Vortex bladeless своими руками
Изобретатели на проверке модели в полевых условиях
Испанский стартап Vortex Bladeless предлагает устройство для принципиально нового метода сбора энергии ветра, в котором отсутствуют трущиеся друг об друга части или вращающиеся лопасти. Устройство получает энергию из завихрений, образуемых ветром вокруг вертикального цилиндра, укреплённого на мачте.
Стандартные ветровые турбины имеют огромные размеры, их винты не только дорого изготавливать и трудно доставлять и монтировать – они ещё являются источниками шума и угрозой для птиц. И если по поводу опасности для птиц защитники животных всё ещё ведут споры с изготовителями ветряков, то сомнений в наличии шума ни у кого, похоже, не возникает – раз в два года даже проводится конференция по вопросам уменьшения шума от ветряков.
Кроме того, движущиеся части мотора ветряка нуждаются в периодическом обслуживании. А движущиеся части генератора от VB взаимодействуют при помощи магнитов, и потому не требуют смазки. В результате, по уверениям создателей компании, стоимость изготовления такого ветряка в два раза меньше стоимости обычного, а затраты на обслуживание – в пять раз меньше.
Vortex Bladeless работает на известном эффекте вихреобразования, при котором воздух, обтекающий твёрдое тело, образует периодические завихрения. С этим эффектом давно борются инженеры – жестокий урок о разрушительности вихрей был получен на примере Такомского моста, который был разрушен ветром всего через четыре месяца после открытия. А упомянутый стартап использует его для извлечения полезной энергии.
Полый и достаточно гибкий фибергласовый цилиндр укреплён через генератор на неподвижной мачте. Геометрия его рассчитана таким образом, чтобы максимизировать эффект завихрений. Ветер раскачивает цилиндр, благодаря чему генератор вырабатывает электричество. Компьютер подстраивает работу передающих усилие электромагнитов под изменяющуюся силу ветра, чтобы получать максимум энергии при любой его скорости.
Стартап за четыре года своего существования прошёл путь от идеи до рабочего прототипа. Инженеры тестировали прототипы своих устройств в аэродинамических трубах, а теперь проверяют работу масштабных моделей в полевых условиях. Не далее чем через год они планируют представить готовый для коммерческого использования вариант.
Первый вариант будет иметь размер в 12.5 метров, весить около 100 кг и выдавать около 4 КВт энергии. Также в планах создание миниатюрной версии устройства, 3 метра высотой и весом 10 кг, которое должно выдавать 100 Вт. По расчётам изобретателей, несмотря на то, что их устройство собирает на 30% меньше энергии, чем традиционный ветряк, крайне низкая стоимость VB делает собранную энергию на 40% дешевле обычной. Кроме того, это устройство занимает гораздо меньшую площадь и его можно устанавливать на крышах и в других местах, где площадь находится в дефиците.
Проект собрал около миллиона евро из разных европейских инвестиционных фондов. Также недавно сообщалось о переезде компании в Бостон, США. Кроме этого, он получил финансирование в размере чуть менее 300 тысяч евро от испанской нефтегазовой компании Repsol (вопреки распространённому мнению о том, что нефтяники отправляют изобретателей новых способов добывания энергии на корм рыбам). Нефтяные компании спонсируют изобретателей, потому что они смогут не только получить дополнительную выгоду в случае успешного выхода на рынок новых устройств, но и улучшить социальный вклад в общество.
Технологическая стартап-компания Vortex Bladeless из Испании разработала метод выработки возобновляемой электроэнергии при помощи ветрогенераторов Skybrators, лишённых лопастей и сопряжённого с ними негативного воздействия на окружающую среду.
Огромные белые лопасти ветровых турбин принято считать неотъемлемым атрибутом ветроэнергетики, однако Давид Яньес и его небольшая команда компании Vortex Bladeless решила переосмыслить существующие технологии добычи электроэнергии из силы ветра. Испанцы предложили миру дизайн турбин Skybrators, которым не нужны лопасти, высокие башни ветрогенераторов и даже высокий среднегодовой уровень ветра.
Устройство
Внешний столб вибрирует от силы ветра, без ограничений в амплитуде. Его основание прочно зафиксировано в земле блоком в форме цилиндра. Устройство собрано с использованием смол, укрепленных углеродом и стекловолокном. Это обеспечивает высокую прочность без потери КПД. Конструкция ветрового устройства сильно отличается от обычного ветряка. Вместо привычной башни с лопастями есть только мачта из очень прочных и легких материалов.
