Вітряна турбіна. Інноваційна вертикально-осьова турбіна. Не лише вітрогенератор! Вітрогенератор вертикального турбінний

Енергія вітру – безкоштовна, відновлювана, безпечна енергія. Установкою, що перетворює енергію повітряних потоків на електричну

або теплову називають вітрогенератор. Більшість сучасних вітряних установок мають порівняно низький ККД (до 30%) та високу вартість виробництва.

Проект турбіни вітрогенератора

Головними завданнями всіх вчених, які займаються проблемами вітроенергетики, є зниження вартості виробництва вітряків, підвищення їхнього ККД та потужності.

Класифікація

Вітрогенератори поділяються за розташуванням осі обертання на конструкції з:

• вертикальною віссю (перпендикулярної землі);
• горизонтальною віссю (паралельній землі).

За матеріалами, з яких виробляють лопаті, вітряки класифікуються на:

• жестколопастні;
• вітрильні.

За кількістю лопат поділяється на:

• генератори з двома лопатями;
• генератори з трьома лопатями;
• багатолопатеві генератори, з числом лопатей від 50-ти.

Вітрогенератори турбінного типу відносяться до категорії нового покоління, їх встановлюю на даху у вигляді вентиляторів і вони не турбують шумом сусідів.

За типом гвинтового кроку розрізняють генератори з:

• постійним кроком;
• змінним кроком.

За типом конструкції:

• лопатеві;
• турбінні.

За призначенням:

• побутові;
• комерційні;
• промислові.

Промислові вітряки будують переважно з горизонтальною віссю обертання і жорсткими лопатями.

Вітрова турбіна Liam F1 Urban виробляє ККД 80%

Вітрильники вітрильники і генератори з вертикальними осями обертання часто встановлюють для постачання енергією приватних будинків і малих будівель.

Вітротурбінна установка – вітрогенератор, турбіна якого має циліндричну форму з встановленими всередині неї лопатями. По суті, це вітряк із горизонтальною віссю обертання, краї лопатей якого захищені циліндром. Відрізняється простою, надійною конструкцією, великим, у порівнянні з лопатевими вітряками, ККД.

Принципова відмінність

Вітрова турбіна є циліндричним контуром. Усередині контуру розташовуються лопаті, що обертають. Складається конструкція з:

• турбіни;
• зовнішнього чи внутрішнього обтічника;
• обтічника вузла генератора турбіни;
• гондоли;
• генератора;
• інвертор;
• акумулюючого модуля;
• блок управління;
• динамічного вузла кріплення.

Вітряки даного типу характеризуються відсутністю незахищених лопатей обертання, а також системи, призначеної для їх регулювання та орієнтування на напрямок вітру. Це підвищує надійність, безпеку конструкції. Циліндрична форма обтічника самостійно розгортається, уловлюючи вітер, а обтічник, що працює як сопло, підвищує потужність установки.

Залежно від необхідної потужності та призначення конструкція може мати безліч модифікацій. Наприклад, для виготовлення турбіни можуть використовуватися різні матеріали. Варіюватися можуть геометричні розміри, спосіб розміщення (на опору, ферму та ін.). Можливе додаткове оснащення модулями сонячних батарей.

Прототип вітрогенератора турбінного типу для бізнесу

Вітротурбінні агрегати випускають побутового та промислового призначення.

Принцип роботи установки

Для нормальної роботи вітрової установки турбінного типу необхідний вітер, що дме зі швидкістю від 2 до 60 м/с. Принцип роботи установки такий. Агрегат самостійно вловлює напрямок вітру, повертається в потрібну сторону. Потік повітря попадає на лопаті, обертає їх. Повітряні маси повідомляють кінетичну енергію руху лопатям, де вона перетворюється на енергію механічну, що обертає ротор.

Турбіна вітрогенератора Російської розробки проходить випробування.

Обертання ротора продукує трифазний струм, що надходить на генератор. Звідти струм йде в контролер, де відбувається його випрямлення, далі він протікає через акумулятори, заряджає їх потім надходить на інвертор. Інвертор випускає однофазний змінний струм, частота його коливань 50 Герц для мереж напругою 220, або трифазний струм напругою 380, необхідний промисловим підприємствам, а також для живлення навантаження.

Переваги турбінної вітроустановки

Вітрогенератор турбінної конструкції має істотні переваги над вітряками інших конструкцій.

1. Висока чутливість до вітру. Мінімальна швидкість вітру для приведення лопатей протягом від 2 м/с; вітрякам іншого типу потрібна швидкість вітру від 4 м/с.
2. Генератор здатний працювати при ураганних швидкостях вітру (до 60 м/с). Більшість інших вітряків працює до 25-30 м/с.
3. Коефіцієнт корисної дії вітряного турбогенератора майже вдвічі перевищує ККД вітряка, що має незахищені лопаті. За рахунок сопельної конструкції обтічника, турбінний вітряк значно потужніший за агрегати інших конструкцій.
4. Турбоустановка безпечна для птахів та кажанів. Вітряки з відкритими лопатями часто стають причиною загибелі тварин, що літають, які не здатні визначити межі небезпечної зони. Вітроустановку турбінної конструкції кажани та птиці ідентифікують як єдину перешкоду та успішно її огинають.
5. Вітряки більшості конструкцій роблять багато шуму, за певних швидкостей вітру генерують інфразвук, тому їх не можна ставити поблизу житлових будинків, ферм, лісових господарств. Турбінні установки не продукують інфразвук, згубний для людей та тварин. Їх можна встановлювати поряд із житловим будинком. Турбінні вітряки не провокують штучну міграцію тварин.
6. Найменша, порівняно з лопатевими, вартість виробництва. Виготовлення вільних лопат – складний, дорогий процес. Їхня відсутність помітно здешевлює і спрощує виробництво установки.
7. Легкість та швидкість монтажу. Комплектуючі турбогенератори виробляють на заводі; там же здійснюється складання основних блоків. Установка включає лише компонування, з'єднання блоків, кріплення до опори. Монтаж відбувається за допомогою стандартних витягів.
8. Легкість обслуговування. Сервісне обслуговування турбінних вітряків значно простіше і дешевше, ніж лопатевих. При правильній експлуатації установки, періодичному грамотному сервісному обслуговуванні термін експлуатації досягає 50 років.
9. Вітросилова установка турбінного типу, на відміну від класичних вітряків, не заважає льотчикам та диспетчерам льотних служб, не виявляється радарами ППО, не створює загрози національній безпеці.

Галузь застосування

Максимального ККД вітротурбінний генератор досягає поблизу природних водойм через майже цілорічний рух повітря та високу чутливість до вітру. І також його встановлюють у містах, селищах. Конструкція установки дозволяє користуватися генератором для автономного чи комбінованого освітлення приватних будинків та дач.

Корисний вітрогенератор у населених пунктах, що розташовані далеко від міст, райцентрів, де часто трапляються перебої з електрикою. Вітротурбінну установку можна використовувати поблизу аеродромів, військових полігонів. Залишаючись невидимою для радарів, вона не несе небезпеки для пілотів та систем національної безпеки.

Вітроенергетика активно розвивається по всьому світу, і ні для кого давно не секрет, що це один із найперспективніших напрямків альтернативної енергетики на даний момент. До середини 2014 року загальна потужність всіх встановлених у світі вітрогенераторів становила 336 гігават, а найбільший і потужний вертикальний трилопатевий вітрогенератор Vestas-164 був встановлений і запущений на початку 2014 року в Данії. Його потужність досягає 8 мегават, а розмах лопатей становить 164 метри.

