.

При прокручивании происходит вращение оси винтов, которые подключены к роторному механизму. На этом устройстве располагаются двенадцать магнитных элементов, которые прокручиваются внутри. Это приводит к образованию переменного электрического тока с частотой, как в бытовых розетках. Полученную энергию можно не только вырабатывать, но и передавать на расстояния, однако ее нельзя аккумулировать.

Чтобы ее собирать, потребуется преобразование в постоянный ток, именно эту цель выполняет электроцепь, расположенная внутри турбины. Для получения большого объема электроэнергии осуществляется изготовление промышленного оборудования, ветровые парки обычно включают в себя десятки таких установок.

Принцип работы ветрогенератора дает возможность использовать агрегат в вариантах:

  • для автономного функционирования;
  • с солнечными батареями;
  • параллельно с резервным аккумулятором;
  • вместе с бензиновым либо дизельным генераторным устройством.

При движении воздушного потока скоростью около 45 км/час выработка энергии турбиной составляет примерно 400 Вт. Этого хватит для освещения загородного дачного участка. При необходимости можно реализовать накопление электроэнергии в батарее.

Для зарядки аккумулятора используется специальное оборудование. При снижении величины подзаряда скорость вращения лопастей станет падать. Если аккумулятор полностью разрядится, элементы генераторного оборудования будут опять прокручиваться. Этот принцип дает возможность поддерживать зарядку устройства на конкретном уровне. При более высокой скорости потока воздуха турбина агрегата сможет производить больший объем энергии.

Пользователь Darkhan Dogalakov на примере модели SEAH 400-W рассказал о принципе действия ветрового оборудования.

Какие ветрогенераторы самые эффективные (классификация агрегатов)

Чтобы сделать самоделку и правильно рассчитать эффективность самого мощного устройства для генерации тока, надо разобраться в типах оборудования. Они подробно приведены в таблице.

Классификация по оси вращения:

ГоризонтальныеВертикальные
Такой вид оборудования получил наибольшую популярность, в нем ось вращения турбины располагается параллельно земле. Подобные ветрогенераторы часто называют ветряными мельницами, в них обороты лопастей осуществляются против потока ветра. Конструкция оборудования включает в себя систему для автоматического прокручивания головной части. Она требуется для поиска ветрового потока. Также необходимо устройство для поворота лопастей, чтобы для выработки электроэнергии использовать даже небольшую силу.

Применение такого оборудования более целесообразно на промышленных предприятиях, чем в быту. На практике они чаще используются для создания систем ветроэлектростанций.

Устройства такого типа на практике менее эффективны. Вращение лопастей турбины осуществляется параллельно поверхности земли независимо от силы ветра и его вектора. Направление потока также не играют роли, при любом воздействии вращательные элементы прокручиваются против него. В результате этого ветровой генератор теряет часть мощности, что приводит к снижению энергоэффективности оборудования в целом. Но в плане установки и обслуживания агрегаты, в которых лопасти расположены вертикально, более подходят для домашнего использования.

Это связано с тем, что редукторный узел и генератор монтируются на земле. К минусам такого оборудования следует отнести дорогостоящую установку и серьезные эксплуатационные затраты. Для монтажа генератора потребуется достаточно места. Поэтому использование вертикальных устройств более целесообразно в небольших частных хозяйствах.

Классификация по количеству лопастей:

ДвухлопастныеТрехлопастныеМноголопастные
Данный тип агрегатов характеризуется наличием двух элементов вращения. Этот вариант практически неэффективен сегодня, но достаточно распространен за счет своей надежности.Этот вид оборудования является самым распространенным. Трехлопастные агрегаты используются не только в сельских хозяйствах и промышленности, но и в частных домовладениях. Этот тип оборудования получил распространение благодаря надежности и эффективности.Последние могут иметь от 50 и более элементов вращения. Чтобы обеспечить выработку нужного объема электроэнергии, надо не само прокручивание лопастей, а вывод на необходимое число оборотов. Наличие каждой дополнительного элемента вращения обеспечивает увеличение параметра общего сопротивления ветрового колеса. В результате этого выход оборудования на необходимое количество оборотов будет проблематичным.

Карусельные устройства, оборудованные множеством лопастей, начинают вращение при небольшой силе ветра. Но их применение более актуально, если играет роль непосредственно сам факт прокручивания, к примеру, когда требуется перекачка воды. Чтобы эффективно обеспечить выработку большого количества энергии, многолопастные агрегаты не используются. Для их функционирования требуется установка редукторного устройства. Это не только усложняет всю конструкцию оборудования в целом, но и делает ее менее надежной по сравнению с двух- и трехлопастными.

Классификация по материалам элементов вращения:

С жесткими лопастямиПарусные агрегаты
Стоимость таких агрегатов более высокая за счет дороговизны производства деталей вращения. Но по сравнению с парусным оборудованием, генераторы с жесткими лопастями более надежны и характеризуются высоким ресурсом эксплуатации. Поскольку в воздухе содержится пыль и песок, на элементы вращения воздействует высокая нагрузка. При работе оборудования в стабильных условиях, ему требуется ежегодная замена антикоррозийной пленки, которая наносится на концы лопастей. Без этого элемент вращения со временем начинает терять свои рабочие свойства.Такой тип лопастей более прост в плане производства и менее затратный, по сравнению с металлом либо стеклопластиком. Но экономия при изготовлении может привести к серьезным расходам в будущем. При диаметре ветрового колеса в три метра скорость движения конца лопасти может составить до 500 км/ч, когда обороты оборудования составляют около 600 в минуту. Это — серьезная нагрузка даже для жестких деталей. Практика показывает, что элементы вращения на парусном оборудовании приходится менять часто, особенно если сила ветра высокая.

По шагу винта:

ФиксированныйИзменяемый
Простейший по устройству ветровой агрегат. Фиксированный шаг винта позволяет стабильно получать определенный объем энергии независимо от силы ветра. В этом тип оборудования уступает следующему виду.Такое оборудование позволяет увеличить диапазон эффективных рабочих скоростей устройства. Но использование дополнительных механизмов внутри конструкции делает ее сложной, речь идет о лопастях. Масса ветрового колеса будет более высокой, а надежность установки в целом — снизится. Поэтому оборудование нужно усилить, что в итоге способствует увеличению цены на агрегат и его дальнейшее обслуживание.

Канал «Fodiator Ch» подробно рассказал о разновидностях ветряных генераторных установок.

Классификация по типу ротора

В соответствии с разновидностью роторного механизма все агрегаты можно разделить на несколько видов:

  • ортогональные устройства Дарье;
  • агрегаты с роторным узлом Савониуса;
  • устройства с вертикально-осевой конструкцией агрегата;
  • оборудование с геликоидным типом роторного механизма.
Устройства Дарнье

Оборудование такого класса может оснащаться двумя либо тремя элементами вращения. Лопасти будут изогнуты в виде овала.

Основные достоинства такого типа:

  • оборудование самостоятельно ориентируется на направление потока воздуха;
  • простота кинетической схемы устройства;
  • основной вал приводного механизма находится близко к земле, что способствует более упрощенному обслуживанию.

Недостатки агрегатов:

  • из-за конструктивных особенностей отсутствует возможность самостоятельной раскрутки оборудования;
  • слишком большая нагрузка на опорные узлы, что связано с динамическим воздействием от потока ветра;
  • агрегаты с ротором Дарнье работают громко;
  • заданного профиля элемента вращения необходимо придерживаться по длине.
Генераторы с ротором Савониуса

Такое оборудование являет собой устройство, где лопасти механизма изготовлены в виде цилиндрических устройств.

Основные преимущества:

  • устройство может начать работу при небольшой силе потока ветра, составляющей от трех метров в секунду;
  • высокий ресурс эксплуатации и надежность агрегата;
  • оперативный набор хороших показателей крутящего момента;
  • дешевизна в плане производства и обслуживания.

К основным минусам относится низкая эффективность агрегата в преобразовании ветрового потока. Мощность оборудования составляет не более 4-6 кВт. Из-за этого роторные механизмы Савониуса обычно используются в комбинированных агрегатах. К примеру, для разгона генераторного устройства, разработанного по схеме Дарнье.

Пользователь Andrey Vasilyev показал, как работает спиральный тип оборудования, построенный на роторе Савониуса.

Агрегаты с вертикально-осевым ротором

Основная особенность такого типа оборудования заключается в том, что лопасти располагаются вертикально и характеризуются профилем авиационного крыла. Его ось параллельна валу. Визуально такой генератор похож на агрегат Дарнье, но он более прост в плане производства. При функционировании быстрее набирает рабочую скорость, а во время работы практически не издает звуковых волн. Генераторы с вертикально-осевым ротором оптимально использовать для дачных участков, поскольку они характеризуются высокой надежностью и длительным ресурсом службы.

С геликоидным механизмом

Данный тип оборудования является более усовершенствованной версией вышеописанного вида. Его лопасти сделаны в форме геликоидной кривой. Это позволяет обеспечить более равномерное вращение лопастей и понизить величину нагрузки на опорную составляющую агрегата.

Благодаря изгибу основных элементов во время работы генератор быстрее набирает скорость. В плане эффективности такое оборудование можно сравнить с классическими горизонтальными ветрогенераторами. Но во время функционирования такие устройства издают больше шума. В результате того, что конфигурация лопастей в целом сложная, агрегаты с таким типом роторных механизмов более дороги в плане изготовления.

Канал «AERO Prop» продемонстрировал процесс работы установки с геликоидным устройством.

Преимущества ветровых генераторов

Достоинства, характерные для такого оборудования:

  1. Небольшие начальные значения скорости ветрового потока для того, чтобы привести в движение роторный механизм установки. В некоторых современных моделях оборудования данный показатель составляет от 0,3 метров в секунду. Но по факту вертикальные ветрогенераторы начнут эффективно производить энергию при скорости около 3-5 м/сек. Показатель номинальной мощности оборудования будет в случае, когда скоростные значения составят 10-18 метров в секунду.
  2. Работа ветрового генератора не зависит от направления движения ветра. Благодаря особенностям конструкции установка может улавливать воздух независимо от угла.
  3. Вертикальные генераторные установки, как правило, характеризуются пониженным звуковым фоном. На практике этот параметр составляет не более 20 децибел. Также в работе устройств не проявляются частоты, близкие к нижнему порогу — инфразвук, негативно влияющий на здоровье. Поэтому установка оборудования возможна в непосредственной близости с жилыми домами.
  4. Во время функционирования ветрогенераторы практически не вырабатывают электромагнитное излучение. Работа конструкции не создает разрушительных вибраций.
  5. Оборудование неопасно для птиц, поскольку ими оно воспринимается как одно препятствие. Это весомое преимущество по сравнению с горизонтальными ветрогенераторами. Лопасти таких устройств птицы не ассоциируют с препятствиями, в результате сталкиваются с ними.
  6. Благодаря конструктивным особенностям вертикальное оборудование не нуждается в использовании дополнительных механизмов для осуществления запуска. Роторный узел начинает вращаться, как только ветровой поток достигнет минимального значения для старта установки.
  7. Работа ветрогенератора возможна в любых климатических условиях. Такое оборудование позволяет противостоять даже сильному ветру, вплоть до урагана.
  8. Простота использования и обслуживания агрегатов. Ветрогенераторы характеризуются упрощенной системой управления и минимальными расходами при эксплуатации, которые требуются для поддержания рабочего состояния. Благодаря этому оборудование все чаще используется в частных домах.