По словам Давида Яньеса, его стартап не выступает против традиционных ветгрогенераторов. Он считает, что Skybrators могут восполнить пробелы ветроэнергетики, недоступные гигантам с лопастями. К примеру, подобные безлопастные устройства смогут преобразовывать энергию ветра в непосредственной близости от жилых зон, где размещение целой ветровой фермы не представляется возможным, а малое количество турбин будет неэффективным. В Vortex Bladeless считают, что безлопастные ветрогенераторы отлично уживутся в нише мелкомасштабных электростанций, которые обеспечивают энергией домашние хозяйства и небольшие производства. Главные достоинства технологии – уменьшение влияния ветроэнергетики на окружающую среду, минимальное изменение внешнего вида места установки подобных ветрогенераторов и сокращение расходов на их обслуживание. Имеющийся дизайн рассчитан на производство небольших объёмов электроэнергии, однако в будущем Vortex Bladeless также планируют создать промышленный вариант ветрогенераторов Skybrators высотой до 140 метров с энергетической мощностью до 1 мегаватта.
К 2030 году все дома в Великобритании будут работать на энергии ветра
Рынком для продажи турбин Skybrators могут стать такие страны как Великобритания. Руководство туманного Альбиона пообещало, что к 2030 году весь жилой сектор в стране будет обеспечиваться энергией ветра.
А значит у ребят из Vortex Bladeless есть все шансы стать крупными промышленными игроками в Великобритании и не только в течение следующих нескольких десятилетий.
Когда цилиндрическая структура, как труба, стоит на пути жидкости или ветра, происходит явление, называемое вихрями Кармана. Жидкость или воздух образуют цикличность, закрученную в спиральном движении, что делает колебания по бокам. Он имеет аэродинамическое объяснение и расшифрован физиком Теодором фон Карманом в 1911 году.
С тех пор инженер принимает во внимание эти вихри и делает доступными методами профилактику для предотвращения неустойчивости инфраструктур от компрометации. Испанский стартап Vortex Bladeless решил сделать новый шаг и использовать это негативное для обычных инженеров явление для получения энергии ветра. Для этого, они создали Вихрь, ветровую турбину без лопастей, что колеблется от одной стороны к другой в соответствии с ветром, чтобы захватить кинетическую энергию.
Вот как это работает
Цилиндрическая форма структуры также исключает необходимость ориентировки ветровой турбины в направлении ветрового потока. Тем не менее, в тех же условиях, энергия, вырабатываемая Vortex будет на 30 % ниже, чем от традиционной ветровой турбины.
Кроме того, его конструкция делает турбину менее ранящим природный ландшафт и отсутствие лопастей делает его менее опасным для птиц. Нова турбина не производит шум, уменьшая воздействие на окружающую среду еще больше.
К пьезоэлектрическому генератору
В среднесрочной и долгосрочной перспективе, исследователи Vortex работают над альтернативой электромагнитной индукции для того, чтобы генерировать электричество из вихревых колебаний. Эта альтернатива будет основываться на пьезоэлектричестве.
Это явление, обнаруженное в 1880 году братьями Пьером и Жаком Кюри, происходит в некоторых кристаллах, таких как кварц, которые не имеют центра симметрии. При сжатии их масса поляризована и генерирует электрический потенциал.
Использование безлопастного ветрогенератора: принцип работы, конструкция и устройство ветряка будущего
Обновлено: 16 января 2021
Ветроэнергетика прочно заняла свою нишу среди других способов производства электроэнергии. Доля произведенного промышленными ветрогенераторами электротока от общего количества потребляемой энергии, например, в Дании, составляет 36%. Возможности этого метода еще не изучены полностью, а обилие новых разработок, постоянно появляющихся и демонстрируемых конструкторами, говорит о перспективности этого направления.
Слишком заманчиво производить энергию из ветра, который достается совершенно бесплатно и в неограниченном количестве. Энергия есть, ее много, надо только суметь получить.
Ветряки необычных конструкций
Согласно расчетным данным, максимально возможный КПД ветрогенератора составляет 59,3%. Причина этого кроется в особенностях конструкции ветряков и в большом количестве потерь на трение, передачу вращения и прочих тонких эффектах, в сумме отбирающих половину (а то и больше) эффективности устройств. Ограниченные возможности существующих ныне ветрогенераторов стали причиной активного поиска более удачных конструкций, работающих на иных принципах и способных к более интенсивному приему энергии ветра.
