Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева
Теоретические и экспериментальные основы создания эффективных ветроэнергетических установок для агропромышленного комплекса в условиях малых природных скоростей ветра
Область: Чистая энергетика (ветроэнергетика)
TRL3: Для подтверждения концепции разработан макетный образец технологии, чтобы продемонстрировать ее ключевые характеристики, дорабатывается TRL4: Разработан детальный макет решения для демонстрации работоспособности технологии TRL5: Работоспособность технологии может быть продемонстрирована на детализированном макете в условиях, приближенным к реальным
Описание технологии
Лопасти изготавливаются из стеклопластика. В плане представляют собой полуэллипс со стабилизирующей плоскостью. Изготавливаются на специальной форме, обеспечивающей хорошую аэродинамику. Ветронаправляющие экраны могут изготавливаться из металлического профнастила или из фанеры в зависимости от размеров установки. Основное преимущество – это способность работать в широком диапазоне природных скоростей ветра от 0,5 м/с до 15,0 м/с.
По предварительным расчетам по предлагаемой методике были получены результаты ветроэнергетической установки с размерами – диаметр ветротурбины 1000 мм, весота ветротурбины 2000 мм, оборудованная 3 лопастями в виде полуэллипса размерами 150×150 мм со стабилизирующей плоскостью размером шириной 150 мм и шестью направляющими экранами шириной 1000 мм и высотой 2000 мм, занесенные в таблицу 1 и в графиках на рисунках 4, 5, 6.
Примечания к таблице 1: КЗ – коэффициент заполнения объема ветротурбины лопастями; КЭКР – коэффициент увеличения скорости воздушного потока в объеме ветротурбины с учетом использования ветронаправляющих экранов; UТ – скорость воздушного потока в объеме ветротурбины с учетом применения ветронаправляющих экранов (м/с); ω – угловая скорость вращения ветротурбины (1/с); Mвp – Вращающий момент ветротурбины (Нм); N – мощность ветротурбины, изменяющаяся с учетом изменения природной скорости ветра (Вт).
Таблица 1. Эффективность работы предлагаемой ветротурбины, диаметром 1 м, высотой 2 м и ветронаправляющими экранами шириной 1 м
4. Изменение угловой скорости вращения ветротурбины в зависимости от изменения природной скорости ветра
5. Изменение величины вращающего момента в зависимости от изменения природной скорости ветра
6. Изменение мощности ветротурбины в зависимости от изменяющейся природной скорости ветра
Описание будущего/возможного применения
Использование ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения ветротурбины возможно в агропромышленном комплексе. Ветроэнергетическая установка способна работать при скоростях природного ветра от 0,5 м/с до 15,0 м/с. Это достигается применением лопастей, использующих принцип дифференциального лобового сопротивления (аэродинамический коэффициент 0,882), которые очень чувствительны к малым скоростям ветра, кроме того применяются ветронаправляющие экраны, которые усиливают скорость воздушного потока в объеме ветротурбины. Разработаны методики по вычислению размеров ветротурбины, размеры и количество лопастей в зависимости от требуемой мощности и среднегодовой скорости ветра. Также разработаны методики по вычислению угловой скорости вращения ветротурбины, вращающего момента и мощности в зависимости от размеров ветротурбины, размеров и количества лопастей, массы ветротурбины и среднегодовой скорости ветра.
По данной тематике получены 18 патентов на изобретения.
Договор с администрацией Кемеровской области.
Общий вид ветротурбины
План ветротурбины, оборудованной тремя лопастями шестью ветронаправляющими экранами
Общий вид экспериментальных установок а – установка с тремя лопастями 2-й модели – 3БСПЛ+6Э
Общий вид экспериментальных установок б – монтаж ветротурбины 4БСПЛ на крыше жилого дома