Ветроэнергетика. виды, устройство, использование ветрогенераторов. ветроэнергетические парки

Все ветряные генераторы могут быть классифицированы по нескольким принципам:

Оси вращения.
Количеству лопастей.
Материалу, из которого выполнены лопасти.
Шагу винта.

Классификация по оси вращения:

Горизонтальные.
Вертикальные.

Схема работы

Наибольшую популярность получили горизонтальные ветрогенераторы, ось вращения турбины которых расположена параллельно земле. Этот тип получил название «ветряной мельницы», лопасти которой вращаются против ветра. Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы.

Вертикальные ветрогенераторы гораздо менее эффективны. Лопасти такой турбины вращаются параллельно поверхности земли при любом направлении и силе ветра. Так как при любом направлении ветра половина лопастей ветроколеса всегда вращается против него, ветряк теряет половину своей мощности, что значительно снижает энергоэффективность установки. Однако ВЭУ такого типа проще в установке и обслуживании, поскольку ее редуктор и генератор размещаются на земле. Недостатками вертикального генератора являются: дорогостоящий монтаж, значительные эксплуатационные затраты, а также то, что для установки такой ВЭУ требуется немало места.

Ветрогенераторы горизонтального типа больше подходят для производства электроэнергии в промышленных масштабах, их используют в случае создания системы ветряных электростанций. Вертикальные часто применяют для потребностей небольших частных хозяйств.

Классификация по количеству лопастей:

Двухлопастные.
Трехлопастные.
Многолопастные (50 и более лопастей).

По количеству лопастей все установки делятся на двух- и трех- и многолопастные (50 и более лопастей). Для выработки необходимого количества электроэнергии требуется не факт вращения, а выход на необходимое количество оборотов.

Каждая лопасть (дополнительная) увеличивает общее сопротивление ветрового колеса, что делает выход на рабочие обороты генератора более сложным. Таким образом, многолопастные установки действительно начинают вращаться при меньших скоростях ветра, однако они применяются в том случае, когда имеет значение сам факт вращения, как, например, при перекачке воды. Для выработки электроэнергии ветрогенераторы с большим количеством лопастей практически не применяются. К тому же на них не рекомендуется установка редуктора, потому что это усложняет конструкцию, а также делает ее менее надежной.

Классификация по материалам лопастей:

Ветрогенераторы с жесткими лопастями.
Парусные ветрогенераторы.

Следует отметить, что парусные лопасти значительно проще в изготовлении, а потому менее затратны, нежели жесткие металлические или стеклопластиковые. Однако подобная экономия может обернуться непредвиденными расходами. Если диаметр ветроколеса составляет 3 м, то при оборотах генератора 400-600 об/мин кончик лопасти достигает скорости 500 км/ч. С учетом того обстоятельства, что в воздухе содержится песок и пыль, этот факт является серьезным испытанием даже для жестких лопастей, которые в условиях стабильной эксплуатации требуют ежегодной замены антикоррозийной пленки, нанесенной на концы лопастей. Если не обновлять антикоррозионную пленку, то жесткая лопасть постепенно начнет терять свои рабочие характеристики.

Лопасти парусного типа требуют замены не раз в год, а непосредственно после возникновения первого серьезного ветра. Поэтому автономное электроснабжение, требующее значительной надежности компонентов системы, не рассматривает применение лопастей парусного типа.

Классификация по шагу винта:

Фиксированный шаг винта.
Изменяемый шаг винта.

Безусловно, изменяемый шаг винта увеличивает диапазон эффективных рабочих скоростей ветрогенератора. Однако внедрение данного механизма ведет к усложнению лопастной конструкции, к увеличению веса ветрового колеса, а также снижает общую надежность ВЭУ. Следствием этого является необходимость усиления конструкции, что приводит к значительному удорожанию системы не только при приобретении, но и при эксплуатации.

Что брать во внимание, приступая к созданию лопасти для ветряного генератора?