Наиболее привлекательна идея отказаться от привычных лопастей и пойти по пути использования более простых конструкций. Это позволит снизить расходы на производство и обслуживание, увеличит срок службы, снизит уровень шума и опасность для птиц и животных. Разработки, уже имеющиеся в этом направлении, сулят большие перспективы в случае их широкого распространения.
Ветрогенератор без лопастей
Безлопастные ветрогенераторы разрабатываются уже довольно давно, но дальше предложенных проектов пока дело не заходило. Наконец, испанская компания Vortex представила полноценную рабочую конструкцию ветротурбины, полностью лишенной лопастей.
Существуют и другие безлопастные конструкции, например, парусные ветряки, не имеющие вращающихся частей, а использующие силу давления ветра на сплошное полотно. Поток, взаимодействующий с парусом, используется полностью, но велики потери при передаче энергии на систему поршней, от которых приводится во вращение генератор. Кроме того, сильный порыв ветра создает большую нагрузку на полотно, что создает угрозу разрушения или опрокидывания мачты с ветряком.
Все имеющиеся до сего времени варианты конструкции безлопастных ветрогенераторов имели общий недостаток — они использовали для производства энергии обычные тихоходные генераторы, нуждающиеся во вращении. Поэтому любая разработка имела один и тот же проблемный узел — участок преобразования полученной энергии во вращательное движение.
Специалисты Vortex, похоже, нащупали способ решения проблемы, отказавшись от традиционных генераторов.
Как устроены безлопастные ветряки?
Конструкция, которую вынесли на суд общественности инженеры Vortex, по их заверениям, имеет большую эффективность, экономичность, экологическую чистоту. Внешне устройство выглядит необычно и несколько футуристически — ветряк представляет собой вытянутый конус, установленный на вершину.
Определить на вид предназначение такого сооружения невозможно, если заранее не иметь о нем никакого представления. При работе никакого вращения нет, устройство лишь слегка раскачивается под действием ветра. Компания планирует начинать массовое производство с небольших моделей, имеющих вес 10 кг, высоту 3 м и развивающих мощность 100 Вт. Параллельно разработана более солидная установка на 4 кВт, имеющая 13 м высоты и вес 100 кг.
В ближайшее время предстоит тестовый запуск станции из 100 столбов, которые будут обеспечивать электроэнергией 300 частных домов в Шотландии. В планах компании проект создания мегаваттной установки, способной обеспечивать энергией серьезные количества потребителей в масштабе больших городов, крупных промышленных предприятий. Проект получил широкую поддержку экологических организаций и общественных движений.
Принцип работы
Действие генератора основано на образовании воздушных завихрений, которые создаются при обтекании потоками ветра цилиндрических препятствий. Конусообразная форма устройства способствует раскачиванию, чувствительность к нарушению равновесия является важным показателем работы ветряка.
Образующиеся вихри создают достаточно сильную вибрацию, приводящую в движение всю конструкцию столба, на изменение положения реагируют чувствительные магниты, создающие сильное поле. Эффект образования завихрений, создающих цепочки возмущений потока, известен уже более 100 лет. Он впервые описан и рассчитан Теодором фон Карманом в 1912 году, но на пользу его никто не пытался обратить.
Испытания, проведенные специалистами, показали, что наилучшие показатели достигаются при использовании нескольких установок, расположенных неподалеку друг от друга. Колебания, инициированные первым столбом, улавливаются второй конструкцией, усиливаются и направляются дальше — нарастающей. Такая способность натолкнула конструкторов на мысль о необходимости использовать не отдельные устройства, а комплекты, дающие сильный эффект, производящие большее количество энергии.
Ветрогенераторы будущего
Усиленные исследования в области безлопастных конструкций дают основания предполагать рост производства подобных изделий. Существующие уже сегодня разработки сулят большие перспективы этому направлению, поскольку экономичность и эффективность таких моделей даже на стадии макетирования намного превышают показатели сегодняшних промышленных образцов.
Исследователи, конструкторы не хотят мириться с недоступностью дармовой, неисчерпаемой энергии ветра, использование которой позволяет отказаться от опасных или вредных для окружающей природы атомных или гидроэлектростанций.
