1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 20
Текст из файла (страница 20)
4.4). Для создания аэрозольных частиц использовались микроструйные форсунки с отверстиями диаметром 25— 100 мкм, через которые жидкость под давлением подавалась в воздушный поток. На основе полученных данных по электрпчсеким н гидравлическим характеристикам единичных форсунок различного диаметра был проведен расчет ВЭУ мощностью 40 МВт, Оказалось, что для реализации такой станции необходима перфорированная поверхность площадью !0» м», на каждом метре которой необходимо сделать 3600 отверстий диаметром 35 мкм (7) .
Говоря о ветроэнергетике, мы все время подразумевали выработку электроэнергии. Однако нельзя обойти молчанием и традиционное использование энергии ветра при морских перевозках. Возрождение парусника — интересное в энергетическом плане направление современного судостроения. Действительно, транспортному судну водоизмещением 10 тыс. т для поддержания скорости в 16 уз (30 км/ч) требуется двигатель мощностью 7,5 МВт, Компенсация даже части этой мощности за счет ветра оказывается экономически выгодной.
Первенец современного парусного флота, японский танкер «Шнн Айтоку мару» дедвейтом 1600 т с дизельным двигателем мощностью !,2 МВт и двумя вспомогательными парусами, управляемыми ЭВМ, экономит при перевозках от 10 до 15% топлива. Одним из лучших счятается проект трузового парусника «Дннашифф» (автор проекта — немецкий инженер В. Пролз). Это судно водоизмещением !7 тыс. т н длиной 160 м будет иметь шесть поворотных мачт высотой 64 м, 9100 м' дакроновых парусов, автоматически убнраемых в полости мачт, обеспечат паруснику даже при угле 35' относительно ветра развивать скорость до 8 уз (15 км/ч).
Такую же скорость ему позволит сохранить при полном безветрии активный руль, приводимый двумя газовыми турбнпамн мощностью по 450 кВт. Предполагается, что парусником сможет управлять команда из 20 чел., причем прокладку оптимального по отношению к ветру курса будт вести ЭВМ, постоянно обрабатывающая метеорологические данные, поступающие от наземных станций погоды илн прямо с метеорологических спутников.
Существуют и другие проекты современных парусных судов, в том числе и отечественные. Парусные суда заинтересовали и специалистов по возобновляемым ресурсам энергии. В одном из патентов США описывается, например, энергетическая установка, выполненная в виде судна-катамарапа, приводимого в движение треугольным парусом, удерживаемым на высоте аэростатом. Движение судна вызывает вращение винта, размещенного ниже ватерлинии, и действие электрогенератора. Нагрузкой генератора предлагается сделать электролизер, разлагающий воду на водород и кислород, причем водород запасается на борту судна в виде гидридов— соединений с металлами — и хранится в контейнерах. Часть водорода можно использовать в случае необходимости в качестве топлива в резервной энергетической установке *. Варианты парусных ВЭУ не ограничиваются конструкциями типа судов.
К этому «тяговому» типу установок относятся н сухопутные «парусники», выполненные в виде тележек с парусом, катящихся по замкнутому пути. Анализируя обобщенные данные проектов различных типов ВЭУ, автор одной из методик проектирования таких установок приходит даже к выводу о том, что по такому параметру, как отношение годовой выработки электроэнергии к массе, парусная тяговая установка может быть значительно эффективнее обычной крыльчатой. Основной вариант рассматриваемой станции состоял из 2190 тележек, движущихся по рельсовому пути длиной 7,6 км с радиусом закругления 762 м, на каждой из которых было установлено по три (как и на яхте) паруса.
Общая масса системы — 13 700 т. Площадь отчуждения около 1 км'. На участке со среднегодовой скоростью ветра 4,4 м/с выработка электроэнергии может составлять 78 млн. кВт ч/год, а на участке со скоростью ветра 6,7 м/с она почти в 2 раза больше. Чтобы получить такую же выработку с помощью крыльчатой ВЭУ типа МОД-2, необходимо установить 15 таких станций которые займут площадь около 12 км'. Для рассмотренной выше «тяговой» установки отношение головой выработки к массе составит 10 Вт ч/год, что в 2 — 4 раза меньше, чем для мощных крыльчатых ВЭУ. К «тяговым» ВЭУ относятся н установки с вертикальным вращающимся ротором, использующим эффект Магнуса, суть которого в том, что при набегании ветрового потока на вращающийся цилиндр, на последний действует сила, перпендикулярная к направлению потока, В университете г.
Дейтона (США) разработан проект станции, состоящей из 228 таких установок, каждая из которых представляет собой тележку длиной 19 м с поставленным на нее цилиндром диаметром 4,9 и высотой 39 м, приводимым во вращение реверсивным электродвигателем мощностью 450 кВт с частотой вращения 3 с-'. Колеса тележек, снабженные ' П»тент США КЧ 4385093, 1982 г. 93 токосъемниками для отвода и подвода электроэнергии, соединены с четырьмя электрогенераторами общей мощностью 1000 кВт. Тележки движутся либо по круговой трассе диаметром 1,4 км, либо по замкнутой трассе с прямолинейными участками длиной по 3— 19 км.
Экономический анализ проекта показал, то такая ВЭС может коикурпровать со станциями крыльчатого типа [15]. Подобные ВЭУ могут быть размещены на эстакадах вдали ат берега. Опыт морского использования такого активного тяговооруження уже имеется. Примером могут служить построенные по проекту А. Флетнера суда с роторными движителями «Букау» и «Барбара» или «Алкион» )К. И. Кусто.
Крыльчатые системы — один нз наиболее интересных объектов для дальнейшего усовершенствования конструкций ВЭУ. Могут, например, быть эффективно использованы методы управления циркуляцией потока вокруг профиля, позволяющие существенно повысить подъемную силу и, соответственно, вращающий момент, развиваемый крылом. Один нз вариантов такого управлення— использование эффекта Коанда, состоящего в том, что нзгибаемая на обтекаемой поверхности струя жидкости или газа способна засасывать из среды массу, в двадцать раз превышающую расход в самой струе, и за счет этого в несколько раз повысить удельную подъемную силу-.
Другой вариант дальнейшей рационализации крыла — применение так называемого эжекторного крыла, управление циркуляцией потока вокруг которого осуществляется путем вдува газа в эжектор, размещенный на задней кромке. Увеличение циркуляции, которое дает вдув газа в эжектор (суперциркуляция), позволяет увеличить подъемную силу на 20 — 30 %.
Но, пожалуй„ главное достоинство такого реактивного крыла — возможность создать сравнительно легко запускаемые и останавливаемые либо использующие резервный запас сжатого воздуха турбины либо турбины, оснащенные компрессорами, питаемыми от аккумуляторов нлн от элсктросети. Более того, принципы управляемой циркуляции в сочетании с принципом действия ветроколеса с вертикальной осью заставляют по-новому отнестись к некоторым ранее отвергнутым решениям. Здесь имеется в виду принцип, на котором основана работа ВЭУ Андро, представляющей собой крыльчатый ветроагрегат с горизонтальной осью. в котором передача механической энергии от ветроколеса к генератору осуществляется воздушным потоком, засасываемым через канал в опорной мачте лопастями, играющими в этом случае роль центробежного воздушного насоса.
Две таких установки мощностью по 100 кВт были построены в Великобритании и в Алжире в 1950 г. Дальнейшего распространения эти ВЭУ не получили, так как эксплуатация их показала, что высокие гидродинамическне потери в каналах лопастей, башни, впускных фильтров не компенсируются отсутствием механической трансмиссии. В установке, в основу которой положены два принципа (Дарье и Андро) роль привода по-прежнему могут выполнять лопасти, но собственно ускорение воздушного потока будет происходить в патрубках, скрытых внутри элементов крепления вертикально установленных крыльев.
Для уменьшения аэродинамического сопротивления последним придают оптимальную форму. Внутреннее сопротивление можно снизить за счет выбора сечения и формы воздухоироводов. Первые турбины с вертикальной осью не имели механизмов для управления лопастями. Сейчас разработаны конструкции, в которых положение лопастей или их частей по отношению к потоку регулируется с тем, чтобы поддерживать оптимальный режим работы ВЭУ, Применение современных материалов позволяет использовать для такого управления принцип, лежащий в основе адаптивного крыла, геометрия которого мржет изменяться в зависимости от скорости набегающего потока. в 4.3.
Основные соотношения для расчета ветроустановок Мощность, извлекаемую из потока газа или жидкости, можно определить следующим образом. Если обозначить: о — скорость потока на достаточном удалении от ветроколеса (перед колесом); и — скорость в зоне действия ветроколеса; и~ — скорость на некотором удалении от ветроколеса (за ним ); М вЂ” масса жидкости (газа), протекающей через площадь ссчсння ветроколеса А в единицу времени, то изменение количества движения этой массы М (и — и,) будет равно результирующей силе, действующей на ветроколесо. Извлекаемая мощность соответственно будет М (о — и~) и.
Выражение для величины и получим нз закона сохранения энергии О М (о — и1) и = 0,5М(о~ — и~), (4.1) откуда и = 0,5 (о + и1). Теперь легко получить выражение для мощности, извлекаемой турбиной, в удобном для вычислений и анализа виде: (о — и,)' Р=М(о — и,) и=рАи(о — иДи=рА " ' (о — и,)= А о» =р 4" 1(1+ а)(1 — ~')1, (4.2) где а = и~/о .
Величина Р немонотонно зависит от скорости. Если последнее выражение продифференцировать, можно видеть, что максимальная мощность достигается прн а = /з, т.е. Р,« = 1 8 з = — рАо . Сопоставим теперь величины максимально извлекае- 27 з мой мощности Р „,'- и мощности потока Р = рАо /2. Получаем, что идеальная, турбина в потоке жидкости или газа способна извлекать !6/27 его мощности. У нас в стране этот численный множитель называют коэффициентом Жуковского. В зарубежной литературе его часто именуют коэффициентом Бетца в честь немецкого ученого А.
Бетца, также исследовавшего ветроколесо, но получившего основные результаты на 10 лет позднее Н. Е. Жуковского. По физическому смыслу коэффициент Жуковского — это максимальное значение коэффициента мощности вращающегося крыльевого преобразователя энергии, определяемого как ц = = Р,,/Р и устанавливающего ту предельную величину энергии, которая может быть подобным преобразователем отобрана у движущегося потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
