ЗДЕСЬ продолжают работать.
Ветрогенератор – это механизм, созданный для выработки (генерации) электрической энергии. Поток воздушных масс приводит в движение лопасти крыльчатки. Взаимодействуя с ветром, лопасти начинают вращаться, передавая энергию генератору. Генератор, в свою очередь, преобразует механическое вращение в электрический ток. Это упрощенная схема функционирования ветрогенератора. Реальность сложнее, существуют технические и эксплуатационные нюансы, однако потенциал данных устройств зачастую недооценивают.
Россия, обладая внушительными запасами энергоресурсов и разветвленной сетью электростанций, все же сталкивается с территориями, лишенными доступа к электричеству. Использование энергии ветра для энергоснабжения таких регионов представляет собой перспективный альтернативный вариант решения проблемы, обеспечивая, как минимум, частичное покрытие потребностей.
Количество произведенной электроэнергии прямо пропорционально мощности генератора и скорости вращения ветряной мельницы. Теоретически, комбинируя несколько ветрогенераторов, можно добиться необходимого объема электроэнергии. Практические данные пока недостаточны для полного понимания картины из-за нехватки информации. Поэтому приходится ориентироваться на расчетные показатели, которые в большинстве случаев подтверждаются реальными экспериментами.
Существуют два основных типа ветряных турбин:
с горизонтальной осью вращения. Они признаны наиболее эффективными, демонстрируя высокую производительность и отличные результаты при использовании.
с вертикальной осью вращения. Хотя их эффективность ниже, эти устройства обладают уникальными характеристиками, делающими их востребованными среди аналогов.
Виды ветрогенераторов с вертикальной осью:
Вертикальный ветрогенератор — это механизм, чья ось вращения строго перпендикулярна потоку ветра и направлена вертикально. Лопасти вытянуты вдоль этой оси, оставаясь параллельными ей.
Внешний вид горизонтальных ветрогенераторов привычен — это что-то вроде пропеллера. Вертикальные же больше напоминают барабан вентилятора центробежного типа, только в вертикальном исполнении, с небольшим количеством лопастей (обычно всего две, хотя бывают и другие варианты). Это расположение позволяет лопастям одинаково реагировать на воздушные потоки, приходящие с любой стороны, без необходимости постоянно разворачивать ось, ориентируя ее против движения ветра.
Существуют различные виды вертикальных ветряных турбин. Различия между ними заключаются исключительно в типе вращающейся части - ротора, поскольку устройство неподвижного статора принципиальных изменений не претерпевает. Среди них выделяют следующие:
Ортогональный ротор. Его лопасти касаются окружности вращения и обладают поперечным сечением, как у крыла самолета. Он способен начать вращение даже при незначительном ветре, увеличивая скорость за счет разрежения воздуха над плоскостью лопастей и уплотнения под ними (появление подъемной силы). Не обладает большим вылетом лопастей, что позволяет стабилизировать скорость вращения и исключить резкие изменения динамики, которые могут повредить подшипники.
Ротор Савониуса. Он состоит из двух изогнутых лопастей в форме полуцилиндра. При большой площади уравновешивания силы, действующие на лопасти, не возникают, так как поток, воздействующий на внутреннюю часть лопасти, отражается ее изгибом и частично попадает в изгиб второй лопасти, улучшая ее вращение. Противоположная сторона делит поток на равные части, одна из которых обтекает кривую и попадает в рабочую часть, увеличивая крутящий момент, а другая отходит в сторону. КПД такого ротора невелик, всего 15%, но по совокупности характеристик он вполне достоин внимания.
Ротор Дарье. Это один из вариантов ортогональной конструкции. Он имеет вантовый вид лопастей, концы которых прикреплены к валу вращения, а центральные части, плавно изгибаясь, отходят от вала, так что при взгляде сбоку лопасти образуют овал или круг с их креплениями. Ротор отличается небольшой мощностью, высоким уровнем шума и вибрации, что требует постоянного контроля и обслуживания.
Винтовой ротор. В конструкции применяются лопасти сложной формы, закрученные вокруг вертикальной оси. Это позволяет стабилизировать скорость вращения и устранить шум, создаваемый лопастями во время вращения. Равномерность работы делает конструкцию более удобной, обеспечивая стабильный результат в различных режимах вращения. Для самостоятельного изготовления этот вариант самый сложный, но в целом доступный.
Многолопастной ротор. Имеет несколько лопастей, что позволяет достичь равномерного и мощного вращения ротора при относительно низком давлении ветра. Обычно используются несколько узких полос на некотором удалении от вала вращения, передавая поток с возрастающей скоростью и плотностью ко второму ряду лопастей, расположенному внутри первого. Существуют также варианты с двумя уровнями (пара лопастей и под ней - еще одна с поворотом на 90°). Все варианты конструкции обладают хорошими эксплуатационными характеристиками, что делает эту конструкцию одной из самых перспективных.
Существуют механизмы, предназначенные для предотвращения обратного давления потока на заднюю часть крыла. Защитный элемент, имеющий форму фрагмента круга, экранирует область за лопастями от ветрового воздействия, следовательно, ветер взаимодействует только с рабочей поверхностью. Для ориентации ротора относительно ветра, например, при повороте всей системы при изменении направления воздушного потока, используется лопаточная система, которая разворачивает защиту в нужном направлении под воздействием ветра.
Эффективность указанных методов примерно сопоставима. Значительных различий в технических характеристиках также не наблюдается, основные отличия связаны с уровнем снижения шума, уменьшением нагрузки на валы и стабилизацией режимов вращения.
**Преимущества и недостатки ветряков с вертикальной осью**
Ветряк вертикального типа – конструкция, идеальная для самостоятельного изготовления. Несмотря на множество вариантов исполнения, многие из них пока лишены точной математической модели вращения, что затрудняет создание корректной методики расчетов. Тем не менее, именно эта ситуация стимулирует активное развитие моделирования ветрогенераторов всех типов, а также детальную проработку их технических характеристик.
Рассмотрены ключевые достоинства ветряных установок с вертикальной осью:
Простая конструкция, позволяющая создание практически любого типа своими силами.
Устойчивость и стабильность режимов работы, обеспечиваемая способностью одинаково реагировать на воздушные потоки любого направления.
Отсутствие необходимости в механизме ориентации оси вращения по направлению ветра, без которого горизонтальные ветряки не функционируют.
Для самостоятельного изготовления вертикального ветрогенератора нужны относительно небольшие финансовые, временные и трудовые затраты. Главная статья расходов — это сам генератор, а вращающиеся элементы можно собрать буквально из подручных материалов.
Теперь о недостатках вертикальных ветряков:
Эффективность работы уступает горизонтальным конструкциям.
При эксплуатации устройства производят шум, который трудно уменьшить, поскольку он вызван взаимодействием воздушного потока и материала лопастей.
Значительный уровень вибрации и резкие изменения режимов вращения создают повышенную нагрузку на подшипники, что приводит к ускоренному износу движущихся деталей и узлов.
Для строительства вертикального генератора требуется больше материалов, чем для горизонтальных аналогов.