Незважаючи на давно обкатану технологію виготовлення лопатевих турбін та вітряків загалом, багато ентузіастів прагнуть покращити технологію, підвищити її ефективність та зменшити негативні фактори.

Як відомо, коефіцієнт використання енергії вітрового потоку в кращому випадку досягає 30%, вони досить галасливі і порушують природний тепловий баланс прилеглих територій, підвищуючи температуру приземного шару повітря ночами. Також вони дуже небезпечні для птахів та займають значні площі.

Які ж альтернативи існують? Насправді, творчість сучасних винахідників не знає кордонів, і різноманітних альтернативних варіантів вигадано безліч.

Давайте розглянемо 5 найбільш незвичайних із примітних для галузі альтернативних конструкцій вітрогенераторів.

Починаючи з 2010 року, американська компанія Altaeros Energies, заснована в Массачусетському дослідницькому інституті, розробляє вітрогенератори нового покоління. Новий тип вітрогенераторів призначений для роботи на висотах до 600 метрів, доки звичайні вітрогенератори просто не можуть дістати. Саме на таких великих висотах постійно дмуть найсильніші вітри, які в 5-8 разів сильніші за вітри поблизу поверхні землі.

Генератор є надувною конструкцією, схожою на накачений гелієм дирижабль, в який встановлена ​​трилопатева турбіна на горизонтальній осі. Такий вітряний генератор було запущено у 2014 році на Алясці на висоту близько 300 метрів для випробувань протягом 18 місяців.

Розробники запевняють, що дана технологія дозволить отримувати електроенергію вартістю 18 центів за кіловат-годину, що вдвічі дешевше за звичайну вартість вітряної електроенергії на Алясці. У майбутньому такі генератори цілком можуть замінити дизельні електростанції, а також знайти застосування на проблемних територіях.

У перспективі цей пристрій буде не просто генератором електроенергії, а й частиною погодної станції та зручним засобом забезпечення Інтернету на далеких від відповідної інфраструктури територіях.

Після встановлення така система не вимагає присутності персоналу, не займає великої площі, та майже безшумна. Вона може контролюватись дистанційно, і потребує технічного обслуговування лише один раз на 1-1,5 роки.

Ще одне цікаве рішення щодо створення незвичайної конструкції вітряної електростанції реалізується в Об'єднаних Арабських Еміратах. Неподалік Абу-Дабі будується місто Мадсар, в якому планують звести досить незвичайну вітряну електростанцію, названу розробниками «Windstalk».

Засновник нью-йоркської дизайнерської компанії Atelier DNA, яка розробляє дизайн цього проекту, сказав, що головною ідеєю було знайти в природі кінетичну модель, яка могла б служити для генерації електроенергії, і таку модель знайшли. 1203 стебла з вуглецевого волокна, кожен близько 55 метрів заввишки, з бетонними основами шириною по 20 метрів, будуть встановлені на відстані 10 метрів між собою.

Стебла будуть армовані гумою, і мають ширину близько 30 см біля основи, а вгору звужуються до 5 сантиметрів. Кожен такий стебло буде містити шари електродів, що чергуються, і керамічних дисків, виготовлених з п'єзоелектричного матеріалу, який генерує електричний струм, коли піддається тиску.

Коли стебла гойдатимуться на вітрі, диски стискатимуться, генеруючи електричний струм. Жодного шуму лопатей вітряних турбін, жодних жертв серед птахів, нічого крім вітру.

Ідея виникла завдяки спостереженню за очеретами, що гойдаються на болоті.

Проект Windstalk компанії Atelier DNA посів друге місце в конкурсі Land Art Generator, спонсорованому Мадсаром для вибору кращого, з-поміж міжнародних заявок, твори мистецтва, який зможе генерувати енергію завдяки відновлюваним джерелам.

Площа, що займає ця незвичайна вітряна станція, охопить 2,6 гектара, а за потужністю відповідатиме звичайному вітрогенератору, що займає аналогічну площу. Система ефективна через відсутність втрат тертя, властивих традиційним механічним системам.

В основі кожного стебла буде встановлений генератор, що перетворює крутний момент від стебла за допомогою системи амортизаторів і циліндрів, аналогічно системі Levant Power, розробленої в Кембриджі, штат Массачусетс.

Оскільки вітер не постійний, буде застосовано систему акумулювання енергії, щоб накопичена енергія могла витрачатися і тоді, коли немає вітру, пояснюють співробітники, які працюють над проектом.

На вершині кожного стебла буде встановлено світлодіодний ліхтар, яскравість свічення якого безпосередньо залежатиме від сили вітру і кількості електроенергії, що генерується в даний момент.

Windstalk буде працювати на хаотичному похитуванні, що дозволяє розташувати елементи набагато ближче один до одного, ніж це можливо зі звичайними лопатевими вітрогенераторами.

Аналогічний проект Wavestalk опрацьовується для перетворення енергії океанських течій та хвиль, де схожа система перебуватиме у перевернутому вигляді під водою.

Проект, розроблений фірмою Saphon Energy з Тунісу, також як і Windstalk, є безлопатевим вітряним генератором, але цього разу пристрій має конструкцію вітрильного типу.

Цей безшумний генератор, що формою нагадує супутникову тарілку, отримав назву Saphonian. Він не має частин, що обертаються, і абсолютно безпечний для птахів. Екран генератора здійснює під дією вітру руху вперед-назад, створюючи коливання в гідравлічній системі.

Мета проекту – покращити характеристики вітряних генераторів щодо використання вітрового потоку. Вітер буквально запрягається в вітрило, яке здійснює під його дією руху вперед-назад, при цьому немає ні лопатей, ні ротора, ні передач. Така взаємодія дозволяє перетворити більше кінетичної енергії на механічну за допомогою поршнів.

Енергію можна накопичувати в гідравлічних акумуляторах, або перетворювати на електричну допомогою генератора, або ж приводити з її допомогою в обертання який-небудь механізм. Якщо звичайні вітрогенератори мають ККД 30%, цей генератор парусного типу дає все 80%. Його ефективність перевершує вітряки лопатевого типу у 2,3 рази.

Внаслідок відсутності дорогих компонентів, як це має місце у вітряній турбіні (лопаті, маточини, коробки передач), у випадку з Saphonian, витрати на обладнання знижуються до 45%.

Аеродинамічна форма Saphonian має ту перевагу, що турбулентні вітряні потоки незначно впливають на тіло вітрила, аеродинамічна сила лише збільшується. Саме через турбулентність вітряні турбіни і не використовуються в міських районах, а Saphonian можна і там використовувати. Крім того, шкідливі акустичні та вібраційні фактори зведені до мінімуму. Компанія Saphon Energy отримала премію від KPMG за зусилля у розвитку інновацій.

Ще один революційний підхід до використання вітряної енергії був реалізований ще в 2008 році винахідником - ентузіастом з Каліфорнії. Великі вітряні генератори для малих міст мають розміри з 30 поверховий будинок, які лопаті досягають розмірів крил Боїнга 747.

Ці гігантські генератори, безумовно, виробляють багато енергії, проте виробництво, транспортування та встановлення таких систем складні та дорогі. Незважаючи на це, промисловість зростає більш ніж на 40 відсотків щороку. Саме так міркував Даг Селсам з Каліфорнії, перш ніж поставити свою амбітну мету. Він вирішив, що цілком реально отримати більше енергії, використовуючи для цього менше матеріалів.

Встановивши десяток або кілька десятків маленьких роторів на одному валу, пов'язаному з одним генератором, Даг зрештою досяг поставленої мети. Один кінець довгого валу він з'єднав з генератором, а другий кінець запустив у височінь на повітряних кулях з гелієм. Система запрацювала, як і передбачалося.

У підручниках Даг читав, що одногвинтової турбіни цілком достатньо для отримання максимуму, однак у Дага виникли сумніви. Він вважав інакше: що більше роторів, то більше енергії вітру доступне використання.

Якщо кожен ротор буде розташований під потрібним кутом, то кожен ротор отримає власний вітер, і це підвищить ефективність генерації.

Звичайно, це ускладнює фізику, адже тепер потрібно було переконатися, що кожен ротор ловить свій власний потік, а не лише потік від ротора, що розташований поруч. Потрібно з'ясувати оптимальний кут для валу по відношенню до вітру та ідеальну відстань між роторами. І, зрештою, виграш було отримано із застосуванням меншої кількості матеріалу.

У 2003 році винахідник отримав грант у розмірі 75 000 доларів від Каліфорнійської енергетичної комісії на розробку 3000-ватної турбіни на сім роторів. Завдання було успішно вирішене, і Даг Селсам вже продав понад 20 своїх 2000-ватних турбін з подвійним ротором кільком домовласникам. Він збудував ці пристрої у своєму заміському гаражі.

Ідея Дага стала однією з небагатьох ідей, які насправді мають всі шанси на те, щоб досягти великих успіхів у комерційному світі. Селсам каже, що два ротори - це лише початок. Ймовірно, колись він побачить свої мультироторні турбіни довжиною милю по небу.

Компанія Archimedes, офіс якої розташований у Роттердамі, Нідерланди, вигадала свою концепцію незвичайних вітряних турбін, які можна встановлювати прямо на дахах житлових будинків.

За задумом авторів проекту, ефективна малошумна конструкція може цілком забезпечити невеликий будинок електроенергією, а комплекс таких генераторів, що працює разом з , здатний взагалі звести до нуля залежність великої будівлі від зовнішніх джерел електроенергії. Нові вітрові турбіни одержали назву Liam F1.

Невелика турбіна діаметром 1,5 метра і вагою близько 100 кілограм може бути встановлена ​​на будь-якій стіні або даху житлового будинку. Зазвичай, висота терасних дахів – 10 метрів, а вітер у країні майже завжди Південно-Західний. Цих умов достатньо, щоб правильно розмістити турбіну на даху, та ефективно використати енергію вітру.

Дві проблеми звичайних вітрогенераторів вирішені тут: шум звичайних лопатевих турбін та дорожнеча установки громіздкого обладнання. У звичайних генераторах вітряні витрати на установку часто не окупаються. Рівень шуму турбіни Liam близько 45дБ, а це навіть тихіше за шум дощу (шум дощу в лісі - 50дБ).

За формою нагадує панцир равлики, турбіна подібно до флюгера розгортається за вітром, захоплюючи повітряний потік, знижуючи його швидкість, і змінюючи напрямок. Директор компанії Марінус Міремета стверджує, що ефективність новаторської турбіни досягає 80% від максимально доступної теоретично у вітровій енергетиці ефективності. І цього вже цілком достатньо.

У Нідерландах середня сім'я споживає 3300 кВт-год електричної енергії за рік. За даними розробників, половину цієї енергії може забезпечити одна турбіна Liam F1 за швидкості вітру не менше 4,5 м/с.

Можна розмістити три такі турбіни у вершинах трикутника на даху будинку, тоді кожна з турбін буде забезпечена вітром і вони не заважатимуть один одному, а навпаки стануть допомагати один одному.

Якщо йдеться про встановлення в місті, де мають місце турбулентні потоки, то виробник пропонує трохи піднімати вітрогенератори, що встановлюються на міських дахах, кріплячи їх на жердині, щоб стіни сусідніх будинків не заважали вітряним потокам.

Передбачувана вартість нової турбіни разом із установкою складає 3999 євро. Оскільки пристрій має розмір більше одного метра, може знадобитися особлива ліцензія на його використання, тому, на крайній випадок, фірмою виробляються і турбіни mini-Liam, діаметр яких 0,75 метра.

Виробники планують застосовувати свої турбіни не лише для електропостачання житлових та промислових будівель, а й для електропостачання морських суден.

Як бачимо, цікавих альтернатив у виробників вітрогенераторів достатньо.

Розвинені країни давно зробили ставку на поновлювані джерела енергії, зокрема вітроенергетику. У результаті сумарна потужність всіх працюючих у світі атомних електростанцій становить трохи більше 400 тис. МВт, а сумарна потужність вітрових станцій перевищила 500 тис. МВт! Втім, у країнах, де приділяється увага вітроенергетиці, немає ні Газпрому, ні РАТ ЄЕС. Як і підсаджування на нафтову голку… Але не будемо про наболіле.

Отже, у вільних від всевладдя монополій та кланової системи країнах переважають вітрогенератори пропелерного типу з горизонтальною віссю обертання. Такі генератори вимагають потужних опорних веж із дорогими фундаментами, що збільшує терміни окупності. До того ж такі агрегати є потужними низькочастотними джерелами шуму. Обертається пропелерний «вітряк» зі швидкістю всього 15-30 оборотів на хвилину, а після редуктора обороти збільшується до 1500, в результаті з такою ж швидкістю обертається і вал генератора, який виробляє електроенергію. Ця класична схема має суттєві недоліки: редуктор – складний і дорогий механізм (до 20% вартості всього вітрогенератора), вимагає сезонної заміни і дуже швидко зношується (див. ).

Актуальність розробки вітряної турбіни

Ці обставини обмежують коло покупців та змушує шукати альтернативу традиційним вітряним електрогенераторам. Вертикально-осьові вітряні турбіни стали сучасним трендом. Вони безшумні і не вимагають великих капітальних витрат, простіше і дешевше в обслуговуванні, ніж горизонтально-осьові турбіни. Вітряні генератори з горизонтальною віссю переводяться в захисний режим (авторотації) при граничній швидкості вітру, перевищення якої може призвести до руйнування конструкції. У такому режимі пропелер від'єднаний від мультиплікатора та генератора, електроенергія не виробляється. А ротори з вертикальною віссю відчувають значно меншу механічну напругу при рівній швидкості вітру, ніж ротори з горизонтальною віссю. До того ж останні вимагають дорогих систем орієнтації у напрямку вітру.

До останнього часу вважалося, що для VAWT неможливо отримати коефіцієнт швидкохідності (відношення максимальної лінійної швидкості лопат до швидкості вітру) більше одиниці. Ця надмірно широко трактована передумова, правильна тільки для роторів окремих типів, призвела до хибних висновків про те, що граничний коефіцієнт використання енергії вітру у вертикально-осьових ВЕУ нижче, ніж у горизонтально-осьових пропелерних, через що цей тип ВЕУ майже 40 років взагалі не розроблявся. І лише в 60-х-70-х роках спочатку канадськими, а потім американськими та англійськими фахівцями було експериментально доведено, що ці висновки не застосовуються до роторів Дар'ї, які використовують підйомну силу лопатей. Для цих роторів зазначене максимальне відношення лінійної швидкості робочих органів до швидкості вітру досягає 6:1 і вище, а коефіцієнт використання енергії вітру не нижче, ніж горизонтально-осьових (пропелерного типу). Немаловажну роль відіграє і та обставина, що обсяг теоретичних досліджень аеродинаміки вертикально-осьових роторів та досвід розробки та експлуатації вітрогенераторів на їх основі набагато менше, ніж для горизонтально-осьових роторів.

