----
----






Вихревая ветроэнергетика


Р.А. Серебряков, канд. техн. наук; А.Б. Калиниченко, ген. директор НВФ НОТЕКА

Рис. 1. Схема вихревой башни фирмы Грумман (General-Electric, США) типа «торнадо».  В настоящее время существуют объективные причины, препятствующие широкому использованию ветровой энергии, это: низкая удельная плотность воздушного потока и существенная зависимость величины ветрового потока от природных условий.
   Для кардинального развития ветроэнергетики в первую очередь необходим поиск и разработка новых перспективных технических решений преобразования кинетической энергии ветра, повышающих эффективность ветровых установок, так как современные ветроэнергетические установки работают в основном в диапазоне ветров от ~8 до ~30 м/с; они не могут работать без системы «установка на ветер», а наиболее совершенным необходимо автоматическое управление углом атаки лопасти ветроколеса; ветроприемное устройство лопастных ветроустановок подвержено «гироскопическому эффекту», они имеют низкий КПД и достаточно высокую стоимость.
   Перспективные системы должны быть спроектированы с ветроприемниками возможно меньшей массы, которые используют для приведения их в действие не силу сопротивления, а подъемную силу, чтобы иметь большую быстроходность при больших значениях коэффициента использования энергии ветра.
   Одной из таких систем являются «генераторы вихря», использующие закрученный поток жидкости или газа.
   Закрученный поток газа и жидкости – один из наиболее распространенных типов течения в поле центробежных массовых сил. Такой поток характеризуется специфическими, отличающими его принципиально от осевого течения свойствами соизмеренных значений осевой, вращательной и радиально составляющих скоростей, продольными и поперечными градиентами статического и полного давления, существенными значениями градиента скорости в поперечном направлении, высоким уровнем турбулентных пульсаций, активным и консервативным воздействием центробежных массовых сил на поток и т.д.
   Способность вихревых струй концентрировать в своем стволе энергию, рассеянную в окружающем пространстве, использовать низкопотенциальные потоки, движущиеся в атмосфере, позволяют существенно расширить утилизацию тепловых потоков, сбрасываемых во внешнюю среду промышленными предприятиями, возможности преобразования гелиоэнергий в виде термоиндуцированных восходящих струй воздуха, энергии слабых ветров.
Рис. 2. Вихревая ветроэнергетическая установка.   В настоящее время проводятся широкомасштабные исследования систем со свободными и ограниченными вихревыми структурами для оценки того, насколько закручивание потока может увеличить мощность ветродвигателя, установленного в ядре вихря или вблизи него.
   Так, например, в ограниченной вихревой системе, разработанной фирмой Gumman Aerospace Corporation [1, 2], для генерирования вихрей типа «торнадо» используется башня, установленная над осевым ветроколесом в кольце (рис. 1). Вихревая система обеспечивает создание разряжения над ветроколесом и увеличение скорости проходящего через него потока.
   Подобные ограниченные вихри могут создаваться в различных конструктивных устройствах с направлением и закручиванием потока.
   Для типовых систем диаметр башни может быть в 3 раза больше диаметра ветроколеса, а высота башни – в 3 раза превышать ее диаметр или быть в 9 раз больше диаметра ветроколеса.
   Для таких башен скорость V0 и давление Р0 потока на входе могут быть больше скорости и давления ветрового потока (Vв, Рв). Это зависит от того, насколько эффективно преобразуется поток в башне. Внутри башни давление и скорость потока, закручиваемого вблизи ее стенок, примерно такие же, как и на входе.Рис. 3. Модульная конструкция вихревой ветроэнергетической установки  (ВВЭУ).
   В процессе исследований было отмечено, что при больших размерах вихря угловая скорость завихренного потока может достигать максимальных значений, примерно в 10 раз превышающих угловые скорости потока у стенок башни на радиусе, составляющем 1/7 часть внутреннего радиуса башни. Они указывают, что вертикальная скорость потока внутри башни близка к нулю у ее стенки и достигает максимума в ядре вихря. Отмечается, что вертикальная скорость в ядре возрастает с увеличением его диаметра. Для систем больших размеров она может достигать значений в 7–8 раз превышающих угловую скорость у стенки башни, которая, как это указано выше, примерно равна скорости потока на входе в башню.
   По расчетным оценкам при скорости ветра 6,5 м/с энергия перепада давлений перед и за винтами примерно в 3600 раз больше кинетической энергии ветра, а при скорости ветра 13 м/с примерно в 900 раз (кинетическая энергия ветра увеличивается пропорционально квадрату его скорости, суммарная вырабатываемая электроэнергетика пропорциональна кубу скорости ветра).
   Максимальный теоретический КПД обычных ветродвигателей с горизонтальным расположением оси вращения винтов – 0,593; при этом отношение вырабатываемой энергии к площади винта при скорости ветра 13 м/с оценивается приблизительно в 430 Вт/м2. КПД вихревой башни «торнадо» будет выше, и при той же скорости ветра удельная вырабатываемая энергия составит 10,8 кВт/м2.
   Относительная стоимость постройки ветродвигателя новой конструкции, вырабатывающего от 1 до 100 МВт электроэнергии, может составить 65–500 $/кВт. Это сравнимо со стоимостью постройки электростанций, работающих на обычном топливе (300 $/кВт) [3, 4].
   Отечественный вихряк – «Вихревая ветроэнергетическая установка» (ВВЭУ) (рис. 2) – принципиально новое нетрадиционное направление в ветроэнергетике [5,6,7]. В основе ВВЭУ – «генератор вихря» – устройство, преобразующее равномерный поток ветра в вихреобразные струи, являющиеся концентратором энергии, Рис. 4. Сравнение работоспособности лопастных ветроустановок и ВВЭУ.организующим и аккумулирующим энергию ветра и низкопотенциальных воздушных тепловых потоков, аналогично тому, как в природных условиях кинетическая энергия ветра, распределенная в значительном объеме потока, концентрируется до огромных величин в компактном ядре природного смерча.
   Преимущества ВВЭУ относительно традиционных ветроустановок:
   - рабочая скорость ветра и массогабаритные параметры меньше в 1,5-2 раза;
   - нет вала и карданной системы – их заменяет система «ротор-генератор»;
   - нет системы ориентации ветроприемного устройства на ветер;
   - конструктивная схема ВВЭУ предполагает ее модульное использование (рис. 3);
   - номинальную мощность ВВЭУ в целом можно задавать набором определенного количества модулей;
   - стабилизация числа оборотов ротора обеспечивается только изменением ширины воздухозаборника;
   - благодаря своеобразной конструкции, ВВЭУ обладает повышенной устойчивостью к резким порывам ветра и ураганам, что обеспечивает работоспособность установки при любой скорости ветра (рис. 4).
   Научно-технические результаты исследований макетов и моделей ВВЭУ наглядно характеризуются ее рабочими параметрами:
   - коэффициент использования энергии ветра
   ξ ≈ 0,2 – 0,4;
   - быстроходность Z ≈ 0,5–1,5;
   - относительный момент М ≈ 0,1.

