Ветровые турбины -

Содержание страницы

Вертикальные ветровые турбины

Если в настоящее время существует множество более продвинутых способов получения энергии, то раньше практически всюду использовались ветровые турбины. Конечно, они используются и сейчас, но число значительно сократилось. Чтобы понять принцип их работы, важно знать, что ветер — это форма солнечной энергии.

Общее описание

Ветровые турбины работают, используя потоки ветра. Но почему именно ветер способен дать электроэнергию? Это явление возникает из-за того, что происходит неравномерный нагрев атмосферы земли, структура поверхности планеты нерегулярна, а также потому, что она вращается. Ветровые турбины, или ветрогенераторы, способны преобразовать кинетическую энергию ветра в механическую, которую впоследствии можно использовать для некоторых других задач.

Как именно эти устройства производят электрическую энергию, используя обычный ветер? На самом деле все довольно просто. Принцип работы такой турбины прямо противоположен работе вентилятора. Под действием силы ветра, у ветровой турбины поворачиваются лопасти, которые, в свою очередь, заставляют вращаться вал, соединенный с генератором, производящим электрическую энергию.

Типы турбин

Существует несколько типов разнообразных турбин. Инженеры выделяют две основные категории, использующиеся в данное время. Первая категория — горизонтально-осевые, а вторая категория — вертикально-осевые. Первый вид ветровых турбин имеет самую обычную конструкцию, включающую в себя две или три лопасти. Агрегаты с тремя лопастями работают по принципу «против ветра». Сами же элементы установлены так, что смотрят на ветер.

Одна из наиболее крупных турбин во всем мире — это GE Wind Energy. Мощность этого устройства — 3,6 мегаватта. Тут стоит отметить, что чем больше турбина, тем она эффективнее. К тому же соотношение пользы и цены также улучшается с увеличением размера агрегата.

Общие показатели турбин

Первый показатель, по которому выбирается устройство, — это мощность. Если брать «сервисные» турбины, то их мощность может начинаться от 100 кВт и достигать нескольких мВт. Также важно отметить, что и вертикальные ветровые турбины, и горизонтальные могут быть собраны в группы. Такие группы чаще всего называют ветряными фермами. Предназначение таких участков — это оптовая поставка электроэнергии к нужному объекту.

Если говорить о небольших одиночных турбинах, мощность которых ниже чем 100 кВт, то используются они чаще всего для снабжения электричеством частных домов, телекоммуникационных антенн или же для подачи энергии на водоперекачивающие насосы. Стоит отметить, что небольшие по своим размерам турбины также могут использоваться в комплекте с дизельными генераторами, аккумуляторами или солнечными батареями. Такая система получила название гибридной. Используются они в тех местах, где нет другой возможности для подключения к электрической сети.

Преимущества вертикальных турбин

В настоящее время намного чаще используется именно вертикальный тип устройств. Это обосновано тем, что вертикальный тип обладает рядом преимуществ перед горизонтальными.

На вышки вертикального типа нагрузка будет действовать более равномерно, что дает такую возможность, как более простое создание большей, по своим габаритам, конструкции. К тому же для установки ротора на такой тип турбины нет необходимости в дополнительном оборудовании. Важным преимуществом, повышающим эффективность работы, стало то, что лопасти вертикальных турбин можно сделать закрученными — в виде спирали. Это очень важно, так как в этом случае энергия ветра будет воздействовать на них и на входе, и на выходе, что, конечно же, увеличивает эффективность установки.

Одним из важнейших преимуществ вертикальных турбин стало то, что при их установке нет смысла в настройке оси на поток ветра. Такой тип устройств будет работать при потоке ветра, дующем с любой из сторон.