Пользователь Одесский инженер подробно рассказал о достоинствах и недостатках, характерных для генераторных установок.

Недостатки вертикальных ветрогенераторов

Минусы агрегатов:

  1. Низкий параметр эффективного преобразования потока воздуха. Если сравнивать с горизонтальным оборудованием, то он меньше в 2-2,5 раза.
  2. Вертикальные устройства характеризуются высокой материалоемкостью. Это связано с большим объемом лопастей.
  3. Некоторые модели агрегатов имеют громоздкую конструкцию, которая обычно увеличивается при росте полезной мощности. В итоге этот недостаток негативно отражается на планировке площади для установки оборудования.
  4. Чтобы собрать вертикальный агрегат, потребуется большее число материалов, по сравнению с горизонтальными устройствами. В результате этого их стоимость будет выше.
  5. Вибрации, которые издает установка, хоть и небольшие, но все же присутствуют. В результате этого, а также резких изменений режимов прокручивания, образуется высокая нагрузка на подшипниковые устройства. Поэтому подвижные элементы оборудования часто ломаются.

Канал «Тепло-вода» подробно рассказал обо всех недостатках, характерных для такого типа устройств.

Инструкция по изготовлению вертикального ветрогенератора своими руками

Чтобы использовать такое устройство, его необязательно покупать. Можно изготовить оборудование самостоятельно.

Что понадобится?

Для сборки агрегата потребуются:

  • роторный механизм, это подвижная часть оборудования;
  • лопасти — будут улавливать воздушный поток;
  • осевая мачта, предназначенная для фиксирования роторного механизма, а также элементов вращения, может быть выполнена в виде шеста либо пирамиды;
  • статорное устройство — используется для расположения катушки, оснащенной проволокой;
  • АКБ — батарея необходима для накопления полученной энергии;
  • инверторный узел, использующийся для преобразования постоянного тока в переменный;
  • контроллер — блок управления системой, предназначен для остановки генераторного узла в момент, когда мощность оборудования будет превышать норму.

Лопасти могут быть выполнены из легкой листовой пластмассы, обладающей упругостью. Рекомендуется использовать именно этот материал, поскольку другие более подвержены деформированию и повреждениям. Только листовой пластик эффективно справляется с высокой динамической нагрузкой. Небольшие лопасти можно соорудить из ПВХ средней плотности, но для широких элементов понадобится более прочный материал.

Подробнее о подготовке комплектующих, а также о создании ветрового генераторного устройства из бытового вентилятора рассказал пользователь Alexander Polulyakh.

Пошаговый алгоритм действий

Процедура изготовления оборудования выглядит так:

  1. На первом этапе выполняется производство элементов вращения. Для этого из высокопрочной трубы ПВХ надо вырезать четыре одинаковых детали. Затем два полукруглых элемента выкраиваются из жесткого материала и фиксируются на каждой стороне трубы. Высота лопасти составит около 70 см. Тогда радиус вращения деталей будет в районе 69 см.
  2. Чтобы соорудить роторную систему, потребуется шесть неодимовых магнитов, а также ферритовые диски, каждый имеет диаметр 23 см. Для фиксации элементов необходим суперклей. С его помощью производится закрепление магнитов на первом диске. При выполнении этой задачи важно чередовать полярность, а в ходе установки между элементами должен соблюдаться угол в 60 градусов. Диаметр расположения составит 16,5 см.
  3. Аналогичным образом выполняется сборка второго диска. Все магнитные элементы надо зафиксировать с помощью клея, а лучше — залить их.
  4. Чтобы изготовить статорный механизм, потребуется девять катушек, на каждую из которых наматывается по 60 витков медного проводника. Диаметр его сечения должен составить 1 мм. Важно правильно выполнить спайку проводников. Начало первой катушки фиксируется на конце четвертой, а она — с контактом седьмой.
  5. Сборка следующей фазы роторного механизма осуществляется аналогичным образом. Только действия начинаются со второй катушки.
  6. Затем из фанерного листа надо сделать форму для статорного устройства. На дно укладывается полотно стекловолокна, а сверху производится монтаж фаз, на которые припаяны катушки. Полученную конструкцию надо залить клеем и оставить просохнуть на два дня. Это позволит эффективно схватиться всем элементам и занять необходимые места. После выполнения этой задачи производится подключение отдельных составляющих компонентов в единую систему.
  7. Для сборки в верхнем роторном механизме надо сделать четыре отверстия, куда будут устанавливаться шпильки. Затем на кронштейн ставится нижнее устройство, при монтаже магниты направляются вверх.
  8. Потом производится установка статорного механизма. Перед этим надо сделать в устройстве отверстия, через которые узел будет фиксироваться на кронштейне.
  9. Шпильки упираются в алюминиевую пластину, после чего производится монтаж второго роторного механизма. Этот узел устанавливается магнитными элементами вниз.
  10. Затем, используя гаечный ключ, надо по очереди вращать каждую шпильку. Это позволит обеспечить равномерное опускание верхнего роторного механизма на нижнее. После того как узел займет необходимое место, шпильки надо демонтировать. Алюминиевые пластины извлекаются, они больше не нужны.
  11. По завершении работ вся конструкция закрепляется посредством гаек. Элементы фиксации надо затянуть максимально прочно, но не жестко, иначе можно сорвать резьбу.
  12. В качестве мачты рекомендуется использовать прочную стальную трубу, ее длина должна составить около пяти метров. К ней производится фиксация готового генераторного устройства. После этого выполняется подсоединение каркаса с пластмассовыми лопастями к агрегату. Затем собранная конструкция монтируется на площадку, подготовленную для установки оборудования. Рекомендуется заранее сделать трехточечный армированный фундамент на поверхности, а для лучшей фиксации надо обеспечить растяжку.
  13. Если говорить о подключении электросети к ветровому генераторному устройству, то соединение проводников производится в конкретной последовательности. Блок управления должен принимать ресурс от агрегата и выполнять преобразование переменной величины тока в постоянную, которая требуется для зарядки аккумулятора. АКБ будет сохранять заряд. Инверторный механизм предназначен для преобразования постоянной величины тока в переменную, которая будет использовать для питания бытового оборудования.

Фотогалерея

Установка роторных элементов и магнитов, а также шпилек на алюминиевую пластину
Схемы фиксации лопаток роторного механизма

Как сделать расчет ветрогенератора самостоятельно

Для вычисления параметра мощности оборудования, которое будет использоваться на определенной местности, применяются формулы. В первую очередь производится расчет объема энергии, позволяющую выработать ветрогенератором на протяжении года.

Вычисление общей мощности оборудования

Для осуществления задачи выполняются такие действия:

  1. Сначала производятся вычисления. В соответствии с полученными результатами подбирается длина элементов вращения, а также высота башни.
  2. Выполняется анализ средней скорости воздушного потока, характерного для определенной местности. Для этого потребуется специальное оборудование. С его помощью необходимо следить за силой потока воздуха на протяжении нескольких месяцев. При отсутствии прибора можно запросить результаты у представителей местной метеостанции.

Расчет мощности ветрогенератора выполняется по формуле Р=krV 3S/2.

Обозначения символов:

  • r — параметр плотности воздушного потока, при обычных условиях это значение равно 1,225 кг/м3;
  • V — средняя величина скорости ветра, измеряется в метрах в секунду;
  • S — общая площадь воздушного потока, замеряется в метрах;
  • k — параметр эффективности турбины, которая устанавливается в оборудовании;

Используя эти расчеты, можно точно определить величину мощности, необходимой для генераторной установки в конкретной местности. Если покупается фирменное оборудование, то на его упаковке должно указываться, при какой силе воздушного потока работа устройства будет максимально эффективной. В среднем это значение составит в диапазоне от семи до одиннадцати метров в секунду.

Пользователь Одесский инженер подробно рассказал о процедуре сборки генераторного устройства, а также о выполнении расчетов.

Вычисление винтов для ветряной установки

Процедура расчета выполняется по формуле Z=LW/60/V, обозначение символов:

  • Z — величина тихоходности одного винта;
  • L — размер окружности, которую будут описывать элементы вращения;
  • W — скорость прокручивания одного винта;
  • V — скоростной параметр подачи воздушного потока.

С учетом этой формулы производится вычисление количества оборотов. Но для расчета надо учитывать и шаг одного винта оборудования. Он вычисляется по формуле H=2пR* tga.

Описание символов:

  • 2п — константное значение, составляющее 6,28;
  • R — значение радиуса, который будут описывать элементы вращения оборудования;
  • tg a — угол сечения.

Расчет инвертора для ветряного генератора

Перед выполнением этих вычислений надо учесть следующий момент. Если в домашней сети будет использоваться только одна батарея, рассчитанная на 12 вольт, то смысла ставить инвертор нет. Средняя величина мощности дачного участка или частного домовладения составляет около 4 кВт при условии максимальных нагрузок. Для подобной сети число батарей будет не менее десяти, каждая из них рассчитана на 24 вольта. С таким количеством аккумуляторов целесообразно применение инверторного устройства.

Но для данных условий, когда используется десять батарей на 24 вольта, понадобится ветрогенератор, рассчитанный на 3 кВт, не менее. Более слабое оборудование не сможет обеспечить энергией такое число аккумуляторов. Для бытовых приборов подобная мощность может быть слишком высокой.

Расчет мощностного параметра инверторного устройства осуществляется так:

  1. Сначала необходимо суммировать мощностные характеристики всех потребителей энергии.
  2. Затем определяется время потребления.
  3. Вычисляется параметр пиковой нагрузки.

Александр Капустин показал процедуру запуска ветрового генераторного устройства с инвертором.

Где лучше устанавливать?

Для максимальной эффективности оборудование следует ставить на открытой местности, в наиболее высокой точке. Важно, чтобы ветровой генератор располагался не ниже уровня зданий, находящихся рядом. Из-за этого возникнут препятствия для ветрового потока, в результате чего коэффициент полезного действия будет низким. В случае когда участок выходит к водоему или реке, ветровой генератор устанавливается непосредственно на берегу.