Библиографический список
   1. Aviation Week, № 9, 1/IV, 1976.
   2. D.Y. de Renzo Wind power recent developments, Noyez data corporation, Park ridge, New Jersey, USA, 1979, p. 48–49.
   3. Yen. Y.T. Tornado–Type wind Energy System, Proceeding of the 10-the Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 1975, p. 987–994.
   4. Haers F. Анализ характеристик ветроэнергетических систем типа «торнадо», Wind Engineering, 1983, v. 7, № 4, p. 223–232.
   5. Серебряков Р.А. Некоторые вопросы теории вихревой энергетики // Научные труды ВИЭСХ, т. 85, 1999, с. 34–54.
   6. Серебряков Р.А. Вихревая энергетика // Научные труды ВИЭСХ, т. 86, 2000, с. 80–82.
   7. Серебряков Р.А., Бирюк В.В. Вихревая ветроэнергетическая установка // Ракетно-космическая техника, сер. XII, Самара, 2000, с. 48–73.
 

Список товаров, услуг и цен предоставляемых организациями разместившими объявления на сайте (В алфавитном порядке. Тестовый режим)
Страница 1: AL - антистатик
Страница 2: аренда - водопровод
Страница 3: водослив - желоб
Страница 4: жилье - короткобазовый
Страница 5: коррубит - наирит
Страница 6: наклейка - пергамин
Страница 7: перевозка - радиатор
Страница 8: разгрузка - средство
Страница 9: СРО - услуги
Страница 10: установка - ящик

Строительные материалы в Интернете:



Архив объявлений с предложениями строительных материалов описаных в статьях:
Объявления строительных фирм Объявления строительных фирм (1)
Объявления строительных фирм (2) Объявления строительных фирм (3)
Объявления строительных фирм (07.06.08) Объявления строительных фирм (22.07.08)
Объявления строительных фирм (12.09.08)  
Цены на строительные материалы описанные в статьях (прайс-листы):
Строительство и ремонт
Кирпич и стеновые материалы
Окна и оконные конструкции
Двери, ворота, входные группы
Ограждающие конструкции, офисные перегородки
Пиломатериалы, изделия из дерева
Отделочные материалы
Керамическая плитка, керамический гранит
Лаки, эмали и краски
Стекло, поликарбонат, зеркала
Стройматериалы 1 Стройматериалы 2 Стройматериалы 3
Кровля, кровельные материалы
Гидро-, звуко, теплоизоляционные материалы
Сантехника, канализация
Отопление и вентиляция
Электрооборудование
Металл, кованные изделия
Машины, оборудование и инструмент
Дизайн и интерьер
Услуги в области строительства
Различные стройматериалы
Стройматериалы 4

Интернет-сайты предлагающие стройматериалы: