Вертикально – осевые ветряные генераторы

Сегодня вертикально - осевые ветрогенераторы (VAWT -Vertical Axis Wind Turbine) используют в различных странах. В отличие от традиционных горизонтально – осевых ветрогенераторов (пропеллерного типа), VAWT появились на рынке лет десять назад.  И пока ещё нет общей научной теории, обобщающей различные их конструкции. Вот почему разработчикам приходится в этом направлении идти методом НИОКР. Тем перспективней занять данную рыночную нишу с опережением конкурентов. Именно в этом направлении развивается наш проект, диаметр ротора  VAWT превышает 5 метров(см. компьютерную модель на рисунке ниже), что пока достигли лишь австралийцы, но при значительно меньшей высоте и низком аэродинамическом качестве http://t-human.com/wubba-lubba-dub-dub/v-avstralii-razrabotan-effektivnyj-besshumnyj-vetryak . Большие вертикальные турбины пока имеют характер нереализованных концептов http://t-human.com/wubba-lubba-dub-dub/v-avstralii-razrabotan-effektivnyj-besshumnyj-vetryak .

 

 

Малый вес конструкции позволяет монтировать Vertical Axis Wind Turbine на крышах супермаркетов, высотных сооружениях, столбах уличного освещения, мостах. Один из патентов на VAWT принадлежит компании Smart Industries Inc., которая продвигает систему в США, Европе, Центральной и Южной Африке. В Китае VAWT продаёт Jiangsu New Hope Renewable Energy Company.

 Вблизи зданий и над ними VAWT эффективнее горизонтально-осевых ветряков. Они стабильно работают при любом ветре, превышающим скорость страгивания ротора, даже когда ветер порывистый, и резко меняет направление. Для первых же больше всего подходит стабильное перемещение воздушных масс в одном направлении. Кроме того, горизонтально-осевые ветряки служат источником шума и требуют разрешения властей на их установку в черте жилой застройки ввиду издаваемого шума и мало привлекательного дизайна.

 В Великобритании и за ее пределами растет число смонтированных над зданиями и на земле малых ветряков марки qr5 производства компании Quiet Revolution (главный офис в Лондоне, производство в Уэльсе). Аббревиатура qr – это начальные буквы от Quiet Revolution. Перевести это название на русский можно двояко – «тихая революция» и «бесшумное вращение». Ветряк qr5 – вертикально-осевой с тремя лопастями геликоидной формы из углеродного волокна. Высота ротора – 5,5 метра, диаметр – 3,1 метра, ометаемая площадь – 16 кв. метров. Включается в эффективную работу при устойчивой скорости ветра 5 метров в секунду. Проектная пиковая мощность при скорости ветра 16 метров в секунду – 8,5 киловатта (аэродинамическая), 7,0 киловатта (при выработке постоянного тока), 6,5 киловатта (при работе на сеть). Расчетный срок службы – 25 лет. Годовая выработка электроэнергии – около 4 200 и до 7 500 киловатт-часов при среднегодовой скорости ветра 5 и 7 м/с соответственно.

 Подобные qr5 ветряки номинальной мощностью 0,2, 0,6, 1, 3,2, 4 и 10 киловатт выпускает также американо-китайская компания Urban Green Energy. Их особенность в том, что они выдерживают более высокую скорость ветра. Примечательный проект с установкой 32 вертикально-осевых геликоидных ветроустановок eddyGT номинальной мощностью 1 киловаттна гаражах малоэтажных арендных домов реализован в штате Иллинойс, США, см. фото ниже.

 

Эти объекты относятся к «нулевым» зданиям по-американски – net-zero energy buildings. Что касается «нулевых» зданий по-европейски – зданий с близким к нулевому энергобалансу (nearly zero-energy buildings), то через несколько лет в Евросоюзе будут строиться только они. Без установки над домами или близ них малых ветроустановок, дело не обойдется.