Для монтажа системы оптимально подходят возвышенности либо большие пустые местности. Желательно, чтобы на пространстве не было искусственных преград, препятствующих прохождению ветрового потока. Если участок или здание расположено в городской черте, то установку ветрового генератора необходимо выполнить на крыше. Чтобы расположить оборудование в жилом многоквартирном доме, нужно получить письменное согласие соседей, а также разрешение из государственных инстанций. Установка генератора будет производиться также на крыше.

При выборе места важно помнить, что ветрогенератов должен располагаться не ближе, чем в 15 метров от зданий и не дальше, чем в 25. Благодаря этому шум от работы установки не будет беспокоить жильцов.

 Загрузка ...

Видео «Как сделать ветряк из автомобильного генератора?»

Пользователь Одесский инженер подробно рассказал о самостоятельном создании ветрового оборудования из генераторного узла, установленного на транспортном средстве.

Расчет выработки энергии ветрогенератором

Немало статей размещено в интернете, в том числе и на нашем сайте, о том, как рассчитать систему с солнечными батареями для конкретного дома, дачи, офиса или производственного здания. Нельзя не затронуть тему расчета системы содержащей ветрогенератор.

Тонкости расчета вырабатываемой энергии ветрогенератором

Ветрогенератор в автономной системе крайне полезен. По большей части тем, что его выработка не имеет ярко выраженной зависимости от сезонов. Солнечные батареи хорошо работают летом и плохо зимой, тогда как ветрогенераторы сохраняют свою эффективность в зимний период. Немало важно то, что сильные ветра, как правило, наблюдаются в пасмурную погоду, поэтому совместное применение ветрогенераторов и солнечных панелей достаточно обоснованно. 

Основная проблема ветровых турбин заключается в том, что их эффективность мала при низких скоростях ветра. Если внимательно посмотреть на кривую зависимости мощности от скорости ветра, то можно обнаружить следующее: турбина только начнет вращаться при скорости ветра около 3метров в секунду и, более-менее ощутимая, выработка энергии начнется только при 7метрах в секунду.

Ветрогенераторы достаточно эффективны в прибрежных районах, либо на возвышенностях, где скорости ветра выше и ветра чаще. На большей части территории России средняя скорость ветра составляет 4-5метров в секунду, что создает неблагоприятные условия для применения ветрогенераторов. Но данные усреднены, поэтому следует изучить энерго-потенциал конкретной местности, если существует подозрение, что ветрогенератор  может быть эффективен.

Для повышения эффективности работы ветровых электростанций применяют различные технические решения:

  • ветрогенератор размещают на высокой мачте. Приведем пример: если увеличить высоту мачты с 5 до 20метров, выработка увеличится в 2 раза;
  • применяют ветрогенераторы с вертикальным расположением лопастей. Вертикальные турбины более эффективны при слабых ветрах, а также менее шумные, тем не менее, их стоимость значительно выше горизонтальных;
  • применяют специальные контроллеры заряда, которые, при низкой скорости, ветра сначала дают лопастям раскрутиться, и только потом подключают нагрузку. В таком режиме ветрогенератор вырабатывает некоторое количество энергии, хоть и небольшое, при слабом ветре.

On-line калькулятор для расчета энергии «ветряка»

Перейдем теперь к методам расчета систем с ветряными электростанциями. Покупая устройство, вы будете знать его заявленную номинальную мощность, а также найдете в инструкции график зависимости мощности вырабатываемой «ветряком» от скорости ветра. Имея эти данные довольно сложно оценить количество вырабатываемой энергии, поэтому для дальнейших рассуждений нужно воспользоваться одной из специальных программ, учитывающих метеорологические данные в вашей местности. Мы предлагаем вам воспользоваться удобным сервисом - on-line калькулятор на нашем сайте. Программа учитывает местоположение установки, высоту мачты, а также рельеф местности. Если в электростанции имеются солнечные батареи, в калькуляторе можно произвести расчет для всей системы и получить данные и графики как суммарной, так и раздельной выработки энергии. 

              

                

Рис.1. Расчет суточного потребления (нагрузки).
Рис.2. Подбор солнечных батарей и ветряка. Индивидуальные графики среднесуточной выработки.
Рис.3. Выгрузка графика среднесуточной выработки всех источников энергии.

Не стоит забывать о том, что программа никак не может брать в расчет влияние местных особенностей (предметов, деревьев, заграждающих зданий и т.п.), затеняющих солнечные батареи или вносящих турбулентности в поток воздуха, данные факторы следует учитывать отдельно. 

Читать еще статьи…

 

Расчет ветрогенератора. Расчет мощности ветрогенератора. Расчет ветряка.

В связи с ростом цен на энергоносители, все больше владельцев частных домов обращаются к возобновляемых и нетрадиционных источников энергии (ВНИЭ), таких как ветровая, солнечная, гидроэнергия и геотермальная. Здесь расскажем, как рядовому гражданину нашей страны рационально и доступно, с финансовой точки зрения, можно воспользоваться энергией ветра.

Перед тем как будет продемонстрирован пример выбора ветроэлектростанции (ВЭС), следует узнать, каким образом поток воздуха трансформируется в электрическую энергию и сколько такой энергии можно будет получить на своем участке. По приведенной формуле можно рассчитать энергию, которая «гуляет» вашим участком:

P = V3 • ρ • S

Например, на площадь, равной 3 кв.м дует воздушный поток обычной плотности со скоростью 5 м/с. При таких условиях получим:

P = V3 • ρ • S = 53 • 1,25 • 12,5 = 1953,125

Где,
V - скорость ветра, единица измерения - м/с
ρ - плотность воздуха, единица измерения - кг/м3
S - площадь, на которую дует (пожимает) воздушный поток, единица измерения - м2

Почти 2 кВт, в идеале, если не учитывать ту часть потока, которая пойдет на завихрения, обтекание объекта и т.д. В реальных условиях максимально мы можем получить 30-40% от потенциальной энергии воздушного потока. Это ограничение связано с технологическим и физическим выполнением ветрогенератора. Более точный расчет можно сделать по следующей формуле:

P = ξ • π • R2 • 0,5 • V3 • ρ • ηред • ηген

Где,
ξ - коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум ξmax = 0,4 ÷ 0,5), безмерная величина
R - радиус ротора, единица измерения - м
V - скорость воздушного потока, единица измерения - м / с
ρ - плотность воздуха, единица измерения - кг/м3
ηред - КПД редуктора, единица измерения - проценты
ηген - КПД генератора, единица измерения - проценты

Для следующих данных:
ξ = 0,45
R = 2 м
V = 5 м / с
ρ = 1,25 кг/м3
ηред = 0,9
ηген = 0,85

Рассчитываем:

P = ξ • π • R2 • 0,5 • V3 • ρ • ηред • ηген = 0,45 • π • 22 • 0,5 • 53 • 1,25 • 0,9 • 0,85

Не так много выходит... почему тогда использование ВЭС выгодно? Лучшим подтверждением в данном случае послужит «живой» пример. Для этого, как пример, приведем характеристики установки одной из украинских компаний, которая вежливо согласилась предоставить расчетные данные из собственных продуктов. Смотрите также: Калькулятор для расчета ветрогенератора

Ветроэнергетика на практике

Рассматриваемые модель имеет номинальную мощность 5кВт и следующие важные для нас технические параметры:

Технические характеристики ветроэлектростанции WE3000
Номинальная мощность генератора, кВт 3
Максимальная мощность генератора, кВт 5,1
Диаметр ротора, м 4,5
Стартовая скорость ветра, м/с 2,0
Номинальная скорость ветра, м/с 10
Высота мачты не менее, м 12

По данным инженерного центра компании WindElectric модель WE3000 имеет следующую характеристику (мощность в зависимости от скорости ветра): При скорости ветра 10 метров в секунду такая установка будет генерировать более 3кВт ч, такого количества энергии полностью хватит для маленького коттеджа, но стоит помнить, что в нашей стране далеко не всегда ветренно.

Пришло время выяснить важнейший вопрос, сколько же это будет стоить и через какое время окупится? Стоимость электроэнергии приближенно можно определить по следующей схеме:

Где,
В - полная стоимость ВЭС, единица измерения - грн, рубли, $ и т.д.
ЕВ - эксплуатационные расходы за год, единица измерения - (грн / год, рубли / год, $ / год)
Р - количество произведенной энергии за год, единица измерения - кВт • время
Т - срок службы ветрогенератора в годах (считается Т = 20 лет)

Среднегодовая скорость ветра, м/с

Выработка энергии за год,

кВт•год

Срок окупаемости,

лет

ВЭС WE3000
3 1445  
4 3048  
5 5913  
6 8935  
7 12864  

Ориентирование в потребностях

Совершая покупку, мы не всегда точно знаем, что с ней делать и насколько она нам необходима. В случае с ветроэлектростанцией это следует непременно выяснить. Вариант первый: Я хочу частично обеспечить свою квартиру независимым источником энергии (мой дом подключен к внешней сети. В таком случае мощность установки будет зависеть от количества энергии, которую вы хотите получать не из сети, а генерировать самостоятельно. Вариант второй: Я хочу обеспечить свою квартиру независимым источником энергии, поэтому выбираю вариант ВЭС (мой дом не подключен к внешней сети. В этом случае нужно точно знать свои потребности в электроэнергии. В чем отличие этих двух вариантов? В обоих случаях требуется ВЭС, но необходимо знать, в какой мере она будет использоваться, следовательно, какой мощности установка будет нам нужна. Подготовка к выбору ВЭС... правильнее будет написать подготовка к разговору с компанией-специалистом, кто же еще сможет предоставить услуги по установке, настройке и гарантийного обслуживания? Прежде чем сделать вам предложения, компания должна иметь некоторые сведения. Попробуем узнать о них. Это заинтересует и вас. Для двух приведенных выше вариантов подготовка имеет несколько общих пунктов: 1. Потребности. Если вы решили купить сок, то сначала оцениваете силу жажды, которую чувствуете. После этого покупаете бутылку сока соответствующего объема. Для установки ВЭС нужно знать свои «аппетиты». Под «аппетитами» в нашем случае следует иметь в виду количество потребляемой электроэнергии за сутки, месяц, время года. Необходимо также установить границу верхней нагрузки (к примеру, в праздничные дни в вашем доме работают одновременно два телевизора, музыкальный центр, компьютер, освещение в нескольких комнатах, микроволновая печь и т.д.), т.е. верхний предел нагрузки - это максимальное энергопотребление вашего жилища. Необходимо также знать продолжительность этой максимальной нагрузки. Установить общее энергопотребление очень просто, однако это потребует от вас изрядной тщательности. Ваша задача - выяснить мощность каждого электроприбора в помещении и время его работы, а после внести сведения в таблицу. 2. Размещение. Следующим подготовительным этапом будет ориентировочный (!) выбор места расположения ВЭС. Ориентировочный, поскольку только специалисты смогут определить наилучший вариант для Вашего индивидуального случая. Однако есть несколько пунктов, которые позволяют лучше представить возможное расположение ВЭС. Следует помнить 3 золотых правила:
* Турбулентность. Ветротурбина должна размещаться на 10 метров выше наивысшиего объекта в радиусе 100 метров (включая ЛЭП).
* По возможностью, ВЭС должны размещаться на открытых участках (берегах рек, морей, озер).
* Орография местности. Следует учитывать, что в природных ущельях, каньонах поток воздуха имеет свойство сжиматься и, как следствие, увеличивается его скорость. Подобную ситуацию можно наблюдать на пригорках. 3. В случае, если ваш загородный дом не планируется подключать к общей сети, то следует рассмотреть вариант комбинированных систем:
* ВЭС + Солнечные батареи
* ВЭС + Дизель Комбинированные варианты помогут решить проблемы в регионах, где ветер переменчивый или зависит от времени года, а также данный вариант является актуальным для солнечных батарей.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения. Ротор Дарье

Компания "Тотал Инжиниринг" совместно с ИП Макушев В.С. и специалистами  ООО "НИК" выполнили разработку конструкции ветрогенераторной установки с вертикальной осью вращения.