Створено відмінну від інших вітряну турбіну вертикально-осьового типу (міжнародне позначення VAWT), коефіцієнт використання енергії вітру якої не поступається кращим світовим вітрогенераторам з горизонтальною віссю обертання. Інноваційний багатоплановий підхід до конструкції вертикальних вітрогенераторів заснований серед іншого і на використанні низько міцного ротора, на периферії якого закріплено безліч вітрил-крил.

Ротор забезпечений опорними стійками колісних шасі, що дозволяє йому обертатися навколо нерухомої осі зі стійкою часом на фундамент за рахунок коліс шасі. Безліч вітрил-крил створюють рахунок аеродинамічних сил великий обертальний момент. Що робить цю конструкцію рекордною за питомою потужністю. Діаметр ротора може становити 10 метрів. При цьому на такому роторі можливе встановлення крил площею понад 200 квадратних метрів, що дозволить генерувати до ста кіловат електроенергії.

Розміри та вага агрегатів

При цьому вага таких агрегатів настільки мала, що його можна встановлювати на дахах будівель і забезпечувати їх за рахунок цього автономним електропостачанням. Або можливо забезпечити електроенергією об'єкт у горах, куди не прокладена лінія електропередачі. Збільшення потужності до скільки завгодно великої величини можна досягти тиражуванням таких агрегатів. Тобто ставлячи багато однотипних установок, досягаємо потрібної потужності.

Технічна ефективність

Щодо технічної ефективності. Наш прототип при висоті лопатей 800мм та поперечному габариті 800 мм при швидкості вітру 11 м/с розвинув механічну потужність 225 Вт (при 75 оборотах за хвилину). При цьому він відстояв від поверхні землі на висоті менш як метр. За даними ресурсу http://www.rktp-trade.ru порівнянну потужність (300 Вт) розвиває п'ятилопатевий вертикальний вітряк, встановлений на шестиметровій щоглі, причому він має п'ять 1200 мм лопатей, встановлених на габаритному діаметрі 2000 мм. Тобто, якщо прийняти обметувані вітром площі порівнюваних вітряків рівними, то вийде, що прототип енергоефективніший за відомий вітряк у 2,5...3 рази, з урахуванням того, що у землі вітер слабший через близькість до граничної поверхні і має виражений турбулентний характер.

Виходячи з цього, знаючи, що описаний аналог має коефіцієнт використання енергії вітру (КІЕВ) рівний 0,2, можна оцінити КІЕВ прототипу як 0,48, що набагато вище, ніж у VAWT типу «Савоніус» і «Дар'є» і відповідає найкращим світовим зразків горизонтально-осьових вітрогенераторів. При цьому матеріаломісткість і собівартість у прототипу набагато нижча, ніж у пропелерних щоглинкових вітряків, що мають механізми орієнтації на вітер і високо розташовану гондолу з дорогим редуктором планетарного типу, що підвищує.

Порівняльна оцінка ефективності роторів вітрових турбін різних типів- Таблиця 1.

Тип ротора	Розташування осі обертання	Коефіцієнт використання енергії вітру (КІЕВ)	Джерело	Прімечання
Ротор Савоніуса	Вертикальне	0,17		Розроблено близько вісімдесяти років тому, схема – рис. 7 (д) на стор.17 згаданого джерела
Ротор Н-Дар'є з широко рознесеними лопатями	Вертикальне	0,38	ТР.А. Янсон. Вітроустановки. За редакцією М.Ж. Осипова. М: Видавництво МДТУ ім. н.е. Баумана, 2007р., стор.23, рис.13	Розроблено близько століття тому, схема – рис. 7(а) на стор.17 згаданого джерела
Багатолопатеві опори	Вертикальне	0,2	Там же, а також конкретний комерційний продукт на сайті http://www.rktp-trade.ru	До цього типу належить і ротор Болотова.
Двоплесні пропелерні	Горизонтальне	0,42	Р.А. Янсон. Вітроустановки. За редакцією М.Ж. Осипова. М.: Видавництво МДТУ ім. н.е. Баумана, 2007р., стор.23, рис.13	Найпоширеніший у світі тип вітродвигунів на сьогодні
Ротор нашої турбіни (формально Н-Дар'є, але із щільно зімкнутими лопатями, на яких встановлені похилі антикрила та горизонтальна крильчатка)	Вертикальне	0,48…0,5	Натурні виміри швидкості вітру анемометром, крутного моменту ротора динамометром, обертів ротора тахометром

Переваги вертикально-осьової вітряної турбіни VAWT

• Апарат обертається в ту саму сторону при будь-якому напрямку вітру. У той час як гондоли горизонтальних вітрогенераторів потрібно орієнтувати за вітром, що подорожчає конструкцію та знижує ресурс рухомих частин механізму повороту.
• Генерація електроенергії VAWT починається при швидкості вітру від 5 м/с.
• Турбіна має високу аеродинамічну якість лопатей та інноваційну архітектуру, що дозволяє досягти коефіцієнта використання енергії вітру не менше 47%.
• Турбіна не потребує обслуговування генератора (кільцевий плоский лінійний без щіток і підшипників).
• Нарощування потужності досягається шляхом встановлення додаткових модулів.
• VAWT не має обмежень при встановленні поблизу житла, не створює неприпустимого електромагнітного та акустичного випромінювання. Це дозволяє встановлювати турбіни в межах населених пунктів, у тому числі на дахах багатоповерхових будівель без шкоди ландшафтним видам.
• VAWT абсолютно нешкідлива, може встановлюватися по дорозі міграції перелітних птахів.
• Турбіна стійка до сильного вітру, здатна витримати ураганний вітер. Це досягається механізмом автоматичної зміни кутів атаки вертикальних лопатей турбіни (малюнки наведені вище).
• VAWT має легкі та прості складові частини, зручні при транспортуванні та монтажі.
• Турбіна захищена від впливу блискавок.

На сьогодні виконано повнорозмірну 3-d модель механічної частини турбіни (з висотою вертикальних лопатей 8м), а також виконані робочі креслення деталей та вузлів ротора та вузла його обертання. Креслення на електрогенератор та лопаті проробляються з урахуванням максимальної відповідності критерію «ціна – якість».

Проект передбачає конструювання, виготовлення та випробування повнорозмірного зразка VAWT (висота вертикальних лопатей 8м). Після цього планується організувати промислове виробництво таких установок після налагодження пілотного зразка з оснащенням такими установками неелектрифікованих районів у сільській місцевості та будівель у містах.

Області застосування інноваційного вітрогенератора, в принципі, те саме, що й у аналогів. Тобто це вироблення електроенергії у місцях відсутності стаціонарних її джерел, і навіть там, де використання інших засобів отримання електроенергії економічно нерентабельно. Зокрема, це об'єкти спецпризначення, що потребують автономного енергозабезпечення, наприклад, маяки та радіомаяки, прикордонні застави та прикордонні пости, автоматизовані метеорологічні та аеронавігаційні пости.

Вітряні турбіни як джерело електроенергії використовуються вже не одне десятиліття. Вперше подібні конструкції людина почала експлуатувати, коли приборкала силу природи і стала зводити млини. Сьогодні для виробництва електроенергії використовують вітрогенератори турбінного типу вже третього покоління. Причому самі конструкції набувають останнім часом все більш незвичайних форм.