Возможности ветрогенераторов пока не могут полностью решить проблему, но, по мере появления более успешных разработок, неминуемо начнут понемногу занимать место отработавших свой срок службы нынешних энергетических гигантов. Такой процесс будет плавным, резкого перехода не будет, поэтому каких-либо неудобств или потерь никто не почувствует.
Создание бесшумных, не имеющих вращающихся частей установок значительно снизит их себестоимость, что отразится на цене конечного продукта — электроэнергии, увеличит ее доступность, позволит всем без исключения пользоваться энергией ветра.
Ветряная турбина без лопастей
Vortex Bladeless
Вместо того чтобы бороться с этой аэродинамической нестабильностью, технология Vortex использует ее, максимизируя результирующие колебания и извлекая из них энергию. Естественно, конструкция такого устройства абсолютно не похожа на обычную турбину. Вместо обычных башни, гондолы и лопастей устройство имеет неподвижную мачту, генератор и пустотелый, легкий, полужесткий стекловолоконный цилиндр на вершине.
Основные преимущества Vortex
Это ставит предложенную технологию на нижнюю границу ценового диапазона подобных проектов, делая ее весьма конкурентоспособной не только по отношению к устройствам генерации мощности с использованием альтернативной или возобновляемой энергии, но даже по сравнению с традиционными технологиями.
Столь значительное снижение цены обусловлено сокращением производственных затрат, поскольку мачта и оборудование генератора, в основном, представляют собой одно целое. Это позволяет исключить из конструкции гондолу, опорные механизмы и лопасти – самые дорогостоящие компоненты традиционных ветрогенераторов. Грубая оценка показывает, что выигрыш в стоимости производства по сравнению с обычной ветряной турбиной может составлять 51%. Изготовление, перевозка, строительство и монтаж также значительно упрощаются, оставаясь при этом операциями, стандартными для индустрии ветроэнергетики.
Существует еще один отличительный признак, дающий Vortex конкурентное преимущество над другими установками. Благодаря тому, что генератор (и центр тяжести) находятся ближе к земле, Vortex упрощает процедуры монтажа, использования и технического обслуживания. В противоположность этому, типичная гондола обычного ветрогенератора устанавливается более чем в 80 метрах над поверхностью земли.
В конструкции полностью отсутствуют механические элементы, которые могут изнашиваться от трения, что, согласно оценкам, позволит, по сравнению с традиционными турбинами, сократить эксплуатационные расходы на 53%, исключив необходимость замены масла или большинства механических частей, требующуюся многолопастным ветряным турбинам на протяжении 20-летнего срока их службы.
Конечно же, Vortex не застрахована от усталости. Ветер может вызывать смещение и скручивание элементов структуры, прежде всего, эластичной штанги, в особенности, в нижней ее части, противостоящей наибольшим силам. Однако проведенные компанией исследования подтвердили, что нагрузки, испытываемые штангой, далеки от предельно допустимых режимов основного строительного материала генератора – углеродного волокна. Компьютерное моделирование показывает, что срок службы установки будет находиться в диапазоне между 32 и 96 годами.
 |
| Будь здесь Дон Кихот, что бы он подумал о мельнице без лопастей? |
Конструкция Vortex сейчас занимает 30% площади, требуемой обычному ветрогенератору. Практически, это площадь круга, по траектории которого совершает движение вершина мачты при максимальной скорости ветра. При той же высоте, которую имеют современные ветряные турбины, она может извлекать до 40% содержащейся в воздухе энергии, что, безусловно, является более чем хорошим показателем. Система немного проигрывает в эффективности преобразования энергии, достигая уровня порядка 70% от эффективности традиционных генераторов, но связано это только с тем, что при ее создании акцент делался на исключение трущихся и изнашивающихся деталей.
Кроме того, как ожидается, намного снизится вред, наносимый популяции птиц, поскольку характер и размах движений Vortex отличаются от традиционной ветряной турбины, что делает установку лучше различимой.
При частоте колебаний оборудования менее 20 Гц воздействие звука становится несущественным, открывая путь к созданию полностью бесшумных ветряных ферм будущего.
Поскольку Vortex не убивает птиц и не шумит, проект активно поддерживается несколькими экологическими защитными организациями, включая ассоциацию SEO Birdlife.
Стадия испытаний
Для доказательства реализуемости технологии Vortex провела испытания множества прототипов в аэродинамической трубе. В настоящее время Vortex Bladeless оптимизирует методику испытаний в реальных условиях, чтобы завершить создание небольшой действующей модели.