Ветровая роторная турбина Болотова

Данная установка выделяется на фоне остальных устройств. Для нормальной работы турбины нет нужды в приспособлении ее к разного рода погодным условиям. Ветросиловой элемент этой конструкции способен воспринимать ветер с любой из сторон, без проведения каких-либо настроечных операций. К тому же такой тип станции не требует поворота башни при изменении направления ветра. Еще одно преимущество вертикальных ветровых турбин (VAWT — ветроэлектростанция с вертикально расположенным валом генератора) в том, что они обладают специальной конструкцией, позволяющей работать с ветряными потоками любой мощности. Возможна работа даже при штормовых порывах. Есть возможность выбора количества установочных модулей. От их количества будет зависеть выходная мощность турбины. То есть, изменяя количество модулей, можно изменять мощность агрегата, что очень удобно. Еще одно из преимуществ заключается в том, что ветросиловой элемент конструкции собран таким образом, что позволяет проводить преобразование с высоким КПД кинетической энергии в механическую.

Размеры ветровой турбины Бирюкова и Блинова

Данное устройство обладает двухэтажным ротором с диаметром 0,75 м. Высота этого элемента — 2 м. При действии свежего ветра, такой ротор был способен полностью раскрутить ротор асинхронного вала с мощностью до 1,2 кВт. Турбина могла выдерживать силу ветра без поломок до 30 м/с.

Стоит рассказать о том, почему ветровая установка считается достижением двух ученых. Все дело в том, что в 60-х гг. в СССР ученый Бирюков запатентовал карусельный ветровой генератор с КИЭВ 46%. Однако несколько позже инженер Блинов смог использовать ту же самую конструкцию, но уже с показателем 58% КИЭВ.

Турбины гиперболоидного вида

В основу ветровых турбин гиперболоидного типа легли идеи такого инженера, как Шухов Владимир Григорьевич.

К особенностям этого типа турбины можно отнести то, что она обладает большей рабочей зоной ветрового потока. Если сравнивать этот показатель с другими категориями устройств, то гиперболоидный тип показывает результаты на 7-8% лучше, если считать от ометаемой площади. Этот показатель справедлив для тех типов, у которых рабочая зона ветрового потока крыльчатая. Если сравнивать такой тип, к примеру, с турбинами Дарье и Савониуса, то разница будет в 40-45%.

К особым свойствам этой категории агрегатов также стоит отнести и то, что они способны работать и с восходящими потоками воздуха. Это очень продуктивно, если установить генератор возле озера, болота, на склоне холма и т. д.

К плюсам таких турбин относится и то, что линия контакта активного слоя воздуха, который омывает гиперболоид, будет длиннее в 1,6 раза, чем у аналогичного цилиндра, вращающегося как ветрогенератор роторного типа. Естественно, отсюда вывод, что коэффициент полезного действия будет больше во столько же раз.

Недостатки

Несмотря на множество плюсов и особенностей этих турбин, у них имеется и ряд некоторых недостатков.

К отрицательным факторам стоит отнести то, что при вращении лопастей генератора против ветряных потоков, этот тип генератора будет нести существенные потери, что, в свою очередь, приведет к снижению эффективности работы примерно в два раза. Снижение этого показателя очень заметно, если сравнивать вертикальные турбины с горизонтальными, которые таких потерь не имеют.

Еще одним недостатком станет и то, что вертикальный ветрогенератор должен быть очень длинным. Если расположить его близко к земле, где скорость ветра значительно ниже, чем на большой высоте, то могут быть проблемы с запуском ротора, которому нужен толчок для начала работы. Сам по себе он никак не запускается. Можно, конечно, устанавливать специальные башни, чтобы поднять лопасти выше, однако нижняя часть ротора все равно будет находиться слишком низко.

К другим недостаткам можно отнести то, что зимой на лопастях ветрогенераторов будут образовываться сосульки. Также стоит отметить большое количество шума, который издают турбины при работе. Некоторые из установок даже способны производить при своей работе вредный инфразвук. Он вызывает вибрацию, из-за чего могут дребезжать стекла, окна, посуда.

Интересный факт: ветровые турбины в RimWorld использовались как источник энергии.