Сучасна вітряна турбіна складається з наступних елементів:

1. Анемометр. Він відповідає за вимірювання швидкості вітру та передає відповідну інформацію контролеру турбінного вітрогенератора.
2. Лопаті. Вітер, потрапляючи на ці елементи, змушує їх обертатися. В результаті наводиться турбіна, яка виробляє електроенергію.
3. Гальмо. Він доповнюється механічним, гідравлічним та іншими приводами. Гальмівна система у вітровій турбіні необхідна для зупинки ротора у разі критичних ситуацій.
4. Контролер. Відповідає за керування всією установкою. Він автоматично запускає вітряні турбіни і зупиняє їх хід.
5. Індукційний генератор. Пристрій генерує електроенергію. Воно доповнюється високошвидкісним валом.
6. Гондола. Вона знаходиться у верхній частині вітряної турбіни. У корпусі гондоли ховається більшість елементів конструкції установки, включаючи гальмо та контролер.

Залежно від типу конструкції вітряна турбіна може доповнюватись іншими елементами. Зокрема, сучасні установки оснащуються обтічником, який уловлює вітер та посилює потужність останнього.

Переваги турбін

Вітряна турбіна сучасного типу має наступні переваги в порівнянні зі своїми попередниками:

1. Здатна працювати за високої швидкості вітру. Турбіни сучасного типу функціонують, коли вітрові потоки рухаються із перевищенням критичних показників (25–60 м/сек).
2. Не створює інфразвукових хвиль. Цим недоліком мали вітротурбіни попередніх поколінь.
3. Простий монтаж. Основу конструкції виробляють ще на виробництві. На місці встановлюються окремі елементи та монтується гондола на щоглу.
4. Використання інноваційних матеріалів. Вони не тільки підвищують термін експлуатації установки, та й забезпечують легкість монтажу.

Вітрові установки в основному монтуються вздовж морського та океанського узбережжя або безпосередньо на воді. Такий підхід дозволяє досягти практично цілорічної роботи турбіни.

Сучасні розробки

До недоліків, якими володіють лопатеві установки, відносять наступне:

• вони порушують природний тепловий баланс;
• щодо низький ККД, що не перевищує 30%;
• займають велику площу;
• становлять небезпеку для птахів.

Зазначені недоліки змушують розробників у всьому світі шукати нові технологічні рішення, що дозволяють отримувати вітрову енергію. Серед останніх досягнень можна виділити:

1. Парячу турбіну.

Конструктивно вона нагадує повітряну кулю, наповнену гелієм. Усередині на горизонтальній осі встановлена ​​турбіна з трьома лопатями. Така система сьогодні експлуатується на Алясці. Паряча турбіна розташовується на висоті, яка недоступна для сучасних вітрових установок. Така система здатна функціонувати практично в автономному режимі (участь персоналу зведена до мінімуму).

2. Вертикальні турбіни.

Їхні лопаті повторюють розташування плавників у риб. За рахунок такої конструкції турбіни здатні виробляти достатньо електроенергії, перебуваючи при цьому на близькій відстані один від одного. Довжина вертикальних установок становить 9 м. Для ефективної роботи системи необхідний монтаж як мінімум двох близьких турбін. Згідно з попередніми дослідженнями, новий тип установок у порівнянні з лопатевими аналогами виробляє в 10 разів більше електроенергії, займаючи рівну площу.

3. Вуглецеві «стебла».

В ОАЕ реалізується новий проект із генерації чистої електроенергії. Він передбачає монтаж 1203 вуглецевих «стебел» на 20-метровій основі. Висота даної конструкції становить 55 м. Кожен окремий елемент системи знаходиться на відстані 10 м один від одного.

Товщина окремого стебла в основі дорівнює 30 м. Усередині них розташовуються шари, що складаються з електродів, що чергуються між собою, і п'єзоелектричного матеріалу. Під тиском останній генерує електрику. Енергія виникає у момент, коли стебла гойдаються на вітрі. Дана система забезпечує вироблення тієї ж кількості електроенергії, що й інші вітрові установки, що займають рівну площу.

Щось схоже створили туніські вчені. Їхня система відрізняється від вуглецевих «стебел», що використовуються в ОАЕ, тим, що в її верхній частині розташовується безшумний генератор, що нагадує супутникову тарілку.

У Голландії запропонували встановлювати на кожен будинок невелику конструкцію, здатну під впливом сили вітру генерувати електрику. Цей вітрогенератор має турбіну, що повторює форму панцира равлика. Вона, захоплюючи потік вітру, розвертається та змінює напрямок його руху. Продуктивність такого вітрогенератора досягає 80% теоретичних показників, які потенційно можуть демонструвати подібні установки.

Останніми роками виникли розробки, призначені для монтажу на плавальних судах. В цілому, кількість систем, здатних замінити собою лопатеві вітрогенератори, постійно збільшується. Можливо, у майбутньому вони зможуть вирішити всі завдання, які стоять перед вітряною енергетикою.

Даний спосіб отримання енергії не впливає на навколишнє середовище, а також у процесі не може виникнути техногенної аварії. Кінетичні властивості вітру доступні у будь-якому куточку земної кулі, тому обладнання можна встановлювати всюди. До 2005 року потужність сукупної енергією вітру становила 59 тис. мегават. І за весь рік виріс на 24%. Вітрогенератор, якщо говорити науковим шляхом, переробляє кінетичну енергію в механічну.


Зрозумілою мовою, за допомогою цього агрегату енергія повітряного потоку переробляється в електрику, яку можна використовувати в населених та промислових пунктах, віддалених від центральної енергомережі. Він має досить простий механізм роботи: вітер крутить ротор, який виробляє струм і своєю чергою передається через контролер на акумулятори. Інвертор перетворює напругу на контактах акумулятора на придатну для використання.

Конструкція та технічні характеристики вітроенергетичної установки

Технічні дослідження довели, що атмосферні циклони набагато потужніші за наземні, тому необхідно вище встановлювати генеруючий пристрій. Щоб отримати енергію висотних вітрів, потрібна певна технологія.

Її можна отримати за допомогою сукупності турбін та повітряних зміїв. Електростанції, що знаходяться на поверхні землі або морському шельфі, отримують поверхневий потік. Вивчаючи технологічний процес виробництва двох типів станцій, експерти дійшли колосальної різниці в ефективності. Наземні турбіни зможуть зробити понад 400 ТВт, а висотні – 1800 ТВт.

Загалом вітрогенератори поділяють на домашні та промислові. Останні встановлюватися на великих корпоративних об'єктах, оскільки мають велику потужність, іноді навіть об'єднують у мережу, що у результаті становить цілу електростанцію. Особливістю таких способів вироблення електрики є повна відсутність як самої сировини для переробки, так і відходів. Все, що потрібно для активного функціонування електростанції - потужні пориви вітру.
Карта вітрів по регіонах та середньорічна швидкість.

Потужність може досягати 7,5 мегават.

Роторні слід монтувати в місцях, де швидкість вітру більше 4 м/с. Відстань від щогли до найближчих будівель або високих дерев має становити не менше 15 метрів, а відстань від нижнього краю вітроколеса до найближчих гілок дерев і будов, мабуть, не менше 2 метрів. Потрібно відзначити, що конструкцію та висоту щогли кожен розраховує індивідуально, залежно від місцевих природних умов, наявності перешкод та швидкості повітряного потоку.

