1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо, 1982u), страница 5

П и, ости для ветроуста- конусообразные устройства дл ь, рименяются нходные с жа у юш неся дающего на ветроколес, я увеличения ско ости р потока, попа- пользуются устройства с з о, и снижения степени т б ур улентности, ис для ув л чен я его угловой И закручиванием потока около ве новленная мошнос ь Р с, развивае в й скорости Из рис.

!.4 ви ть у*ь развиваемая ветроколесом с горизонврашения, зависит от его размеров. Рис. ! 4 Типово е семейство ветродвигателей с при среднегодовой скорости ветра 7,6 ! — на те ито н, рр р и, удаленной от побережьи; г — иа Пе ерпендикулярное направление действия вет а н аШення ~ым~ось мало ффектпвным, та е ует применения систем о и сложных способ фективности. Они не ов съема мошпости, что ориентации и сравнительно т, что приводит к потере их эфнию с другими типами в р ти. ни не имеют существенных и еим и р ушеств по сравнекальной осью врашення.

и ветродвигателей с " с горизонтальной и верти- И8.2. РОТОРЫ С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ Такие, реимугцества перед ветроприемб у р твах для ориентации на ветер, вызывающие допол ся конструкция и снижаются ги ос р скопические нагрузки, и лнительные напряжения в передач и.других элементах стано о в лопастях, системе ментах установок с горизонтальнои осью враЕше в прошлом были разработаны с вертикальной осью в различные типы устройств шего момента использовалас й осью вращении, в которых для соз а здания вращаюся устройства с ь валась сила соп о пластинами, чашеоб ротивления. К ним относят- разными или турбинными эле- лв ментами, а также роторами Савоннуса с лопастями 5-образной фор,,ы, на которые действует также и подъемная сила. Устройства такого типа обладают большим на4альным моментом, но меныпнми быстроходностью и мощностью по сравнению с обычным ротором.

В 1920 г. во Франции Дарье предложил новый тип ротора, интенсивной разработкой которого начиная с 1970 г. занимался совет Ха(1опа1 Кезеагс(т Соцпс11 о1 Сапау(а (ХКС). В настояшее время ветродвигатель Дарье может рассматринаться в качестве основного коякурента ветродвигателей крыльчатого типа. аа ию гпп 5аа гого гопп 5ппп и„„-гпопанвг Рис.

1 5. Типовое семейство ветродвигателей Дарье с вертикальной осью вра- щении при среднегодовой скорости ветра 7,6 м7с. Ротор 'Дарье относится к ветроприемным устройствам, используюшим подъемную силу, которая возникает на выгнутых лопастях, имеющих в поперечном сечении профиль крыла. Ротор имеет сравнительно небольшой начальный момент, но большую быстроходность, в силу этого — относительно болыпую удельную мошность, отнесенную к его массе или стоимости. Такие роторы имеют различную форму ( ут-,,гт-, У- н О-образную) с одной, двумя или большим чисЛом лопастей. Для увеличения начального момента ротор Дарье может быть скомбинирован с различными типами вспомогательных устройств. Однако это увеличивает массу и стоимость ветроустановкн, и применение ее при таких характеристиках требует оптимизации конструкции конкретного назначения.

Рис. 1.5 иллюстрирует зависимость установленной мошности ротора Дарье Р„,, от его размеров. В роторе другого типа с вертикальной осью вращения используется эффект Магнуса; к таким роторам с врашаюшимися цилиндрами можно отнести конструкции Мадараса и Флеттнера. Прн набегании ветрового потока на врашаюшийся цилиндр в соответствии с эффектом Магнуса действует сила, перпендикулярная направлению потока. Такие устройства подобно парусам мокнут 29 Дачку си яидыэа- я сила р п 1 кг с к; С1 ф~ ну ка ны от1 Уп) вы пс) ще с в ЩЕ1 ся быть использованы для приведения в движение судов или сухопут- ' ных транспортных средств (рис. 1.6, 1,7). Известна также ветроустановка с ротором вертикально-осевого; вращения, располагаемым в трубе или башне, внутри которых генерируются восходящие вихри.

Одновременно предусматривается нагрев воздуха внутри башни путем непосредственного исполь- ,з 2 ' ч Рис. 1.б. Использование эффекта Магнуса в ветродвигателях, имеющих ротор с вертикальной осью вращения: 1 — воздействие ветра; 2 — подъемная сила (эффект магнуса1; а — сила сопротивления; 4 — результирующая сила. Рис. 1.7. Схематическое изображение ветроэлектрической установки Мадараса: 1 — вращающийся цилиндр; 2 — тележка; 2 — рельсовой путь; 4 — элеитрняесний генератор, приводимый во вращеэгие от колеса тележии. зования солнечного излучения или сжигания топлива с последую'- щим расширением воздуха, вследствие чего получается эффект газовой турбины.

В конечном счете, оценку многих возможных типов и конфигураций установок можно свести к определению стоимости энергии, вырабатываемой установкой при заданной скорости ветра. 1.9. ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ НА ПЕРСПЕКТИВУ Возникает настоятельная необходимость сделать все возможное для освоения новых возобновляемых источников энергии.

Резко возрастает стоимость энергии, получаемой от обычных энергоисточников и систем, Потребность в новых источниках увеличивается в США в связи с быстрым ростом зависимости от импорта иностранной нефти, а также расширяющейся осведомленности общества о воздействии традиционных энергетических систем на окружающую среду, 1.9.1. ПОДДЕРЖКА ФЕДЕРАЛЬНЫХ ОРГАНОВ Поддержка федеральных органов выражается в принятии программы ускоренной разработки, конструирования и эксплуатации ВЭУ большой мощности (1 МВт и более), которые необходимы для ЗО экономичной работы в составе энергосйстемы.

Кроме того, по мере роста цен на обычное топливо и электрическую энергию становится все более конкурентоспособным применение вегроустановок многих типов на фермах. Для его стимулирования также необходима поддержка федеральных органов. Для преодоления препятствий, стоящих на пути применения ВЭУ для работы в энергосистеме, необходимо показать надежность ВЭУ мощностью до нескольких мегаватт при их долговечности от 20 до 30 лет.

Стоимость их сооружения может быть снижена до 200 — 300 долл!КВт за счет усовершенствования конструкции и массовости производства. Можно предвидеть возникновение и другой важной проблемы, которая связана с передачей промышленности, общественным энергокомпаниям и другим потребителям ВЭУ, разработанных федеральными организациями. Проблема состоит в необходимости достаточно быстрой разработки основных требований к производственным объектам и эксплуатационному оборудованию для строящихся ВЭУ.

Планируемая федеральная программа включает значительное число исследований и разработок, связанных с анализом применения ВЭУ в местных условиях, характеристиками ветра, с усовершенствованием ВЭУ, ее элементов и подсистем, оценкой возможного влияния ВЭУ на окружающую среду, а также общественных„ юридических и организационных проблем, которые могут сдерживать быстрое развитие ВЭУ.

В дополнение к этому программа предусматривает конструирование и демонстрацию ряда ветроустановок для применения на фермах, в том числе для производства электроэнергии, подъема воды для целей обводнения и нагрева воды или воздуха в системах отопления или охлаждения. Большинство из разрабатываемых в первую очередь ветродвигателей большой мощности имеют двухлопастные встроколеса с горизонтальной осью вращения. В то же время в программу включены и однолопастные ветроколеса, а также ветродвигателн различных типов с вертикальной осью вращения.

Помимо этого, исследуются характеристики и составляются программы испытаний различных типов ветродвигателей, которые могут быть использованы в будущем. 1.9.Х ПРОГРАММА УПРАВЛЕНИЯ ЕПОА-НАВА Первая ВЭУ большой мощности была построена в соответствии с программой ЕКОА. Она сооружена в научно-исследовательском центре (.етз Кезеатс)т Сеп1ег (Т.егсС) НАБА (Плас-Брук, штат Огайо) и начала эксплуатироваться с сентября 1975 г. Ветродвигатель с ветроколесом диаметром 38 м(с горизонтальной осью вра1цения), работающим за башней, развивает мощность 100 кВт при скорости ветра 8 м/с. Расчетный коэффициент использования энер- 31 1Э.З. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ оаи дей Рис.

1.8. Вихревое устройство башенного типа, действующее при любом направлении ветра: ! - регулируемые вертикальные .топаткн; у — лопатин аакрыты, у — трос, прнкрепленнма к земле, а — неподвижиаи опорно-напранлнющаи конструкнни; б — маховик; б — передаче к генератору, 7 — пол. шинник; и — выходное сечение турбины; 9 — попас~и ветроколеса. я н о у! в~ щ щ с Щ~ ся гии ветра 5=0,375, КПД редуктора 0,75, Скорость ветра ТУ, необходимая для начала вращения колеса, равна 3,6 м/с. Ветроколесо рассчитано на работу с постоянной частотой вращения 40 об/мин при )'1'27 м/с за счет изменения угла установки лопастей. Лопасти ВЯводятся во флюгерное положение при У>27 и/с, ветроколесо останавливается при 1'>67 м/с.

Ветроколесо, система передач, генератор и механизм регулятора смонтированы на опорной платформе на вершине башни высотой 30 м на фермснной надстройке. Регулирующее устройство включает механизм поворота лопастей и ориентации ветроколеса на ветер путем поворота опорной платформы с частотой1/боб/мин. Вращающий момент передается с вала ветроколеса к гене- ' ратору мощностью 125 кВ А, ни частотой вращения 1800 об/мин, массой 645 кг через редуктор с передаточным Вв отношением 1: 45. В исходном варианте установка мощностью 100 кВт была спроектирована для проверки пригодности элементов и подсистем усох вершенствованной ВЭУ. Она должна была использоваться для накапливания экспериментальных данных, которые могут найти применение при разработке установок других размеров.

в процессе осуществления программы демонстрации ВЭУ. К числу анализируемых экперимептальных данных относятся мощность, развиваемая при различных скоростях ветра, нагрузки, напряжения и вибрации лопастей, втулки и башни, устойчивость и эффективность системы регулирования ВЭУ. Объектом исходных исследований ВЭУ мощностью 100 кВт было также определение долговечности ее элементов и подсистем, для которых могут быть снижены эксплуатационные расходы, и получение исходных данных для оценки стоимости массового 'производства перспективных ВЭУ различных типов и размеров. С точки зрения результирующих данных по экономике мощности перспективных ВЭУ, использующих крыльчатые или другие типы ветроприемников, работающих в природном ветровом потоке, должны быть по возможности большими; от 1000 — 3000 кВт до 20 тыс. кВт.

Размеры ветроколсс могут ограничиваться напряжениями, возникающими в конструкции опор, лопастей и других нагруженных элементов. Поэтому перспективные системы должны быть спроектированы с ветроприемниками возможно меньшей массы, которые будут, вероятно, использовать для приведения их в действие не силу сопротпвления, а подъемную силу, чтобы иметь большую быстроход' ность при больших значениях коэффициента использования энергии ветра Е. Преимущества, которые дают более сильные и более устойчивые ветры, могут использоваться при размещении ВЭУ в прибрежных водах. Должны быть также проведены исследования ветроустановок с башенными устройствами, предназначенными для образования и использования вихрей типа торнадо илн других типов направляющих устройств для увеличения скорости потока и градиента давления в зоне ветроприемного устройства (рис.