Виды ветровых турбин с вертикальной осью

Автор: Terrence C. Sankar
Источник: http://www.ftcenergy.com

Аннотация

Рассмотрены виды ветровых турбин с вертикальной осью вращения

Мы знаем, что ветра достаточно для удовлетворения потребности в энергии полностью или значительной части всего человечества — если бы он мог быть собран эффективно и в достаточно большом масштабе. Ветровые турбины с вертикальной осью вращения (VAWT), которые могут быть эффективнее нынешних ветровых турбин с горизонтальной осью, практичнее, проще и существенно дешевле в постройке и эксплуатации чем ветровые турбины с горизонтальной осью (HAWT). У них также такие неотъемлемые преимущества как, постоянная ориентация на ветер, который может сделать установки значимым игроком в нашем поиске дешёвых возобновляемых источников электричества. VAWT могут даже иметь решающее значение в стабильности соединений сети и надёжности производителей и поставщиков в настоящее время. Вдобавок низкая стоимость VAWT может создать альтернативу вырубке тропических лисов для выращивания культур биотоплива. Данная статья описывает некоторые результаты исследований в дизайне VAWT и призывает к расширению исследований и разработок данной технологии.

Ключевые слова: энергия ветра, ветровая турбина с вертикальной осью вращения, ветровая турбина с горизонтальной осью вращения, возобновляемая энергия, чистое электричество.

Электричество, создаваемое при помощи ветра, в настоящий момент обеспечивает менее 0,8% потребляемого электричества в Штатах и приблизительно 0,9% в мире. Хотя это и является самым быстрорастущим источником энергии, в год примерно на 25%, к 2030 году он всё ещё будет по-прежнему обеспечивать незначительную часть потребностей Штатов и мира (менее 3% и 4% соответственно). Если ветер станет существенным большим вкладом в производство мировой электроэнергии, то понадобится что-то другое. Конечно это что-то ветровая турбина с вертикальной осью вращения. Совмещение быстро растущей стоимости, угрозы сокращения снабжения, взрыв спроса и растущее беспокойство об изменении глобального климата является благоприятной средой для поиска всхожей альтернативной энергии. Некоторые из предложенных альтернатив, такие как широкомасштабное применение биотоплива, не могут быть достижимыми или устойчивыми, или, в конечном счёте, практичными. Другие экзотические возможности, такие как геотермальная энергия, могут быть жизнеспособными, но местными и ограниченными. Солнечные технологии по-прежнему незначительны, дороги и неэффективны. Поэтому, кажется, что мы остановились на нефти, угле, природном газе (пока они есть), и ветре.

Ветер как топливо для производства электроэнергии неисчерпаем, свободен и всегда в наличии и его достаточно везде. Исследования показывают, что общее количество электричества, которое потенциально возможно выработать с помощью ветра в Штатах составит 10,777 миллиардов кВт*часов ежегодно — третья часть электроэнергии, генерируемой сегодня в Штатах. Почему же мы тогда не можем воспользоваться этим богатством? Дело частично в том, что современные ветровые турбины производятся высокотехнологичными компаниями ведущих стран, использующих передовые технологии и как результат дорогие и недоступные среди бедного населения, которое располагает большим ветровым потенциалом и ограничено в деньгах. Ветровые турбины необходимо рассматривать как локально производимые устройства, создаваемые из местных материалов и квалификации. Это может привести к новым уровням местной энергетической независимости и самодостаточности для большинства людей в высокоразвитых и менее развитых странах мира.

Пока обычные ветровые турбины с горизонтальной осью также могут быть построены на месте, с необходимыми передовыми и сложными навыками и материалами. Очевидно, что такими ветряками невозможно покрыть весь мир сегодня. Тем не менее, миллионы маленьких ветряков в сёлах, деревнях и городах по всей планете могут дать то, что нам нужно. Ветровые турбины с вертикальной осью могут быть средством для достижения этого. Ветровые турбины с вертикальной осью существенно просты. Простейшая реализация может быть выполнена разделением пополам барабана оснащённого малым дешёвым генератором. Это называемый ротор Савониуса очень хорош для перекачивания воды и перемола зерна — две вещи, которые большинство стран мира до сих пор делают вручную и они могут быть использованы для эффективного производства электроэнергии.