Заказчик работ - ООО "НИК".

Задача разработки:

- выбор аэродинамической схемы ротора;

- определение параметров профиля лопасти;

- разработка конструкции лопастей, несущих балок, колонны с подшипниковыми узлами;

- выполнение необходимых расчетов на прочность.

ЭТАП-1

На данном этапе была выполнена разработка опытно-экспериментального образца ветрогенераторной установки с расчетной номинальной мощностью 10 кВт.

Параметры турбины: диаметр - 5000 мм, высота лопастей - 6000 мм

Целью данного этапа являлось проверка выбранной аэродинамической схемы ротора, проведение прочностных испытаний и снятие рабочих характеристик.

При разработке конструкции ротора были проведены необходимые прочностные расчеты конструкции

 

Разработка конструкции, расчеты на прочность

 

 

Контрольная сборка конструкции

В результате проведения испытаний аэродинамическая схема ротора, профиль лопасти признаны оптимальными.

Расчетные данные подтверждены испытаниями.

Сняты необходимые электрические характеристики установки.

 

ЭТАП-2

Цель данного этапа - оптимизация конструкции лопастей, разработка тихоходного синхронного генератора с постоянными магнитами, подготовка к серийному изготовлению ветрогенераторных установок различной номинальной мощности.

Результат работ по этапу 2:

- разработана конструкция лопасти из композитных материалов;

- разработана технология серийного изготовления лопастей на производственных мощностях ООО "НИК";

- разработана необходимая технологическая оснастка для изготовления лопастей;

- разработана конструкция синхронного генератора на постоянных магнитах.

 

 


Все  права защищены. Правообладателем материалов проекта является ООО "НИК".

 


Конструкция ветряной турбины с вертикальной осью: как соотношение сторон влияет на производительность турбины

  • 1.

    Ислам, М., Тинг, ДСК, Фартадж, А.: Аэродинамические модели для ветряных турбин Дарье с прямыми лопастями и вертикальной осью. . Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 12 , 1087–1109 (2008)

    Статья Google ученый

  • 2.

    Поуп, К., Натерер, Г.Ф., Динсер, И., Цанг, Э .: Корреляция мощности для ветряных турбин с вертикальной осью и различной геометрией.Int. J. Energy Res. 35 , 423–435 (2011)

    Статья Google ученый

  • 3.

    Эрикссон, С., Бернхофф, Х., Лейон, М .: Оценка различных концепций турбин для ветроэнергетики. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 12 , 1419–1434 (2008)

    Статья Google ученый

  • 4.

    Риглер, Х .: HAWT против VAWT, небольшие VAWT находят четкую нишу, стр. 44–46.Elsevier Refocus, Нью-Йорк (2003)

    Google ученый

  • 5.

    Рохатги Дж., Барбезье Г .: Ветровая турбулентность и стабильность атмосферы - их влияние на мощность ветряных турбин. Обновить. Энергетика 16 , 908–911 (1999)

    Артикул Google ученый

  • 6.

    Кастро, И.П., Ченг, Х., Рейнольдс, Р .: Турбулентность на неровностях городского типа: выводы из измерений в аэродинамической трубе.Связанный слой Meteorol. 118 , 109–131 (2006)

    Статья Google ученый

  • 7.

    Гаев Ю.А., Савори Э .: Влияние уличных препятствий на проточные процессы в городских каньонах. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 82 , 89–103 (1999)

    Статья Google ученый

  • 8.

    Ахматов, В .: Влияние направления ветра на интенсивные колебания мощности в крупных морских ветропарках в Северном море.Wind Eng. 31 (1), 59–64 (2007)

    Статья Google ученый

  • 9.

    Сахин, А.Д., Динсер, И., Розен, М.А.: Термодинамический анализ энергии ветра. Int. J. Energy Res. 30 , 553–566 (2006)

    Статья Google ученый

  • 10.

    Райт, А.К., Вуд, Д.Х .: поведение небольшой ветряной турбины с горизонтальной осью при запуске и низкой скорости ветра.J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 92 , 1265–1279 (2004)

    Артикул Google ученый

  • 11.

    Сахин, А.Д., Динсер, И., Розен, М.А.: Разработка новых пространственно-временных карт ветровой эксергии. Материалы конгресса и выставки по машиностроению ASME2006, Чикаго, штат Иллинойс, США, 5–10 ноября 2006 г.

  • 12.

    Центр устойчивой энергетики: Исследование городского ветра в Илинге, Исследование городского совета округа Илинг. Центр CREATE, Бристоль (2003)

    Google ученый

  • 13.

    Бисвас, А., Гупта, Р., Шарма, К.К .: Экспериментальное исследование эффектов перекрытия и блокировки на трехходовых роторах Савониуса. Wind Eng. 31 (5), 313–368 (2007)

    Статья Google ученый

  • 14.

    Бонтемпо, Р., Манна, М .: Решение проблемы обтекания неоднородного высоконагруженного приводного диска в воздуховоде. J. Fluid Mech. 728 , 1469–7645 (2013)

    MathSciNet Статья Google ученый

  • 15.

    Бонтемпо, Р., Кардоне, М., Манна, М., Ворраро, Дж .: Анализ потока в воздушном винте с помощью обобщенной модели диска исполнительного механизма. Энергетические процедуры 45 , 1107–1115 (2014)

    Статья Google ученый

  • 16.

    Saha, U .: Оптимальная конфигурация ротора Савониуса в результате экспериментов в аэродинамической трубе. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 96 (8), 1359–1375 (2008)

    Статья Google ученый

  • 17.

    Hiraharaa, H., Hossainb, M.Z., Kawahashia, M., Nonomurac, Y .: Тестирование основных характеристик очень маленькой ветряной турбины, предназначенной для многоцелевого использования. Обновить. Энергетика 30 , 1279–1297 (2005)

    Артикул Google ученый

  • 18.

    Вакуи, Т., Танзава, Ю., Хашизуме, Т., Нагао, Т .: Гибридная конфигурация роторов Дарье и Савониуса для автономных систем ветрогенераторов. Электр. Англ. Jpn. 150 (4), 13–22 (2005)

    Статья Google ученый

  • 19.

    Гупта, Р., Бисвас, А., Шарма, К.К .: Сравнительное исследование трехходового ротора Савониуса с комбинированным трехклапанным трехлопастным ротором Савониуса –– трехлопастным ротором Дарье. Обновить. Энергетика 33 , 1974–1981 (2008)

    Артикул Google ученый

  • 20.

    Але, Я.В., Петри, М.Р., Гарсия, С.Б., Симиони, GCS, Конзен, Дж .: Оценка производительности нового поколения небольшой ветряной турбины с вертикальной осью, Европейская конференция и выставка по ветроэнергетике, 7– 10 мая, Milano Convention Center, Милан, Италия (2007)

  • 21.

    Армстронг, С., Фидлер, А., Таллис, С.: разделение потоков по высокому числу Рейнольдса, высокопрочная ветряная турбина с вертикальной осью, с прямыми и скошенными лопастями и скошенными лопастями с ограждениями. Обновить. Энергетика 41 , 13–22 (2012)

    Статья Google ученый

  • 22.

    Paraschivoiu, I .: Проект ветряной турбины с акцентом на концепции Дарье. Политехнический международный, Канада (2002)

    Google ученый

  • 23.

    Стрикленд, Дж. Х .: Турбина Дарье: модель прогнозирования производительности с использованием нескольких потоковых трубок, стр. 1–36. SANDIA Report SAND75-0431, (1975)

  • 24.

    Роберт, Э., Шелдал, Климас П.К .: Аэродинамические характеристики семи симметричных профильных секций при угле атаки 180 градусов для использования в аэродинамическом анализе ветряных турбин с вертикальной осью. Сандийские национальные лаборатории. Отчет SAND80-2114. 1981 (1980)

  • 25.

    Бхутта, М.М.А., Хаят, Н., Фарук, А.У., Али, З., Джамил, Ш. Р., Хусейн, З .: Ветряная турбина с вертикальной осью - обзор различных конфигураций и методов проектирования. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 16 , 1926–1939 (2012)

    Артикул Google ученый

  • 26.

    Хамид, М.С., Афак, С.К .: Разработка и анализ лопасти ветряной турбины с прямыми лопастями и вертикальной осью с использованием аналитических и численных методов. Ocean Eng. 57 , 248–255 (2013)

    Артикул Google ученый

  • 27.

    Чонг, W.T., Fazlizan, A., Poh, S.C., Pan, K.C., Hew, W.P., Hsiao, F.B .: Проектирование, моделирование и испытания городской ветряной турбины с вертикальной осью и всенаправленным направляющим аппаратом. Прил. Энергетика 112 , 601–609 (2013)

    Статья Google ученый

  • 28.

    Купер П., Кеннеди О.К .: Разработка и анализ новой ветряной турбины с вертикальной осью. Proceedings Solar 2004 –– Жизнь, Вселенная и возобновляемые источники энергии 1–9 (2004)

  • 29.

    Ajayi, O., Fagbenle, R., Katende, J., Aasa, S.A., Okeniyi, J .: Характеристики профиля ветра и анализ производительности турбины в Кано, на северо-западе Нигерии. Int. J. Energy Environ. Англ. 4 , 27 (2013)

    Артикул Google ученый

  • 30.

    Моршед, К., Рахман, М., Молина, Г., Ахмед, М .: Испытания в аэродинамической трубе и численное моделирование аэродинамических характеристик трехлопастной ветряной турбины Савониуса. Int. J. Energy Environ.Англ. 4 , 18 (2013)

    Артикул Google ученый

  • 31.

