Продаётся эксклюзивная технология 21-го века, базирующаяся на бесперебойной (непрерывной) ветроэнергетике, то есть генерация электроэнергии не зависит от дискретности ветра. С её помощью мощность одной установки может достигать 1000 мегаватт. Заявки для участия в аукционе просим присылать на e-mail: jurkinok@gmail.com
Впервые технология позволяет:
1. Увеличить годовую выработку ветрогенераторов до 100%, кратно повысив рентабельность.
2. Увеличить мощность одного ветрогенератора до 1000 Мвт.
3. Увеличить срок эксплуатации ветрогенератора до 100 лет.
4. Полная диспетчероуправляемость выработки эл.энергии от ветрогенератора.
5. Строить ветрогенераторы из дерева и металла, что сильно упрощает окончательную утилизацию.
6. Строить ветрогенераторы без фундаментов.
Впервые технология позволяет:
1. Увеличить годовую выработку ветрогенераторов до 100%, кратно повысив рентабельность.
2. Увеличить мощность одного ветрогенератора до 1000 Мвт.
3. Увеличить срок эксплуатации ветрогенератора до 100 лет.
4. Полная диспетчероуправляемость выработки эл.энергии от ветрогенератора.
5. Строить ветрогенераторы из дерева и металла, что сильно упрощает окончательную утилизацию.
6. Строить ветрогенераторы без фундаментов.
НОВЫЙ ЛИМИТ В ВЕТРОЭНЕРГЕТИКЕ. Лимит профессора Санникова.
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ DARRIEUS H-ТИПА, ОСНАЩЁННОЙ НОВЫМИ СРЕДСТВАМИ УВЕЛИЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
В. Санников
Содержание
1. Аннотация……………………………………………………………………………………………………………………......................................................................................................1 стр.
2. Введение……………………………………………………………………………………………………………………….................................................................................................... 2 стр.
3. Алгоритмы для решения первой задачи. Кинематические соотношения…………………………………………............................................................................ 3 стр.
4. Алгоритмы для решения первой задачи. Статические аэродинамические коэффициенты,подъёмная сила и сопротивление лопасти; оптимальный угол атаки лопасти..…………………………….....................................................................................................................................................................................……6 стр.
5. Алгоритмы для решения первой задачи. Нестационарные аэродинамические силы и моментылопасти…………………………………………………………....7 стр.
6. Алгоритмы для решения первой задачи. Алгоритм расчёта крутящего момента ротора имощности турбины……………………………………………………10 стр.
7. Алгоритмы для решения первой задачи. Расчёт аэродинамической интерференции лопастей…….........................................................................….10 стр.
8. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины. Связь скорости ветра, скорости в рабочей части и скорости на выходе из турбины……........................................................................................................................................................……………………..11 стр.
9. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины. Вычисление максимально возможной мощности турбины при заданных значениях wkonf и klens. Определение и вычисление нового предела коэффициента мощности для турбины с конфузором и эжектором…….………………………………………………………………………………………………………………......................................................................................................…15 стр.
10. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины.Построение конфигурации местности на входе в турбину для реализации конфузорного эффекта увеличения скорости ветра……………………………….................................................………………………….16 стр.
11. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины. Алгоритм вычисления конфузорного эффекта усиления ветра на входе в турбину…………………………………………………………………………………………………………………...................................…………………………..20 стр.
12. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины. Определение величины разряжения на выходе турбины, снабжённой диффузором с линзой (интерцептором)……………………………………………………………………………………………………………………...20 стр.
13. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины.Определение величины разряжения на выходе турбины, снабжённой диффузором с линзой (интерцептором)……………………………...................................………………………………………………………………………21 стр.
14. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины.Результаты вычислений максимально допустимых значений коэффициента мощности для различных скоростей в рабочей части, в зависимости от величин klens, konf и hust…..….21 стр.
15. Расчёт размеров турбины 100kW при weter=5 m/s по графикам, приведенным на Fig. 1 – 20…………....................................................................………41 стр.
16. Литература…………………....................................................................……………………………………………………………………………………………………………………………….42 стр.
17. Заключение……………………………………………………………………………………………...................................................................……………………………………………………42 стр.
18. Приложение 1.
Параметрические исследования турбины Дарье с двумя 4-х лопастными роторами, с управляемыми углами лопастей, с прямым и обратным контурами подачи воздуха, с конфузорным усилителем ветра и диффузорным с интерцептором ускорителем потока в рабочей части (эжектора …....…………43 стр.
19. Приложение 2.
Программа расчёта мощности 4 – х лопастной турбины…………………………………………………………………………………………......………………………………………………87 стр.
Аннотация
В отчёте предлагается новый метод расчёта мощности турбины Darrieus, которая имеет следующие конструктивные новшества по сравнению с классическими схемами:
Результаты расчётов показывают, что мощность турбины можно увеличить в 2…2,3 раза по сравнению с классической схемой турбины Darrieus.
Введение.
При аэродинамическом расчёте ветровой турбины необходимо решать две задачи. Первая (внутренняя) задача – это создание модели взаимодействия рабочих лопастей с воздухом. Эта модель должна рассчитывать аэродинамические силы и моменты, действующие на лопасть во время вращения в поле ветра. Эта модель должна содержать набор кинематических параметров, характеризующих движение лопасти относительно воздуха и воздуха относительно лопасти. Поскольку оба эти движения являются неустановившимися (т.е. параметры этих движений меняются с течением времени), то кроме статических сил и моментов, зависящих от угла атаки, на лопасть будут действовать нестационарные силы и моменты. Эти силы зависят от скорости и ускорения изменения кинематических параметров. Статические силы считаются либо методом несущей вихревой линии, либо методом вихревой несущей поверхности (панельный метод). Нестационарные силы считаются методом нестационарной вихревой теории. В литературе по ветроэнергетике первая задача называется Blade Element Theory.
В рамках первой задачи необходимо определять оптимальный закон изменения углов установки лопастей в зависимости от их азимутального положения. Критерием оптимизации является максимум мощности турбины. Поскольку каждая лопасть работает в возмущённой среде от всех лопастей, то в рамках первой задачи необходимо иметь алгоритм, позволяющий вычислять взаимную аэродинамическую интерференцию лопастей. Другими словами, для каждого азимутального положения лопасти необходимо вычислять приращение аэродинамических сил, обусловленное индуктивным влиянием всех лопастей.
Конструкция проектируемой турбины такова, что каждый ротор находится в двух взаимно противоположных потоках. Это значит, что каждая лопасть за один оборот дважды проходит зону, в которой основной поток изменяет направление движения на 180 градусов. Таким образом, в рамках первой задачи необходимо иметь алгоритм вычисления аэродинамических сил при переменной скорости основного потока.
Для классической турбины Darrieus большой проблемой является запуск турбины и выход её на рабочие обороты. На этих режимах турбина требует подведение мощности. Система регулирования углов установки лопастей позволяет реализовать самозапуск турбины, используя только энергию ветра. Для изучения этого процесса в рамках первой задачи необходимо разработать алгоритм, с помощью которого можно моделировать работу турбины в широком диапазоне скоростей вращения, включая очень малые (режим трогания с места). Кроме этого, такой алгоритм должен обеспечивать моделирование работы турбины при переменной скорости вращения и скорости ветра.
Все алгоритмы и программы решения первой задачи должны иметь два варианта: для однодисковой и двух дисковой моделей решения второй задачи.
Цель второй (внутренней) задачи - это определить для каждого режима работы турбины расход воздуха и форму струи воздуха, проходящего через турбину в каждый момент времени. Эта задача решается применением закона сохранения импульса для массы воздуха, проходящего через турбину в каждый момент времени, и принципа Бернулли для струи воздуха. Эта задача в литературе называется Momentum Theory. В рамках этой задачи решается вопрос о максимально возможной мощности турбины и величины предельной мощности при заданном режиме работы турбины. Это связано с тем, что с изменением режима работы турбины изменяется сопротивление прохождению воздуха и, следовательно, изменяется расход.
В рамках второй задачи необходимо составить алгоритм вычисления мощности турбины в зависимости от скорости ветра, расхода воздуха через турбину и площади сечения рабочей части турбины. Для проектируемой турбины в эту зависимость необходимо включить коэффициент конфузорного усилителя ветра и коэффициент разряжения на выходе турбины.
В связи с тем, что в конструкцию турбины включается конфузорный усилитель ветра, в рамках 2 – й задачи необходимо составить алгоритм вычисления скорости ветра, обтекающего некоторую возвышенность в месте установки турбины. Алгоритм должен содержать параметры возвышенности, размеры турбины, скорость ветра и вычислять скорость потока и коэффициент конфузорности в любой точке на входе в турбину. Такой алгоритм позволят вычислять скорости для каждой струи в многоструйной модели турбины, а также моделировать градиентный профиль скорости ветра в приземном пограничном слое.