Чем больше длина лопастей, тем медленней они вращаются, но при этом требуют для запуска ветра меньшей силы. Естественно, что и ветровое колесо будет вращаться небыстро.
Ветряное колесо легче запускается с большим количеством лопастей, их количество влияет на отзывчивость под воздействием потоков ветра. При этом понижается скорость вращения и мощность ветрогенератора. По этой причине не делают подобные устройства с 5-6 лопастями.
Шумность работы ветроколеса зависит от его диаметра и скорости вращения

Этот фактор требуется брать во внимание при подборе лопастей ветрогенератора, который планируется смонтировать не далеко от населенного пункта.
Чем выше будет расположено ветроколесо генератора тока, тем больше электрической энергии можно будет получить от него. Оптимальная высота в пределах от 6 до 15 метров

По этой причине ветроколеса домашних генераторов монтируются на крышах домов либо на высоком прочном шесте.

Возобновляемая, экологическая, «зеленая»

Возможно, не стоит напоминать, что все новое – это хорошо забытое старое. Силу течения реки и скорость ветра люди научились применять для получения механической энергии очень давно. Солнце нагревает нам воду и двигает автомобили, питает космические корабли. Колеса, установленные в руслах ручьев и небольших рек, подавали воду на поля еще в Средние века. Одна ветряная мельница могла обеспечить мукой несколько окрестных деревень.

В настоящий момент нас интересует простой вопрос: как обеспечить свое жилище дешевым светом и теплом, как сделать ветряк своими руками? 5 кВт-ной мощности или чуть менее, главное, чтобы можно было снабдить свое жилище током для работы электроприборов.

Интересно, что в мире существует классификация зданий по уровню ресурсоэффективности:

обычные, построенные до 1980-1995 гг.;
с низким и ультранизким уровнем энергопотребления – до 45-90 кВч на 1 кВ/м;
пассивные и энергонезависимые, получающие ток из возобновляющихся источников (например, установив ветрогенератор роторный (5 кВт) своими руками или систему солнечных панелей, можно решить эту задачу);
энергоактивные здания, вырабатывающие электричества больше, чем им требуется, получают деньги, отдавая ее через сеть другим потребителям.

Получается, что собственные, домашние мини-станции, установленные на крышах и во дворах, могут со временем составить своеобразную конкуренцию крупным поставщикам тока. Да и правительства разных стран всячески поощряют создание и активное использование альтернативных источников энергии.

Мощности промышленных станций

Мощность промышленных ветряных электростанций высокая. Она способна обеспечивать электричеством большие районы. К примеру, ветряная электростанция в Китае «Ганьсу» выдает мощность в 7965мВт.

Однако такую мощность выдают только самые крупные ветряные электростанции, в большинстве случаев установки имеют величину намного меньше таких показателей. Но объединенные в единую электростанцию конструкции способны работать на более высокой мощности, примерно 400мВт-500мВт.

Ветряные электростанции для дома выдают маленькие показатели мощности, поэтому они способны вырабатывать электричество только для определенного числа потребителей.

Производители ветровых установок

Ветровые установки производятся как за рубежом, так и отечественными организациями. Производятся ветровые электростанции разного ценового уровня: отличаясь по эффективности, комплектации и качеству материалов они имеют разброс цен от 18.000 рублей до 300.000 рублей. При выборе товара нужно учитывать следующие моменты:

• мощность (при более высокой паспортной мощности, вырастает и цена),

• возможность ремонта (некоторые ветровые установки не подлежат ремонту),

• комплектация (некоторые товары не снабжены мачтами или другими элементами),

• срок службы (более дешевые товары служат меньше по времени).

Китайские фирмы Sinovel, Ming Yang и Goldwind производят дешевые ветровые установки, а также товары среднего ценового сегмента. Более качественные устройства можно купить от европейских производителей Vestas, Gamesa, Enercon и Siemens. Также есть варианты от американского производителя GE Energy и от компании Suzion из Индии.

