1.2 Особенности комплексной технологии для ветряных станций

Особенностью комплексной технологии для ветростанций является возможность использования их для дополнительного производства воды из атмосферного воздуха. Это направление ветроэнергетики весьма актуально для Республики Казахстан с широкой сетью отдаленных населенных пунктов с дефицитом как электрической энергии, так и питьевой воды.

Комплексные ветростанции основаны на интегральном использовании новой технологии преобразования энергии ветра в электрическую энергию и производства воды из атмосферного воздуха и соленых водоемов и новой технологии охлаждения за счет использования ультрадисперсных карбидо-кремниевых композитов, а также вихревого и инерционного эффектов. Суть технологии в ускорении потока ветра за счет пространственной комбинации сопел Лаваля и преобразовании кинетической энергии этого потока в новой лопастно-дисковой турбине в механическое вращение её ротора и, далее через инерционный передаточный механизм, в электрическую энергию посредствам генератора тока. На выходе из центральной зоны турбины поток воздуха преобразуется в интенсивный вихрь. При этом периферийные слои этого вихревого потока нагреваются, а центральные охлаждаются. Далее периферийный поток воздуха контактирует с ультрадисперсной карбидо-кремниевой оболочкой, которая обладают очень высокой теплопроводностью. Это позволяет охладить периферийные потоки за счет отбора тепла наружными потоками ветра. В итоге вся масса охлажденного ниже точки росы воздушного потока направляется в конденсационные блоки, на которых конденсируется атмосферная влага, которая далее фильтруется и собирается в накопительной емкости.

Принципиальная схема комплексной ветростанции представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема ветростанции для производства электроэнергии и воды из атмосферы

Технологичность изготовления конструкции комплексной ветростанции достигается благодаря тому, что воздухозаборные ускорители потока ветра и комбинации сопел Лаваля изготавливаются из непроницаемой ткани охватывающей жесткие каркасы.

Научная сторона проекта связана с принципиально новой технологией преобразования энергии ветра, с разработкой методик расчета новой конструкцией лопастно-дисковой турбины и с использованием нового материала – ультрадисперсного карбидо-кремниевого композита, технология производства которого имеет ноу-хау, а область применения очень широкий спектр.

Отличительной особенностью предлагаемых ветростанций от традиционных в том, что в них нет габаритных вращающихся лопастей. Конструкция турбины является закрытого типа. Это позволяет обеспечить экологическую безопасность за счет значительного снижения уровня шума и безопасности для птиц.

За счет ускорения потока ветра, то есть повышения его кинетической энергии, использования инерционного передаточного механизма и минимизации затрат на охлаждение достигается главное преимущество предлагаемых ветростанций перед существующими аналогами ветростанций для производства воды из атмосферного воздуха.

2 МИКРО ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

2.1 Методика испытания опытных образцов микро ГЭС

Испытания опытных образцов гидротурбин для микро ГЭС в основном сводятся к определению эффективности работы дисковых гидротурбин.

Для адекватного проведения испытательных работ по определению эффективности преобразования энергии водного потока в дисковой гидротурбине требуется осуществление следующих мероприятий:

1. Измерение расхода жидкости Q[м³/с] в напорной трубе в режиме реального времени при помощи ультразвукового расходомера (модели LRF-3000S);

2. Измерение напора воды Н[м] при помощи манометра;

   Эти параметры позволяют рассчитать мощность водосброса по формуле в ваттах

[Вт], (2.1)

где g– ускорения силы тяжести [м/с²];

ρ– плотность воды[кг/м³]; ; Q – расход воды [м³/с]; H– высота падения жидкости, напор [м] .

3. В режиме реального времени измерение крутящего момента, скорости вращения и мощности N на валу турбины при помощи компактного комплекта для измерения мощности на валу Британской компании DatumElectronics.

Для проведения замеров крутящего момента, частоты вращения и мощности на валу гидротурбины был разработан и изготовлен специальный стенд, фотография которого представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Фотография стенда для измерения мощности на валу гидротурбины

Стенд состоит из эластичной муфты закрепленной соосно на валу испытуемой гидротурбины, вала с тензодатчиками и системой счета числа оборотов, подшипниковой опоры, карданной передачи и тормозного устройства. Последнее служит для торможения вала с целью обеспечения нагрузки, которая имитирует полезную нагрузку генератора тока. Стенд имеет возможность вертикального перемещения для настройки под различные типоразмеры тестируемых валов отбора мощности турбины.

Эффективность преобразования энергии потока воды определится по формуле

. (2.2)