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


  • 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


  • ...Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

    • 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


  • ...После более чем столетия нескончаемых усовершенствований двигатель внутреннего сгорания все еще имеет коэффициент полезного действия около 16%. КПД всех тепловых двигателей ограничено циклом Карно. Теоретически, даже при идеальных условиях тепловой двигатель, используемый для приведения в движение автомобиля или электрогенератора, не может преобразовать всю тепловую энергию в механическую. Некоторая часть тепла теряется. В двигателе внутреннего сгорания тепло подается от источника с высокой температурой (Т1), часть энергии преобразуется в механическую и оставшаяся часть выбрасывается при низкой температуре (Т2). Чем больше разность между этими температурами, тем выше КПД двигателя...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • 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


  • Ситуация с термоядерной энергетикой сегодня довольно любопытна и имеет общие черты с начинавшейся некогда «космической гонкой». Открытие способа, открывающего доступ к неограниченному источнику энергии, казалось бы, уже «витает в воздухе». Уже всерьёз проектируются термоядерные электростанции. Уже почти видна финишная ленточка и вопрос лишь в том, кто успеет раньше. Руководители развитых государств ревностно следят за «успехами» конкурентов в этой области и боятся остаться «не солоно хлебавши». Эти страхи умело эксплуатируют крупные исследовательские центры, работающие по данной проблеме, добиваясь щедрого финансирования. Вот-вот и пресса возвестит об открытии века...



  • Многие десятилетия неизменным элементом пейзажа промышленной нефтедобычи являлись грандиозные факелы, в которых сгорал попутный газ — неизбежный спутник нефтедобычи. Громадные шлейфы дыма простирались на десятки и сотни километров и были прекрасно видны даже из космоса. Так было долго и казалось, что так будет всегда. Но все меняется в этом мире, и иногда — в лучшую сторону.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • 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


  • Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • 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