    Лю С., Джанаджрех И.: Разработка и применение усовершенствованной модели метода импульса лопаточного элемента на ветряных турбинах с горизонтальной осью. Int. J. Energy Environ. Англ. 3 , 30 (2012)

    Артикул Google ученый

  • Ветряная турбина с вертикальной осью - обзор

    2 Анализ концепции гусеничного транспортного средства

    Другой тип VAWT, концепция аэродинамического профиля гусеничного транспортного средства, привлек значительное внимание двух исследователей.Одна из работ - это работа Пауэ и его сотрудников, краткое изложение которой дано в Powe (1977; и очень похоже в Powe et al. , 1974), в которой представлено приблизительное сравнение характеристик с пропеллером. Другой - это работа Лапина (1976), который также сообщает о параллельном исследовании концепции Мадараса с использованием ротора Флеттнера и проводит сравнение этих двух систем.

    Лапин очень подробно представляет свой аэродинамический анализ, следуя общим принципам теории движения и лопаточных элементов теории винтового типа для аэродинамического типа и используя соотношение скоростей α = ω R / V ≡ скорость вращения ротора / скорость ветра. в месте расположения ротора, соответствующем углу атаки для вращающегося ротора Флеттнера.Анализ выполняется для соотношений сторон 4, 6 и 9 с использованием оптимального угла атаки для максимального крутящего момента в каждом угловом положении, выбранном для расчета вокруг пути. Данные о крыле для C L и C D (включая индуцированное сопротивление) доступны и надежны для известных аэродинамических поверхностей, но данные для роторов скудны и ненадежны в той степени, в которой они сопоставимы с данными для крыльев. Лапин использует то, что доступно, но подчеркивает, что необходимы дополнительные экспериментальные значения. Большинство расчетов относится к круговой дорожке, но очевидно, что прямая дорожка, перпендикулярная ветру, даст значительно большую производительность.Таким образом, плоская овальная или гоночная трасса лучше подходит для ветра преимущественно с одного направления, так как пропульсивный эффект сохраняется на своем максимальном значении на более длинной части круга. Подробно рассматривается потеря мощности из-за тандемных роторов, то есть различия в производительности в положениях вверх по потоку и положениях после него. Анализ основан на теории тандемных приводных дисков, изложенной в Разделе II, B, но с этими взаимосвязями довольно сложно справиться напрямую.Однако описывается вычислительная процедура, и процедура выполняется полуграфически. Данные о характеристиках приведены для этой потери мощности, а также для случая отсутствия потерь, т. Е. Предполагается, что смешивание между положениями по ветру и по ветру восстанавливает состояние набегающего потока.

    Lapin учитывает дополнительные силы сопротивления из-за нестандартной системы, которые являются значительными. Это силы трения качения из-за (1) веса ротора, тележки и т. Д. И (2) поперечной силы.Использованы коэффициенты трения качения из техники грузовых вагонов. Поперечное усилие вычисляется в терминах выражений аэродинамической силы и, таким образом, изменяется в зависимости от положения. Максимальная поперечная сила важна для расчета структурных напряжений и опрокидывающего момента. Существует также сопротивление тележки, которое рассчитывается с коэффициентом сопротивления, равным аэродинамической эквивалентной площади плоской пластины, принимаемой как инвариантной с углом потока и интегрированной по контуру для изменения углового положения.Он приводит примеры общих коэффициентов мощности и потерь мощности для различных параметров системы. Лапин упоминает о невыгодном эффекте того, что гусеничная система должна работать при более низких скоростях ветра у земли из-за пограничного слоя, но специально не включает в свои данные какой-либо фактор для этого.

    Powe (1977; Powe et al. , 1974) начинает с анализа импульса контрольного объема для системы гусеничных летательных аппаратов с аэродинамическим профилем, принимая во внимание изменение скорости из-за влияния земли, и указывает, что теоретически это турбина такого типа будет давать примерно на 19% больше мощности, чем турбина пропеллерного типа, при этом каждая установка имеет среднюю точку общего размаха лопастей H на высоте H /2 над землей.Для систем, в которых средняя точка лопасти поднята выше этой минимальной высоты, концепция крыла гусеничного транспортного средства дает примерно на 26% больше мощности, чем соответствующий тип гребного винта. Это его основа для исследования этого типа WECS.

    Анализ учитывает только плоскую овальную трассу (гоночная трасса), без учета мощности на поворотах. В двух работах Powe (1977; Powe et al. , 1974) аэродинамический анализ минимален, и проблема значения интерференционного фактора a и фактического значения скорости потока диска не рассматривается. обсуждали.Были исследованы несколько профилей из серии NACA, при этом для подробных расчетов был выбран широко распространенный тип 0012 с поправками на конечное удлинение. Сопротивления системы подразделяются на два сопротивления качению из-за вертикальных и горизонтальных сил на пути, сопротивление из-за кривизны пути и аэродинамическое сопротивление. Простое выражение для сопротивления качению было взято из железнодорожной литературы в терминах веса, при этом вес взят с учетом аэродинамических сил подъемной силы и сопротивления, которые создают момент, вызывающий вертикальную силу, действующую на путь.Аэродинамическое сопротивление вагонов было разбито на значение для ведущего вагона как у обтекаемого локомотива, остальное - для обтекаемых железнодорожных вагонов, и третье значение для не модернизированных вагонов использовалось для поворотов.

    Был рассмотрен шаг профилей, при оценке которых вертикальные оси соседних профилей были разнесены на одну хорду. Это было основано на учете минимального расстояния для минимизации площади приземления и длины пути, а также на том факте, что оси аэродинамического профиля должны находиться, по крайней мере, на расстоянии одной хорды друг от друга, чтобы вращаться в поворотах.Эффект неполного восстановления был учтен в одном конкретном расчете, приняв значение скорости ветра с подветренной стороны как 75% от значений скорости набегающего потока. Влияние изменения скорости и направления ветра на определение фактического выхода энергии за период времени было оценено с использованием данных с базы ВВС в Монтане, поскольку подробные значения были доступны за 25-летний период.

    Компьютерная программа была составлена ​​с использованием системных параметров геометрии и веса, характеристик профиля и спектра ветра в качестве входных данных.Производительность дана в общем выражении в виде энергии в месяц и в виде энергии в месяц на единицу площади, с площадью как в виде общей рабочей площади, включая витки, так и в виде единицы площади лопасти. Четвертый выходной показатель - это энергия в месяц на единицу веса системы. Другие вычисленные, но не указанные выходные данные - это скорости каретки, углы атаки и т. Д., Относящиеся к анализу характеристик компонентов и условий эксплуатации.

    Производительность этих систем гусеничных транспортных средств, как Lapin, так и Powe et al. будет рассмотрен позже.

    % PDF-1.3 % 2 0 obj > эндобдж 8 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 778 778 250 333 408 500 500 833 778 180 333 333 500 564 250 333250 278 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 278 278 564 564 564 444 921 722 667 667 722 611 556 722 722 333 389 722 611 889 722 722 556 722 667 556 611 722 722 944 722 722 611 333 278 333 469 500 333 444 500 444 500 444 333 500 500 278 278 500 278 778 500 500 500500 333 389 278 500 500 722 500 500 444 480 200 480 541 778 500 778 333 500 444 1000 500 500 333 1000 556 333 889 778 611 778 778 333 333 444 444 350 500 1000 333 980 389 333 722 778 444 722 250 333 500 500 500 500 200 500 33 3760 276 500 564 333 760 500 400 549 300 300 333 576 453250 333 300 310 500 750 750 750 444 722 722 722 722 722 722 889 667 611 611 611 611 333 333 333 333 722 722 722 722 722 722 722 564 722 722 722 722 722 722 556 500 444 444 444 444 444 444 667 444 444 444 444 444 278 278 278 278 500 500 500 500 500 500 500 549 500 500 500 500 500 500 500 500 ] эндобдж 11 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0750750 250 278 371 606 500 840 778 208 333 333 389 606250 333250 606 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 250 250 606 606 606 444 747 778 611 709 774 611 556 763 832 337 333 726611 946 831 786 604786668 525 613 778722 1000 667 667 667 333 606 333 606 500 333 500 553 444 611 479 333 556 582 291 234 556 291 883 582 546 601 560 395 424 326 603 565 834 516 556 500 333 606 333 606 750 500 750 278 500 500 1000 500 500 333 1144 525 331 998 750 667 750 750 278 278 500 500 606 500 1000 333 979 424 331 827 750 500 667 250 278 500 500 606 500 606 500 333747 333 500 606 333 747 500 400 549 310 310 333 576 628 333 333 310 333 500 787787 787 444 778 778 778 778 778 778 944 709 611 611 611 611 337 337 337 337 774 831 786 786 786 786 786 606 833 778 778 778 778 667 604 556 500 500 500 500 500 500 758 444 479 479 479 479 287 287 287 287 546 582 546 546 546 546 546 549 556 603 603 603 603 556 601 556 ] эндобдж 14 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 778 778 250 333 555 500 500 1000 833 278 333 333 500 570 250 333250 278 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 333 333 570 570 570 500 930 722 667 722 722 667 611 778 778 389 500 778 667 944 722 778 611 778 722 556 667 722 722 1000 722 722 667 333 278 333 581 500 333 500 556 444 556 444 333 500 556 278 333 556 278 833 556 500 556 556 444 389 333 556 500 722 500 500 444 394 220 394 520 778 500 778 333 500 500 1000 500 500 333 1000 556 333 1000 778 667 778 778 333 333 500 500 350 500 1000 333 1000 389 333 722 778 444 722 250 333 500 500 500 500 220 500 33 37 47 300 500 570 33 37 47 500 400 549 300 300 333 576 540 250 333 300 330 500 750 750 750 500 722 722 722 722 722 722 1000 722 667 667 667 667 389 389 389 389 722 722 778 778 778 778 778 570 778722 722 722 722 722 611 556 500 500 500 500 500 500 722 444 444 444 444 444 278 278 278 278 500 556 500 500 500 500 500 549 500 556 556 556 556 500 556 500 ] эндобдж 17 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 778 778 250 389 555 500 500 833 778 278 333 333 500 570 250 333250 278 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 333 333 570 570 570 500 832 667 667 667 722 667 667 722 778 389 500 667 611 889 722 722 611 722 667 556 611 722 667 889 667 611 611 333 278 333 570 500 333 500 500 444 500 444 333 500 556 278 278 500 278 778 556 500 500 500 389 389 278 556 444 667 500 444 389 348 220 348570 778 500 778 333 500 500 1000 500 500 333 1000 556 333 944 778 611 778 778 333 333 500 500 350 500 1000 333 1000 389 333 722 778 389 611 250 389 500 500 500 500 220 500 33 37 47 266 500 606 33 37 47 500 400 549 300 300 333 576 500 250 333 300 300 500 750 750 750 500 667 667 667 667 667 667 944 667 667 667 667 667 389 389 389 389 722 722 722 722 722 722 722 570 722 722 722 722 722 611 611 500 500 500 500 500 500 500 722 444 444 444 444 444 278 278 278 278 500 556 500 500 500 500 500 549 500 556 556 556 556 444 500 444 ] эндобдж 19 0 объект > транслировать

    Коэффициент мощности ветряной турбины: что влияет на производство электроэнергии

    Что такое коэффициент мощности и что мы должны о нем знать?