На начальном этапе Vortex сосредоточится на производстве небольших изделий. Первым будет генератор мощностью 100 Вт, имеющий высоту 3 м и вес 10 кг. Турбина разрабатывалась специально для автономной работы в единой системе с солнечными панелями. Такое решение будет рентабельным для домохозяйств с уже установленными солнечными батареями и сможет производить электричество в то время, когда солнечная энергия не вырабатывается. Начав работать, этот продукт, получивший название Vortex Atlantis, положит начало пилотной программе компании. Это будет солнечная панель, использующая энергию ветра.
Вторая установка, которую подготовят к производству в течение года, будет также малоразмерной. 4-киловаттный генератор высотой 13 м и весом 100 кг, как и первый, 100-ваттный генератор, предназначенный для автономного использования, будет оптимизирован для совмещенных с солнечными батареями гибридных систем, использующих общие электрические инверторы.
Основная цель будет достигнута через четыре года, когда Vortex представит ветрогенератор мощностью более одного мегаватта.
О Vortex Bladeless
 |
| Изобретатель безлопастной турбины Дэвид Яньес. |
Vortex Bladeless – испанская стартап-компания, занимающаяся разработкой ветряной турбины без лопастей и запатентовавшая в процессе работы множество технических решений. Работа поддерживалась грантами фонда Repsol, испанской инвестиционной компанией Spanish Angels и кредитами испанского правительства. В апреле 2015 года Vortex переместилась в Бостон и сформировала консультативный совет с участием представителей Гарвардского университета, IDEO, TerraForm Power и Dat Venture. В настоящее время компания ведет переговоры с инвесторами из США, чтобы запустить следующий этап финансирования в рамках краудфандингового проекта, целью которого станет коммерциализация технологии. Сегодня компания насчитывает 11 сотрудников. Учредители встретились несколько лет назад. Дэвид Яньес (David Yañez) является автором идеи, Рауль Мартинг (Raul Marting) занимается вопросами, связанными с организацией компании, а Дэвид Сурайол (David Suriol) управляет бизнесом.
Демонстрационное видео
Безлопастные турбины - новый вид ветрогенераторов
У специалистов по альтернативной энергетике давно сформировался стереотип относительно того, как должны выглядеть правильные и эффективные ветрогенераторы. Такое положение дел вовсе не удивительно, ведь ветрогенераторы возводятся каждый год по всему миру, и это всегда огромные сооружения с лопастями, похожие на гигантские ветряные мельницы. А что до безлопастных ветрогенераторов, то к ним отношение, как правило, в среде альтернативщиков весьма и весьма скептическое.
Тем не менее разработчики новых решений не спешат останавливаться в своем энтузиазме. И вот, в 2015 году, испанская компания Vortex Bladeless предложила новый вариант и уже готовую модель решения, показывающую, как могут быть устроены ветрогенераторы, не уступающие по эффективности традиционным лопастным, однако превосходящие их как по безопасности, так и по экономичности производства и по возможностям установки.
Компания Vortex Bladeless представила модель и рабочий макет принципиально нового ветрогенератора, совсем не похожего на обычные ветряки. Здесь нет вращающихся на ветру лопастей, и вообще не предусматриваются крупные вращающиеся части.
Генератор отнюдь не похож на ветряную мельницу, скорее он напоминает большую биту для бейсбола, установленную вертикально на ручку, и покачивающуюся под действием дующего на нее ветра. Но ведь ветер не всегда дует порывами, - может возразить кто-то, - и как же тогда будет раскачиваться эта гигантская бита, она же просто нагнется и так и будет неподвижно стоять словно дерево? На самом деле все совсем не так!
Принцип, по которому вертикальный безлопастной ветрогенератор станет покачиваться на ветру — не связан с порывами ветра. Принцип заключается в раскачивании вертикального генератора невидимыми вихрями воздуха, образующимися в форме цепочки позади цилиндрических объектов, обдуваемых газом или обтекаемых жидкостью в поперечном направлении.
Ветряной генератор от Vortex вдвое дешевле в производстве, чем лопастная турбина аналогичной мощности, а затраты на регулярное обслуживание меньше в пять раз! К тому же количество выделяемых парниковых газов на 40% ниже, работает генератор тише, и почти полностью безопасен для птиц и летучих мышей.
