Городская ветроэнергетика. Часть 2

Чт, 05/15/2014 - 22:21

Рис. 4. Выработка электрической энергии генератором

Рис. 5. Увеличение выработки энергии при размещении генератора в башне

Рис. 6. Схема сравнительных испытаний в условиях полигона

Рис. 7. Выработка электрической энергии генераторами

Рис. 8. Относительное увеличение выработки энергии генератором в башне

Все новое — хорошо забытое старое

Принципиально вся ветроэнергетика построена на двух элементах: источнике энергии (ветер) и приемнике энергии (ветроустановка).
С первых шагов освоения энергии ветра и до нашего времени изобретатели занимались совершенствованием приемника энергии, а источник энергии (ветер) воспринимался ими как данное природой и не поддающееся управлению явление.
Во многом именно это обусловило проявление большинства недостатков, присущих современной ветроэнергетике.

Но в технической системе «ветер — ветроустановка» оба составляющих элемента одинаково значимы.
Только управление всеми элементами системы позволяет получить высокую эффективность ее работы.
Совершенствуя приемник энергии, человек откинул идею управления воздушным потоком прочь за ненадобностью. А зря! При современном уровне технического развития управление такими системами может быть организовано очень эффективно.

Но развитие ветроэнергетики пошло другим путем. В настоящее время практически все ветроустановки работают на одном принципе: снятия энергии со свободно набегающего воздушного потока.

Мы решили разработать принципиально новую техническую систему, которая позволила бы управлять как источником энергии, так и ее приемником. Таким образом, используя опыт и знания, накопленные человечеством в области строительства и эксплуатации ветроустановок, мы сможем значительно повысить их эффективность работы за счет управления параметрами воздушного потока (источника энергии).

Одним из результатов наших многолетних исследований стала ветроустановка башенного типа.

Она позволяет, с той или иной степенью эффективности, управлять всеми элементами системы «ветер — ветроустановка».

Ветроустановка башенного типа состоит из следующих основных элементов: аппарата сбора энергии, генератора, аппарата концентрации энергии и системы управления.
Аппарат сбора энергии выполнен в виде вертикального цилиндра, стенки которого собраны из профилированных поверхностей, образующих сквозные каналы, соединяющие внешнюю поверхность цилиндра с его внутренним вертикальным каналом (входные конфузорные каналы). Их задача — «захватить» набегающий воздушный поток, развернуть его вверх вдоль вертикальной оси установки и направить на лопасти генератора.

Генератор с лопастями размещен внутри аппарата концентрации энергии. Генератор преобразует кинетическую энергию воздушного потока в электрическую энергию.

Аппарат концентрации энергии конструктивно выполнен в виде вертикальной трубы, внутреннее сечение которой плавно уменьшается к центру, где и расположен генератор. Внутренний объем этой трубы является продолжением внутреннего вертикального канала аппарата сбора энергии. Такая конструкция данного узла позволяет повысить концентрацию кинетической энергии воздушного потока на лопастях генератора.

Система управления (на рисунке не показана) обеспечивает своевременное открытие конфузорных каналов башни со стороны набегания внешнего воздушного потока и закрытие всех остальных конфузорных каналов.

Чем принципиально отличается башенная конструкция от ветроустановок, преобразующих энергию свободно набегающего воздушного потока?
Она позволяет управлять энергией воздушного потока путем ее концентрации на лопастях генератора.

Отпадает необходимость в настройке лопастей ротора генератора «на ветер». Генератор, с вертикальной осью вращения, стационарно установлен в верхней части установки. Ветер сам «настраивается» на генератор благодаря конструкции аппарата сбора энергии.
Значительно повышается мощность воздушного потока, приходящая на лопасти ротора генератора. Конструкция аппарата концентрации энергии позволяет повышать скорость воздушного потока во внутреннем вертикальном канале установки и, соответственно, повышать его мощность.
Проведенные экспериментальные исследования моделей в аэродинамической трубе (рис. 3) показали увеличение выработки энергии генератором, установленным в башне, более чем в 4 раза, а для малых скоростей воздушного потока — более чем в 10 раз. (рис. 4 и 5).