Установка і горизонтальних, і вертикальних вітрогенераторів провадиться на фундамент. Щоглу кріплять на анкерні болти. Перед встановленням щогли фундамент витримують місяць, це потрібно, щоб бетон сів і набрав міцність. В обов'язковому порядку комплектуються системою грозового захисту, тому можуть надійно забезпечити ваш будинок електрикою навіть у дощову погоду.

Найновіші технології розробників компанії NASA спрямовані на генеруючі пристрої повітряного змія. Це збільшить коефіцієнт корисної дії до 90%. Так як на землі буде розташований генератор, а в повітрі прилад, який уловлює атмосферні пориви. Наразі тестується система польоту повітряного приладу, максимальна дальність 610 метрів, а розмах крила приблизно 3 метри. Обертальна фаза кулі споживатиме менше ресурсів, а турбінні лопаті стануть швидше рухатися. Конструктори припускають, що таку інженерію можна впроваджувати у космосі, наприклад, на Марсі.

Змії - електрогенератори

Як бачимо, майбутня перспектива є досить оптимістичною, залишилося лише дочекатися, коли це все втілиться в життя. Не тільки космічне агентство пропонує інноваційні методи, але безліч компаній має плани на розміщення таких конструкцій на потрібних географічних ділянках Землі. Деякі з них досягли приголомшливого прогресу та їх дітища вже експлуатуються.

Чого тільки варті вежі – близнюки у Бахрейні, де дві гігантські будівлі як одна електростанція. Висота сягає 240 метрів. За рік такий проект виробляє 1130 МВт. Прикладів можна наводити дуже багато, суть у тому, що з кожним роком зростає кількість зацікавлених компаній для участі у розвитку індустрії.

Схема розподілу енергії: 1 – вітрогенератор; 2 – контролер заряду; 3 – акумулятор; 4 – інвертор; 5 – розподільча система; 6 – мережа; 7 – споживач.

Альтернативна вітроенергетика СНД

Звичайно, вітроенергетика країн СНД відстає від передових держав. Це пояснюється багатьма причинами, насамперед економічними. Урядові відомства розробляють програми, запроваджуються «зелені тарифи», які б розвивати галузь.

Для цього є величезний потенціал, але перешкод для реалізації досить багато. Наприклад, Білорусь зовсім недавно почала розвиватися в цьому напрямі, але головною проблемою республіки є відсутність власного виробництва, доводиться замовляти обладнання в країнах – партнерах. Говорячи про Росію, це виробництво перебуває в «замороженому» стані, оскільки базовими джерелами є: вода, вугілля та атом. Як наслідок, 64 місце у рейтингу виробництва електрики. Для Казахстану сприятливе географічне розташування має сприяти, проте технічна база дуже застаріла та потребує капітальної модернізації.

Розвиток вітрової енергії у північній Європі

Норвегія розташована на Скандинавському півострові, більшість території омивається морем, де дмуть сильні північні вітри. Можливості одержання електрики безмежні. У 2014 році було введено в експлуатацію парк проектною потужністю 200 мегават. Такий комплекс забезпечить 40 тисяч житлових будинків. Не слід забувати, що Норвегія та Данія тісно співпрацюють на енергетичному ринку. Данія - це світовий лідер у галузі офшорної енергетики.

Більшість електростанцій розташовані у морі, понад 35% електроенергії виробляється такими комплексами. Не маючи атомних станцій, Данія легко забезпечує себе та Європу електрикою. Грамотне використання альтернативних джерел дозволило досягти такого прогресу.

Комплектація вітряків

Вертикальний, як правило, складається з таких деталей:

• турбіна
• хвіст
• орієнтуючий проти потоку ротор
• щогла з розтяжками
• генератор
• акумулятори
• інвертор
• контролер заряду акумулятора

Лопаті вітрогенератора

Окремо хотілося б торкнутися теми лопатей, від їх кількості та матеріалу, з якого вони виготовлені, безпосередньо залежить ефективність роботи установки. Виходячи з їх кількості, вони бувають одно-двох-трьох і багатолопатеві. Останні характеризуються числом лопатей більше п'яти, вони мають велику інерцію і ККД, рахунок чого можна використовувати роботи водяних насосів. На сьогоднішній день вже розроблений досить ефективний у роботі, здатний ловити потоки повітря без лопатей. Він працює за принципом вітрильника, він ловить пориви повітря, через що рухаються поршні, що розміщуються у верхній частині, одразу за тарілкою.

За матеріалами, з яких зроблені лопаті в установках, розрізняють жорсткі та вітрильні конструкції. Вітрильні є більш дешевим варіантом зі склопластику або металу, але під час активної роботи вони дуже часто ламаються.

Додаткові елементи вітряка

Деякі з сучасних моделей мають модуль підключення джерела постійного струму для роботи сонячних батарей. Іноді система вертикального вітряка доповнюється незвичайними елементами, наприклад, магнітами. Дуже великою популярністю користується з феритових магнітів. Ці елементи здатні прискорити обороти ротора, відповідно підвищити потужність генератора і ККД.

Саме таким чином видобуваються підвищення експлуатаційних характеристик на власноручному збиранні, наприклад, зі старого автомобільного автогенератора. Потрібно відзначити принцип вітроелектростанції з феритових магнітів - він дозволяє обійтися без редуктора, а це мінімізує шум і в кілька разів збільшує надійність.

Вертикально осьовий Ротор Дар'ї. Особливості ротора

У нових конструкціях вертикальних вітряків використовують Ротор Дар'є, він має вдвічі вищий коефіцієнт переробки вітрового потоку, ніж усі відомі досі установки такого типу. Вертикально осьові з ротором Дар'ї доцільно встановлювати устаткування насосних станцій, де потрібен потужний момент осі обертання при видобутку води з колодязів і свердловин за умов степу.

Ротор Савоніуса новинка вертикальних генераторів

Російські вчені винайшли вертикальний генератор нового покоління, який працює на роторі Вороніних-Савоніуса. Він являє собою два напівциліндри на вертикальній осі обертання. На будь-якому напрямі і шквалах, “вітер” на основі ротора Савоніуса, повноцінно обертатиметься навколо своєї осі та вироблятиме енергію.

Головним мінусом його є низьке використання вітрової сили, тому що лопаті-напівциліндри функціонують тільки в чверть обороту, а решту свого кола обертання він гальмує своїм рухом. Про те, який ротор ви виберете, також залежатиме довгостроковість експлуатації об'єкта. Наприклад, вітряки з гелікоїдним можуть рівномірно обертатися завдяки закрутці лопатей. Цей момент зменшує навантаження на підшипник та збільшує тривалість служби.

Вітрогенератор з різною потужністю

Пристрій млина потрібно вибрати в залежності від того, яка потужність повинна бути у нього на виході. Потужність до 300 Вт є одним із найпростіших типів обладнання. Такі моделі легко розміщуються в багажнику автомобіля, і можуть бути встановлені одним працівником за лічені хвилини. Він дуже швидко ловить попутний потік повітря та забезпечують зарядку мобільних пристроїв, освітлення та можливість перегляду телевізора.

5 кВт є оптимальним варіантом для невеликого заміського будинку. Потужністю 5-10 кВт він може повноцінно функціонувати на невеликих швидкостях вітру, тому мають ширшу географію для своєї установки.

Плюси та переваги використання

Якщо розглядати плюси, тоді насамперед хотілося б зазначити, що він дає умовно безкоштовну електроенергію, яка нині коштує недешево. Щоб забезпечити невеликий будинок електрикою, доведеться платити величезні рахунки. Важливо односучасні вітряки добре сумісні з альтернативними джерелами. Наприклад, вони можуть працювати в комплексі з дизельними генераторами, створюючи єдиний замкнутий цикл.

