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).
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.
Костиков Кирилл Сергеевич
Хозяинов Борис Петрович