Днепропетровский национальный университет

 

О  ПЕРСПЕКТИВНОСТИ  ВЕТРОУСТАНОВОК  ТИПА  ДАРЬЕ

 

Анализ результатов патентно-информационных исследований показывает, что загрязнение окружающей сферы, уменьшение запасов невозобновляемых энергоносителей, дальнейшее глобальное потепление климата Земли и ухудшение экологической обстановки в промышленно развитых странах мира настойчиво требуют поиска новых энергетических технологий, применение которых не имело бы негативных последствий для экологии и позволило бы использовать возобновляемые источники энергии. Этот поиск особенно усилился после мировых нефтяных кризисов, аварии на Чернобыльской АЭС.

         Добыча полезных ископаемых (нефти, газа, угля, урана и плутония для АЭС) все больше связывается с использованием дорогих технологий. В связи с этим было обращено внимание на такие возобновляемые источники энергии, как энергия солнца и её производная – энергия ветра.

         Большое внимание уделяется развитию ветроэнергетики в Украине. Ресурсы ветровой энергии, которые находятся на территории Украины, по меньшей мере в 200 раз превосходят количество энергии, которая генерируется всеми электростанциями страны. В национальной энергетической программе Украины до 2010 г. предусмотрено строительство ветроэнергетических станций (ВЭС) общей мощностью около 2000 МВт.

         В настоящее время ВЭС Украины в основном укомплектованы двумя типами ветроэнергетических установок (ВЭУ) с горизонтальной осью вращения ветроколеса (ВК):

- отечественная АВЭ-250С, разработанная и изготовленная конструкторским бюро «Южное» (г. Днепропетровск), единичной мощностью 200 кВт;

- лицензионная USW 56-100, производимая СП «Уиндэнерго Ltd», единичной мощностью 107,5 кВт.

         В мировой практике около 90% установленных ВЭУ имеют горизонтальную ось вращения. Однако, за последние 20 лет количество публикаций, посвященных ВЭУ с вертикальной осью вращения, не уступает горизонтально-осевым ВЭУ.

         В Украине имеется успешный опыт создания двух отечественных ВЭУ с вертикальной осью вращения типа Дарье: ВЭУ ЭСО-0020 (мощностью 20 кВт) и ЭСО-0420 (мощностью 420 кВт), разработанные ООО «Энергетические системы и оборудование» (г. Днепропетровск). Эти ВЭУ показали свою конкурентоспособность и ряд существенных технико-экономических и эксплутационных преимуществ по сравнению с аналогичными по мощности горизонтально-осевыми ВЭУ.

         Ниже приведен анализ некоторых проблем и вопросов, связанных с вертикально-осевыми ВЭУ типа Дарье, в частности аэродинамических форм, компоновок, конструкций и управления лопастями.

В ветроэнергетике известно множество исполнений механиз­мов как приемников энергии ветра, преобразующих ее в энергию вращения главного вала. В основу классификации этих механизмов закладываются самые разнообразные конструктивные и энергети­ческие признаки.

В данном случае интерес представляет классификация по од­ной из основных характеристик ветроустройств - по их быстро­ходности (по числу модулей), с которой принято увязывать другую важную характеристику - эффективность использования энергии ветра. По этим признакам классифицируются как тихоход­ные (малоэффективные) и быстроходные (высокоэффективные) преимущественно лопастные ветроустановки, причем быстроходными оказываются почти исключительно пропеллерные, поворачиваемые на ветер малолопастные (с числом лопастей до 3) установки, работающие по принципу преобразования силы ветра в подъемную силу профилированной лопасти.

К этим установкам в современной ветроэнергетике проявляется повышенный интерес, поскольку они реализуют наиболее близкие к теоретически предельной (0,593 или 0,687, в зависимости от принятой методики расчета) величины коэффициента использования энергии ветра. Именно эти установки стали базовыми при многочисленных разработках ветроагрегатов разных мощностей, предназначенных для покрытия возрастающих потребностей развивающейся ветроэнергетики.

По мере роста числа разработок, а вместе с ним и накопле­ния опыта эксплуатации, все более и более ощущалась необходи­мость в альтернативных решениях той же эффективности, но не связанных с ограничениями и недостатками, которые накладыва­ются на пропеллерные установки быстроходностью и необходи­мостью поворота ветротурбины на ветер.