В рамках второй задачи необходимо иметь алгоритм вычисления коэффициента разряжения на выходе турбины в зависимости от конструкции диффузорного с интерцептором ускорителя протока воздуха через турбину.
При решении обоих задач вычисляются мощности турбины. Так как эти мощности должны быть равными, то из этого условия получается уравнение для определения истинной скорости потока в рабочей части турбины. Эта теория называется Blade Element Momentum Theory (BEM Theory).
В настоящем отчёте разработано расширение этой теории для расчёта турбин, у которых есть вышеперечисленные конструктивные мероприятия для увеличения мощности.
Содержание
1. Аннотация……………………………………………………………………………………………………………………......................................................................................................1 стр.
2. Введение……………………………………………………………………………………………………………………….................................................................................................... 2 стр.
3. Алгоритмы для решения первой задачи. Кинематические соотношения…………………………………………............................................................................ 3 стр.
4. Алгоритмы для решения первой задачи. Статические аэродинамические коэффициенты,подъёмная сила и сопротивление лопасти; оптимальный угол атаки лопасти..…………………………….....................................................................................................................................................................................……6 стр.
5. Алгоритмы для решения первой задачи. Нестационарные аэродинамические силы и моментылопасти…………………………………………………………....7 стр.
6. Алгоритмы для решения первой задачи. Алгоритм расчёта крутящего момента ротора имощности турбины……………………………………………………10 стр.
7. Алгоритмы для решения первой задачи. Расчёт аэродинамической интерференции лопастей…….........................................................................….10 стр.
8. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины. Связь скорости ветра, скорости в рабочей части и скорости на выходе из турбины……........................................................................................................................................................……………………..11 стр.
9. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины. Вычисление максимально возможной мощности турбины при заданных значениях wkonf и klens. Определение и вычисление нового предела коэффициента мощности для турбины с конфузором и эжектором…….………………………………………………………………………………………………………………......................................................................................................…15 стр.
10. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины.Построение конфигурации местности на входе в турбину для реализации конфузорного эффекта увеличения скорости ветра……………………………….................................................………………………….16 стр.
11. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины. Алгоритм вычисления конфузорного эффекта усиления ветра на входе в турбину…………………………………………………………………………………………………………………...................................…………………………..20 стр.
12. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины. Определение величины разряжения на выходе турбины, снабжённой диффузором с линзой (интерцептором)……………………………………………………………………………………………………………………...20 стр.
13. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины.Определение величины разряжения на выходе турбины, снабжённой диффузором с линзой (интерцептором)……………………………...................................………………………………………………………………………21 стр.
14. Алгоритмы для решения второй (внешней) задачи для однодисковой одноструйной модели турбины.Результаты вычислений максимально допустимых значений коэффициента мощности для различных скоростей в рабочей части, в зависимости от величин klens, konf и hust…..….21 стр.
15. Расчёт размеров турбины 100kW при weter=5 m/s по графикам, приведенным на Fig. 1 – 20…………....................................................................………41 стр.
16. Литература…………………....................................................................……………………………………………………………………………………………………………………………….42 стр.
17. Заключение……………………………………………………………………………………………...................................................................……………………………………………………42 стр.
18. Приложение 1.
Параметрические исследования турбины Дарье с двумя 4-х лопастными роторами, с управляемыми углами лопастей, с прямым и обратным контурами подачи воздуха, с конфузорным усилителем ветра и диффузорным с интерцептором ускорителем потока в рабочей части (эжектора …....…………43 стр.
19. Приложение 2.
Программа расчёта мощности 4 – х лопастной турбины…………………………………………………………………………………………......………………………………………………87 стр.
Аннотация
В отчёте предлагается новый метод расчёта мощности турбины Darrieus, которая имеет следующие конструктивные новшества по сравнению с классическими схемами:
- 2 – х роторная турбина имеет двухконтурную подачу воздуха к рабочим лопастям. В этой конструкции каждый ротор обдувается встречными потоками. Это обеспечивает движение всех лопастей по потоку, так что лопасти каждой половины ротора работают в одинаковых условиях [1].
- Турбина имеет систему регулирования углов установки лопастей во время вращения. Законы регулирования выбираются так, чтобы обеспечить максимальную эффективность работы турбины [1].
- Система регулирования углов установки лопастей во время вращения обеспечивает возможность реализовать на математической модели режимы самозапуска и выхода на рабочие режимы турбины с использованием только энергии ветра.
- Разработана математическая модель рельефа местности на входе в турбину для реализации конфузорного эффекта увеличения скорости ветра.
- Конструирование выходного тракта турбины по схеме диффузора с интерцепторами (линзами) (flanged diffuser, diffuser with wind lens) для увеличения расхода воздуха через турбину посредством создания за интерцепторами зоны пониженного давления [3,4.5].
Результаты расчётов показывают, что мощность турбины можно увеличить в 2…2,3 раза по сравнению с классической схемой турбины Darrieus.
Введение.
При аэродинамическом расчёте ветровой турбины необходимо решать две задачи. Первая (внутренняя) задача – это создание модели взаимодействия рабочих лопастей с воздухом. Эта модель должна рассчитывать аэродинамические силы и моменты, действующие на лопасть во время вращения в поле ветра. Эта модель должна содержать набор кинематических параметров, характеризующих движение лопасти относительно воздуха и воздуха относительно лопасти. Поскольку оба эти движения являются неустановившимися (т.е. параметры этих движений меняются с течением времени), то кроме статических сил и моментов, зависящих от угла атаки, на лопасть будут действовать нестационарные силы и моменты. Эти силы зависят от скорости и ускорения изменения кинематических параметров. Статические силы считаются либо методом несущей вихревой линии, либо методом вихревой несущей поверхности (панельный метод). Нестационарные силы считаются методом нестационарной вихревой теории. В литературе по ветроэнергетике первая задача называется Blade Element Theory.
В рамках первой задачи необходимо определять оптимальный закон изменения углов установки лопастей в зависимости от их азимутального положения. Критерием оптимизации является максимум мощности турбины. Поскольку каждая лопасть работает в возмущённой среде от всех лопастей, то в рамках первой задачи необходимо иметь алгоритм, позволяющий вычислять взаимную аэродинамическую интерференцию лопастей. Другими словами, для каждого азимутального положения лопасти необходимо вычислять приращение аэродинамических сил, обусловленное индуктивным влиянием всех лопастей.
Конструкция проектируемой турбины такова, что каждый ротор находится в двух взаимно противоположных потоках. Это значит, что каждая лопасть за один оборот дважды проходит зону, в которой основной поток изменяет направление движения на 180 градусов. Таким образом, в рамках первой задачи необходимо иметь алгоритм вычисления аэродинамических сил при переменной скорости основного потока.
Для классической турбины Darrieus большой проблемой является запуск турбины и выход её на рабочие обороты. На этих режимах турбина требует подведение мощности. Система регулирования углов установки лопастей позволяет реализовать самозапуск турбины, используя только энергию ветра. Для изучения этого процесса в рамках первой задачи необходимо разработать алгоритм, с помощью которого можно моделировать работу турбины в широком диапазоне скоростей вращения, включая очень малые (режим трогания с места). Кроме этого, такой алгоритм должен обеспечивать моделирование работы турбины при переменной скорости вращения и скорости ветра.
Все алгоритмы и программы решения первой задачи должны иметь два варианта: для однодисковой и двух дисковой моделей решения второй задачи.
Цель второй (внутренней) задачи - это определить для каждого режима работы турбины расход воздуха и форму струи воздуха, проходящего через турбину в каждый момент времени. Эта задача решается применением закона сохранения импульса для массы воздуха, проходящего через турбину в каждый момент времени, и принципа Бернулли для струи воздуха. Эта задача в литературе называется Momentum Theory. В рамках этой задачи решается вопрос о максимально возможной мощности турбины и величины предельной мощности при заданном режиме работы турбины. Это связано с тем, что с изменением режима работы турбины изменяется сопротивление прохождению воздуха и, следовательно, изменяется расход.
В рамках второй задачи необходимо составить алгоритм вычисления мощности турбины в зависимости от скорости ветра, расхода воздуха через турбину и площади сечения рабочей части турбины. Для проектируемой турбины в эту зависимость необходимо включить коэффициент конфузорного усилителя ветра и коэффициент разряжения на выходе турбины.
В связи с тем, что в конструкцию турбины включается конфузорный усилитель ветра, в рамках 2 – й задачи необходимо составить алгоритм вычисления скорости ветра, обтекающего некоторую возвышенность в месте установки турбины. Алгоритм должен содержать параметры возвышенности, размеры турбины, скорость ветра и вычислять скорость потока и коэффициент конфузорности в любой точке на входе в турбину. Такой алгоритм позволят вычислять скорости для каждой струи в многоструйной модели турбины, а также моделировать градиентный профиль скорости ветра в приземном пограничном слое.