Ветровые турбины с вертикальной осью (VAWT)в дополнение к простоте и дешевизне строительства имеют следующие преимущества:
• Они всегда ориентированы на ветер — нет необходимости в ориентировании на ветер.
• Имеют большую площадь поверхности для захвата энергии — могут быть во много раз больше.
• Более эффективны при порывистом ветре — всегда ориентированы на порыв.
• Могут быть установлены во многих местах — на крышах, вдоль автомагистралей, парковках.
• Не убивают птиц и диких животных — медленное перемещение и высокая видимость.
• Могут быть легко масштабируемыми — от киловатт до мегаватта.
• Могут быть значительно дешевле в строительстве — проще по своей сути.
• Могут иметь низкий простой при обслуживании — механизмы находятся на уровне или вблизи уровня земли.
• Производят меньше шума — низкая скорость — меньше шум. Более эстетически приятны для некоторых.

Эти врожденные преимущества делают VAWT растущей областью для исследования и развития. Есть новые и инновационные проекты ветряного двигателя с вертикальной осью, исследуемые с пролонгированным интересом и финансированием. Это всё шаги в правильном направлении, но их всё еще не достаточно. Есть явная потребность в новом мышлении и новых идеях в области. Мощность, содержащаяся в потоке ветра, находится как:

где Р — энергия, D — воздушная плотность, А — область ротора, S — скорость ветра.

Это приводит к двум основным законам энергетического преобразования ветра: 1) энергия, которую можно получить из ветра, изменяется как куб скорости ветра; 2) мощность турбины увеличивается с квадратом площади поверхности (охваченная область) турбины.

Эти законы принудили нас думать, что единственный способ достичь преобразования энергии ветра в электричество состоит в том, чтобы построить самые большие турбины из возможных и разместить их в местоположения самой большой скорости ветра. Но это не вся правда.

Уравнение может быть прочитано, как энергия пропорциональна объему воздуха, умноженному на его плотность, умноженному на площадь поверхности ротора, деленной на единицу времени:

где: P — энергия, D — плотность, V — объем, А — площадь поверхности, T — время

Это подразумевает, что оптимизация достигнута обработкой наибольшего объема воздуха за единицу времени наибольшей площадью поверхности ротора. И именно здесь появляются ветровые турбины с вертикальной осью.

Для стандартного HAWT объем воздуха, взаимодействующего с турбиной за единицу времени, является тонким диском. Каждый ‘слой’ воздуха в этом диске контактирует с лезвием турбины на мгновение и только один раз. В случае VAWT с той же самой охваченной областью тот диск становится высоким цилиндром, высота которого — высота ротора. Это означает, что в область охвата для данного ротора, объем воздушного контакта с поверхностью ротора может быть значительно больше. В цилиндре вращения VAWT, однако, время взаимодействия между воздухом и отрезками ротора через длину его диаметра, и угол взаимодействия изменяется непрерывно через цикл, то есть больший и более длительный контакт, больше возможности для получения энергии.

Даже если бы VAWT не были в конечном счете более эффективными, чем HAWT (горизонтальные турбины) — ветер, в конце концов, бесплатный — они все еще представляли бы для нас интерес. Важно то, что сейчас нет достаточно доступных ветряных мельниц всех типов и размеров, чтобы пожинать энергетический урожай ветра. Аргумент, приведенный здесь, значит, что эффективные, полезные VAWT могут быть построены большим количеством людей в большем количестве мест, используя более удобные материалы, чем многообразие обычных горизонтальных осей. Давайте построим их. Как мог бы сказать Карл Сеген: «миллионы и миллионы» их. Удобный момент, чтобы защититься от глобального изменения климата (нежелательного вида), которое мировые ученые предположительно ожидают в следующие 10 лет. Это очень небольшой промежуток и необходимо, чтобы мы сейчас предприняли максимальные меры. Сегодня 49 % мощности производства электричества в Соединенных Штатах питается углем. Даже если бы глобальное изменение климата не было фактом и угрозой, то повсеместные ветряные мельницы все еще были бы насущной необходимостью. Горение ископаемого топлива загрязняет воздух, которым мы дышим, и продукты, которые мы употребляем. Сокращения производства окисей серы, окисей азота, и естественных радиоактивных материалов, таких как уран и торий будут дополнительными выгодами для преобразования большего количества энергии ветра.