А что касается эффективности в целом, то вертикальные безлопастные генераторы можно будет устанавливать на меньшей площади и получать таким образом больше электроэнергии, чем от тех же лопастных ветрогенераторов, требующих огромных площадей дабы турбине было где размахнуться. Этот фактор крайне важен при возведении крупных ветряных электростанций, а вертикальных генераторов можно установить несколько, и близко друг к другу — электростанция получится более компактной.
Мало того, разработчики проверили аэродинамику системы из двух своих ветрогенераторов, когда один стоял позади другого, и оказалось, что тот который стоял сзади — раскачивался еще сильнее, ведь он повторно использовал вихри от первого.
Авторы проекта уверены, что для частных домовладений будет достаточно небольших ветрогенераторов Mini высотой в 12,5 метров на номинальную мощность в 4 кВт, а основу крупных ветряных электростанций составят разрабатываемые модели Gran на 1 МВт каждый. Еще на начальном этапе исследований, в 2012 году, европейские инвесторы вложили в Vortex Bladeless порядка 1000000 евро, и по сей день проект представляется очень перспективным.
Конструктивно ветряк состоит из двух частей. Верхняя часть обладает неровной поверхностью, и именно она раскачивается и генерирует воздушные вихри дорожки Кармана вокруг себя. В неподвижной нижней части конструкции расположены элементы электрогенератора.
Установка спроектирована таким образом, чтобы раскачка происходила на резонансной частоте, совпадающей с частотой вихрей в образуемой дорожке Кармана. Так ветер раскачивает верхнюю часть ветряка, используя явление механического резонанса. И если раньше такой резонанс разрушал мосты и другие сооружения, то теперь он сможет генерировать электроэнергию, проявляя свой разрушительный потенциал более дружелюбно.
Сначала специалисты компании успешно протестировали прототипы на 2 кВт, рассчитанные на ветер, дующий со скоростью от 1,5 до 7 м/с; модели на 4 кВт рассчитаны на 3-15 м/с, и так возможно масштабирование вплоть до единиц мегаватт. Главные составные части будущих ветряных электростанций на новых генераторах — вертикальные генераторы Vortex Bladeless на 1 МВт, высотой 150 метров, из которых можно будет собрать огромную электростанцию необходимой мощности.
Всех тонкостей разработчики, конечно, не раскрывают, однако кое-что известно. В основании подвижной части расположены два кольца отталкивающихся магнитов, так что когда ветер нагибает структуру в одну сторону, магниты тянут в другую сторону, и эти небольшие нажимающие и выталкивающие движения как раз и способствуют проявлению кинетической энергии, возникающей в процессе кругового покачивания башни, которая затем преобразуется в электрическую энергию при помощи линейного генератора переменного тока. Частота колебаний башни достигает 20 Гц.
Исследования продолжались долго, и на различных этапах устройство непрерывно совершенствовалось, более 200 моделей было изготовлено, и каждая из них была испытана разработчиками в аэродинамической трубе, чтобы геометрия мачты наконец позволила бы собирать столько энергии ветра, сколько максимально возможно, и чтобы собственная частота мачты Vortex Bladeless могла бы изменяться, дабы подстраиваться в резонанс с дорожкой Кармана.
У специалистов по альтернативной энергетике давно сформировался стереотип относительно того, как должны выглядеть правильные и эффективные ветрогенераторы. Такое положение дел вовсе не удивительно, ведь ветрогенераторы возводятся каждый год по всему миру, и это всегда огромные сооружения с лопастями, похожие на гигантские ветряные мельницы. А что до безлопастных ветрогенераторов, то к ним отношение, как правило, в среде альтернативщиков весьма и весьма скептическое.
Тем не менее разработчики новых решений не спешат останавливаться в своем энтузиазме. И вот, в 2015 году, испанская компания Vortex Bladeless предложила новый вариант и уже готовую модель решения, показывающую, как могут быть устроены ветрогенераторы, не уступающие по эффективности традиционным лопастным, однако превосходящие их как по безопасности, так и по экономичности производства и по возможностям установки.
Безлопастной ветрогенератор Vortex Bladeless
Компания Vortex Bladeless представила модель и рабочий макет принципиально нового ветрогенератора, совсем не похожего на обычные ветряки. Здесь нет вращающихся на ветру лопастей, и вообще не предусматриваются крупные вращающиеся части.
