ВЕТРОВЫЕ УСТАНОВКИ ДЖОНА ДАБИРИ

JOHN DABIRI’S WIND TURBINES

Angelina Kurlaeva

Student, Department of Electrical and Thermal Power Engineering, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день большинство исследований посвящено крупным ветряным турбинам с горизонтальной, а не вертикальной осью. Возможно, можно повысить эффективность технологии вертикально-осевых ветряков, размещая турбины в кластерах. Также может быть выгодно размещать вертикально-осевые турбины меньшего масштаба в городских или пригородных районах и в местах, где риск повреждения птицами наиболее высок.

ABSTRACT

To date, most studies have focused on large wind turbines with a horizontal rather than a vertical axis. It may be possible to increase the efficiency of vertical-axial wind turbine technology by placing turbines in clusters. It may also be advantageous to place smaller-scale vertical-axis turbines in urban or suburban areas and in places where the risk of bird damage is highest.

Ключевые слова: ветровая установка с вертикальной осью, ветроэнергетика, ветряная электростанция, ветряная турбина.

Keywords: sociological survey, research, respondents, wind turbines, experiment.

На сегодняшний день большинство научных работ посвящено большим ветряным турбинам с горизонтальной, а не вертикальной осью. Вертикальные ветряные турбины (см. рисунок 1) были менее популярны по разным причинам, но особенно потому, что они были менее надежны, чем горизонтально-осевые турбины, и современные коммерческие версии не производят столько энергии на единицу мощности, как горизонтальные турбины [1]. Возможно, удастся повысить эффективность технологии вертикально-осевого ветра, например, путем размещения турбин в кластерах [2]. Также может быть выгодно размещать вертикально-осевые турбины меньшего масштаба в городских или пригородных районах и в местах, где риск повреждения птицами наиболее высок.

Рисунок 1. Вертикальные ветряные турбины

Также поднимается вопрос о стоимости, и наиболее важный компонент вертикально- осевых ветряных турбин, требующий дальнейшего внимания, является экономический ущерб от их относительно низкой надежности. Вопросы надежности горизонтальных ветряных турбин решались десятилетиями совместных исследований. Аналогичный уровень исследований не был достигнут для вертикальных ветротурбин. Ситуация меняется, поскольку ученые все чаще изучают вертикально-осевые ветряные турбины. Например, количество ежегодных ссылок на журналы, посвященные вертикально-осевым ветряным турбинам, увеличилось с 14 в 2006 году до 1600 в 2016 году; количество опубликованных статей увеличилось на аналогичную величину. Однако для достижения экономически эффективного производства энергии с помощью вертикально-осевых ветрогенераторов необходимо решить технические вопросы.

Наконец, стоит отметить, что еще более нетрадиционные ветрогенерирующие устройства, включая воздушных змеев, машущие конструкции, напоминающие деревья, и устройства без движущихся частей, находятся на разных стадиях разработки. Настоящая работа представляет собой основу для оценки общественного мнения относительно этих технологий в будущем.

В отличие от ветрогенераторов с горизонтальной осью, в которых набор аэродинамических лопастей вращается вокруг горизонтальной оси, как пропеллер, ветрогенераторы с вертикальной осью характеризуются вращением лопастей вокруг оси, перпендикулярной земле. Такая конструкция исключает необходимость в механизме ориентации турбины по направлению встречного ветра, что позволяет турбине работать в сложных ветровых условиях, например, вблизи зданий. Это также облегчает установку генератора и других компонентов ближе к земле, что потенциально упрощает эксплуатацию и обслуживание. Современные коммерческие реализации вертикально-осевой конструкции используют простой генератор с постоянными магнитами для создания электроэнергии, что устраняет необходимость в редукторе или другой сложной механической передаче, как в обычных горизонтально-осевых ветряных турбинах.

Особенности установки ВВТ по сравнению с ГВТ:

•  Меньше требований к высоте: Не требуется высокая башня, что упрощает и удешевляет установку.

•  Более простой фундамент: Обычно требуется менее массивный и сложный фундамент.

•  Меньше требований к грузоподъемному оборудованию: Для установки небольших ВВТ часто не требуется кран.

•  Более простая ориентация: Не требуется точная ориентация на ветер.

•  Возможность установки в городских условиях: Меньший шум и более эстетичный внешний вид позволяют устанавливать ВВТ в городских условиях.

•  Безопасность: При установке на крышах зданий нужно учитывать вибрации и обеспечивать безопасность конструкции.

Общая простота конструкции вертикально-осевой ветряной турбины должна обеспечивать коммерческое преимущество с точки зрения стоимости и диапазона ветровых условий, в которых может быть применена эта технология. Однако развитие вертикально-осевых ветряных турбин значительно отставало от горизонтально-осевых с середины 1980-х годов, когда горизонтально-осевые турбины стали промышленным стандартом благодаря более высокой эффективности преобразования энергии и лучшим показателям повторной ответственности. В последнее десятилетие наблюдается возрождение интереса к вертикально-осевой ветротурбинной платформе, отчасти благодаря новым исследованиям, показывающим возможность улучшения общей производительности ветропарка за счет благоприятного аэродинамического взаимодействия между близко расположенными вертикально-осевыми турбинами [3]. Это противоположно снижению производительности горизонтально-осевых турбин при их близком расположении в пределах фермы [4]. Данные, приведенные в работе [2], подтверждают возможность увеличения удельной мощности на площади опоры с 2-3 Вт/м2 для горизонтальных ветроэлектростанций до 20-30 Вт/м2 для вертикальных. Количество турбин, задействованных в любом из сценариев, пропорционально индивидуальной единичной мощности. Современные крупные горизонтальные ветряные турбины обычно имеют мощность 2-3 МВт в отдельности, в то время как вертикальные ветряные турбины будут иметь мощность 5-50 кВт (0,005-0,05 МВт) в отдельности. Недостаток высоты ступицы может быть компенсирован увеличением эффективности турбины за счет коллективного поведения [5]. Кроме того, начальная скорость ветра вертикальной ветряной турбины ниже, чем у горизонтальной.

Возросшая осведомленность о воздействии на птиц горизонтально- осевых ветряных турбин также способствовала изучению вертикально- осевых ветряных турбин как более экологичной альтернативы. Действительно, более низкие рабочие скорости лопастей вертикально- осевых ветрогенераторов, их другая визуальная характеристика и их типичное размещение на меньшей высоте, чем у горизонтально-осевых ветрогенераторов, предполагают, что они должны оказывать более ограниченное воздействие на птиц и летучих мышей. Случайные свидетельства подтверждают эту точку зрения, однако контролируемые исследования воздействия вертикально-осевых ветряков на птиц до сих пор не проводились.

Список литературы:

1. Гипе, П., 2004. Энергия ветра. Челси Грин, Вермонт.
2. Дабири, Дж. О., 2011. Потенциальное увеличение мощности ветропарка на порядок с помощью противовращающихся вертикально-осевых ветротурбин. J. Renew. Sustain. Energy 3, 043104.
3. Арайя, Д.Б., Крейг, А.Е., Кинзел, М., Дабири, Дж.О., 2014. Низкоуровневое моделирование ветропарка аэродинамики с использованием негерметичных тел Ренкина. J. Renew. Sustain. Energy 6, 063118.
4. Хау, Э., 2005. Ветряные турбины, основы, технологии, применение, экономика. Шпрингер, Берлин.
5. Браунштейн, И.Д., Кинцель, М., Дабири, Дж.О., 2016. Повышение производительности, расположенных вниз по вертикально-осевых ветряных турбинопотоков . J. Renew. Sustain. Energy 8, 053306.