В национальном масштабе целых 30 000 смертельных случаев в году связаны с эмиссией электростанции согласно исследованию Ассоциации ABT, частной исследовательской организации, которая работает на EPA. (Washington Post 3/6/02)

В итоге, Ветряные Двигатели с Вертикальной Осью могут быть очень выгодными в поисках чистого возобновляемого источника энергии из-за:

Стоимость: Большие множества VAWT могут быть построены на значительно меньших участках земли, со значительно меньшей стоимостью, зачастую используя местные доступные материалы и навыки. Важность этого все больше возрастает, как альтернатива вырубке драгоценных и незаменимых тропических лесов, чтобы вырастить зерновые культуры для производства этанола.

Надежность: существует возможность установить двигатели с вертикальной осью в существующие обычные ветровые электростанции, где пропускная способность взаимодействия недостаточно использована. Так можно захватить больше ветров более низкого уровня, чего не происходит в более крупных двигателях, и улучшить производительность ветровой электростанции в целом.

Полномочия: системы вертикальной оси могут быть легче построены или дешевле куплены, устанавливая частную собственность или маленькую практичную общественную собственность.

Независимость: даже у очень бедных ресурсами мест могут быть хорошие ветры для энергетического преобразования. Группы небольших двигателей, собирающих эти ветры, могут обеспечить местную энергетическую независимость и, возможно, выход из бедности для многих.

Доступность: В настоящее время ветряные мельницы работают только приблизительно 25 % времени. 75 % времени они ничего не делают. Это означает, что обычное производство должно остаться он-лайн, чтобы составить разницу — тепличные газы и другие загрязнители не значительно уменьшены на этих производственных уровнях.

Появление сильного программного обеспечения для дизайна, анализа и моделирования позволяет виртуально проверить много типов новых идей. Есть надежда, что эта статья поможет мотивировать определенное новое мышление и исследование новых идей. Ученики высших школ так же как и старшекурсники и дипломированные инженеры должны знать о проблемах и возможностях, открытых для них. Давайте представим мир, обеспечиваемый энергией миллионами больших и маленьких ветряных мельниц — многие вертикально ориентированные, дизайн многих еще не придуман — тысячи чистых, зеленых электростанций во всем мире.

Наша собственная работа состояла в создании трехмерных CAD моделей различных конфигураций ветряного двигателя с вертикальной осью. Потом эти модели были импортированы в вычислительный динамический пакет программ. В пакете CFD аэродинамическая труба моделировалась с использованием вычислительной петли, которая перемещалась с движением турбины, управляемым потоком. Результатом этих запусков были таблицы произведенных вращающих моментов и вращательной скорости за промежутки времени на нескольких моделируемых скоростях ветра. Полученные кривые вращающих моментов, вращательной скорости и выходной мощности, полученные из данных скорости ветра в 25 миль в час, показаны ниже.

Кривая вращающего момента модели вертикальной оси на ветру на 25 миль в час. На устойчивом ветру вращающий момент, вызванный потоком ветра, спадает так гладко, чтобы системы достигли устойчивого состояния.

Как следствие этой ‘гладкости’ генерируемого вращающего момента кривые скорости вращения также достигают устойчивого состояния как показано ниже.

Кривая вращательной скорости турбины при потоке ветра 25 миль в час.

Вышеупомянутые поведения объединяются, чтобы произвести гладкий образец выходной мощности, который мог бы помочь облегчить проблемы стабильности соединительного провода сетки.