 Новая энергетическая политика ЕС предусматривает децентрализацию производства электроэнергии. Планируется, что ее будут вырабатывать многочисленные децентрализованные установки – от фотоэлектрических панелей и ветряков на крышах односемейных домов до оффшорных ветроэнергетических станций. А для объединения всех генерирующих и потребляющих электричество компонентов предусматривается компьютеризированная энергосеть  Smart Grid. Она определяет, где и сколько энергии требуется, и гармонизирует ее расход и поставку с учетом интересов всех потребителей.

 Кроме небольших построек, ветроустановками оснащают и большие здания, в том числе небоскребы. Три примера – Бахрейнский всемирный торговый центр (Bahrain World Trade Center) в Манаме, Бахрейн; Башня Жемчужной реки (Pearl River Tower) в Гуаньчжоу, Китай; жилой комплекс Strata SE1 в Лондоне, Великобритания.

 

Бахрейнский ВТЦ.

 

Небоскреб «Бритва» в Лондоне.

Очень высокие здания в районах с сильными ветрами примерно одного направления допускают применение и более-менее мощной горизонтально-осевой ветротехники (Бахрейнский ВТЦ). Изготовитель ветряков для этого комплекса и лондонской Бритвы – датская компания Norwin.

Установка же VAWT на зданиях возможна при переменном направлении ветра, что является их важным конкурентным преимуществом. http://obstanovka.by/vetrozdaniya.php

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) украинской разработки UAXIS является одной из разновидностей  VAWT. Она  имеет следующие параметры:

Высота ротора (ветрокрыла, их два) – 3,2 м;

Наибольшая высота ВЭУ в сборе – 6,5 м;

Диаметр ротора (ветрокрыла) – 1,8 м;

Вес в сборе – 650 кг;

Номинальная мощность – 3000 Вт;

Номинальная /рабочая скорость ветра – 13 м/с (Комментарий: на территории Украины такие сильные ветра наблюдаются только при редких штормах, несколько дней  в году!) http://savenergy.info/page/ukrainskie-vetrjaki

 

Примечание: очевидно, что, видоизменив мачту, возможно установить на ней 2,3 или 4 ротора, тем самым пропорционально увеличив мощность до 12 кВт, что позволит снабдить электроэнергией частное домовладение.

Сбыт наших VAWT будет идти по трём генеральным линиям:

  1. Совместно с архитектурно – строительными компаниями ветряки будут встраиваться в городских зданиях, подобно описанным выше. При этом не имеет значение, как ориентированы здания и установленные в них ветряки по отношению к направлению ветра, в отличие от горизонтально - осевых ветряков:

 

 

2. Ветряки будут монтироваться как отдельно стоящие объекты в сельской местности, где нет централизованного электроснабжения.

 

Перспективные места для установки ветряков выбираются  на основании анализа метеоданных с учетом следующих факторов:

- Доступность линий электропередач и подстанций для выдачи мощности; 
-  Топография местности и высота над уровнем моря;
- Наличие транспортных коммуникаций; 
-  Наличие потребителей энергии; 
-  Возможность строительства ВЭС; 
-  Наличие предварительных проработок по строительству ВЭС.

Возможность сбыта в этом направлении подтверждается сбытом описанных выше конкурирующих продуктов, в частности, конструкции Болотова. Поскольку мощность наших турбин от трёх до семи раз больше, то вероятность продаж значительно возрастает.

  1. Будут строиться ветряные электростанции на морских побережьях. Они будут состоять из трёхэтажных зданий с установленными в них 24-мя ветряками.

В последнем случае постоянство направления ветра имеет значение, поскольку турбины устанавливаются в здании в шахматном порядке и не должны загораживать друг друга от ветра.

 

 

Такие электростанции будут снабжать электроэнергией курортные комплексы на Средиземном, Эгейском и Балтийском морях, а также на атлантическом и Индийском океанах (Испания, Индия, Китай, Малайзия). Возможность продаж в этом направлении подтверждается установкой ветровых полей из пропеллерных ветряков, построенных в этих районах. Однако, капитальные затраты на нашу электростанцию значительно ниже, обслуживание гораздо дешевле. Что позволит уверенно конкурировать с традиционными ветряками равной мощности.