Внимание специалистов в поисках такого решения было сосредоточено на вертикально-осевом роторе Дарье с изогнутыми по безмоментной форме тропоскина лопастями и на его модифика­циях.         .

Ротор Дарье, запатентованный в 1931 году, и явился отве­том на вопрос: возможна ли конструкция ветротурбины в верти­кально-осевом исполнении, работающей по принципу преобразова­ния силы ветра в подъемную силу профилированной лопасти, т.е. такая, которая не требовала бы сложной системы устройств для непрерывного слежения за ветровой обстановкой, поиска направ­ления с максимальной энергетикой и поворота турбины в это нап­равление.

Практическая разработка и развитие идей, заложенных в первоначальное понимание ротора Дарье, задержались до начала 60-х годов, чему способствовали, кроме общей неблагоприятной общественно-политической обстановки того времени, серьезные недостатки решения, главные из которых состоят в низких значе­ниях момента самозапуска, в значительном повышении массивности и инерционности вращающихся элементов, увеличении отчуждаемых окультуренных земельных площадей за счет растяжек и ухудшения технологии изготовления тропоскинных лопастей. Кроме того, из-за недостатка теоретических и экспериментальных наработок долгое время бытовало утверждение, что ротор Дарье - принципи­ально тихоходное устройство и, следовательно, как все тихоход­ные ветротурбины, не эффективен и не перспективен с точки зре­ния удовлетворения энергетических потребностей.

Вопрос о роторе Дарье как о возможной альтернативе гори­зонтально-осевым (пропеллерным) установкам приобрел особую остроту и окончательно утвердился, когда обнаружилось, что сложная система устройств ориентации турбины на ветер должна иметь к тому же еще и высокую точность поворота, чтобы не сни­жалась эффективность работы ветроустановки в условиях перемен­чивости силы и направления ветра, характерных большинству регионов эксплуатации.

Кроме того, было установлено, что в быстроходных турбинах с размещением генератора и мультипликатора в оголовке башни уровни вибраций в трансмиссиях и в установке в целом при ра­бочих режимах и, особенно, при запуске и торможении могут приближаться к аварийным и требуют либо значительного повыше­ния требований к точности изготовления и монтажа трансмиссий и увеличения жесткости башни, либо поиска новых, более тихо­ходных решений с той же эффективностью.

В 60-70-х годах возобновились исследования по ротору Дарье и сначала канадскими, а затем американскими и английски­ми специалистами было экспериментально доказано, что ротор Дарье может обеспечить те же значения коэффициента использова­ния энергии ветра, какие свойственны горизонтально-осевым про­пеллерным турбинам.

Более того, оказалось, что прямолопастные модификации ро­тора Дарье высокие значения коэффициента использования энергии ветра обеспечивают и при малых быстроходностях.

С начала 80-х годов вертикально-осевые установки с рото­ром Дарье стали интенсивно осваиваться, причем диапазон их мощностей непрерывно расширяется. Сегодня практически все раз­витые страны эксплуатируют вертикально-осевые установки: США, Канада, Нидерланды, где предпочитают ротор Дарье с криволиней­ными лопастями, Великобритания, Румыния и другие страны, где предпочитают в качестве основной (базовой) схемы ротор Дарье с прямыми лопастями. Наибольших успехов в освоении роторов Дарье с прямыми лопастями добилась фирмаVAWT в Великобритании (40 кВт, 130 кВт и другие).

 

http://www.rusnauka.com/11._NPRT_2007/Tecnic/22187.doc.htmЕсли Вы планируете использовать ветрогенератор для электропитания своего дома, объекта или предприятия, но незнаете подойдёт ли он Вам, тогда первое, что Вам надо сделать, это узнать свой ветровой потенциал. Запросите данные по ветровой обстановке в Вашем регионе у своей местной метеослужбы. Если среднегодовая скорость ветра будет меньше 5м/с, тогда работа ветроэлектростанции будет не всегда рентабельна и возможна. Если нет ветра, тогда нечем будет крутить лопасти ветрогенератора. Если скорость ветра будет 5м/с и выше, тогда обращайтесь к нам с ответами на вопросы расположенные ниже:

Для ориентировочного подбора ветрогенератора нужно знать:

• Энергопотребление Вашего объекта в месяц (это можно посмотреть по счётчику).

• Какие пиковые нагрузки могут у Вас быть при одновременном включении ваших электроприборов.

• Сколько времени Вы планируете быть автономным(8, 12 или 24 часа?).

• Ваш ветропотенциал или регион где Вы планируете установить ветрогенератор.

Остальные вопросы, мы зададим Вам дополнительно, если это потребуется.

Для ответа на эти вопросы нажмите СДЕСЬ.

 

Вопрос: Какое колличество  АКБ потребуеться для моего ветрогенератора, и какой инвертор?

Ответ: Необходимая емкость аккумуляторов и электрическая мощность инвертора выбираются исходя из конкретных условий и требований по электрическому питанию объекта с учетом обеспечения его бесперебойного энергоснабжения. советы по подбору АКБ можно посмотреть  нажав здесь

Вопрос: Какие разрешения или лицензии нужны при установке ветрогенератора для своего дома?

Ответ:  Никаких разрешений или лицензий получать не надо. Согласно пункта 5 постановления Кабинета Министров Украины от 15.07.98 №1094 "Про державну експертизу з енергозбереження" и дополнения №3 "Інструкції про порядок передачі документації та здійснення державної експертизи з енергозбереження" ветроэнергетические установки энергоемкостью до 75 кВт не подлежат обязательной государственной комиссии по энергосбережению. Использование бытового ветрогенератора приравнивается к использованию дизель-генератора и рассматривается на уровне использования бытовых электроприборов.

Вопрос:  Какие крылья имеет вертикальный ветрогенератор?

Ответ:    Вертикально-осевые ветроэлектрические установки, выполненные по схеме ротора Дарье с прямыми лопастями, являются новым перспективным направлением мировой ветроэнергетики. Ротор Дарье работает по принципу преобразования силы ветра в тянущую (подъемную) силу вертикально расположенных лопастей аэродинамического профиля и реализует коэффициент использования энергии ветра в пределах 0,35 - 0,45 при теоретическом значении 0,539. Благодаря независимости работы ветроустановки от направления ветра, тихоходности ветровой турбины, размещению оборудования на фундамента и другим особенностям,вертикально-осевые ветроустановки являются более совершенными, чем традиционные горизонтально­пропеллерные ветроагрегаты по таким характеристикам как конструктивная простота, эффективность, надежность, удобство и стоимость технического обслуживания, воздействие на окружающую среду.  

Вопрос: Какое обслуживание понадобиться вертикальному ветрогенератору после установки?

Ответ:    Ветрогенератор вертикально-осевой  не  нуждается в частом обслуживании. Только визуальный осмотр и замена масла в редукторе. Ветрогенераторы работают в автоматическом режиме без обслуживающего персонала. Высокое качество производимого ветроэнергетического оборудования обеспечивается:   - значительным объемом проведенных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области аэродинамики, аэроупругости, резонансных явлений и устойчивости генерирования энергии;   - сертификацией установки в Центральном аэрогидродинамическом институте им. Жуковского (г.Москва);   - использованием высококачественных электронных устройств управления ведущих фирм Германии;   - автоматизированным проектированием;   - современной технологией изготовления узлов и систем.

Вопрос:  Нужна ли защита расстоянием  вертикальному  ветрогенератору?

Ответ:    Ветрогенератор вертикальный   можно располагать не менее 20 метров от жилых помещений, магнитное излучение и вибрация  полностью   отсутствуют.

Вопрос: Нужны ли дополнительные устройства для запуска вертикального ветрогенератора?

Ответ:    Ветрогенератор  вертикальный не нуждается  в дополнительных устройствах для запуска системы.

Вопрос: А как насчёт вредности ветрогенератора для человека и окружающей среды?

Ответ:    Ветрогенератор  вертикальный, абсолютно безвреден  для человека, птиц, пчел  и окружающей среды, может устанавливаться на пути миграции перелетных птиц, в заповедниках. Электромагнитные колебания практически отсутствуют, в связи с чем данные ветроустановки можно размещать вблизи коммуникационных центров (в т.ч. аэропортах), где требования к чистоте эфира достаточно высоки в связи с присутствием навигационного оборудования.

Вопрос:  Может ли вертикальный ветрогенератор работать в агрессивных средах и в вечной мерзлоте?

Ответ:    Организацией  разработаны модификации ветроустановок для различных климатических районов с высокими и низкими температурами окружающей среды и вечной мерзлоты. Ветрогенератор  устойчиво работает в агрессивных средах (морской воздух, резкие перепады температуры) и температуре ниже -50⁰С. проверено в условиях крайнего севера России.