Из сотен таких моделирований появилась геометрия, у которого, казалось, есть желаемые свойства, и это стало основанием для строительства физических моделей. Эти физические модели были проверены, используя домашних вентиляторов как источника ветра. Они вели себя в точности, как было предсказано симулированием программного обеспечения и это привело к строительству больших моделей так же как фактических маленьких систем производства электричества. Мобильный испытательный стенд был также построен, что позволяет тестирование большей системы, когда он запускается на устойчивых скоростях до 45 миль в час. Следующим шагом в текущем исследовании будет строительством системы 50 kВт, полностью интегрированной в электрическую сетку для дальнейшего анализа результатов и стабильности.

Заключение

Наша работа и результаты, получаемые до сих пор, очень воодушевляют, и укрепляет убеждение, что энергетические конверсионные системы ветра с вертикальной осью практичны и потенциально очень полезные в производстве чистого возобновляемого электричества от ветра даже при не идеальных условиях расположения. Есть надежда, что их можно будет строить используя высокопрочные, легкие материалы в более развитых нациях и параметрах установки или с очень низко технологичными местными материалами и навыками в менее развитых странах.

Список использованной литературы

[1] . US DOE Annual Report on U.S. Wind Power Installation,Cost, and Performance Trends: 2006 ( May 2007 )

[4] . US Energy Information Administration / AnnualEnergy Outlook 2007

[7] . WEA Wind Facts —

[8] . «Climate Change: Countdown to Global Catastrophe», January 24, 2005 Independent UK.

[9] . DOE EIA Electricity net generation ( All Sectors )1949-2006.

Ветровые генераторы

Раздел с ценами на ветровые генераторы (ветровые турбины).

Ветровая турбина (ветровой генератор, ветряк) популярное имя для устройства, которое преобразует кинетическую энергию от ветра в электроэнергию. Технически, нет турбины, чтобы использовалась в проекте. Этот термин, кажется, мигрировал из параллельного ГЭС технологий (роторный винт). Правильное описание для этого типа устройства будет аэродинамический силовой генератор.

Результатом тысячелетнего развития мельниц и современных технологий есть сегодняшние ветрогенераторы, изготавливаемые в широком диапазоне вертикальных и горизонтальных типов оси. Наименьшие турбины используются для таких приложений, как для зарядки аккумуляторной батареи, для вспомогательного электропитания лодок или фургонов, или для питания предупредительных знаков дорожного движения. Чуть больше турбины могут быть использованы для генерации электроэнергии для собственного потребления, при этом неиспользованный ток можно продавать обратно электропоставщику с помощью электрической сети. Массивы больших турбин, известных как ветровые, становятся все более важным источником возобновляемой энергии и используется во многих странах в рамках стратегии по сокращению их зависимости от ископаемых видов топлива.

Ветровые турбины могут вращаться вокруг горизонтальной или вертикальной оси, причем первый тип является старшим и более распространенным.

Ветряная турбина

Ветряная турбина – это основная часть ветрового генератора, у которого в качестве устройства, служащего приемником энергии ветра, является турбина. Один из вариантов подобных устройств — это корпус в виде цилиндра, во внутреннем пространстве которого размещены лопасти.

Ветровые установки, изготовленные на основе ветровых турбин, отличаются более высоким КПД, по сравнению с лопастными, а также простотой конструкции и надежностью в эксплуатации.

Основные характеристики

Как у любого технического устройства, так и у воздушной турбины, параметрами, классифицирующими ее возможности, а также дающими информацию о той или иной модели, служат ее технические характеристики.