    При оценке эффективности выработки электроэнергии ветряной турбиной в определенном месте обычно принимают во внимание несколько измерений.Коэффициент мощности ветра - один из них. Коэффициент мощности, который часто путают с КПД или мощностью ветряной турбины, на самом деле является результатом расчета как внутренних, так и внешних воздействий.


    Коэффициент мощности не является мощностью ветряной турбины

    Мощность ветровой турбины описывает, сколько электроэнергии ветровая турбина может генерировать при оптимальных ветровых ресурсах. Например, наша ветряная турбина с вертикальной осью LS Double Helix 1.5 производит 1.Электрическая мощность 5 кВт при номинальной скорости ветра 15 м / с. Это означает, что наша ветряная турбина имеет мощность 1,5 кВт. Другими словами, турбина рассчитана на выходную мощность 1,5 кВт.

    Аналогичным образом, если береговая ветряная турбина с горизонтальной осью вырабатывает 2 МВт (мегаватт) при номинальной скорости ветра, ее мощность составляет 2 МВт.

    Иконки ветряных турбин, созданные Луизой Иборра из Noun Project.


    Выработка электроэнергии измеряется во времени

    Количество энергии, генерируемой любым источником или потребляемой любым пользователем, обычно измеряется с течением времени.Точнее, за единицу времени «час». Например, когда ветряная турбина LuvSide мощностью 1,5 кВт полностью работает в течение одного часа, она вырабатывает 1,5 кВт-ч (киловатт-час) электроэнергии. Если он проработает полностью в течение двух часов, он вырабатывает 1,5 кВт x 2 часа = 3,0 кВт · ч электроэнергии.

    В зависимости от конструкции каждая ветряная турбина имеет разную способность улавливать энергию набегающего ветра и преобразовывать ее в крутящий момент, приводящий в движение генератор. Хотя эта способность в основном отражается на эффективности и мощности ветряной турбины, внешние факторы также влияют на количество энергии, производимой турбиной с течением времени.Именно здесь в игру вступает фактор емкости.


    Ветер не всегда сильный, постоянный или присутствует

    Сколько электроэнергии может генерировать турбина, во многом зависит от скорости ветра и постоянства набегающего ветра. При более низких скоростях ветра выработка электроэнергии резко снижается. Когда скорость ветра падает вдвое, выработка электроэнергии уменьшается в восемь раз.

    Возьмем, к примеру, турбину LuvSide. Турбина LS Double Helix 1.5 оптимально работает при скорости ветра 15 м / с.Когда скорость ветра составляет всего 10 м / с, турбина может вырабатывать только 1 кВтч энергии за 1 час. Когда скорость ветра составляет 15 м / с, но дует только 0,5 часа, та же турбина вырабатывает всего 0,75 кВтч за этот час.

    Иконки ветряных турбин, созданные Луизой Иборра из Noun Project.


    Математика ясна. Ветер не всегда дует с одинаковой скоростью 24 часа в сутки, 365 дней в году. Иногда ветровые ресурсы в определенном месте меняются в зависимости от сезона. Иногда неожиданные погодные условия в течение дня определяют, насколько сильный ветер доступен.Из-за этого ветряная турбина не всегда может работать в номинальном режиме. Бывают случаи, когда ветряная турбина вообще не вращается из-за отсутствия ветра.


    Коэффициент мощности ветряной турбины описывает реальную выходную мощность

    Коэффициент мощности ветряных турбин описывает разрыв между номинальной и реальной производительностью ветряной турбины в определенном месте за период времени. Это отношение фактической выходной мощности ветряной турбины к ее номинальной или максимальной выходной мощности.

    Давайте объясним попроще. В некоторых музеях можно найти велосипед, подключенный к лампочке . Когда люди едут на велосипеде, они вырабатывают электрическую энергию, которая зажигает лампочку. Теперь лампочка имеет 100% максимальную легкость, но не каждый человек может ездить на велосипеде достаточно быстро, чтобы достичь этого.

    Предположим, что требуется олимпийскому велосипедисту, чтобы достичь 100% легкости с велосипедом. Но сейчас мы получаем только , мой дедушка . Мой дедушка настолько медлителен, что может ездить на велосипеде только при 30% освещенности лампочки.В этом случае коэффициент загрузки велосипеда составляет 30%. Спасибо дедушке.

    В этой метафоре велосипед - это ветряная турбина. Лампочка представляет собой произведенную энергию. Олимпийский велосипедист - это оптимальная скорость ветра, которую мы хотим для нашей турбины. Тем не менее, мой дедушка - это скорость ветра, которую мы получаем на самом деле.


    Коэффициент мощности зависит от многих причин и рассчитывается за период времени

    Обычно коэффициент использования мощности измеряется на период в один год.Следовательно, на коэффициент мощности ветряной турбины влияет множество различных причин, происходящих в течение года. К ним относятся скорость ветра, время простоя при проведении технического обслуживания, время простоя при ремонте и другие.

    Для расчета коэффициента мощности ветряной турбины мы берем фактическую мощность турбины за год и делим ее на оптимальную выходную мощность за тот же период времени.

    В качестве примера снова возьмем ветряную турбину LS Double Helix 1.5 . Номинально ветряная турбина вырабатывает 13 140 кВтч электроэнергии в год, при условии, что ветер дует непрерывно со скоростью 15 м / с в течение всего года.Однако на самом деле турбина вырабатывала в тот год всего 2628 кВтч из-за недостатка ветра. В этом случае коэффициент мощности ветряной турбины того года составляет 2628 кВтч / 13 140 кВтч = 20%.

    Иконки ветряных турбин, созданные Луизой Иборра из Noun Project.


    Как повысить коэффициент полезного действия ветряной турбины

    Согласно исследованиям, ветряная турбина вырабатывает со средней скоростью около 40% времени или выше, что означает, что она вырабатывает небольшую мощность или не вырабатывает ее в 60% случаев по разным причинам.Средний коэффициент мощности ветряной турбины за один год обычно составляет от 20% до 30%, но все еще есть способы улучшить производительность.

    Прежде всего, тщательное планирование перед установкой ветряной турбины может помочь вам максимально увеличить коэффициент использования мощности. Очень важно убедиться, что выбранный вами участок ветряной турбины получает оптимальные ветровые ресурсы. Это означает не только стабильный поток ветра, но и отсутствие препятствий, которые могли бы блокировать входящий ветер.Чем больше ветровых ресурсов получает турбина, тем больше энергии она может генерировать.

    Во-вторых, коэффициенты мощности определяются не только ветровыми ресурсами. Конструкция ветряной турбины влияет на способность турбины получать энергию от набегающего ветра. Вообще говоря, низкая скорость ветра и турбулентный ветер - две основные проблемы для работы турбины.

    Следовательно, современные турбины, которые могут вырабатывать электроэнергию при более низких скоростях ветра, увеличивают свои коэффициенты мощности.Ветряные турбины, работающие в условиях турбулентного ветра, также имеют конкурентные преимущества. Выбор правильного типа ветряной турбины, которая лучше всего подходит для ваших местных ветровых условий, имеет важное значение для обеспечения оптимальной выходной мощности.

    малых ветряных турбин: подходят ли они вам?

    Время чтения: 5 минут

    Не все объекты подходят для установки солнечных батарей. Однако это не означает, что вы не сможете производить чистую энергию на своем участке.Одной из технологий использования возобновляемых источников энергии, которая становится все более популярной альтернативой для домовладельцев, стремящихся производить собственное экологически чистое электричество, являются небольшие ветряные турбины.

    Узнайте, сколько будут стоить солнечные панели в вашем районе в 2021 году

    Обзор небольших ветряных турбин

    Маленькие ветряные турбины, иногда называемые домашними ветряными турбинами, намного меньше, чем турбины, которые вы видите на ветряных фермах. В то время как более крупные ветряные турбины могут иметь диаметр лопастей, равный длине футбольного поля, небольшие ветряные турбины обычно имеют диаметр до 10 метров в ширину.Из-за меньшего размера лопастей эти ветряные турбины имеют гораздо меньшую выходную мощность, чем большие турбины. Это делает небольшие ветряные турбины идеальными для проектов с небольшими потребностями в электроэнергии, таких как жилые, портативные или автономные.

    Лучшие места для небольших ветряных турбин - это места с частыми и высокими скоростями ветра. Вообще говоря, чем выше турбина, тем ветренее окружающая среда и тем больше электроэнергии она способна производить. Большинство лучших мест для небольших ветряных турбин находятся в сельской местности, поскольку они, как правило, имеют много места и мало препятствий, которые могут повлиять на скорость ветра.В некоторых случаях небольшая ветряная турбина может компенсировать 100 процентов счета за электроэнергию в доме.

    Определение размера небольшой ветряной турбины для вашей собственности

    Первый шаг к определению правильного размера ветряной турбины - это знать, сколько электроэнергии вы хотите производить. Если вы хотите удовлетворить большую часть или все свои потребности в электроэнергии с помощью небольшой ветряной турбины, вы можете определить потребление электроэнергии, просмотрев прошлые счета за электроэнергию. В качестве альтернативы, если вы хотите компенсировать только определенные приборы с помощью энергии ветра, калькулятор энергии бытовых приборов Министерства энергетики является хорошим местом для начала расчета потребности в электроэнергии для конкретных приборов.

    После того, как вы узнаете свои потребности в электроэнергии, найдите ветряную турбину и место для установки, которые будут соответствовать этой потребности. Многие производители ветряных турбин сообщают о предполагаемой годовой выработке электроэнергии для своей продукции, используя определенные предположения о высоте и средней скорости ветра. Без этого расчет для оценки реальной выходной мощности ветряной турбины может быть затруднен, поскольку он зависит от погодных условий, плотности воздуха, эффективности оборудования, длины лопастей и т. Д.Тем не менее, вы можете сделать приблизительную оценку выработки энергии ветряной турбиной без сложных вычислений, используя оценочный коэффициент мощности .

    Коэффициент мощности - полезный показатель для оценки количества электроэнергии, которую генератор может производить в течение года. Для ветра коэффициент мощности рассчитывается путем деления общего количества электроэнергии, произведенной турбиной, на общее количество электроэнергии, которое она произвела бы в течение года, если бы вырабатывала свою максимальную мощность круглый год.Согласно отчету о распределенном ветровом рынке Министерства энергетики за 2017 год, малые ветровые турбины имеют средний коэффициент использования мощности 16 процентов, но их набор данных включает диапазон от 2 до 36 процентов.