В рамках второй задачи необходимо иметь алгоритм вычисления коэффициента разряжения на выходе турбины в зависимости от конструкции диффузорного с интерцептором ускорителя протока воздуха через турбину.
При решении обоих задач вычисляются мощности турбины. Так как эти мощности должны быть равными, то из этого условия получается уравнение для определения истинной скорости потока в рабочей части турбины. Эта теория называется Blade Element Momentum Theory (BEM Theory).
В настоящем отчёте разработано расширение этой теории для расчёта турбин, у которых есть вышеперечисленные конструктивные мероприятия для увеличения мощности.
На графике klens - это степень разряжения за турбиной от диффузора с линзой в долях от ветрового скоростного напора.
Диапазон этого разряжения определялся по экспериментальным данным ЦАГИ для интерцепторов крыла самолёта.
hinst - это высота точки установки турбины на конфузорном рельефе местности для усиления ветра на входе в турбину.
Диапазон этого разряжения определялся по экспериментальным данным ЦАГИ для интерцепторов крыла самолёта.
hinst - это высота точки установки турбины на конфузорном рельефе местности для усиления ветра на входе в турбину.
Новый Учебник по Вертикальной Ветроэнергетики
Объяснение,
Почему при одной и той же фронтальной площади мощность турбины Дарье больше мощности классической
1. Пусть, где – solidity factor of Darrieus rotor; - solidity factor of classical rotor; – суммарная площадь всех крыльев Darrieus rotor; - суммарная площадь всех крыльев classical rotor; – размеры фронтальной площади Darrieus rotor (диаметр и высота ротора); R – радиус of classical rotor;
Приравнивая коэффициенты заполнения площадями крыльев ометаемых крыльями поверхностей (solidity factors) и фронтальные площади роторов dh = π, получим: , откуда следует, что при одинаковых фронтальных площадях суммарная площадь всех лопастей (крыльев) ротора Дарье в π раз больше, чем аналогичная площадь лопастей классического.
Примечание: этот вывод сделан для одно роторной турбины Дарье, но он остаётся справедливым и для двух роторной турбины.
2. Ротор Дарье позволяет размещать на одном радиусе несколько лопастей, что ещё больше увеличивает суммарную площадь рабочих лопастей по сравнению с классическим ротором.
3. В классическом роторе только 80% площади лопастей создают крутящий момент из-за втулки и концевых потерь. В роторе Дарье уменьшение концевых потерь конструктивно выполняется значительно проще и эффективнее.
4. Так как крылья ротора Дарье перемещаются по цилиндрической поверхности и направление ветра перпендикулярно оси этого цилиндра, то любой объём воздуха воздействует на лопасти два раза (и больше в зависимости от конструкции). В классическом роторе этот объём воздуха воздействует на лопасти один раз. Другими словами, в роторе Дарье воздух проходит через два (и более) силовых дисков, а в классическом роторе через один. Это значит, что при заданных условиях сравнения ротор Дарье может отобрать у воздуха больше энергии, чем классический ротор.
Санников В. А.
08.02. 16
Почему при одной и той же фронтальной площади мощность турбины Дарье больше мощности классической
1. Пусть, где – solidity factor of Darrieus rotor; - solidity factor of classical rotor; – суммарная площадь всех крыльев Darrieus rotor; - суммарная площадь всех крыльев classical rotor; – размеры фронтальной площади Darrieus rotor (диаметр и высота ротора); R – радиус of classical rotor;
Приравнивая коэффициенты заполнения площадями крыльев ометаемых крыльями поверхностей (solidity factors) и фронтальные площади роторов dh = π, получим: , откуда следует, что при одинаковых фронтальных площадях суммарная площадь всех лопастей (крыльев) ротора Дарье в π раз больше, чем аналогичная площадь лопастей классического.
Примечание: этот вывод сделан для одно роторной турбины Дарье, но он остаётся справедливым и для двух роторной турбины.
2. Ротор Дарье позволяет размещать на одном радиусе несколько лопастей, что ещё больше увеличивает суммарную площадь рабочих лопастей по сравнению с классическим ротором.
3. В классическом роторе только 80% площади лопастей создают крутящий момент из-за втулки и концевых потерь. В роторе Дарье уменьшение концевых потерь конструктивно выполняется значительно проще и эффективнее.
4. Так как крылья ротора Дарье перемещаются по цилиндрической поверхности и направление ветра перпендикулярно оси этого цилиндра, то любой объём воздуха воздействует на лопасти два раза (и больше в зависимости от конструкции). В классическом роторе этот объём воздуха воздействует на лопасти один раз. Другими словами, в роторе Дарье воздух проходит через два (и более) силовых дисков, а в классическом роторе через один. Это значит, что при заданных условиях сравнения ротор Дарье может отобрать у воздуха больше энергии, чем классический ротор.
Санников В. А.
08.02. 16
Kоэффициент использования энергии ветра или энергоэффективность ветро и гидро турбин
+ - использование энергии ветра; - - противодействие вращению; 0 - отсутствие сопротивления вращению в воздушной среде (по сравнению с противодействием)
Расчёты трёх видов лопастей в нашем ветрогенераторе
Мы попросили профессора В. Санникова просчитать в нашем ветрогенераторе все виды лопостей. Лопасти работающие по сопротивлению потоку (прямые лопасти, арко образные лопасти) и аэродинамические лопасти.
Провели на -2 метровом прототипе испытания этих видов лопастей, сравнили с расчетами В.Санникова и пришли к выводу, что теперь позволительно строить ветрогенераторы для частного сектора и промышленные образцы, выходящие на номинал мощности при среднегодовом ветре. Этот подход меняет, очень сильно, рентабельность ветроэнергетики, позволяет не промышленный ветер от 1 до 4 метров в секунду превратить в промышленный, а также позволяет работать с штормовым ветром от 20 до 50 метров в секунду, это вытекает из испытаний на прототипе данной концепции ветрогенератора. Максимальная скорость при испытании 130 км в час, никаких разрушительных тенденций на ветроколесах не выявленно. Ветроколесо в процессе постройки балансируется по аналогии автомобильного колеса.
Примеры:
Частный сектор- ветрогенератор
Промышленный ветрогенератор
В этой схеме самым главным элементом являются рабочие лопасти, ну и конечно их площадь, взаимодействующая с ветровым потоком. В нашей схеме ветряка лопасти не испытывают сопротивления вращению, то только площадь этих лопастей и их аэродинамические состовляющие влияют на колличество преобразованной электрической энергии. Применяя в нашей схеме ветряка усилители ветра (концентраторы) или поджатие потока, мы получаем на лопастях больше энергии ветра, которую возможно преобразовать в электрическую энергию.
Провели на -2 метровом прототипе испытания этих видов лопастей, сравнили с расчетами В.Санникова и пришли к выводу, что теперь позволительно строить ветрогенераторы для частного сектора и промышленные образцы, выходящие на номинал мощности при среднегодовом ветре. Этот подход меняет, очень сильно, рентабельность ветроэнергетики, позволяет не промышленный ветер от 1 до 4 метров в секунду превратить в промышленный, а также позволяет работать с штормовым ветром от 20 до 50 метров в секунду, это вытекает из испытаний на прототипе данной концепции ветрогенератора. Максимальная скорость при испытании 130 км в час, никаких разрушительных тенденций на ветроколесах не выявленно. Ветроколесо в процессе постройки балансируется по аналогии автомобильного колеса.
Примеры:
Частный сектор- ветрогенератор
- Среднегодовой ветер 3 м/с. Необходимо -20 квт/ч.
- Выбирается вид лопастей. По расчетам находим необходимую площадь лопастей для 20 квт/ч при 3 м/с. Расчитываем конструкцию. Строим и устанавливаем.
Промышленный ветрогенератор
- Среднеголовой ветер 4 м/с. Необходимо 100 Мвт/ч.
- Выбираем вид лопастей. По расчетам находим необходимую площадь лопастей для 100 Мвт/ч при 4 м/с. Расчитываем конструкцию. Строим и устанавливаем.
В этой схеме самым главным элементом являются рабочие лопасти, ну и конечно их площадь, взаимодействующая с ветровым потоком. В нашей схеме ветряка лопасти не испытывают сопротивления вращению, то только площадь этих лопастей и их аэродинамические состовляющие влияют на колличество преобразованной электрической энергии. Применяя в нашей схеме ветряка усилители ветра (концентраторы) или поджатие потока, мы получаем на лопастях больше энергии ветра, которую возможно преобразовать в электрическую энергию.
Новая технология сбора и концентрирования энергии ветра для эффективного увеличения мощности ветровых турбин без изменения их конструкций.
В настоящее время проектировщики ветровых турбин активно работают, чтобы улучшить конструкции ветровых турбин для увеличения их мощности. Однако эти исследования пока еще не привели к большому росту коэффициента мощности ветровых турбин. Это потому, что объем воздуха, который проходит через турбину, ограничен в соответствии с законом Бетца. Другими словами, турбина может использовать не более 59% объёма воздуха, который соответствует площади входа в турбину. Поэтому, чтобы увеличить мощность, дизайнерам есть только один вариант - увеличить размеры ротора турбины, чтобы увеличить входящий объем воздуха в турбину (расход воздуха через турбину). Создание ротора большого диаметра - очень дорого. Существует альтернативный способ, как увеличить поток воздуха через турбину, не меняя размеры турбины. Для его реализации необходимо увеличить скорость ветра перед турбиной. Чтобы увеличить скорость ветра спереди турбины, необходимо создать устройство, которое "собирает" ветер на большой территории и направляет его на турбину (по аналогии с гидроэлектростанциями). Так как мощность турбины прямо пропорциональна скорости ветра в кубе, этот метод является очень эффективным. В настоящее время многие устройства были изобретены и запатентованы, чтобы выполнять эту функцию, но все они имеют низкую эффективность, поэтому они практически не используются. Это связано с тем, что любая конструкции спереди турбины создаёт дополнительное аэродинамическое сопротивление, что снижает поток воздуха через турбину. Известен также способ, как увеличить скорость атмосферного ветра, используя естественный рельеф (горы, холмы или жилые здания). Но все эти устройства не предназначены для эффективного увеличения скорости ветра. Поэтому они не подходят для увеличения мощностью ветровых турбин. Идея об устройствах, которые “собирают” ветер с большой площади и направляют его в малую турбину, часто патентуется в различных вариантах исполнения. Тем не менее, авторы этих патентов не дают доказательств эффективности предлагаемых устройств. Поэтому в настоящее время эти запатентованные устройства не используются на практике. Причиной этого является нежелание воздуха проникать в "концентраторы энергии ветра ", которые изобретатели необоснованно предлагают. Все усилители ветра типа механического конфузора (сужающийся канал с твёрдыми стенками) перед турбиной не увеличивают скорость ветра, так как создают большое дополнительное сопротивление и уменьшают расход воздуха через турбину. Это происходит потому, что в свободном (открытом) потоке количество воздуха, которое поступает в турбину, уменьшается, когда увеличивается общее сопротивление турбины (Бетца закон). Расход воздуха через механический конфузор в открытом потоке обратно пропорционален гидравлическому сопротивлению конфузора. Терминология “ускорительные пластины”, “ устройства поворота потока ”, “вихреобразователь, который ускоряет поток”, “турбулизаторы”, “кожухи”, “ механические концентраторы ветра”, “отражатели потока воздуха” и другие не имеют ничего общего с устройствами, которые собирают и ускоряют поток атмосферного ветра. Это связано с тем, что все эти устройства нарушают законы движения открытого потока воздуха и применимы только в закрытых воздуховодах. Поэтому оценка эффективности работы устройств увеличения скорости ветра может быть выполнена только на основе законов механики жидкостей и газов. Необоснованные рассуждения не допустимы.
Чтобы практически реализовать идею собирать и концентрировать энергию ветра, необходимо создать следующие условия для движения открытого потока воздуха в условиях близости экрана земли. Вдали от турбины струя воздуха, которая попадёт в турбину, должна иметь площадь поперечного сечения большую, чем площадь ротора турбины. Затем по мере приближения к турбине эта струя должна сужаться, а скорость воздуха увеличиваться. При этом (что очень важно), темп нарастания скорости должен быть таким же, как и в сужающейся закрытой трубе. За турбиной струя воздуха должна расширяться и давление увеличиваться до атмосферного. Этот эффект называется эффектом Вентури. Другими словами, расход воздуха в этой струе должен быть постоянным. Устройство, которое реализует эффект Вентури в открытом потоке, будем называть усилителем ветра или устройством для собирания и концентрирования на роторе турбины энергии ветра. Отношение площади сечения струи вдали от турбины к площади входа в турбину будем называть степенью конфузорности эффекта Вентури. Эта степень конфузорности определяет, на сколько увеличивается скорость ветра на входе в турбину и, следовательно, на сколько увеличивается мощность турбины по сравнению с номиналом.
Такое устройство можно спроектировать только при условии соблюдения законов движения ветра. В противном случае такое устройство будет создавать сопротивление движению воздуха, и воздух будет проходить мимо этого устройства. Для этого необходимо разработать имитационную модель движения воздуха. С помощью этой модели определить поле скоростей потока и проектировать усилитель ветра так, чтобы получить планируемое увеличение мощности при минимальных затратах на постройку усилителя ветра. Разработка такой модели для каждого вида и размеров турбины делается индивидуально и основывается на теории конформных преобразований потенциальных потоков. Этот математический аппарат очень сложный, вследствие чего предлагаемая технология до сих пор не реализована на практике. По этой причине ветровые турбины работают с низкой эффективностью.
Предлагаемая технология отличается от существующих подобных технологий тем, что позволяет впервые создать эффект Вентури в открытом потоке, не теряя при этом энергию, для сжатия струи перед турбиной. Другими словами, технология отличается от современного уровня подобных технологии тем, что она позволяет увеличить скорость ветра перед турбиной и одновременно увеличить расход воздуха через турбину. Это принципиальное отличие от существующих технологий, которые уменьшают поток воздуха через турбину из-за потерь энергии, когда струя перед турбиной сжимается в принудительном порядке. Другими словами, предлагаемая технология реализует конфузорный эффект спереди турбины (собирает и ускоряет ветер) и диффузорный эффект сзади турбины (организует правильный выход воздуха) для свободного потока воздуха без дополнительных энергетических потерь. Предлагаемая технология создает эффект Вентури в открытом потоке, который работает так же, как в закрытых трубопроводах (изменение степени конфузорности не меняет расход воздуха через усилитель). С помощью этой технологии, впервые показано, как построить конструкцию, которая в открытом потоке ветра создает конфузорный – диффузорный эффект, чтобы собрать и концентрировать энергию ветра. Эта проблема в ветроэнергетике до сих пор не решена. По этой причине, в отличии от гидротурбин, ветровые турбины имеют низкую эффективность. Решение этой проблемы позволит значительно увеличить вклад ветроэнергетики в общий объём производимой энергии в мире. Предлагаемая технология открывает новое направление в развитии ветроэнергетических установок – создавать такие установки, которые устанавливаются вместе с усилителями ветра. Такие установки могут быть значительно проще и меньшего размера, чем существующие.
Для реализаци этой технологии разработаны 16 вариантов усилителей, каждый из которых требует уникального метода аэродинамического проектирования. Точность полученных результатов гарантирует строгий математический аппарат, положенный в основу этого проектирования. Разработанные методы позволяют:
параметра, характеризующего эффективность работы усилителя (по оси абсцисс).
В настоящее время проектировщики ветровых турбин активно работают, чтобы улучшить конструкции ветровых турбин для увеличения их мощности. Однако эти исследования пока еще не привели к большому росту коэффициента мощности ветровых турбин. Это потому, что объем воздуха, который проходит через турбину, ограничен в соответствии с законом Бетца. Другими словами, турбина может использовать не более 59% объёма воздуха, который соответствует площади входа в турбину. Поэтому, чтобы увеличить мощность, дизайнерам есть только один вариант - увеличить размеры ротора турбины, чтобы увеличить входящий объем воздуха в турбину (расход воздуха через турбину). Создание ротора большого диаметра - очень дорого. Существует альтернативный способ, как увеличить поток воздуха через турбину, не меняя размеры турбины. Для его реализации необходимо увеличить скорость ветра перед турбиной. Чтобы увеличить скорость ветра спереди турбины, необходимо создать устройство, которое "собирает" ветер на большой территории и направляет его на турбину (по аналогии с гидроэлектростанциями). Так как мощность турбины прямо пропорциональна скорости ветра в кубе, этот метод является очень эффективным. В настоящее время многие устройства были изобретены и запатентованы, чтобы выполнять эту функцию, но все они имеют низкую эффективность, поэтому они практически не используются. Это связано с тем, что любая конструкции спереди турбины создаёт дополнительное аэродинамическое сопротивление, что снижает поток воздуха через турбину. Известен также способ, как увеличить скорость атмосферного ветра, используя естественный рельеф (горы, холмы или жилые здания). Но все эти устройства не предназначены для эффективного увеличения скорости ветра. Поэтому они не подходят для увеличения мощностью ветровых турбин. Идея об устройствах, которые “собирают” ветер с большой площади и направляют его в малую турбину, часто патентуется в различных вариантах исполнения. Тем не менее, авторы этих патентов не дают доказательств эффективности предлагаемых устройств. Поэтому в настоящее время эти запатентованные устройства не используются на практике. Причиной этого является нежелание воздуха проникать в "концентраторы энергии ветра ", которые изобретатели необоснованно предлагают. Все усилители ветра типа механического конфузора (сужающийся канал с твёрдыми стенками) перед турбиной не увеличивают скорость ветра, так как создают большое дополнительное сопротивление и уменьшают расход воздуха через турбину. Это происходит потому, что в свободном (открытом) потоке количество воздуха, которое поступает в турбину, уменьшается, когда увеличивается общее сопротивление турбины (Бетца закон). Расход воздуха через механический конфузор в открытом потоке обратно пропорционален гидравлическому сопротивлению конфузора. Терминология “ускорительные пластины”, “ устройства поворота потока ”, “вихреобразователь, который ускоряет поток”, “турбулизаторы”, “кожухи”, “ механические концентраторы ветра”, “отражатели потока воздуха” и другие не имеют ничего общего с устройствами, которые собирают и ускоряют поток атмосферного ветра. Это связано с тем, что все эти устройства нарушают законы движения открытого потока воздуха и применимы только в закрытых воздуховодах. Поэтому оценка эффективности работы устройств увеличения скорости ветра может быть выполнена только на основе законов механики жидкостей и газов. Необоснованные рассуждения не допустимы.
Чтобы практически реализовать идею собирать и концентрировать энергию ветра, необходимо создать следующие условия для движения открытого потока воздуха в условиях близости экрана земли. Вдали от турбины струя воздуха, которая попадёт в турбину, должна иметь площадь поперечного сечения большую, чем площадь ротора турбины. Затем по мере приближения к турбине эта струя должна сужаться, а скорость воздуха увеличиваться. При этом (что очень важно), темп нарастания скорости должен быть таким же, как и в сужающейся закрытой трубе. За турбиной струя воздуха должна расширяться и давление увеличиваться до атмосферного. Этот эффект называется эффектом Вентури. Другими словами, расход воздуха в этой струе должен быть постоянным. Устройство, которое реализует эффект Вентури в открытом потоке, будем называть усилителем ветра или устройством для собирания и концентрирования на роторе турбины энергии ветра. Отношение площади сечения струи вдали от турбины к площади входа в турбину будем называть степенью конфузорности эффекта Вентури. Эта степень конфузорности определяет, на сколько увеличивается скорость ветра на входе в турбину и, следовательно, на сколько увеличивается мощность турбины по сравнению с номиналом.
Такое устройство можно спроектировать только при условии соблюдения законов движения ветра. В противном случае такое устройство будет создавать сопротивление движению воздуха, и воздух будет проходить мимо этого устройства. Для этого необходимо разработать имитационную модель движения воздуха. С помощью этой модели определить поле скоростей потока и проектировать усилитель ветра так, чтобы получить планируемое увеличение мощности при минимальных затратах на постройку усилителя ветра. Разработка такой модели для каждого вида и размеров турбины делается индивидуально и основывается на теории конформных преобразований потенциальных потоков. Этот математический аппарат очень сложный, вследствие чего предлагаемая технология до сих пор не реализована на практике. По этой причине ветровые турбины работают с низкой эффективностью.
Предлагаемая технология отличается от существующих подобных технологий тем, что позволяет впервые создать эффект Вентури в открытом потоке, не теряя при этом энергию, для сжатия струи перед турбиной. Другими словами, технология отличается от современного уровня подобных технологии тем, что она позволяет увеличить скорость ветра перед турбиной и одновременно увеличить расход воздуха через турбину. Это принципиальное отличие от существующих технологий, которые уменьшают поток воздуха через турбину из-за потерь энергии, когда струя перед турбиной сжимается в принудительном порядке. Другими словами, предлагаемая технология реализует конфузорный эффект спереди турбины (собирает и ускоряет ветер) и диффузорный эффект сзади турбины (организует правильный выход воздуха) для свободного потока воздуха без дополнительных энергетических потерь. Предлагаемая технология создает эффект Вентури в открытом потоке, который работает так же, как в закрытых трубопроводах (изменение степени конфузорности не меняет расход воздуха через усилитель). С помощью этой технологии, впервые показано, как построить конструкцию, которая в открытом потоке ветра создает конфузорный – диффузорный эффект, чтобы собрать и концентрировать энергию ветра. Эта проблема в ветроэнергетике до сих пор не решена. По этой причине, в отличии от гидротурбин, ветровые турбины имеют низкую эффективность. Решение этой проблемы позволит значительно увеличить вклад ветроэнергетики в общий объём производимой энергии в мире. Предлагаемая технология открывает новое направление в развитии ветроэнергетических установок – создавать такие установки, которые устанавливаются вместе с усилителями ветра. Такие установки могут быть значительно проще и меньшего размера, чем существующие.
Для реализаци этой технологии разработаны 16 вариантов усилителей, каждый из которых требует уникального метода аэродинамического проектирования. Точность полученных результатов гарантирует строгий математический аппарат, положенный в основу этого проектирования. Разработанные методы позволяют:
- Выбирать тип усилителя;
- Производить проектировочный параметрический расчёт конструкции;
- Оптимизировать конструкцию по стоимости затрат на изготовление;
- Проектировать усилитель ветра так, чтобы реализовать планируемое увеличение мощности конкретной турбины;
- Производить расчёт мощности конкретной турбины, устанавливаемой с усилителем.
- Вести исследования по разработке новых устройств для сбора и концентрирования энергии ветра.
параметра, характеризующего эффективность работы усилителя (по оси абсцисс).
Профессор В. Санников.
Ветреная энергетика
Ветер относят к возобновляемым, или альтернативным источникам энергии. Его преимущества очевидны: ветер дует всегда и везде, его не надо «добывать». Общие запасы энергии ветра в мире оценены в 170 трлн кВт·ч, или 170 тыс. тераватт-часов (ТВт·ч), в год, что в восемь раз превышает нынешнее мировое потребление электроэнергии. То есть теоретически всё электроснабжение в мире можно было бы обеспечить исключительно за счёт энергии ветра. А если вспомнить, что её использование не загрязняет атмосферу, гидросферу и почву, то этот источник энергии и вовсе кажется идеальным.Ветроэлектростанции явно лидируют,по сравнению с АЭС и ГЭС,по коэффициенту использования установленной мощности. Если для ВЭС он составляет 98%, для АЭС-84%, то для ГЭС-только 42%. У ветроэнергетики наблюдается второе рождение и оно связано с многократным увеличением мощности одной ветроэлектростанции. Металлоёмкость 300Мвт ветроустановки составляет 400тонн, а 500Мвт установки 800 тонн, но теперь срок эксплуатации увеличился до 100 лет, что стало возможным только благодаря многократному уменьшению нагруженности металлоконструкций ветроэлектростанций и другой, более эффективной, технологии генерации электроэнергии. Стоимость строительства ветроэлектростанций данной технологии составляет 100-350$ за 1квт установленной мощности,что сопоставимо с затратами на строительство ТЕС и в несколько раз ниже инвестиционных затрат на строительство АЭС и ВЭС старого поколения 1500-2000$ за 1квт установленной мощности. Площадь занимаемая 500Мвт ВЭС составляет всего несколько гектаров и лопасти не требуют утилизации после завершения эксплуатации. Сумарный экологический ущерб от ветроэнергетики существенно ниже по сравнению с традиционными способами генерации энергии. В Европе внешний негативный социально-экологический эффект на 1квт.ч произведённой электроэнергии оценён в 0,15 цента для ветроэнергетики, 1,1 цента - для газовых ТЕС и 2,5 цента - для угольных. Среднегодовая скорость ветра на высотах 50-100м составляет 11-12м\с,что очень экономически выгодно для ВЭС в 300 и 500Мвт.
см. Ссылку
см. Ссылку
Технология достойная Нобелевской премии.
(J.Kiselov)
- Для увеличения мощности турбины при неизменной фронтальной площади рабочей части необходимо увеличивать расход воздуха через рабочую часть. Это также приводит к уменьшению габаритов турбины при неизменной мощности. Увеличить расход и скорость в рабочей части можно с помощью диффузора на выходе. Диффузор создаёт дополнительное разряжение на выходе, что приводит к увеличению скорости потока. Предварительные расчёты показывают, что прирост скорости составляет 30%.
- Поскольку проектируемая турбина устанавливается на уровне земли, то увеличение скорости ветра на входе в турбину можно осуществлять специальным проектированием рельефа местности перед турбиной так, чтобы при обтекании этого рельефа скорость ветра возрастала. Оптимальную геометрию рельефа можно рассчитать. Кроме этого, геометрия входного устройства турбины (благодаря наличию обратного контура) имеет конфузорность, что также приводит к увеличению скорости на входе.
- Предварительные расчёты с учётом сказанного в п. п. 1 и 2 показывают, что для мощности турбины 100 kw при ветре 5 м/сек. можно спроектировать турбину, имеющую размерности R = 15 м. и h = 15 м.