Основными техническими характеристиками, для подобных устройств, являются:

Номинальная выходная мощность, измеряемая в кВт.
Номинальное выпрямленное напряжение, которое вырабатывает генератор при определенной частоте вращения ротора установки.
Частота создаваемого напряжения, измеряемая в Гц.
Частота вращения ротора, в рабочем режиме, при которой создается номинальное выпрямленное напряжение. Измеряется в оборотах в минуту.
Номинальная частота вращения, при которой ветровая турбина соответствует заявленной мощности. Измеряется в оборотах в минуту.
Угонная скорость, измеряется в оборотах в минуту и классифицирует предельную возможность агрегата, работать с определенной частотой вращения.
Режим работы, в котором та или иная модель устройства, способна работать заданное время (продолжительный, цикличный, кратковременный и т.д.).
Уровень производимого шума (звука) при работе конкретной модели, измеряется в Дб.
КПД устройства.
Вид охлаждения узлов и механизмов.
Способ установки и монтажа.
Габаритные размеры.
Масса агрегата.

Конструктивные особенности ветровой турбины

Ветровые генераторы, оснащенные ветровой турбиной, представляют их себя цилиндр, внутри которого размещены лопасти. Наличие наружного контура, вокруг лопастей, обеспечивает им защиту от попадания в них посторонних предметов и живых организмов.

Отсутствие необходимости в устройстве хвостовой части (для ориентации по отношению к направлению ветра), снижает вес и габариты устройства, а также облегчает монтаж и его эксплуатацию. Корпус, в виде цилиндра, самостоятельно ориентируется по направлению ветровых потоков, и работая, по сути, как сопло, увеличивает давление на установленные лопасти, тем самым повышая КПД ветрового генератора.

Как рассчитать правильно

Основным показателем, определяющим выбор той или иной модели, является способность вырабатывать электрическую энергию, которая измеряется в киловатт*часах в единицу времени.

Количество вырабатываемой энергии, напрямую связано с мощностью установки, которая является главной технической характеристикой агрегата, поэтому расчет ветровой турбины, определяет ее геометрические размеры, количество устанавливаемых лопастей и высоту установки над поверхностью земли.

Мощность электрического генератора, который определяет способность ветровой установки вырабатывать электрический ток, зависит от ветрового потока, мощность которого, в соответствии с эффективностью турбины, можно рассчитать по формуле:

P=KxRxV 3 xS/2

Р – мощность воздушного потока;

К – коэффициент, учитывающий эффективность турбины, имеет значение от 0,2 до 0,5 единиц;

R – плотность воздуха, составляет 1,225 кг/м 3 (при нормальном атмосферном давлении);

V- скорость потоков воздуха, измеряется в м/с;

S – площадь охвата ветровой турбины (ветрового потока, работающего с установкой).

Из приведенной формулы видно, что мощность ветрового потока, а, следовательно, и мощность генератора, напрямую зависит от диаметра ветровой турбины (S= π R 2 ).

Зная скорость воздушных потоков в месте монтажа установки, и ее диаметр, можно определить мощность установки и ее способность вырабатывать электрическую энергию.

Виды ветряных турбин

Хотя изначально считалось, что ветряная установка с ветровой турбиной предполагает ее установку только в горизонтальной плоскости, что характеризует ветровые генераторы с горизонтальной осью вращения, тем не менее, конструкторы разработали новые варианты подобных устройств, которыми являются:

Ветряная турбина с вертикальной осью вращения

В установках подобного типа, цилиндр турбины располагается вертикально, а лопасти находятся в плоскости, перпендикулярной поверхности земли.

Работа ветровых турбин, с вертикальной осью вращения, аналогична работе устройств, с горизонтально расположенной осью вращения.

Ветряная турбина без лопастей

Наличие лопастей у ветровых установок различной конструкции, приводит к тому, что для их монтажа требуются значительные площади, даже если это и ветровые турбины, размещенные в жестком корпусе. В связи с этим, новым направлением в развитии ветровых установок, стало строительство подобных устройств с использованием ветряных турбин, в которых отсутствуют лопасти.

Подобная конструкция представляет из себя столб, внутри которого размещены металлические диски. Диски крепятся на валу и расположены параллельно друг другу, между ними установлены специальные прокладки. При попадании воздуха на прокладки они приходят в движение и придают определенный и направленный импульс металлическим дискам, под действием которого диски начинают вращаться. Под воздействием вращательного движения дисков, начинает вращаться стержень, который в свою очередь, передает свое вращательное движение на вал генератора.