Также можно приобрести качественные ветровые установки от российских компаний РесурсПромАльянс (Челябинск), Строинжсервис (Рыбинск), Rkraft и Энерго-Экологические Системы НПП (Москва), ЛМП Ветроэнергетика (Хабаровск), Сапсан-Энергия и СКБ Искра (Москва), а также Ветро-Свет (С-Петербург).

Особенности конструкции

Основная особенность конструкции ВЭУ — наличие подвижного ротора, передающего вращающий момент на генератор. Этот узел является наиболее ответственным во всей конструкции, требующим качественного изготовления, прочности и устойчивости к нагрузкам.

Кроме того, помимо надежности, ротор должен достаточно чутко реагировать на контакт с ветровыми потоками и начинать вращение при относительно слабых значениях

Это особенно важно, если учитывать особенности климата России, где преобладают слабые и средние ветра. Способность стартовать при малых ветрах высоко ценится у ветрогенераторов, большинство разработок создано именно для увеличения чувствительности к малым потокам

Нестабильность и слабые скорости ветра являются основными причинами недостаточного развития ветроэнергетики в России. Расходы на альтернативные источники электроснабжения чаще всего выше, чем на традиционные методы, что объясняет малое присутствие ВЭУ. При этом, решение вопроса с помощью дизельных электростанций способствует отрицательному воздействию на окружающую среду в виде выбросов продуктов горения топлива.

Принцип работы ветровых генераторов

В самодельных или фирменных ветряных устройствах с вертикальной или горизонтальной осью вращения лопасти начинают двигаться в результате воздействия силы ветра. Основные элементы оборудования заставляют вращаться роторный узел посредством специального приводного агрегата. Наличие статорной обмотки способствует преобразованию механической энергии в электрический ток. Осевые винты обладают аэродинамическими особенностями, в результате чего обеспечивают быстрое прокручивание турбины агрегата.

Затем в роторных генераторах происходит преобразование силы вращения в электричество, собирающееся в аккумуляторе. По факту чем сильнее будет воздушный поток, тем быстрее прокручиваются лопасти агрегата, что способствует образованию энергии. Так как работа генераторного оборудования основывается на максимальном применении альтернативного источника, одна часть лопастей обладает более закругленной формой. А вторая — ровная. При прохождении потока воздуха по округлой части происходит образование вакуумного участка, это способствует засасыванию лопасти и уводит ее в сторону.

Это приводит к образованию энергии, воздействие которой приводит к раскручиванию лопастей при небольшом ветре.

При прокручивании происходит вращение оси винтов, которые подключены к роторному механизму. На этом устройстве располагаются двенадцать магнитных элементов, которые прокручиваются внутри. Это приводит к образованию переменного электрического тока с частотой, как в бытовых розетках. Полученную энергию можно не только вырабатывать, но и передавать на расстояния, однако ее нельзя аккумулировать.

Чтобы ее собирать, потребуется преобразование в постоянный ток, именно эту цель выполняет электроцепь, расположенная внутри турбины. Для получения большого объема электроэнергии осуществляется изготовление промышленного оборудования, ветровые парки обычно включают в себя десятки таких установок.

Принцип работы ветрогенератора дает возможность использовать агрегат в вариантах:

для автономного функционирования;
с солнечными батареями;
параллельно с резервным аккумулятором;
вместе с бензиновым либо дизельным генераторным устройством.

При движении воздушного потока скоростью около 45 км/час выработка энергии турбиной составляет примерно 400 Вт. Этого хватит для освещения загородного дачного участка. При необходимости можно реализовать накопление электроэнергии в батарее.

Для зарядки аккумулятора используется специальное оборудование. При снижении величины подзаряда скорость вращения лопастей станет падать. Если аккумулятор полностью разрядится, элементы генераторного оборудования будут опять прокручиваться. Этот принцип дает возможность поддерживать зарядку устройства на конкретном уровне. При более высокой скорости потока воздуха турбина агрегата сможет производить больший объем энергии.

Пользователь Darkhan Dogalakov на примере модели SEAH 400-W рассказал о принципе действия ветрового оборудования.

https://youtube.com/watch?v=Z9Dj73YR2Io

Минусы ветровых электростанций

Идеальных устройств не существует в принципе. Это касается и ветровых установок, обладающих специфическими недостатками:

Существенные инвестиционные вложения в ветряные электростанции на первоначальном этапе. Хотя они и снижаются, их нельзя полностью сбрасывать со счетов при планировании.
Непостоянство и непредсказуемость силы и направления ветровых потоков, вызывающих колебания в количестве выработанной энергии. Иногда ветер может отсутствовать в течение нескольких дней, и потребители полностью остаются без электричества.
Движущиеся элементы ветряных установок нередко убивают пролетающих рядом птиц и летучих мышей. Особую опасность они представляют в периоды массовых миграций. Таким образом, определенный вред экологии все-таки наносится, хотя он и не носит системного характера.
Работа ветрогенераторов сопровождается постоянными шумами низкой частоты и практически неслышным инфразвуков. Эти минусы ветряных электростанций, превращаясь в отрицательные факторы, негативно воздействуют на человека, вызывая усталость и дискомфорт. В некоторых случаях лопасти, вращаясь с высокой скоростью, могут привести к радиолокационным помехам, искажению телевизионных сигналов.
Затраты на размещение достаточно высокие из-за дорогой аренды земли

При использовании большого количества ветровых электростанций, этот фактор приобретает важное значение в расчетах себестоимости электроэнергии.

https://youtube.com/watch?v=4gJvdSoae9w

Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

Геотермальные электростанции (ГТЭС)

Волновая электростанция (ВЭС)

Портативная солнечная электростанция

Приливные электростанции (ПЭС)

Ветрогенераторы и электростанции своими руками

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.

Ветряк может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в аварийных ситуациях

Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС

Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.

При этом следует учесть некоторые моменты:

Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.

При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.

Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.

Конструкционные особенности

Fennec – это ветровая турбина с длительным сроком автономной работы (без сервисного обслуживания) и с общим сроком эксплуатации — порядка 50 лет в самых агрессивных условиях. Чтобы обеспечить такие возможности, потребовалось применить нестандартные конструкторские решения и технологии. Большая часть деталей ротора изготовлена из сплавов алюминия, применяемых в авиации: Д16, АД31, АМг2Н2. Они обладают высокой коррозионной стойкостью и необходимыми механическими характеристиками. При этом вес 6-ти метровой лопасти составил всего 5 кг.

В результате мы создали действительно компактную ветровую установку, на базе которой можно строить распределенные сети. Конструкция ротора, позволившая добиться требуемой компактности, высокой механической прочности, низкой частоты вращения и пусковой скорости оказалась не совсем традиционной и представляет собой гиперболоидную оболочку, построенную из алюминиевых лопастей с оптимальным аэродинамическим профилем.

Состояние, перспективы и новые направления в развитии ветроэнергетики

Как видно из рис. 43, 44 в мире ветроэнергетика находится в состоянии постоянного роста. Суммарная установленная мощность ветроэнергетики в 2016 г. составила 487 ГВт. Наибольшая динамика роста наблюдается в Китае (+23 %). В первые 5 стран по развитию ветроэнергетики входят Китай, США, Германия, Индия и Испания. Учитывая размеры стран, наибольшие успехи в развитии ветроэнергетики имеет Германия (см. рис. 44).

Рис. 43. Тенденция развития мировой ветроэнергетики

Рис. 44. Первые 10 стран в развитии мировой ветроэнергетики

Ветроэнергетика получает свое развитие и в Республике Беларусь. По сведениям Департамента по энергоэффективности на 01.08.2017 г. в стане действует 78 ВЭУ с общей мощностью 75,9 МВт. Запущен в эксплуатацию первый ветропарк в Новогрудском районе, который включает 6 ВЭУ каждая мощностью 1,5 МВт (рис. 45). В 2017 г. введена в эксплуатацию ВЭУ фирмы Vestas мощностью 3,3 МВт (высота мачты – 120 м.).

Рис. 45. Общий вид первого в Республике Беларусь ветропарка мощностью 9 МВт

Можно выделить следующие направления и тренды развития ветроэнергетики:

увеличение установленной мощности ВЭУ (до 10–20 мВт) (рис. 46);
расширение строительства офшорных ветропарков;
совершенствование автономных ветроэнергетических систем;
разработка новых более эффективных ветротурбин;
снижение стоимости электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ (рис. 47).

Рис. 46. Тренды в развитии ветроэнергетики

Рис. 47. Тренды в изменении стоимости электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ

Новые конструкции ветроустановок. Аэродинамическая турбина AeroGreen (РФ). Основана на использовании турбинных технологий и оригинальной конструкции, обеспечивающей увеличение коэффициента использования воздушного потока в два раза (рис. 48). Конструкция турбин AeroGreen обеспечивает не только хорошую шумоизоляцию, но исключает опасность попадания посторонних предметов, птиц в плоскость вращения, а также обеспечивает возможность работы аэродинамической турбины даже при самых неблагоприятные погодных условиях (снег с дождем, град, шквалистый ветер, ураган и т. п.).

Рис. 48. Общий вид ветротурбин AeroGreen

Ветроколесо AeroGreen, в отличие от ВЭУ трехлопастной схемы вращается не в вертикальной плоскости, а в горизонтальной, т. е. параллельно земле. Воздушные массы, с любой стороны перемещаются по сужающему корпусу ветроустановки вверх вдоль вертикально установленных ребер и направляются через лопатки ветроколеса в зону разряжения верхнего обтекателя. Эти особенности конструкции позволяют получить ускорение воздушного потока и обеспечивают вращение ветроколеса уже при скорости ветра от 1,5 м/с.

Как видно из рис. 49 ветротурбина AeroGreen по сравнению с обычными ВЭУ с вертикальной и горизонтальной осью вращения имеет преимущества по уровню шума, диапазону ветровых скоростей и стоимости киловатт вырабатываемой электроэнергии.

Рис. 49. Сравнительные характеристики ветротурбин

Перспективным направлением в дальнейшем развитии ветроэнергетики является перепрофилирование выводимых из разработки шахт, рудников и других подземных предприятий в ветроэнергетические станции. Согласно проекту (Украина), в горных выработках закрытых шахт будет размещаться каскад ветроэнергетических установок (турбинные ветрогенераторы). Их будет приводить в действие естественная тяга воздуха, возникающая из-за разности температур, на земной поверхности и в подземных тоннелях.

Парусный ветрогенератор

Если лопасти традиционных ветряков изготавливают из твердых материалов, то в парусном они наоборот — из материалов мягких. Подходит любая плотная ткань, например, брезент. Часто в таких конструкциях используется нетканые слоистые материалы. Внешне парусный ветрогенератор похож на большую детскую вертушку.

По конструкции парусные ветряки разделяются на два типа.

Круговой с треугольными парусными лопастями
С парусным колесом, тоже круговым

Парусный ветрогенератор с треугольными лопастями

Треугольные парусные лопасти обычно делают равнобедренными, но во многих случаях их форма подбирается индивидуально — под ветровые нагрузки местности, где они установлены. Парусный ветряк начинает работать при скорости ветра в 5 м/сек. КПД у него выше, чем у большинства лопастных ветряков, но при этом он не лишен многих недостатков. Так при перемене ветра «парусник» останавливается и ему необходимо время чтобы раскрутиться в новом направление ветропотока.

Другой недостаток — недолговечность самих «парусов». Они часто рвутся, выходят из строя и требуют полной замены.
Считается, что этих недостатков лишен круговой парусный генератор. Его КПД в два раза выше, чем у генератора с парусными лопастями. Внешне он похож на спутниковую тарелку и отличается от привычных генераторов тем, что не имеет никаких вращающихся лопастей, цилиндров или роторов. Этот генератор вибрирует под напором или порывами ветра, своими колебаниями передавая механическую энергию на генератор.