• Ефективність залежить від вибору простору, де вона буде розміщена
• Низькі енерговтрати в момент транспортування, тому що споживач може знаходитись на близькій відстані від джерела
• Екологічно чисте виробництво
• Легке управління, немає потреби постійно навчати персонал
• Довге використання комплектуючих, не потрібно частої заміни

Оптимальним швидкісним потоком вважається рівень 5 – 7 м/с. Місць для досягнення такого показника дуже багато. Дуже часто вітряну ферму використовують у відкритому морі з відривом 15 км. від берега. Щороку рівень видобутку енергії підвищується на 20%. Якщо розглядати подальші перспективи, у цьому ключі природний ресурс нескінченний, чого не скажеш про нафту, газ, вугілля тощо. Також не варто скидати з рахунків безпеку такої промисловості. Техногенні катастрофи, пов'язані з атомом, викликають страх перед усім людством.

Перед очима стоїть жахлива картина атомного реактора, що вибухнув, на Чорнобильській АЕС у 1986 році. А аварію на Фукусімі охарактеризували як дежавю Чорнобиля. Деструктивні наслідки для всього живого після таких ситуацій змушують багато країн відмовлятися від розщеплення атома та шукати альтернативні методи виробництва кВт.

Якось заплативши певну суму, можна кілька років користуватися безкоштовною електрикою. Безперечний плюс також у тому, що є можливість купувати вже вживані, а це дозволяє заощадити ще більше.

Мінуси та недоліки

Незважаючи на всі позитивні якості ВЕС, також мають місце негативні сторони. У більшості випадків недоліки схожі на пропаганду і носять суперечливий характер. Розглянемо тиражовані у всіх ТБ передачах, газетних статтях та інтернет ресурсах:

• Першим із недоліків є те, що людина не навчилася контролювати природні явища, тому передбачити, як працюватиме генератор того чи іншого дня, неможливо
• Ще одним мінусом вітряків є акумулятори. Вони мають відносну довговічність і внаслідок їх обов'язково міняти через кожні 15 років.
• Фінансові інвестиції потребують великих витрат. Насправді нові технології мають тенденцію до зниження
• Залежність сили горизонтального повітряного потоку. Цей мінус більш адекватний, адже не можна вплинути на силу вихору.
• Негативна дія на середовище шумовим ефектом. Як показали останні вивчення з цього питання - немає ґрунтовних причин так стверджувати
• Знищення птахів, які потрапляють у лопаті. Відповідно до статистичного аналізу ймовірність зіткнення рівносильна з ЛЕП
• Спотворення прийому сигналу. За оцінками дуже малоймовірна, тим більше безліч станцій знаходиться поблизу аеропортів.
• Вони спотворюють ландшафт(непідтверджено)

Це лише мала частина міфів – страшилок, якими намагаються налякати людей. Це привід і не більше, адже на практиці робота ВЕС потужністю 1 МВт дозволяє заощадити за 20 років приблизно 29 тис. тонн вугілля або 92 тис. барелів нафти. Провідні країни рекордними темпами опановують альтернативне джерело, відмовляючись від атомного комплексу. Німеччина, США, Канада, Китай, Іспанія активно встановлюють обладнання своїх місцевостях.

Також потрібно нагадати, що деякі типи установок створюють сильні шуми. Чим більша потужність установки, тим сильніше від нього виходитиме шум. Монтувати необхідно на відстані, де рівень шуму станції не перевищить 40 децибел. В іншому випадку, у вас постійно болітиме голова. Також вони створюють перешкоди у роботі телевізора та радіомовлення.

Вертикальні та сонячні вітрогенератори, конструкція та ККД, гібриди нового покоління.

Вертикальний нового покоління, як згадувалося вище, може відрізнятися за типом своїх лопатей. Яскравим прикладом є гіперболоїдний вітрогенератор, в якому турбіна має гіперболоїдну форму і істотно перевершує крильчастий вітряк з вертикальною віссю обертання. Наприклад, функціональна його зона 7...8% площі, а гіперболоїдний має робочу зону 65...70%. На базі таких турбін у США поєднали два альтернативні джерела вітер і сонце. Компанія WindStream Technologies випустила на ринок накривну гібридну енергосистему SolarMill («Сонячний Млин») потужністю 1, 2 кВт.

Вітрогенератор Болотова та його незалежність від погодних умов

Останнім часом дуже багато уваги почало приділятися малим установкам. Одним із найвдаліших є варіант вітряка Болотова. Він є електростанцією з вертикально розміщеним валом генератора.

Особливістю обладнання -його необов'язково пристосовувати до різних погодних умов. Генератор Болотова здатний приймати потік з усіх боків без відповідних опцій та необхідності розвороту установки в іншому напрямку. Роторний здатний форсувати потік, що поступає, завдяки чому може повноцінно функціонувати при вітрі будь-якої потужності, включаючи штормовий.

Ще однією перевагою цього виду є зручне розташування в них генератора, електричної схеми та акумуляторів. Вони знаходяться на землі, тому технічне обслуговування обладнання дуже зручно.

Однолопатевий на щоглі

Інноваційною розробкою, прийнято вважати однолопатевою, головною його перевагою є висока частота та швидкість обертів. Саме в них замість оптимальної кількості лопатей вбудовано противагу, яка мало впливає на опір руху повітря.

Вітряк Оніпко

Продовжуючи обговорювати незвичайні варіанти гвинтів, неможливо не згадати вітряк Оніпко, який відрізняється конусоподібними лопатями. Головним плюсом цих установок є здатність отримання і перетворення в кВт при швидкості потоку 0,1 м/с. Лопатеві, на відміну, починають обороти на швидкості 3 м/с. Оніпко безшумний і повністю безпечний для довкілля. Він не знайшов масового поширення, але як кажуть результати досліджень, він стане чудовим варіантом для великих виробничих об'єктів, що шукають альтернативні джерела, оскільки має велику потужність.

У вигляді панцира равлики.
Інноваційним проривом вважають винахід компанії Archimedes, яка перебуває у Нідерландах. Вона запропонувала до уваги громадськості конструкцію безшумного типу, який можна встановлювати прямо на даху багатоповерхової будівлі. Згідно з дослідженнями, агрегат може працювати в комплексі із сонячними батареями та звести до нуля залежність будівлі від зовнішньої енергомережі. Нові генератори звуться Liam F1. Обладнання має вигляд невеликої турбіни, діаметр якої 1,5 метра, і вага 100 кілограм.

За своєю формою установка нагадує панцир равлика. Турбіна розвертається за напрямом захоплюючи повітряний потік. Агустін Отегу винахідник всесвітньо відомої спіралеподібної турбіни Nano Skin, бачить майбутнє людства не в величезних сонячних батареях та турбінах з великим розмахом гвинтів. Він рекомендує монтувати їх у зовнішніх частинах будівель. Турбіни почнуть обертатися вітром і створять енергію, яка передаватиметься безпосередньо в мережу будівлі.

Вітрильний найшвидший «ловець» потоку

Альтернативою лопатевого є вітрильний. Попутний вітер у лопаті вловлює дуже швидко і миттєво під нього підлаштовується в результаті той може працювати на всіх швидкостях від найменших до бурових. Цей тип обладнання зовсім не створює шумів та радіоперешкод, він простий в експлуатації та транспортуванні і це є важливим фактором.

Незвичайні пристрої, вітроенегетика та її проекти

На стадії розробки перебуває ще безліч конструкцій незвичайного типу. Серед них особливим інтересом користуються:

• Sheerwind нагадує своїм зовнішнім виглядом музичний інструмент
• вітрогенератори від компанії ТАК, що нагадують вуличні ліхтарі на самозабезпеченні
• вітряки на мостах у вигляді пішохідного переходу
• вітряна гойдалка, яка приймає потоки повітря з усіх боків
• "вітряні лінзи" діаметром 112 метрів
• плавучі вітряки від корпорації FLOATGEN
• розробка компанії Tyer Wind – вітрогенератор, що імітує лопатями помах крил колібрі
• у вигляді реального будинку, де можна жити від компанії TAMEER. Аналогом цієї розробки є Anara Tower у Дубаї

Незабаром будуть встановлені перші у світі установки, здатні працювати без вітру. Представить до уваги людства їхня німецька компанія Max Bögl Wind AG. Вони будуть складатися з турбін заввишки 178 метрів. Виконуватимуть також роль резервуарів з водою. Принцип роботи системи досить простий, коли є вітер обладнання працюватиме на кшталт вітрогенератора, а коли погода не вітряна, в роботу пускатиметься гідротурбіни. Вони виробляють енергію з води, яка має спускатися з резервуарів униз пагорбом. Коли він знову з'являється, вода почне перекачуватись назад у резервуари. Цим самим вдасться забезпечити роботу електростанції у безперервному режимі.
Епоха "млинів", з якими боровся ще Дон Кіхот в оповіданні Сервантеса йде в далеке минуле. Сьогодні промислові об'єкти більше нагадують унікальні витвори мистецтва, ніж промислові установки.

Неймовірна ціна на Дирижабль в Altaeros Energies

З кожним днем ​​з'являється все більше ідей, що стосуються вироблення альтернативних джерел та однієї з найновіших, вважається дирижабль генератор. Лопатеві традиційні досить галасливі, а коефіцієнт використання вітрового потоку досягає 30%. Саме ці недоліки вирішили виправити Altaeros Energies, розробивши дирижабль. Цей інноваційний тип працюватиме на висотах до 600 метрів. Звичайні лопатеві вітроустановки до цієї межі висот не дістають, але саме тут найпотужніші вітри, які можуть забезпечити безперервну роботу генераторів. Обладнання є надувною конструкцією, яка виглядає чимось середнім між млином і дирижаблем. На ньому встановлена ​​трилопатева турбіна на горизонтальній осі.

Особливістю такої плаваючої вітроелектростанції її можна контролювати дистанційно, вона не вимагає додаткових витрат на технічне обслуговування і дуже проста в експлуатації. Як стверджують розробники, у перспективах ці установки будуть не лише джерелами електрики, а й зможуть проводити інтернет на віддалені ділянки земної кулі, що далекі від розвитку інфраструктури. Згідно з отриманими даними, можна стверджувати, що масове виробництво цієї енергетичної виробляючої установки стане величезним проривом у світі техніки. І запас потужності дирижабля вистачить на «двох».

Вітрогенератор «Літаючий Голландець» та інші літаючі установки.
Цей пристрій являє собою гібрид дирижабля та млина. Під час тестів дирижабль був піднятий на висоту 107 метрів і знаходився там якийсь час. Результати показали, що ці види установок здатні виробити вдвічі більше потужності, ніж звичайні установки, які встановлюють на висотних вежах.

Проект Wavestalk

Цікаво дізнатися, що для перетворення сили хвиль та океанічних течій на електрику було запропоновано альтернативний варіант проекту Windstalk – Wavestalk. Пристрій являє собою безлопатевий, вітрильний тип. За своєю формою він нагадує велику супутникову тарілку, яка під дією вітру робить нахили вперед-назад, створюючи цим коливання в гідравлічній системі.

У цій конструкції вітер запрягається в вітрило, це дозволяє перетворити великі обсяги кінетичної енергії.

Проект Windstalk

Щогла без лопат вже давно розглядається, як найвдаліший з варіантів альтернативних джерел для електрики. В Абудабі у місті Мансард вирішили збудувати електростанцію Windstalk. Вона являє собою сукупність стебел, армованих гумою, із шириною 30 см і до 5 см у верхній точці. Кожне таке стебло згідно з проектом містить шари електродів і керамічних дисків, які здатні виробляти електричний струм. Вітер хитаючи ці стебла, стискатиме диски, внаслідок чого вироблятиметься електричний струм. Жодного шуму та небезпеки для навколишнього середовища, подібні вітроустановки не створюють. Площа, яку займають стебла у проекті Windstalk, охоплює 2,6 гектара, а за потужністю набагато перевищує ідентичну кількість лопатевого типу, що можуть розташуватися на цій же території. На створення такої конструкції розробників наштовхнули очерети на болті, які поступово розгойдуються на вітрі.

Вітряк у вигляді дерева

Спостереження за природою, як відомо з вище наведеного прикладу, дуже надихає сучасних інженерів. Ще одним підтвердженням цьому, є ця конструкція, що нагадує форму дерева. Представила цю незвичайну концепцію представники компанії NewWind. Розробка отримала назву Arbre à Vent висота його становить три метри, а оснащений апарат 72-ма вертикальними міні-турбінами, що можуть працювати навіть на вітрі швидкість якого становить 7 км/год або 2 м/с. Вітряк у вигляді дерева працює дуже тихо, крім цього виглядає, досить реалістично, не псуючи своїм зовнішнім виглядом навколишній екстер'єр міста або заміської ділянки.

Найбільший ловець вітру

Найбільшим у світі прийнято вважати дітище компанії Enercon. Потужність енергоустановки складає 7,58 МВт. Висота несучої вежі може змінюватись в залежності від вимог споживача, у стандартному варіанті висота становить 135м, а розмах лопатей-126м. Загальна маса цієї конструкції становить величину близько 6000т.

Панцирні АКБ виготовляються за унікальною технологією, вважаються акумуляторами нового покоління та відрізняються покращеними властивостями. Великий експлуатаційний термін – від 800 до 2 тис. циклів зарядів-розрядів. Акумулятори залежать від температури навколишнього середовища. Зниження на 1 С призводить до зменшення ємності пристрою на 1%. Цей параметр АКБ у мороз -25 ºС буде наполовину меншим за його значення при +25 ºС.

На якому пристрої зупинитися і що необхідно враховувати під час вибору

Як видно, з перерахованих вище моделей, у світі постійно винаходять нові електроустановки, що можуть працювати на природних ресурсах. Кожен із них ви успішно можете використовувати у своїй заміській ділянці. Добре ознайомившись із принципом дії вітрових установок, ви можете спробувати самостійно змайструвати свою домашню станцію, яка стане відмінним аналогом центральної електромагістралі і, можливо, навіть здійснить прорив у світі електроніки.
Класична схема електростанції з використанням у ланцюзі контролера, акумуляторів та інвертора.

Правило підбору обладнання

• Кількість потужності в кВт щоб забезпечити ваш будинок енергією. Потужність треба брати із запасом. Прорахувати кількість акумуляторів для акумуляції у разі безвітряної погоди.
• Середньорічна швидкість повітряних потоків. Кліматичні особливості місця проживання. Монтаж себе не виправдовує в смузі, де стоять сильні морози, а також постійно йде дощ і сніг.
• Лопаті, а точніше їх кількість. Менше лопат - більше ККД. Інтенсивність шуму під час роботи установки. Переглянути огляди виробників вітрогенераторів, відгуки про них, а також технічні характеристики.