Ветряная турбина для крыши

Интерес к возможности обеспечить себя бесплатной электрической энергией, при этом не создавая проблем окружающим, даже в условиях города, привел к тому, что была разработана конструкция ветровой турбины, которую можно установить на крыше любого здания.

Подобная установка имеет не большие габаритные размеры, малый вес, а при работе практически бесшумна. Наружный корпус устройства выполнен в виде улитки, что позволяет усиливать поток ветра в нужном направлении и ориентироваться в пространстве, в соответствии с его направлением.

Почему ветровые турбины окрашивают в белый цвет

Вы когда-нибудь задумывались, почему практически всегда ветряные турбины окрашивают в белый или светло-серый цвет?

Верите вы или нет, но, прежде всего, по эстетическим причинам. Такая нейтральная окраска помогает структуре больших габаритов сливаться с небом, особенно когда оно затянуто облаками.

Дизайнеры вообще склонны считать, что белый цвет наименьшим образом «мозолит» глаз, по сравнению со всеми иными цветами и оттенками. Именно для того, чтобы гигантские структуры, каковыми являются ветряные турбины, максимально сливались с окружающей обстановкой, их изначально и было принято окрашивать в белый цвет. По той же самой причине, к примеру, в Германии, нижней части турбин Enercon придают зеленый цвет, дабы они «растворялись» в травянистом покрове. И иногда, видя этих гигантов на расстоянии, кажется, что ветряк, будто плывет в воздухе, а не твердо стоит на земле.

Впрочем, для окрашивания энергетических гигантов в белый цвет существует и иная причина. Если с уровня земли им стараются придать максимально невыразительный вид, то для пролетающих самолетов белизна ветровой турбины выглядит очень рельефно. В большинстве стран требование окрашивать ветряк в белый цвет является законодательной нормой, как и необходимость его ночной подсветки. Иногда, для пущей видимости, на лопасти ветровых турбин наносят полосы светоотражающей краски, а количество и цвет этих полос несут в себе полезную информацию.

Так, в Германии, к примеру, одна оранжевая полоса на лопастях ветряка дает знать пилоту, что он находится примерно в 5 км от ближайшего аэродрома. В иных случаях на лопасти турбин наносят две зеленые полосы.

Еще одной из причин использования белой краски в окрашивании ветряков, является способность этого цвета хорошо отражать ультрафиолетовое излучение, что закономерно увеличивает срок службы покрытия. Учитывая тот факт, что обычно турбины стоят на открытых пространствах, обдуваются ветрами, и обмываются дождями, а установка и техническое обслуживание этих структур обходится весьма недешево, все, что продлевает срок их эксплуатации, полезно. Ко всему прочему, благодаря «белому одеянию» турбины не так сильно нагреваются солнцем. Любой иной цвет, скорее всего, уменьшит срок эксплуатации ветряка, а значит, приведет к увеличению затрат на техническое обслуживание и ремонт.

Однако, на сегодняшний день некоторые ученые считают, что ветровые турбины лучше всего окрашивать в…фиолетовый цвет.

Оказывается, исследование, проведенное в 2010 году, показало, что белый цвет турбин, вероятно, наносит большой вред дикой природе. В частности, насекомые, воспринимают его привлекательным – слетаясь к турбинам, они гибнут возле нее в огромных количествах. Между тем, как известно, без насекомых невозможно сельское хозяйство, а за последние 30 лет ученые зафиксировали огромное снижение популяций многих полезных насекомых. Помимо этого, за насекомыми к турбинам слетаются птицы и летучие мыши, которые также во множестве гибнут на лопастях ветровых гигантов.

Проведя длительное исследование, ученые перебрали множество цветов, и в итоге установили, что самыми безопасными являются фиолетовый и синий. Оказалось, именно эти цвета наибольшим образом отталкивают насекомых, птиц и зверей. Поэтому, в последнее время в некоторых странах начали возводить ветряные турбины, окрашенные в цвет неба.

Ветровые турбины