Генератор отнюдь не похож на ветряную мельницу, скорее он напоминает большую биту для бейсбола, установленную вертикально на ручку, и покачивающуюся под действием дующего на нее ветра. Но ведь ветер не всегда дует порывами, — может возразить кто-то, — и как же тогда будет раскачиваться эта гигантская бита, она же просто нагнется и так и будет неподвижно стоять словно дерево? На самом деле все совсем не так!
Принцип, по которому вертикальный безлопастной ветрогенератор станет покачиваться на ветру — не связан с порывами ветра. Принцип заключается в раскачивании вертикального генератора невидимыми вихрями воздуха, образующимися в форме цепочки позади цилиндрических объектов, обдуваемых газом или обтекаемых жидкостью в поперечном направлении.
Вихревая дорожка Кармана
Ветряной генератор от Vortex вдвое дешевле в производстве, чем лопастная турбина аналогичной мощности, а затраты на регулярное обслуживание меньше в пять раз! К тому же количество выделяемых парниковых газов на 40% ниже, работает генератор тише, и почти полностью безопасен для птиц и летучих мышей.
А что касается эффективности в целом, то вертикальные безлопастные генераторы можно будет устанавливать на меньшей площади и получать таким образом больше электроэнергии, чем от тех же лопастных ветрогенераторов, требующих огромных площадей дабы турбине было где размахнуться. Этот фактор крайне важен при возведении крупных ветряных электростанций, а вертикальных генераторов можно установить несколько, и близко друг к другу — электростанция получится более компактной.
Мало того, разработчики проверили аэродинамику системы из двух своих ветрогенераторов, когда один стоял позади другого, и оказалось, что тот который стоял сзади — раскачивался еще сильнее, ведь он повторно использовал вихри от первого.
Безлопастной ветрогенератор Vortex Bladeless
Авторы проекта уверены, что для частных домовладений будет достаточно небольших ветрогенераторов Mini высотой в 12,5 метров на номинальную мощность в 4 кВт, а основу крупных ветряных электростанций составят разрабатываемые модели Gran на 1 МВт каждый. Еще на начальном этапе исследований, в 2012 году, европейские инвесторы вложили в Vortex Bladeless порядка 1000000 евро, и по сей день проект представляется очень перспективным.
Установка безлопастного ветрогенератора
Конструктивно ветряк состоит из двух частей. Верхняя часть обладает неровной поверхностью, и именно она раскачивается и генерирует воздушные вихри дорожки Кармана вокруг себя. В неподвижной нижней части конструкции расположены элементы электрогенератора.
Установка спроектирована таким образом, чтобы раскачка происходила на резонансной частоте, совпадающей с частотой вихрей в образуемой дорожке Кармана. Так ветер раскачивает верхнюю часть ветряка, используя явление механического резонанса. И если раньше такой резонанс разрушал мосты и другие сооружения, то теперь он сможет генерировать электроэнергию, проявляя свой разрушительный потенциал более дружелюбно.
Сначала специалисты компании успешно протестировали прототипы на 2 кВт, рассчитанные на ветер, дующий со скоростью от 1,5 до 7 м/с; модели на 4 кВт рассчитаны на 3-15 м/с, и так возможно масштабирование вплоть до единиц мегаватт. Главные составные части будущих ветряных электростанций на новых генераторах — вертикальные генераторы Vortex Bladeless на 1 МВт, высотой 150 метров, из которых можно будет собрать огромную электростанцию необходимой мощности.
В основании подвижной части расположены два кольца отталкивающихся магнитов
Всех тонкостей разработчики, конечно, не раскрывают, однако кое-что известно. В основании подвижной части расположены два кольца отталкивающихся магнитов. Когда ветер нагибает структуру в одну сторону, магниты тянут в другую сторону, и эти небольшие нажимающие и выталкивающие движения как раз и способствуют проявлению кинетической энергии, возникающей в процессе кругового покачивания башни. Эта энергия затем преобразуется в электрическую при помощи линейного генератора переменного тока. Частота колебаний башни достигает 20 Гц.
Безлопастной ветрогенератор
Исследования продолжались долго, и на различных этапах устройство непрерывно совершенствовалось. Более 200 моделей было изготовлено, и каждая из них была испытана разработчиками в аэродинамической трубе. Чтобы геометрия мачты наконец позволила бы собирать столько энергии ветра, сколько максимально возможно, и чтобы собственная частота мачты Vortex Bladeless могла бы изменяться, дабы подстраиваться в резонанс с дорожкой Кармана.
Читайте также: