Новое слово в ветряных турбинах

Продолжая предыдущую статью, мы рассмотрим, какой сюрприз приготовили нам уже знакомые нам ветряки. Вернувшись из отпуска, я неожиданно обнаружил наличие ветряной электростанции (ВЭС) прямо на границе Каменск-Шахтинского района Ростовской области. Поиск в Интернете подтвердил, что эта ветряная электростанция была сдана в эксплуатацию в апреле-мае 2020 года.

Не без удовольствия прочитал, что ветряки производятся на нескольких российских предприятиях. Ветряк имеет мощность 3,8 МВт.

немного теории

Пропеллер ветряной турбины выполняет функцию, противоположную винту авиационного двигателя. Энергия массы воздуха преобразуется в энергию вращения пропеллера. Энергия вращения, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора.

Как мы помним из курса физики, воздушная масса не является чем-то малозаметным, она превышает 1 килограмм на кубический метр (~ 1,3 кг). Оценим грубо, какая воздушная масса со скоростью V в секунду проходит через окружность диаметром D, по которой проходят концы лопастей.

Чтобы понять порядок величины, рассмотрим разумно нормальный диаметр лопасти 50 метров и очень тихий ветер со скоростью 10 м / с. Масса воздуха, который проходит по кругу за 1 секунду, составит 25,5 тонны. Стоимость довольно внушительная, что-то ближе к гидроэлектроэнергии. Конечно, не вся энергия движущейся массы превращается во вращение. Для оптимизации вы можете поиграть с углом атаки лезвия, который влияет на геометрический тон, но дело не в этом.

Главный вывод из приведенной выше формулы - влияние диаметра шнека на характеристики ветряка. Отношение квадратное, а это значит, что двукратное увеличение диаметра приводит к четырехкратному увеличению эффективности системы (!).

Затем следует постоянный ход диаметра винта. Для увеличения лопасти необходимо увеличить высоту мачты (возможно, неправильный термин), в которой расположен генератор. Все понимают, что лезвие не должно касаться земли. Увеличение высоты мачты приводит к усилению работы фундамента и его жесткости. И все это значительные вложения, которые не должны превышать положительный эффект увеличения диаметра винта. В настоящее время европейские ветряные турбины имеют диаметр пропеллера около 120 метров. Дополнительное увеличение диаметра сопряжено со значительными экономическими затратами.

Есть еще один фактор, который приносит пользу. Увеличение высоты генератора положительно сказывается на выходной мощности установки. Речь идет о силе ветра, которая увеличивается с увеличением высоты. И тут пострадали ребята из Altaeros Energies ...

Технический раунд

Прежде всего, чтобы повысить эффективность своих установок, необходимо их поднять. Помимо увеличения скорости ветра, это увеличит диаметр винта. Поскольку прочность строительных материалов больше не позволяет дешево увеличить высоту, на помощь приходят воздушные шары.

На схеме выше: A - воздушный шар с шаром, B - ветряная турбина, C - удерживающие кабели и провода, D - часть заземления установки.

Исследования показывают, что с увеличением высоты скорость ветра значительно выше. На диаграмме ниже показана зависимость плотности энергии ветра от высоты.

На высоте 600 метров плотность потока энергии ветра в 6 раз больше, чем на высоте 120 метров.

Далее - подробнее ... На этом техническое расследование не закончилось. Обратите внимание на форму воздушного шара. Хвостовые перья нужны для предварительной настройки, и это совсем не ново, но почему генератор внутри?

Достигнуты аэродинамические достижения . Воздушная масса должна обтекать воздушный шар сложной формы, и по этой причине весь воздух диаметром D вынужден проходить через отверстие, в котором расположен винт. Это эквивалентно увеличению диаметра винта, в данном случае, примерно в 2 раза. И что это значит? Да в том, что расход воздуха увеличивается в 4 раза, и, соответственно, КПД установки увеличивается в 4 раза.

выводы

Представленная разработка представляет собой очень оригинальный набор ранее известных технологий. Воздушный шар не только поднимает устройство на высоту при сильном ветре, но также увеличивает плотность энергии ветра за счет аэродинамики его формы. Все это происходит без значительных вложений в постройку гигантского дерева.

Кроме того, наземная установка может быть оснащена компьютером с программным обеспечением, контролирующим источник механических частей установки, безопасность установки в целом, в зависимости от климатических условий.

Высокое положение установки может быть использовано для размещения оборудования связи и метеорологического оборудования.

Без сомнения, данная установка идеально вписывается в концепцию использования постоянного тока в автономных поселках.

Поставьте лайк, если она вам понравилась, и подпишитесь, чтобы ничего не пропустить.