    Используя оценку коэффициента мощности, вы можете рассчитать приблизительную оценку годового производства электроэнергии по следующей формуле:

    Киловатт-часов в год = 8760 часов в году x номинальная мощность (кВт) x коэффициент мощности (%)

    Учитывая средний коэффициент мощности для малых ветряных турбин, турбина мощностью 10 кВт будет производить примерно 14 016 кВтч в год.

    Стоимость малых ветряных турбин

    Стоимость установки небольшой ветряной турбины может варьироваться в зависимости от размера системы, высоты башни и оборудования, которое вы покупаете. В большинстве случаев, чем больше и выше ветряк, тем дороже он будет.

    По данным Американской ассоциации ветроэнергетики (AWEA), небольшие ветряные турбины стоят от 3000 до 5000 долларов за каждый киловатт мощности. Большинство домовладельцев, использующих ветряную турбину в качестве основного источника электроэнергии, устанавливают от 5 до 15 кВт мощности ветра, что означает, что они могут рассчитывать заплатить от 15 000 до 75 000 долларов за свой проект небольшой ветряной турбины.Эти цифры не включают какие-либо федеральные льготы или льготы штата.

    Покупка небольших ветряных турбин

    Когда дело доходит до покупки небольшой ветряной турбины для вашего дома, важно сравнивать различные продукты и то, как они различаются по цене, дизайну, мощности и предлагаемому оборудованию.

    В таблице ниже показано, как небольшие ветряные турбины различаются по цене в зависимости от мощности. Среди ветряных турбин аналогичного размера разница в цене в основном связана с дополнительными компонентами, включенными в покупку, такими как контроллеры заряда, столбы / башни, батареи или кабели.Дополнительные компоненты, которые вам необходимо приобрести, зависят от настройки вашей ветряной турбины. Например, автономным системам требуется аккумулятор для хранения электроэнергии и контроллер заряда для защиты аккумулятора от перезарядки.

    Малые ветряные турбины

    Большинство вышеперечисленных продуктов не могут производить достаточно электроэнергии для питания среднего дома, но могут быть полезны для компенсации небольшой части счета за электроэнергию. Ветровые турбины мощностью менее 500 Вт называются микроветровыми турбинами .Они могут быть особенно полезны для небольших приложений, не связанных с сетью, таких как лодки, дома на колесах и т. Д.

    Стоит ли устанавливать у себя дома небольшую ветряную турбину?

    Небольшие ветряные турбины могут быть экономичным способом выработки возобновляемой электроэнергии для вашего дома. Однако многие объекты жилой недвижимости не подходят для установки ветряных турбин по нескольким причинам.

    Во-первых, для выработки достаточного количества электроэнергии, чтобы окупить первоначальные инвестиции, ветряные турбины должны располагаться в ветреном месте.Хотя это может показаться очевидным, недостаточно просто испытать высокие скорости ветра во время штормов или определенных сезонов: вам нужны постоянные модели ветра, способные вращать ветряную турбину в течение всего года, чтобы окупить первоначальные инвестиции.

    Как правило, если среднегодовая скорость ветра на вашем участке менее 5 метров в секунду, это, скорее всего, неподходящее место для установки небольшой ветряной турбины. Если вы не уверены в скорости ветра в вашем доме, у Национального управления океанических и атмосферных исследований есть карты ветров, на которых указана средняя скорость ветра по стране по месяцам.В ближайшем аэропорту также может быть записана скорость ветра, если вы хотите получить базовую оценку для своего региона.

    Кроме того, небольшие ветряные турбины должны иметь определенное пространство и достигать определенной высоты для достижения значительной экономии электроэнергии. В вашей юрисдикции могут быть постановления о зонировании, которые ограничивают высоту конструкции, которую вы можете установить на своей собственности, тем самым ограничивая, сколько электроэнергии способна производить ваша ветряная турбина. Вам также понадобится достаточно открытого земельного участка на вашем участке, чтобы опустить небольшую ветряную турбину для технического обслуживания - многие установщики рекомендуют иметь хотя бы один акр чистой земли.

    Однако, если вы живете в ветреном, удаленном месте вне сети, небольшая ветряная турбина может быть более доступной, чем подключение вашего дома к электросети. Кроме того, ветряные микротурбины могут быть полезны для других переносных приложений, не связанных с сетью, таких как зарядка батарей для жилых автофургонов и парусных лодок.

    Сравните все варианты, прежде чем принимать решение

    Поскольку вы ищете способы вырабатывать собственное электричество, всегда полезно сравнить несколько вариантов, прежде чем принимать окончательное решение.Зарегистрировавшись на EnergySage Solar Marketplace, вы можете получить до семи индивидуальных предложений по установке солнечной энергии на вашем участке. Эти расценки включают информацию о затратах и ​​оценках экономии, которые позволяют сравнить экономические преимущества солнечной энергии с предложениями малых ветряных турбин. Если вы хотите начать с приблизительных цифр, прежде чем получать расценки, воспользуйтесь нашим солнечным калькулятором.

    Экологическое содержание

    Узнайте, сколько будут стоить солнечные панели в вашем районе в 2021 году

    Южнокорейская фирма рекламирует новую концепцию башни ветряных турбин с вертикальной осью

    Южнокорейская фирма Odin Energy надеется занять новую нишу с помощью башни ветряного двигателя с вертикальной осью (VAWT), предназначенной для городских условий.

    Концепция круглой башни компании может иметь до 12 этажей, каждый из которых содержит центральную VAWT, что позволяет производить гораздо больше энергии на единицу площади, чем это было бы возможно с одной турбиной.

    Помимо увеличения общей номинальной мощности, компания заявляет, что верхние этажи ее башен Odin могут получить доступ к более высоким скоростям ветра и, таким образом, обеспечить выработку электроэнергии в четыре раза больше, чем у наземной турбины.

    Документы испытаний, просмотренные GTM, показывают, что у прототипа башни был достигнут 62-процентный рост энергоэффективности по сравнению с автономной турбиной, исходя из среднего показателя 16.5-процентное увеличение скорости ветра.

    Видео прототипа башни Odin, построенного в 2011 году на острове Чеджу, Южная Корея и испытанного Корейским испытательным и исследовательским институтом и Jeju Energy Corporation в период с 2015 по 2017 год, показывает, что эта концепция практически бесшумна в работе, что делает ее подходит для городских условий.

    Основатель и вице-президент Odin Energy Су Юн Сон сообщил GTM, что компания ведет переговоры о строительстве башен в Южной Корее в рамках перехода к преобразованию островных электросетей на возобновляемые источники энергии и, отдельно, в рамках инициативы по строительству с нулевым потреблением энергии. столичное правительство Сеула.

    Сон сказал в интервью, что проект в Сеуле предполагает добавление этажей башни Odin к существующему зданию.

    Возможность добавления башенных конструкций Odin на крыши существующих городов «является одной из сильных сторон, которые, по нашему мнению, у нас есть [по сравнению с] другими ветровыми технологиями», - сказал Хёкон Чжанг, советник Odin Energy, в видеоинтервью.

    В другом месте итальянский производитель VAWT Ropatec, который поставляет 19-киловаттные турбины, используемые в башнях Odin, ведет переговоры с потенциальным заказчиком строительного сектора в Италии.«У Ropatec есть запросы с итальянского рынка», - подтвердил в электронном письме Карло Занелла из Ropatec.

    Odin Energy оценивает капитальные затраты на строительство первой в своем роде 10-этажной башни примерно в 1,4 миллиона долларов при нормированной стоимости энергии (LCOE) примерно в 90 долларов за мегаватт-час.

    Хотя эту стоимость, вероятно, можно было бы снизить за счет строительства более высоких башен или за счет серийного производства компонентов башни, она остается высокой по сравнению с традиционными береговыми ветровыми электростанциями.

    В последнем исследовании LCOE Lazard, опубликованном в октябре, значения LCOE для берегового ветра находятся в диапазоне от 26 до 54 долларов за мегаватт-час.

    Дорогостоящая ветроэнергетическая технология для нишевых приложений

    Однако сторонники Odin Energy, в том числе основатель Сон, нынешний генеральный директор Янг Ми Бэк и южнокорейские брокерские и инвестиционно-банковские фирмы Shinyoung Securities и Hanyang Securities, не видят концепции башни напрямую конкурируя с береговым ветром.

    Вместо этого, сказал Чжанг, технология, скорее всего, понравится городским застройщикам или компаниям, которым поручено построить островные микросети, причем обе среды, в которых пространство может быть ограничено, и низкий уровень шума башен Odin может быть преимуществом.

    В условиях острова, сказал Чжанг, башни Odin, вероятно, составят конкуренцию дизельной генерации.

    Башни вполне могут быть конкурентоспособными в таких условиях: последнее исследование Lazard, включившее дизельное топливо в 2017 году, показало, что LCOE для дизельных поршневых двигателей составляет от 197 до 281 доллара за мегаватт-час.

    Между тем, по словам Чжаня, в городах и других городских условиях стоимость энергии от башен Odin может быть компенсирована коммерческой прибылью от альтернативных приложений, размещенных на первом и нижнем этажах.

    В 12-этажном здании, например, один или два нижних этажа могут использоваться для станций зарядки электромобилей или другой коммерческой или промышленной деятельности.

    Несмотря на все обещания Odin Energy, Брайан Гейлорд, главный аналитик Wood Mackenzie по Латинской Америке и Южной Европе, сказал, что компания сталкивается с трудностями, пытаясь закрепиться на рынке ветроэнергетики.

    «Есть причина, по которой практически вся ветроэнергетика строится на трехлопастных моделях турбины с противветренной трансмиссией и трансмиссией», - сказал он в электронном письме.«Это наиболее экономичный способ производства ветровой энергии».

    Гейлорд заявил, что за последние годы в Южной Корее появилось множество бесшумных технологий VAWT, отметив, что «ни одна из них на самом деле никогда не набирала обороты».

    Вертикально-осевые ветряные турбины и другие маломасштабные технологии ветроэнергетики пока не смогли завоевать большую популярность на рынке по сравнению с крупномасштабными ветряными турбинами в коммунальном масштабе или с солнечными фотоэлектрическими элементами в распределенном масштабе. Игроки в распределенной ветроэнергетике продолжают надеяться, что финансирование исследований и разработок может повысить эффективность и снизить затраты, чтобы позволить технологии конкурировать в определенных нишевых приложениях, таких как микросети.

    Но Гейлорд отметил, что заявления о большей эффективности «могут быть правдой, но это не имеет особого значения, потому что название игры - стоимость электроэнергии, особенно когда мы говорим о распределенной генерации. Я думаю, что это в значительной степени сфера деятельности PV ".