Ветряной двигатель

Ветряной двигатель. На протяжении многих веков ветряные двигатели использовались в хозяйственной деятельности в качестве источника энергии для заводов, водяных насосов и деревообрабатывающего оборудования(рис.16.37).Рабочее колесо ветродвигателя (ветродвигателя) состоит из нескольких (обычно 2-5) лопастей, прикрепленных к ступице. Ступица крепится к валу и передает усилие, полученное от лопасти, от wind. In в частности, для корректного описания поля скоростей воздуха, необходимого для расчета числа и конфигурации лопастей, требуется трехмерная постановка задач гидродинамики, выходящая за рамки данного курса. В 1-й постановке задачи оцениваются наиболее важные интеграционные характеристики ветрового двигателя.

Сделайте следующее упрощенное предположение: а) расчетный управляющий объем ограничен текущей поверхностью G и 2 поперечными сечениями шва и шва на значительном удалении от ветряных мельниц, поэтому давление этих поперечных сечений совпадает с атмосферным давлением. б) давление текущей поверхности G равно атмосферному давлению. c) отсутствие касательного напряжения на текущей поверхности. г) гравитация мало влияет на уравнения импульса и кинетической энергии. г) распределение скорости воздуха по площади поперечного сечения очень равномерное, поэтому регулировка импульса и кинетической энергии равна 1. д) воздух несжимаем. ж) вклад работы вязких напряжений в баланс механической энергии контролируемого объема пренебрежимо мал.

Напишите уравнение импульса для выбранного управляющего объема. Где Р-сила, действующая на управляющий объем со стороны windbreaker. it направлена к оси x, поэтому она вводится в уравнение со знаком минус. Если спроецировать все условия на горизонтальную ось x, то получится: Первый член в левой части этого уравнения равен нулю, потому что движение устойчиво. Первый член справа представляет собой проекцию силы тяжести управляющего объема на ось X. поскольку ось x горизонтальна, этот член равен нулю. Тангенциальное напряжение плоскости управления исключается из рассмотрения(предположение с), нормальное напряжение является постоянным по всей поверхности(предположение в), Таким образом, 2-й член справа также равен нулю.

Если мы заменим локальную и среднюю скорость V (предполагая e) поперечного сечения、 Для того же объема V напишите уравнение, выражающее закон изменения кинетической энергии. Где 1чк-мощность, подаваемая потоком на ветряную мельницу. Если 4k положителен, то он вводится в уравнение со знаком минус. Возьмем силу Ik, равную силе потока. Px в Великобритании. Учитывая это, он упрощает формулу (16.34).Стабильное движение. Вклад силы тяжести пренебрежимо мала(Успенский г.).На управляющей поверхности A применяются только нормальные напряжения определенной величины (допущения b и c).

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Обтекание крыловых профилей.
Обтекание шара.
Основы расчета ветровой нагрузки на конструкции и сооружения.
Простейшее решение уравнений движения вязкой несжимаемой жидкости (уравнений Навье-Стокса).

Энергия ветра на службе у человека

На сегодняшний день существуют полноценные электростанции, вырабатывающие электроэнергию при помощи потоков ветра. Их довольно много, во всем мире таких станций насчитывается около 20 тыс. При этом, утверждать, что человек подчинил себе энергию ветра и использует ее вполне эффективно, преждевременно. Несмотря на значительные объемы полученной энергии, возможности ветроэнергетики пока еще далеки от идеала.

Существующие установки обладают недостаточной эффективностью, вызванной сложностью условий эксплуатации и невозможностью регулирования воздушных потоков. Их неравномерность — одна из ключевых причин, сдерживающих развитие отрасли. Ведущиеся исследования в этой области выдают предельную величину КПД ветроустановок — 59,3 %, что намного выше, чем реально существующие значения, но недостаточно в целом.

Понимание важности и большого потенциала ветроэнергетики в обществе постоянно укрепляется. Больших успехов в этой области достигли Китай и Индия, обладающие самыми мощными на сегодня ветроэлектростанциями. Исследования и разработки ведутся постоянно, их интенсивность в последнее время заметно усилилась

Появляются совершенно новые модели, использующие методики, отличные от распространившихся ныне. Активность конструкторов и исследователей сама по себе является свидетельством возрастания роли ветроэнергетики и гарантией увеличения количества ветрогенераторов в будущем

Исследования и разработки ведутся постоянно, их интенсивность в последнее время заметно усилилась. Появляются совершенно новые модели, использующие методики, отличные от распространившихся ныне. Активность конструкторов и исследователей сама по себе является свидетельством возрастания роли ветроэнергетики и гарантией увеличения количества ветрогенераторов в будущем.

Особенности морских ветрогенераторов

Популярность такого типа ветряков обусловлена несколькими преимуществами перед станциями, которые размещаются на суше. Главным образом речь идет о более стабильных условиях работы, так как в удалении от береговой линии потоки ветра не встречают препятствий. При этом конструкции ветроэнергетических установок морского типа делятся на две группы – опорные и плавучие. Первые устанавливаются на мелководье с классической опорой в грунте под водой. Плавучие станции, соответственно, имеют собственную плавающую платформу с фиксацией посредством якорей и других морских приспособлений.

Виды

На данный момент в серийном производстве существует 2 вида ветрогенераторов:

Карусельные — ось вращения располагается вертикально по отношении к направлению ветра. Имеют ряд преимуществ по сравнению с классическими — горизонтальными:
Вырабатывают электроэнергию при небольшой силе ветра;
Не нуждаются в сложных, активных системах направления на поток ветра, как следствие, идеально подходят для местности с турбулентными воздушными потоками;.

Некоторые промышленные модели не нуждаются в высокой мачте, сама ось для лопастей является мачтой. Поэтому удобны в обслуживании;
Низкий уровень шумового загрязнения, до 30 дБ;
Отличный внешний вид.

Но они имеют серьёзный недостаток — тихоходность. Для его преодоления применяют повышающие редукторы, что несколько снижает КПД.

Крыльчатые — горизонтальные ветряки. Этот вид ветрогенератора наиболее распространён при использовании в промышленной выработке электроэнергии.

Преимущества:

Большая скорость вращения, это позволяет соединяться с генератором, что увеличивает КПД;
Простота изготовления;
Большое разнообразие моделей.

Недостатки:

Высокий уровень шумового и ультразвукового загрязнения. Это может быть опасно для здоровья людей. Поэтому генерирующие промышленные мощности располагают в безлюдных местах;
Необходимость применять стабилизатор и устройства наведения на поток ветра;
Скорость вращения находится в обратной пропорции к количеству лопастей, поэтому в промышленных моделях редко используют более трёх лопастей.

Работы по преодолению последнего недостатка ведутся уже довольно давно. Было разработано и выпущено несколько небольших моделей ветрогенераторов. Их КПД довольно высокий для своего класса мощности, из-за оригинального строения лопасти.

Площадь сопротивления ветру в такой модели минимальна, она может работать при силе ветра и 2 м/с и выдавать при этом 30 Вт. Но учитывая, что на трение и иные потери, в моделях такого класса, уходит до 40% энергии, оставшихся 18 Вт не хватит даже на освещение одной лампочкой. Для использования на даче или в частном доме нужно, что-то серьёзнее.

Безредукторные ветрогенераторы

В русле идеи конструкционной оптимизации появился и вариант ветроэлектрической установки, лишенной редуктора. Вместо него применяется кольцевой канал, обеспеченный внутренним металлическим стержнем. Это кольцо устанавливается вокруг роторного обода. Здесь же размещается группа магнитов, которая взаимодействует с металлическим стержнем, тем самым способствуя выработке тока. Производительность ветроэнергетических установок без редуктора с диаметром ротора порядка 200 см может достигать 1500 кВт·ч в год. Принципиальным преимуществом такой конструкции можно назвать снижение энергопотерь, естественно возникающих в работе генераторов, обеспеченных редукторами. Но за это достоинство приходится расплачиваться ограничениями скоростных режимов. Для того, чтобы установка вошла в оптимальный рабочий процесс, требуется скорость потоков не менее 2 м/с.