Для подтверждения полученных лабораторных результатов была построена опытно-экспериментальная установка в масштабе 100:1. Схема испытаний — сравнительная (аналогична используемой в лаборатории), представлена на рис. 6.
В сравнительных испытаниях на полигоне мы использовали генераторы на постоянных магнитах СВ-1.2/30.

Основные характеристики:
Диаметр ветротурбины, м - 1.2
Стартовая скорость ветра, м/с - 3
Макс. эксплуатационная скорость ветра, м/с - 35
Номинальная частота вращения, об/мин - 800
Номинальное напряжение генератора, В - 12
Номинальная мощность генератора при 8 м/с - 150 Вт
Масса, кг - 9

Анализ полученных результатов показывает значительный рост эффективности работы генератора при его размещении в башне-концентраторе:
— стартовая скорость ветра в два раза ниже по сравнению с традиционными конструкциями;
— скорость ветра, при которой генератор работает в номинальном режиме — в 2 раза ниже;
— коэффициент использования установленной мощности может достигать значения 0,6…0,7 (получено расчетным путем);
— в 2–3 раза выше объем вырабатываемой энергии;
— объем выработанной энергии с единицы площади ометаемой поверхности, для всех диапазонов скоростей воздушного потока, вырос более чем в 5 раз, а в диапазоне низких скоростей — более чем в 10 раз.

Конструктивные особенности новой ветроустановки позволяют устранить многие недостатки, присущие ветроустановкам традиционной конструкции.
К таким недостаткам относятся шумы и вредные для человека излучения, которые могут возникать в процессе работы генератора башенной ветроустановки, не выходят за конструктивные габариты установки. Это достигается благодаря тому, что генератор с лопастями расположен внутри ее вертикального канала. Современные материалы позволяют эффективно гасить или поглощать все вредные шумовое и вибрационное излучения. По этой же причине генератор и лопасти башенной ветроустановки не будут помехой распространению теле- и радиосигналам.

Установка не наносит вред птицам. Попадания птиц на лопатки генератора можно предотвратить за счет установки защитных сеток на входе в конфузорные каналы. Для предотвращения столкновения птиц с БВУ в ночное время суток ее внешняя поверхность освещается. Это позволит улучшить и зрительное восприятие башни ВУ.

Взгляд в будущее

Башенная конструкция ветроустановки, по своим техническим характеристикам, значительно превосходит все современные ветроустановки традиционной конструкции, работающие со свободно набегающим потоком воздуха.
Ветроустановки башенного типа — достойная замена ВЭУ традиционной конструкции.

Они могут работать при более низких скоростях ветра.
Позволяют значительно увеличить количество вырабатываемой электроэнергии.
Их эффективность никак не ниже традиционных станций генерации электроэнергии, использующих углеродное топливо: газ, уголь, мазут, нефть, а экологическая чистота производства электроэнергии не имеет аналогов.
Ветроустановки башенного типа очень эффективно могут работать в регионах с малыми скоростями ветра.

Благодаря своей компактности, такие установки могут служить автономным и самодостаточным источником энергии.

Ветроустановки башенного типа сегодня — это мировая энергетика завтра: низкая себестоимость и высокое качество производства экологически чистой энергии.

Вниманию инвесторов!

В настоящее время ведется подготовка к серийному производству ветроустановок башенного типа (TWT) мощностью до 2 кВт.
Мы заинтересованы в партнерах для совместного продвижения новой технологии и ветроустановок TWT, для производства электрической энергии, в т.ч. и в условиях плотной городской застройки.
Приглашаем к сотрудничеству предприятия, работающие в энергетической области (в т.ч. и ветроэнергетики), муниципальные и общественные организации, заинтересованные в повышении надежности и управляемости энергосистемы города.
Безусловно, ветроустановки башенного типа не решат все энергетические проблемы города. Но они внесут свой существенный вклад в их решение.

Другие материалы рубрики


  • ...В 1949 году О. А. Лаврентьев предложил плазменное решение проблемы синтеза легких ядер в виде электростатической ловушки, однако на тот момент плазма оказалась наименее исследованным состоянием вещества и каждый раз преподносила новые «сюрпризы». Как правило, эти неприятные «подарки» представляли различного рода неустойчивости, приводившие к срыву необходимых режимов работы установок. Осуществление в 1951 году неуправляемой термоядерной реакции в земных условиях в ходе испытательного взрыва водородной бомбы стимулировало проведение исследований, связанных с управляемым термоядерным синтезом (УТС), как источником энергии. Систематические исследования проблемы УТС начались примерно одновременно в Англии, СССР и США в обстановке глубочайшей секретности, так как предполагалось, что их результаты могут найти применение в военных целях. Такие исследования, постепенно приближая решение задачи УТС, привели к развитию целого ряда «побочных» плазменных технологий, которые используются сейчас повсеместно.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • В начале нового тысячелетия почти весь мир столкнулся с новой, весьма болезненной проблемой — истощением топливных запасов планеты. Ученые с каждого угла кричали, что через 30 лет на земле не останется ни капли нефти. Но прошло уже 10 лет, и эти крики понемногу улеглись. Были найдены новые месторождения в Саудовской Аравии, в России разведали новые, огромные запасы сибирской и заполярной нефти. Единственная проблема — добраться до них, но учитывая сегодняшнюю стоимость «черного золота» на мировом рынке, это не будет составлять особого труда.
    Но беда, как известно, не приходит одна. С топливной проблемой пришла проблема загрязнения окружающей среды обитания человека. Продукты сгорания бензина и дизтоплива стали настолько насыщать атмосферу Земли, что экологи забили тревогу. Их главный девиз — «Парниковый эффект!» К сожалению, они до сих пор не могут определиться, чем он грозит нашей планете — глобальным потеплением или новым ледниковым периодом. Впрочем, одно не исключает другое. Сначала довольно сильно потеплеет, арктические льды растают, опять понизят температуру, но настолько сильно, что 2/3 суши (по самым пессимистическим прогнозам) покроется снегом и льдом.
    Что же делать? Отказаться от автомобильного транспорта и вообще от использования нефти и нефтепродуктов? В данный исторический отрезок времени это даже не теория, а какая-то фантазия Гринписа, если не сказать больше. Но нам надо как-то сберечь природу и при этом не нанести вреда экономике, как в мировом масштабе, так и в масштабе отдельной страны. И тут, к огромной радости почти всех экологов (почему почти — будет сказано ниже) на мировую топливную арену семимильными шагами выходит новое горючее — биодизель.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Еще в 212 году до н. э. древнегреческий ученый Архимед использовал светоотражающие свойства бронзовых боевых щитов для того, чтобы сосредоточить солнечный свет и поджечь вражеские деревянные суда римлян, осаждающих его родной город Сиракузы. Но прошло почти полтора тысячелетия, за время которых люди продолжали греться на солнышке, не задумываясь, какой мощный источник представляет собой это божественное дневное светило. И лишь в 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик Антуан Лоран Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650°С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8х3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке.

    В 1866 г. французский математик Август Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных коллекторов, ставших прообразами современных, и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника. В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000°С. Однако только в 1980-е годы были созданы первые крупномасштабные солнечные электрогенераторы.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Многие ученые считают, что единственным масштабным и долговременным решением надвигающейся энергетической проблемы, одновременно удовлетворяющей условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на базе использования лунного изотопа элемента гелия.
    Страна, которая опередит другие в освоении Луны и добычи гелия-3, станет лидером в мировой экономике, считает академик Эрик Галимов.