    Для тех из вас, кто не хочет усердно разбираться в математике, необходимой для выполнения этого вычисления,

    ЧАСТЬ I --- основная кинематика

    Для тех из вас, кто не хочет усердно разбираться в математике, необходимой для сделать этот расчет,

    НИЖНЯЯ СТРОКА - ЛЕД, МУСОР ИЛИ ЧТО-ТО ТРЕЩАЕТСЯ ЛЕЗВИЯ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ (включая сами лопасти) МОГУТ ПОРАЖАТЬ А ТОЧКА ПОЧТИ 1700 ФУТОВ ОТ БАЗЫ ТУРБИНЫ

    ЧТО МЫ ЗНАЕМ:

    РАДИУС ЛЕЗВИЯ: БОЛЕЕ 100 ФУТОВ

    СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ: ДО 1 ОБОРОТА КАЖДЫЕ 3 СЕКУНД (ИЛИ ОКОЛО 20 ОБОРОТОВ / МИН)

    ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:

    СКОРОСТЬ НАКОНЕЧНИКА РОТОРА:

    В ОДНОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЛЕЗВИЕ

    НАКОНЕЧНИКАМИ УДАЛЯЕТ КРУГ
    , РАДИУС которого ПРЕВЫШАЕТ 100 ФУТОВ.ЭТО РАССТОЯНИЕ 2 * ПИ * Р ИЛИ ОКОЛО 628 ФУТОВ. ЕСЛИ ПЕРЕЕЗД НА ЭТО РАССТОЯНИЕ ТРЕБУЕТ 3 СЕКУНД, НАША СКОРОСТЬ 628/3 ФУТА В СЕКУНДУ. ЭТО ОКОЛО 210 НОГИ / СЕКУНДА ИЛИ 150 МИЛЬ В ЧАС.

    Когда вы занимаетесь математикой в ​​деталях, вы обнаружите, что запуск фрагмента по горизонтали НЕ является худшим сценарием для максимального горизонтального диапазона. (СТАРТ С ВЕРШИНЫ ТУРБИНЫ (по горизонтали) ДИАПАЗОН ДОХОДНОСТИ НЕМНОГО БОЛЕЕ 1000 ФУТОВ.) Вместо этого максимальное расстояние достигается при выпуске мусора с лезвием под углом 45 градусов к вертикали.

    Представьте себе лезвие под углом 45 градусов из вертикального положения. В этот момент снаряд будет запущен примерно в 70 футах от горизонтального положения ступицы. (Это 100 умножить на косинус 45 градусов). Кроме того, он будет примерно на 70 футов выше. (по вертикали), чем ступица. (Опять же, мы предполагаем, что длина лопастей составляет 100 футов в длина).Таким образом, расстояние по вертикали, которое он должен упасть, составляет 300 футов (высота ступицы) плюс 70 футов (расстояние по вертикали). что кусок льда или что-то еще от ступицы).

    Дальность этого снаряда:

    .

    R = v ** 2 / g (это "v в квадрате деленное на "g", ускорение свободного падения). Это диапазон, чтобы вернуться к ОРИГИНАЛЬНОЙ вертикальной высоте. Так после на этом расстоянии он НАЗАД на высоте 370 футов от земли.

    R = (210 фут / сек x 210 фут / сек) / (32 фута / сек / сек).или около 1400 футов

    Теперь в этом положении (без учета сопротивления воздуха) его вертикальная скорость такая же, как и при запуске (за исключением того, что сейчас идет ВНИЗ, а не вверх). Итак, вертикальная скорость около 140 фут / сек. (210 x 0,7 или v cos 45)

    Дополнительное время, необходимое для падения до земли с этой высоты составляет:

    с = v умножить на t + 1/2 g умножить на t в квадрате.

    SO,

    370 = 140 т + 16 т ** 2

    Решая t, получаем примерно 2,5 секунды. В 2.5 секунд увеличение диапазона:

    v (по горизонтали) умножить на t или 140 x 2,5 или около 350 футов.

    Таким образом, ОБЩАЯ дальность полета снаряда составляет: 1400 + 350 = 1750 футов. Отсюда мы вычесть 70 футов, на которые снаряд находился позади ступицы, когда он был запущен, и вы получите 1680 футов для горизонтального диапазона от базы концентратора.

    ЧАСТЬ II --- комментарии по включению коэффициентов сопротивления и оценка риска

    1) Трение НЕ является основной силой. На практике это означает, что любая попытка учесть воздух сопротивление в описании броска льда может быть чревато модельно-зависимыми ошибками. Коэффициент лобового сопротивления обычно указывается в "Бумаги" ветряных разработчиков 1.0 совершенно не подходят для изучение. Вариабельность числа Рейнольдса полностью игнорируется.Они предполагают идеальный лед куб размером = 4 дюйма. Затем они предполагают, что он всегда падает. Но это же глыбы льда, которые образуются на лопастях гребного винта! Лед, образующийся на лопастях гребного винта, имеет форму гребного винта. лезвия. И они могут быть ОЧЕНЬ аэродинамичными (как и лопасти). Любой модели, использующие кубики льда, в лучшем случае бесполезны, а в худшем - обманчивы. Интересно, что когда чанки становятся больше, число Рейнольдса увеличивается, и вязкость становится менее важной.Это означает, что более крупные и опасные куски будут иметь тенденцию путешествовать дальше, чем маленькие.
    Более того, изучение «заготовленного» льда, то есть подвергнутые испытаниям в аэродинамической трубе, также явно безосновательны. В Процедура заключается в том, чтобы отломать кусочки льда, сделать формы и затем подвергнуть их испытания в аэродинамической трубе. Но настоящий лед тает. Он меняет форму. Становится ровнее. В "исследования" игнорируют это, вместо этого принимая коэффициент сопротивления = 1.0 Это похоже на сопротивление, которое половинка теннисного мяча (скажем) был бы представлен, если бы его бросили на ветер с открытой «чашей» всегда ловить ветер! Довольно глупое предположение, и тот, который совершенно неуместен. Лед НЕ такой. Хотя разработчики рекламируют свои результаты как репрезентативные (решительно неправда), они игнорируют исследование Маккуина 1983 года. который пришел к выводу, что максимальная дальность 800 м (около 2500 футов) вполне возможный. Ведь даже дальность 2 км.(более одной мили) было возможно. Они не учитывают это, потому что он «предположил, что ледяные« фрагменты »были на самом деле большие плоские плиты весом около 80 кг ». он моделировал бросок ЛЕЗВИЯ, еще одна проблема, которая похоже, игнорируется, несмотря на то, что за последний год по крайней мере, один задокументированный случай этого; вся лопасть ротора отломилась от концентратор. (Уэтерсфилд, Н.Ю.) Между прочим, насколько я могу судить, МакКвин Исследование - ЕДИНСТВЕННЫЙ рецензируемый анализ возможностей броска.В остальное - расчеты, производимые сотрудниками и / или консультантами ветряной компании.

    2) Я никогда не утверждаю, что мои расчеты были чем-то иным, кроме максимума расчет расстояния, за которым вам не о чем беспокоиться. не я обычно обвиняют в консерватизме во многих отношениях, но когда дело доходит до человека жизнь, я полагаю, я. Зачем волноваться, если ты можешь просто принять мой расчет и совсем не беспокоиться о трагедии в будущем? Более того, любые данные оценки рисков бесполезны, так как расчеты не предполагают подходящую модель с самого начала! я помню когда было заявлено, что антиобледенительная обработка крыльев самолета не требуется, что не представляет опасности для общественной безопасности, и только после того, как разразилась трагедия, теперь "de rigeur" ​​- делать это (и делать это осторожно и тщательно).Все остальные болтовни точно такие же, если только они не получат основы физики правильно.

    3) Если вы собираетесь вызвать воздух и сопротивление воздуха, это высота. обмана, чтобы не включать эффекты лифта. Фрисби летают далеко. Почему? Из-за воздуха. Если вы бросаете фрисби лицом направлении движения, он проедет всего несколько футов. Коэффициент лобового сопротивления вероятно единство порядка в этой ситуации. Если вы бросите его в направление движения, он идет очень далеко.И ледяной иней, конечно, будет вероятно, будет отделен от роторов аналогичным аэродинамическим способом. Ветер компании предполагают, что фрагмент упадет; тонкие лезвия льда не могут (поскольку фрисби нет, когда правильно ориентированы).

    4) На протяжении всего обсуждения Разработчики ветра нащупывают отступающие расстояния, на которых они могут жить с. Они начали с расстояния в 1,5 раза больше: около 150м. Насколько я могу судить, это только что вытащили из шляпа.(В физике мы называем это «игрушечной моделью».) Затем дистанцию ​​увеличили до 200 метров. в нескольких "документы". Теперь, в недавней «газете», Котируется 400 м. Они приближаются к моему исходному номеру!


    А как насчет данных? Если вы обратитесь к меморандуму на испытательном полигоне Атлантического ветра от 27 марта 2002 г., в них говорится:
    "Резюме --- После обледенения умеренного ветра на AWTS 27 марта 2002 г., фрагменты льда, достаточно большого, чтобы нанести травму, было замечено, брошенным с лопатки турбины.Опасения по поводу опасности летающего льда вполне законны. При ветре 15 м / с лед прошел примерно 200 м ". Вместо того, чтобы признать это, компании представляют фигура из совершенно бесполезной и анекдотической "анкеты", которая претендует на то, чтобы показать, что бросок льда "маловероятен" более 100 метров с сайта. Эта цифра полностью вводит в заблуждение. «данные», которыми разработчики передавали в течение многих лет.

    5) Вначале утверждалось, что датчики ротора останавливают лезвия из-за налипания льда.Теперь даже в газетах вперед компании признают свою ошибку здесь. Они заявляют: "... образование инейного льда происходит с удивительной симметрией на всех лопатки турбины, в результате чего не возникает дисбаланса и турбина продолжает работать ". Еще одна неудача. их исходных предположений и моделей.


    В заключение, есть некоторые проблемы с ветряными турбинами, которые неизбежно последствия. Умрут птицы, умрут летучие мыши.В этих сценариях вы НЕОБХОДИМО принять исследование по анализу рисков. Но здесь ВЫ МОЖЕТЕ УДАЛИТЬ ВСЯ ПРОБЛЕМА, если вы просто примете консервативную оценку своих неудач.


    СПРАВКА: J. F. MacQueen, et. al, IEE Proceedings, Vol. 130, Pt. А, № 9, стр. 574-586 (1983).


    Если у вас есть вопросы, просто напишите по электронной почте или позвоните. Было бы много легче объяснить это, если бы я мог написать это на листе бумаги, но я надеюсь, что вы могу представить это адекватно....

    Профессор Терри Матильски [email protected]

    Кафедра физики и астрономии Тел: 1-732-445-5500 доб.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *