Ветротурбины с вертикальной осью вращения

Недавно были разработаны и успешно прошли испытания ветрогенераторы с вертикальной осью вращения для офшорных электростанций, обещая сделать их более дешёвыми и эффективными, чем обычные. Существующие ветряные турбины делятся на два основных типа — с вертикальной осью вращения и с горизонтальной. Вторые сегодня доминируют: у них выше КПД, а рассчитать их конструкцию много проще, хотя она и сложнее — из-за устройства ориентации по ветру.

Первые не требуют такого устройства, а потому имеют меньше движущихся частей и потребности в ремонте. Основные элементы такой турбины расположены значительно ближе к земле, что упрощает их обслуживание. К изучению их потенциальных возможностей в офшорных ветроэлектростанциях и обратились исследователи из Лаборатории Сандия. Слева — ветровая турбина с вертикальной осью вращения, справа — обычная.

14706275

Одна из основных проблем ветряных турбин с вертикальной осью вращения — внушительный диаметр. Если у обычной горизонтальной ветротурбины он должен быть около 90 м, чтобы выдавать мегаватт и более, то вертикальной такой же мощности предписано иметь около 270 м. Однако, отмечают американцы, этот недостаток в значительной степени является и преимуществом. Обычный ветряк имеет определённый угол установки лопастей, и в зависимости от скорости ветра они меняются, иначе эффективность турбины падает.

Это ограничивает потенциальный размер горизонтальной ветровой турбины, поскольку её лопасти чувствительны к разному направлению и скорости ветра и в нижней части своей траектории, и в верхней: угол установки лопастей, оптимальный вверху, уже не будет таким внизу. Учитывая, что нынешние горизонтальные турбины могут иметь зону ометания высотой в 100 м, больше по размерам их уже не сделать: начнёт падать эффективность.

Вертикальная ветряная турбина таких ограничений не имеет: её эффективность не зависит от направления и скорости ветра. А угол установки лопастей не нуждается в регулировке, он сам постоянно меняется при повороте лопастей вдоль вертикальной оси.

57555154

Другим важным преимуществом проектируемой лабораторией системы называется её повышенная устойчивость. Как оказалось, при вращении вокруг оси (опоры) она сама стабилизирует себя, словно волчок или юла. И чем сильнее дует ветер, тем мощнее стабилизирующее вращение вертикальной турбины. Поэтому даже в шторм ей почти не грозит опрокидывание, и погружаемая часть не должна, в отличие от горизонтального ветряка, касаться опорой дна.

Читайте также:  Ветряки - энергия из ветра

Иными словами, вертикальный ветряк плавуч, он вовсе не вкопан в морское дно. Даже якорные тросы ему нужны лишь затем, чтобы избежать дрейфа и сноса. Таким образом, отмечают инженеры, прорабатываемая ими конструкция офшорных электростанций не только окажется менее громоздкой и более дешёвой, чем у существующих горизонтальных ветротурбин, но и сможет продвинуться дальше в море. Стабилизирующий эффект вращения позволяет ему спокойно работать при ветре до 19 м/с.

Изюминкой проекта является система аккумуляции энергии — на тот случай, если у ветра вдруг случится затишье. Дело в том, что вся нижняя подводная часть SeaTwirl также вращается (кроме генератора и якорей). Естественно, она, как ложка в стакане чая, при разгоне до максимальной скорости закручивает морскую воду вокруг себя.

При затишье эта морская вода замедляется очень медленно, попутно не давая затормозиться ветряной турбине, которая продолжает крутиться уже без ветра. При этом, по расчётам шведов, одна полноразмерная турбина (высотой в 210 м) мощностью в 10 МВт запасает 25 000 кВт•ч — два с половиной часа собственной пиковой выработки.

Да, некоторых потерь КПД на вращении воды при разгоне турбины не избежать, но они невелики (1–2%) и значительно меньше издержек на создание альтернативных энергонакопительных мощностей на суше.

Домашние устройства для экономии ресурсов:

Как экономить газ в квартире Как экономить топливо Как экономить электричество Как экономить воду
Читайте несколько простых советов, снижающих расход газа в плите. О специальном магнитном активаторе бензина в автомобиле. Этот прибор может понизить расход электрической энергии в квартире. Реально работающая насадка на водопроводный кран для экономии воды