  • Непредельные углеводороды в небольшом количестве (около 5%) являются практически единственным не содержащимся в природной нефти классом соединений, образующимся в заметных количествах при проведении процесса на кобальтовых катализаторах. Их содержание в нефти не нормируется, а их получение является одной из основных целей нефтехимической переработки природной нефти.
    Таким образом, по всем показателям, определяемым стандартом, СЖУ (синтетические жидкие углеводороды) могут быть отнесены к наиболее ценным сортам нефти. С экономической точки зрения наиболее рациональным использованием СЖУ была бы их раздельная транспортировка с промыслов как более ценного и дорогостоящего продукта, особенно с точки зрения отсутствия серосодержащих соединений и высокой концентрации легких (светлых) фракций.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Чтобы получать тепло из снега, дождя и, что реже, града, нужен АТМОТЕРМ. Это устройство относится к стационарным приборам для нагревания текущих сред, использующий при прохождении данного процесса тепловой эффект экзотермической реакции образования гидроксида кальция из СаО, которая проходит при утилизации снежного покрова на месте его образования.
    Область применения устройства – генерация тепловой энергии для обогрева стен жилых и нежилых помещений, используя атмосферные осадки.
    Исследуя решения в данной области, мы не найдем наверняка устройства, объединяющего в себе функции переработки атмосферных осадков и обогревателя, работающего без подвода электроэнергии, при этом являясь таким экономичным, как атмотерм (экономичность смотрите дальше). Решения, предлагаемые другими авторами (смотри ниже) имеют ряд недостатков: потребляемость большого количества электроэнергии, узкая направленность технологий – только утилизация снега или только генерация тепловой энергии, сложность устройства, лежащее в наличии большого количества комплектующих компонентов, таких как ИК-излучатели и другие подобные устройства.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Нефте- и газодобыча уже в течение многих лет — ведущие отрасли российской экономики. В иные периоды они давали до 50% поступлений в федеральный бюджет. Это стало возможным только после введения в эксплуатацию крупнейших месторождений Западной Сибири. Поиск месторождений, ставших открытием века, стоил огромного труда. Основной вклад в него внесли сибирские геологи.
    Чтобы понять, где и как искать нефть, — а ее считают самым труднодоступным богатством планеты, — надо знать, как она образуется. В 1932 году была опубликована классическая работа основоположника советской нефтяной геологии Ивана Михайловича Губкина (1871-1939) «Учение о нефти», которая сыграла огромную роль в развитии представлений о происхождении нефти и формировании ее залежей. Он сформулировал четыре этапа образования нефтяных запасов, которые и сегодня лежат в основе научных воззрений о процессах нефтеобразования.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Солнце — основной источник энергии на планете. В полдень на низких широтах плотность потока энергии солнечного излучения близка к 1 кВт/м²,, в среднем по освещенной части земного шара — 350 Вт/м². Потенциальный ресурс энергии огромен. Ей соответствует мощность 6,7∙1016 Вт. Теоретически КПД преобразования энергии может достигать 93%. Сейчас он составляет 10…30%. КПД определяет технический ресурс, равный произведению КПД на потенциальный ресурс.
    В настоящее время энергия солнечного излучения используется мало из-за относительно низких значений плотности потока энергии (100 — 1000 Вт/м²).
    Разрабатываются проекты создания солнечных энергосистем на геостационарной орбите с мощностью 1…10 ГВт. Передачу энергии на Землю планируется осуществлять при помощи мощных электромагнитных пучков на длине волны около 5…10 см.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Недавно в новостях услышал информацию о том, что весной 2010 г. городское население планеты превысило сельское и составляет 51%. В 2020 г. городское население уже будет составлять 57%.
    Вроде бы ничего интересного. Сухая статистика.
    Но за этой статистикой просматривается очень настораживающая тенденция, если учесть, что за этот период население Земли вырастет с 6,8 до 8 миллиардов человек.
    Урбанизация растет огромными темпами.

    • Страницы
    • 1
    • 2