- Турбина Дарье с обратным контуром подачи воздуха в рабочую часть и регулированием углов установки рабочих лопастей во время вращения позволяет достигать эффективности (коэффициента мощности) 0,57 – 0,59. Это является революционным достижением (прорывом) в проектировании конструкций турбин Дарье (в отличие от утверждения инвестора). Регулирование углов установки рабочих лопастей во время вращения позволяет также реализовать режим самозапуска турбины при любых скоростях ветра и быстро выходить на рабочий режим. Эти результаты получены расчётами турбины методом Blade Element Momentum Theory (Single-disc and single jet model). Регулирование углов установки лопастей позволяет, в отличие от обычной турбины Дарье, работать всем частям роторов в одинаковых условиях, что значительно увеличивает эффективность турбины.
- Замечания по разделу “Детальный анализ”. Инвестор рассчитал, что для мощности 2 kw и ветра 4 м/с наша турбина будет иметь длину 17 м. и высоту 10 м. При этом были введены предположения: турбина имеет эффективность 85% от Бец лимита, потребная площадь увеличивалась в 1,25 раз из – за наличия усилителя ветра, но величина ветра при этом не увеличивалась. Приведу правильные с моей точки зрения расчёты, полагая, что турбина реализует 98% Бец лимита (подтверждено расчётами, приведенными на фиг.1…6)
Отсюда следует, что, к примеру, длина турбины = 9 м., высота = 6.4м., вместо указанных инвестором размеров 17 и 10 м. соответственно.
Для ветра 5 м/с эти размеры 8 и 3.7 м.
6. Инвестор указывает, что из графиков на сайте следует, что наша турбина имеет Следует сказать, что в расчётах в последнее время сделано уточнение, которое показало, что при определённых сочетаниях параметров турбины можно достигнуть CP = 0,57…0,59 при любых скоростях ветра.
7. Инвестор пишет, что если турбина может достигнуть эффективности 0,44 для 2…10 kw, то стоит изучить этот вопрос более подробно. У нас достигнута эффективность 0,57. Для 2 kW потребные размеры: R = 2.7; h= 2.7. Для 10 kW потребные размеры: R = 6; h= 6. Это для ветра 5 м/с. Отсюда следует, что по рекомендации инвестора надо вести подробные расчёты нашей турбины для установления её стоимости.
8. Разработана программа, позволяющая рассчитывать мощность турбины при любых сочетаниях размеров турбины, скорости ветра, скорости вращения роторов, типа аэродинамического профиля, законов регулирования углов установки лопастей и др. Регулирование углов установки лопастей выполняется с целью выдерживать угол атаки лопасти в любой точке азимута так, чтобы достигнуть максимальной мощности.
9. Поскольку лопасть ротора турбины перемещается по окружности, т. е. в процессе вращения совершает гармонические колебания в пространстве, то на лопасть действуют дополнительные нестационарные силы и моменты, зависящие от угловой скорости поворота лопасти относительно неподвижного вектора скорости. Эти силы и моменты определяются так называемым комплексом вращательной производной и производной от запаздывания скоса потока на лопасти. С другой стороны, результирующий вектор скорости набегающего на лопасть потока также совершает гармонические колебания в пространстве относительно неподвижной лопасти. Следовательно, на лопасть действуют нестационарные силы и моменты, зависящие от скорости поворота вектора скорости потока относительно неподвижной лопасти. Эти нестационарные силы и моменты определяются так называемыми производными от запаздывания скоса потока на лопасти. Суммируя эти производные, можно получить результирующие нестационарные силы на лопасти. Эти силы могут как увеличивать, так и уменьшать крутящий момент ( следовательно и мощность) ротора в зависимости от скорости вращения и геометрических характеристик лопасти. Расчёт этих производных для лопасти ротора производился методом нестационарной вихревой теории по специальной программе.
10. Поскольку турбина имеет обратный контур подачи воздуха к рабочим лопастям, то в районе осей вращения роторов потоки двигаются в противоположных направлениях. При расчёте предполагалось, что в плоскости, проходящей через ось вращения ротора и параллельной ветру скорость потока равна нулю. При удалении от этой плоскости в обе стороны скорость потока увеличивается линейно.
11. Поскольку турбина создаёт определённое сопротивление движению воздушного потока, то в турбину попадает только некоторая часть от потока, определяемая площадью поперечного сечения турбины. Для определения этой части потока, которая преобразуется в мощность турбины, применялась известная теория Blade Element Momentum Theory, которая наряду с теорией взаимодействия лопастей турбины с воздухом для создания аэродинамических сил применяет теорию силового диска. Эта теория основана на законе сохранения количества движения, а соотношения скоростей потока воздуха через турбину на входе, выходе и в рабочей части турбины получаются применением принципа Бернулли к соответствующим сечениям турбины. На этом этапе моделирования работы турбины применялась однодисковая модель ротора турбины. Ввиду того, что рабочие лопасти пересекают поток воздуха два раза за один оборот ротора, то более точной является двухдисковая модель аэродинамики турбины Дарье. Она будет применяться на этапе технического проектирования турбины.
12. Следует заметить, что для турбины Дарье можно использовать только симметричные аэродинамические профили. Это объясняется тем, что в зависимости от азимутального положения лопасти профиль обтекается воздухом с разных сторон. В таких условиях симметричный профиль создаёт наибольшую среднюю за оборот подъёмную силу. В наших расчётах применялся профиль NACA 0015.
13. Регулирование углов установки лопастей в зависимости от азимута имеет следующие преимущества по сравнению с обычным ротором Дарье: Достигается максимальное значение крутящего момента. Выравниваются нагрузки на лопасти, поскольку все лопасти имеют одинаковые углы атаки. Исключаются срывные режимы, что значительно снижает вибрации турбины и аэродинамический шум. Регулирование углов установки лопастей позволяет турбине активно работать в широком диапазоне угловых скоростей вращения и скоростей ветра, а также реализовать режимы самозапуска и быстрого выход на рабочие обороты.
14. Наличие обратного контура подачи воздуха к рабочим лопастям турбины имеет следующие преимущества по сравнению с обычным ротором Дарье: Обеспечивается симметричная нагрузка относительно оси вращения ротора, так как во всех азимутальных положениях лопасть двигается по потоку (нет лопастей, которые, как в обычном роторе Дарье, двигаются против потока). Это существенно повышает мощность. Обеспечивается взаимная компенсация изгибающих ось вращения моментов от аэродинамических сил диаметрально противоположных лопастей ( так как проекции на радиусы вращения подъёмных сил лопастей, двигающихся в прямом и обратном контурах, взаимно противоположны).
15. Следует сказать, что предпринятые конструктивные мероприятия для повышения эффективности проектируемой турбины оказываются несколько избыточными, как показывают результаты компьютерного моделирования. Это связано с тем, что проектируемая турбина при заданном ветре способна обработать большее количество воздуха, чем в неё поступает согласно теории BEM. Для увеличения мощности турбины при заданном ветре и неизменной площади входа необходимо увеличить количество воздуха, поступающего в турбину. Это можно реализовать двумя способами: Первый способ - искусственно создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление потоку воздуха, не попадающему в турбину. Это создаёт дополнительное падение давления на выходе, что при постоянной скорости ветра увеличивает скорость потока в рабочей части, т. е. увеличивает расход через турбину. Как показывают соответствующие эксперименты, установка диффузоров с линзами на выходе турбины увеличивает скорость потока в рабочей части на 30%. Второй способ – это увеличение скорости потока на входе в турбину. Как утверждают некоторые авторы, это можно сделать установкой конфузора на входе в турбину. Однако, установка конфузора на входе в турбину – это дополнительное сопротивление. По этой причине реализация этого эффекта становится сомнительным. Увеличение скорости потока на входе в турбину при постоянной скорости ветра реально можно осуществить изменением рельефа местности со стороны входа в турбину. Например, установкой турбины на возвышенности (естественной или искусственной).
16. На Fig. 1 – 6 приведены расчёты максимального коэффициента мощности, скоростного коэффициента турбины (TSR) и длины хорды лопасти, соответствующие этой максимальной мощности. Эти параметры построены в зависимости от отношения R/h (R – радиус ротора; h - высота ротора ) и от solidity factor = n*c / (2*pi*R), где n – количество лопастей в роторе (без учёта каскадных лопастей); с – длина хорды аэродинамического профиля; pi = 3.14. Расчёты проведены для 4 – х и 8 – ми лопастной турбины. Все расчёты выполнены для ветра 5 м/сек и
Для ветра 5 м/с эти размеры 8 и 3.7 м.
6. Инвестор указывает, что из графиков на сайте следует, что наша турбина имеет Следует сказать, что в расчётах в последнее время сделано уточнение, которое показало, что при определённых сочетаниях параметров турбины можно достигнуть CP = 0,57…0,59 при любых скоростях ветра.
7. Инвестор пишет, что если турбина может достигнуть эффективности 0,44 для 2…10 kw, то стоит изучить этот вопрос более подробно. У нас достигнута эффективность 0,57. Для 2 kW потребные размеры: R = 2.7; h= 2.7. Для 10 kW потребные размеры: R = 6; h= 6. Это для ветра 5 м/с. Отсюда следует, что по рекомендации инвестора надо вести подробные расчёты нашей турбины для установления её стоимости.
8. Разработана программа, позволяющая рассчитывать мощность турбины при любых сочетаниях размеров турбины, скорости ветра, скорости вращения роторов, типа аэродинамического профиля, законов регулирования углов установки лопастей и др. Регулирование углов установки лопастей выполняется с целью выдерживать угол атаки лопасти в любой точке азимута так, чтобы достигнуть максимальной мощности.
9. Поскольку лопасть ротора турбины перемещается по окружности, т. е. в процессе вращения совершает гармонические колебания в пространстве, то на лопасть действуют дополнительные нестационарные силы и моменты, зависящие от угловой скорости поворота лопасти относительно неподвижного вектора скорости. Эти силы и моменты определяются так называемым комплексом вращательной производной и производной от запаздывания скоса потока на лопасти. С другой стороны, результирующий вектор скорости набегающего на лопасть потока также совершает гармонические колебания в пространстве относительно неподвижной лопасти. Следовательно, на лопасть действуют нестационарные силы и моменты, зависящие от скорости поворота вектора скорости потока относительно неподвижной лопасти. Эти нестационарные силы и моменты определяются так называемыми производными от запаздывания скоса потока на лопасти. Суммируя эти производные, можно получить результирующие нестационарные силы на лопасти. Эти силы могут как увеличивать, так и уменьшать крутящий момент ( следовательно и мощность) ротора в зависимости от скорости вращения и геометрических характеристик лопасти. Расчёт этих производных для лопасти ротора производился методом нестационарной вихревой теории по специальной программе.
10. Поскольку турбина имеет обратный контур подачи воздуха к рабочим лопастям, то в районе осей вращения роторов потоки двигаются в противоположных направлениях. При расчёте предполагалось, что в плоскости, проходящей через ось вращения ротора и параллельной ветру скорость потока равна нулю. При удалении от этой плоскости в обе стороны скорость потока увеличивается линейно.
11. Поскольку турбина создаёт определённое сопротивление движению воздушного потока, то в турбину попадает только некоторая часть от потока, определяемая площадью поперечного сечения турбины. Для определения этой части потока, которая преобразуется в мощность турбины, применялась известная теория Blade Element Momentum Theory, которая наряду с теорией взаимодействия лопастей турбины с воздухом для создания аэродинамических сил применяет теорию силового диска. Эта теория основана на законе сохранения количества движения, а соотношения скоростей потока воздуха через турбину на входе, выходе и в рабочей части турбины получаются применением принципа Бернулли к соответствующим сечениям турбины. На этом этапе моделирования работы турбины применялась однодисковая модель ротора турбины. Ввиду того, что рабочие лопасти пересекают поток воздуха два раза за один оборот ротора, то более точной является двухдисковая модель аэродинамики турбины Дарье. Она будет применяться на этапе технического проектирования турбины.
12. Следует заметить, что для турбины Дарье можно использовать только симметричные аэродинамические профили. Это объясняется тем, что в зависимости от азимутального положения лопасти профиль обтекается воздухом с разных сторон. В таких условиях симметричный профиль создаёт наибольшую среднюю за оборот подъёмную силу. В наших расчётах применялся профиль NACA 0015.
13. Регулирование углов установки лопастей в зависимости от азимута имеет следующие преимущества по сравнению с обычным ротором Дарье: Достигается максимальное значение крутящего момента. Выравниваются нагрузки на лопасти, поскольку все лопасти имеют одинаковые углы атаки. Исключаются срывные режимы, что значительно снижает вибрации турбины и аэродинамический шум. Регулирование углов установки лопастей позволяет турбине активно работать в широком диапазоне угловых скоростей вращения и скоростей ветра, а также реализовать режимы самозапуска и быстрого выход на рабочие обороты.
14. Наличие обратного контура подачи воздуха к рабочим лопастям турбины имеет следующие преимущества по сравнению с обычным ротором Дарье: Обеспечивается симметричная нагрузка относительно оси вращения ротора, так как во всех азимутальных положениях лопасть двигается по потоку (нет лопастей, которые, как в обычном роторе Дарье, двигаются против потока). Это существенно повышает мощность. Обеспечивается взаимная компенсация изгибающих ось вращения моментов от аэродинамических сил диаметрально противоположных лопастей ( так как проекции на радиусы вращения подъёмных сил лопастей, двигающихся в прямом и обратном контурах, взаимно противоположны).
15. Следует сказать, что предпринятые конструктивные мероприятия для повышения эффективности проектируемой турбины оказываются несколько избыточными, как показывают результаты компьютерного моделирования. Это связано с тем, что проектируемая турбина при заданном ветре способна обработать большее количество воздуха, чем в неё поступает согласно теории BEM. Для увеличения мощности турбины при заданном ветре и неизменной площади входа необходимо увеличить количество воздуха, поступающего в турбину. Это можно реализовать двумя способами: Первый способ - искусственно создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление потоку воздуха, не попадающему в турбину. Это создаёт дополнительное падение давления на выходе, что при постоянной скорости ветра увеличивает скорость потока в рабочей части, т. е. увеличивает расход через турбину. Как показывают соответствующие эксперименты, установка диффузоров с линзами на выходе турбины увеличивает скорость потока в рабочей части на 30%. Второй способ – это увеличение скорости потока на входе в турбину. Как утверждают некоторые авторы, это можно сделать установкой конфузора на входе в турбину. Однако, установка конфузора на входе в турбину – это дополнительное сопротивление. По этой причине реализация этого эффекта становится сомнительным. Увеличение скорости потока на входе в турбину при постоянной скорости ветра реально можно осуществить изменением рельефа местности со стороны входа в турбину. Например, установкой турбины на возвышенности (естественной или искусственной).
16. На Fig. 1 – 6 приведены расчёты максимального коэффициента мощности, скоростного коэффициента турбины (TSR) и длины хорды лопасти, соответствующие этой максимальной мощности. Эти параметры построены в зависимости от отношения R/h (R – радиус ротора; h - высота ротора ) и от solidity factor = n*c / (2*pi*R), где n – количество лопастей в роторе (без учёта каскадных лопастей); с – длина хорды аэродинамического профиля; pi = 3.14. Расчёты проведены для 4 – х и 8 – ми лопастной турбины. Все расчёты выполнены для ветра 5 м/сек и
Из анализа полученных графиков следует:
- Проектируемая турбина при определённых конструктивных параметрах достигает коэффициента мощности 0,59.
- При фиксированном значении Solidity factor при увеличении отношения R/h увеличивается коэффициент мощности.
- При увеличении количества лопастей расширяется диапазон Solidity factor, в котором коэффициент мощности достигает 0,54 – 0,59.
- Угловые скорости вращения турбины (фактор TSR) на режиме максимальной мощности уменьшаются при увеличении Solidity factor для всех отношений R/h.
- На режимах максимальной мощности потребные длины хорд лопастей возрастают при увеличении отношения R/h для постоянных Solidity factor.
Доказательства теоремы энергонезависимости или....
Ветроэнергетика может быть бесперебойной, также как гидро и ядерная энергетика.
ДАНО: статья «Дер Шпигель» (смотреть ссылку, что такое сейчас ветроэнергетика.)
Необходимо доказать: Ветроэнергетика по мощности сопоставима с гидро и ядерной энергетикой и бесперебойность имеет место быть.
Доказательство: Наши ветрогенераторы (см.расчеты мощности по скорости ветра) технологически созданы под среднегодовой ветер. Пример: см. Ссылку Скорость ветра 4м/с-150 Мвт в час (один ветряк). Скорость ветра 5м/с- 200 Мвт в час (см ссылку). Промежуток отсутствия ветра в данной местности – есть алгоритм периодически повторяющийся. Рассчитав эти промежутки отсутствия ветра, можно рассчитать инерционный маховик и по времен отсутствия ветра перекрыть эти промежутки инерционным маховичным накопителем. Именно так поступил в 1929 году господин Уфимцев (см ссылку патент Уфимцева) в городе Курске. Применив магнитные подшипники и вакуумное размещение инерционного накопителя, мы получаем бесперебойное электроснабжение от ветрогенератора и плюс возможность регулировать потребление в зависимости от времени суток. Нурбей ГУЛИА современные инерционные маховики см. Ссылку
Достигнуто доказательство о бесперебойности ветроэнергетики. Экономическая составляющая в этой теореме тоже считается доказанной и бесперебойной, а также сверх прибыльной.
Видимо нужно доказывать, что к ветроэнергетике нужен такой же подход, как гидро и ядерной энергетике. Видимо металлоёмкость в ветроэнергетике стала непреодолимым препятствием для развития оной. Хотя в гидро и ядерной энергетике металлоёмкость не является препятствием для развития, даже тепловая энергетика (сжигание угля, газа, торфа и т.д.) не считается с фактором конечной металлоёмкости проекта - отсюда и стоимость всего проекта, бесперебойность классической энергетики делает её в конечном счёте рентабельной. Стоит изменить подход на классический, и вот случилось чудо, ветроэнергетика стала рентабельной, да нет, она стала сверхрентабельной. Или не так?...
Ветроэнергетика может быть бесперебойной, также как гидро и ядерная энергетика.
ДАНО: статья «Дер Шпигель» (смотреть ссылку, что такое сейчас ветроэнергетика.)
Необходимо доказать: Ветроэнергетика по мощности сопоставима с гидро и ядерной энергетикой и бесперебойность имеет место быть.
Доказательство: Наши ветрогенераторы (см.расчеты мощности по скорости ветра) технологически созданы под среднегодовой ветер. Пример: см. Ссылку Скорость ветра 4м/с-150 Мвт в час (один ветряк). Скорость ветра 5м/с- 200 Мвт в час (см ссылку). Промежуток отсутствия ветра в данной местности – есть алгоритм периодически повторяющийся. Рассчитав эти промежутки отсутствия ветра, можно рассчитать инерционный маховик и по времен отсутствия ветра перекрыть эти промежутки инерционным маховичным накопителем. Именно так поступил в 1929 году господин Уфимцев (см ссылку патент Уфимцева) в городе Курске. Применив магнитные подшипники и вакуумное размещение инерционного накопителя, мы получаем бесперебойное электроснабжение от ветрогенератора и плюс возможность регулировать потребление в зависимости от времени суток. Нурбей ГУЛИА современные инерционные маховики см. Ссылку
Достигнуто доказательство о бесперебойности ветроэнергетики. Экономическая составляющая в этой теореме тоже считается доказанной и бесперебойной, а также сверх прибыльной.
Видимо нужно доказывать, что к ветроэнергетике нужен такой же подход, как гидро и ядерной энергетике. Видимо металлоёмкость в ветроэнергетике стала непреодолимым препятствием для развития оной. Хотя в гидро и ядерной энергетике металлоёмкость не является препятствием для развития, даже тепловая энергетика (сжигание угля, газа, торфа и т.д.) не считается с фактором конечной металлоёмкости проекта - отсюда и стоимость всего проекта, бесперебойность классической энергетики делает её в конечном счёте рентабельной. Стоит изменить подход на классический, и вот случилось чудо, ветроэнергетика стала рентабельной, да нет, она стала сверхрентабельной. Или не так?...
Видение Юрия Киселёва
1. Создан ветрогенератор, способный работать 100 лет (применяя леветационную рекуперацию или генерацию), как гидроэлектростанция.
2. Создан ветрогенератор способный применять в рабочем режиме среднегодового ветра в любой точке планеты любые рабочие лопасти, известные человечеству по ветроэнергетике. Лишь только скорость среднегодового ветра определяет тип лопастей, ну и конечно целесообразность решаемых задач.
3. Применение диффузора (или японской аэродинамической линзы) для этого типа ветрогенератора даёт возможность превзойти по выроботке (в час, в год) электроэнергии самые эффективные, на данный момент, классические ветрогенераторы с диффузорами (или японскими линзами).
4. Такой тип ветрогенератора один может заменить целый ветропарк классических горизонтальных ветряков, сэкономив, при этом, (освободив) сотни-тысячи гектаров земли, а выработка в час, в год электроэнергии повысится в 2 раза, следовательно и рентабельность увеличится в 2 раза.
5. Применение аэродинамических лопастей в данном типе ветрогенераторов позволяет строить ветряки от 10 мВт до 500 мВт-одна штука, а это получение энергии в данном конкретном месте без сотен-тысяч километров линий электропередач, ну и конечно, потерь на такие расстояния. Особый, машуший режим управления аэродинамическими лопастями позволяет (+15’ до -15’ градусов) запускать их без ветра, выходить на режим номинальной работы лопасти, в режиме винта (режим тяги) и таким образом режим генерации становится бесперебойным. Закон сохранения энергии соблюдён, но есть режим (затухающий) бесперебойности ветроэнергетики, пока снова не появится ветер.
6. Это не только ветрогенератор, но и прямоточная гидротурбина. Можно заменить Рижскую ГЭС (420мВт) на наш тип гидротурбины мощностью 4500 мВт, правда при этом придётся избавится от плотины, восстановить естественное-исконное русло реки Даугава, но это касается не только этой ГЭС, мы имеем ввиду все ГЭС на планете. Прямоточные гидротурбины большой мощности позволяют избавится от миллионов километров линий электропередач. Электроэнергия производится непосредственно рядом с потребителем. Это может быть большой мегаполис, Лиепайский металлург, огромный порт на побережье, удалённые промышленные комплексы, где необходимо большое количество электроэнергии. Есть огромная свалка - рядом рассчитали, установили наше генерирующее устройство и нет больше свалки - есть завод по вторичной переработке. Везде нужно огромное количество электроэнергии, даже, чтобы не загрязнять нашу планету-оно необходимо.
7. Наши ветрогенераторы не имеют фундаментов, они легко могут быть демонтированы и перевезены в другое необходимое место, оставив после себя землю в том же виде, что она была до нас.
8. Ветро и гидро турбины (прямоточные без плотин) решают задачу промышленной ядерной энергетики, те же мощности, даже больше, но если их разрушит цунами или землетрясение, торнадо или террористы не будет никакой угрозы для населения планеты, не будет Фукусимы, Чернобыля и Саяно-Шушенской трагедии... Электричество должно и может быть в избытке-для этого и придуман наш проект.
2. Создан ветрогенератор способный применять в рабочем режиме среднегодового ветра в любой точке планеты любые рабочие лопасти, известные человечеству по ветроэнергетике. Лишь только скорость среднегодового ветра определяет тип лопастей, ну и конечно целесообразность решаемых задач.
3. Применение диффузора (или японской аэродинамической линзы) для этого типа ветрогенератора даёт возможность превзойти по выроботке (в час, в год) электроэнергии самые эффективные, на данный момент, классические ветрогенераторы с диффузорами (или японскими линзами).
4. Такой тип ветрогенератора один может заменить целый ветропарк классических горизонтальных ветряков, сэкономив, при этом, (освободив) сотни-тысячи гектаров земли, а выработка в час, в год электроэнергии повысится в 2 раза, следовательно и рентабельность увеличится в 2 раза.
5. Применение аэродинамических лопастей в данном типе ветрогенераторов позволяет строить ветряки от 10 мВт до 500 мВт-одна штука, а это получение энергии в данном конкретном месте без сотен-тысяч километров линий электропередач, ну и конечно, потерь на такие расстояния. Особый, машуший режим управления аэродинамическими лопастями позволяет (+15’ до -15’ градусов) запускать их без ветра, выходить на режим номинальной работы лопасти, в режиме винта (режим тяги) и таким образом режим генерации становится бесперебойным. Закон сохранения энергии соблюдён, но есть режим (затухающий) бесперебойности ветроэнергетики, пока снова не появится ветер.
6. Это не только ветрогенератор, но и прямоточная гидротурбина. Можно заменить Рижскую ГЭС (420мВт) на наш тип гидротурбины мощностью 4500 мВт, правда при этом придётся избавится от плотины, восстановить естественное-исконное русло реки Даугава, но это касается не только этой ГЭС, мы имеем ввиду все ГЭС на планете. Прямоточные гидротурбины большой мощности позволяют избавится от миллионов километров линий электропередач. Электроэнергия производится непосредственно рядом с потребителем. Это может быть большой мегаполис, Лиепайский металлург, огромный порт на побережье, удалённые промышленные комплексы, где необходимо большое количество электроэнергии. Есть огромная свалка - рядом рассчитали, установили наше генерирующее устройство и нет больше свалки - есть завод по вторичной переработке. Везде нужно огромное количество электроэнергии, даже, чтобы не загрязнять нашу планету-оно необходимо.
7. Наши ветрогенераторы не имеют фундаментов, они легко могут быть демонтированы и перевезены в другое необходимое место, оставив после себя землю в том же виде, что она была до нас.
8. Ветро и гидро турбины (прямоточные без плотин) решают задачу промышленной ядерной энергетики, те же мощности, даже больше, но если их разрушит цунами или землетрясение, торнадо или террористы не будет никакой угрозы для населения планеты, не будет Фукусимы, Чернобыля и Саяно-Шушенской трагедии... Электричество должно и может быть в избытке-для этого и придуман наш проект.
