Какие ветротурбины лучше, вертикальные или горизонтальные ?
Вертикалки или горизонталки что лучше.
В этой теме я попытаюсь сравнить два типа ветротурбин и подробно рассмотреть плюсы и минусы этих конструкций. Для начала давайте определимся с терминологией. Ветротурбины не делятся на вертикалки и горизонталки а делятся по типу воздействия воздушного потока. Первый тип использует силу напора потока (ветряк с вертикальной осью вращения), второй тип использует подъемную силу ветра (ветряк с горизонтальной осью вращения). В большинстве случаев ветряк с вертикальной осью вращения использует силу напора потока (парус) а ветряк с горизонтальной осью вращения использует подъемную силу ветра (винт). Но существуют и исключения например ротор Дарье. Ось вращения у него вертикальная но он использует подъемную силу ветра как горизонталка.
Давайте подробнее рассмотрим какие силы действуют на ветряки. Возьмем пластину стоящую поперек потока. Когда пластина стоит неподвижно она испытывает максимальное давление ветра но не выполняет ни какой работы если пластина движется по направлению ветра она выполняет какую-то работу но уже испытывает меньшее давление ветра. Если пластина движется со скоростью ветра она не испытывает ни какого давления и не может выполнить ни какой работы. Давно доказано что максимальную работу пластина выполняет если движется в три раза медленнее потока. Винт напротив выполняет максимальную работу когда движется со скоростью потока. Если вспомнить что мощность это произведение силы на скорость станет ясно что винты в три раза эффективнее парусников. Если вспомнить теорию КИЭВ идеального винта с горизонтальной осью вращения Н.Е. Жуковский 0,593 Г.Х. Сабинин 0,683 . У ветряков использующих силу напора потока теоретический КИЭВ 0,192 . То есть соотношение примерно такое же три к одному. Кажется все ясно винты в три раза эффективнее парусников но давайте не будем торопится.
Оценивая эффективность ветряка мы предъявляем ему конкретные требования, предполагая что он будет крутить генератор, насос и тд. Предъявляем определенные требования необходимые для работы нагрузки и на этом основании оцениваем сам ветряк. В этом и заключается ошибка оценки эффективности ветряков.
Давайте рассмотрим следующий пример. Возьмем два ветряка винт и парусник в качестве нагрузки будет генератор который генерирует электроэнергию по средством пьезоэлектриков, на основе пьезоэффекта (как в зажигалке). То есть основным требованием к ветряку будет создание максимального давления. Для работы необходимо надавливать и отпускать пьезоэлектрик и чем быстрее и сильнее это делать тем выше эффект. Рассмотрим парусник, пластина стоящая поперек потока испытывает максимальное давление, снимаем нагрузку пластина проходит небольшое расстояние и опять упираясь создает максимальное давление. Рассмотрим винт, ему необходимо время чтобы разогнаться до скорости ветра затем торможение из за создаваемого давления и снова необходимо время для разгона. Мы видим что парусник может сделать гораздо больше циклов надавил отпустил чем винт, за тоже самое время. Пользуясь той же формулой мощность это произведение силы на скорость теперь получим противоположный результат, теперь парусник гораздо эффективнее чем винт.
На основе этих примеров можно сделать вывод, если нужно что то быстро крутить выгодно использовать подъемную силу ветра (винт). Если сильно давить, выгодно использовать силу напора потока (парус).
Можно возразить что таких генераторов нет, сегодня нет, но не кто не даст гарантию что завтра не найдется умник который придумает новый сверх эффективный пьезоэлектрик на основе которого можно будет построить такой генератор.
Стоит так же обратить внимание на следующее: КИЭВ парусника не зависит от скорости ветра, он постоянен у турбины Савониуса КИЭВ 0,18. А вот у винтов все гораздо сложнее, углы атаки и углы заклинения винтов рассчитываются под конкретную скорость ветра и нагрузку, и винт может выдать максимум только если ветер полностью соответствует параметрам винта. Поэтому при теоретическом КИЭВ идеального винта Н.Е. Жуковский 0,593 Г.Х. Сабинин 0,683 практический КИЭВ 0,4 считается хорошим результатом. Теперь теоретическое превосходство, винтов над парусниками, в три раза превратилось в практическое в два раза. А если вспомнить что у нас резко выраженный континентальный климат, а это значит перепады от полного штиля до ураганных порывов, и соответственно скорость ветра почти всегда не соответствует параметрам винта, то практическое превосходство окажется еще меньше. Так же не стоит забывать про очень низкий стартовый порог винтов и про трудности связанные с ориентированием по направлению ветра.
В настоящее время парусник превосходит винт если стоит задача тянуть большую нагрузку, например насос, где основные требования высокий стартовый порог большой крутящий момент а скорость вращения вторичный показатель. Но возможно в будущем, с появлением новых материалов, парусники как ветрогенераторы станут эффективнее винтов.
Компэл расширил и существенно пополнил склад LED-драйверами компании MEAN WELL, одновременно снизив цену на них. В настоящий момент на складе представлена широкая линейка продукции для наружного (семейства HLG, ELG, XLG, LPC, LPV), и для внутреннего (APC, LCM, SLD, APV) освещения. Имеется большой выбор моделей с различными режимами стабилизации выходных параметров. Кроме того, есть в наличии и линейка DC/DC-драйверов, как понижающих (семейство LDD), так и повышающих (семейство LDH).
Плюсы и минусы вертикальных ветрогенераторов, их виды и особенности
Использование энергии ветра для выработки электричества – одна из перспективных форм развития альтернативной энергетики. Вертикальный ветрогенератор является перспективным направлением развития отрасли, т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с горизонтальными аналогами.
Принцип работы
Вертикальный ветряк представляет собой цилиндр, устанавливаемый на основание. Благодаря своей форме, работает вне зависимости от направления ветра. Вне зависимости от вида вертикального ветрогенератора, он устроен таким образом, чтобы давление потока воздуха на одну из его сторон было выше, чем на другую.
Благодаря такой разнице в давлении происходит вращение оси генератора и выработка электричества. Из-за того, что сила ветра направлена на обе стороны ветрогенератора, показатель стартовой скорости ветра немного больше, чем у горизонтальных ветряков, но при должном качестве деталей, существует самораскрутка – т.е. значительное увеличение оборотов генератора даже при небольшом (от 3,5 м/с) ветре.
Какая конструкция лучше
Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.
Ветряк Савониуса — полукруглые лопасти
- Большая «парусность». Воздействие ветра кренит всю конструкцию, создавая напряжение в оси и выводя из строя подшипник, на котором вращается весь ротор.
- Конструкция не способна начать вращаться самостоятельно при наличии двух или трех лопастей, поэтому два таких ротора необходимо закреплять на одной оси одну под другой под углом в 90°
На ортогональный ротор устанавливают дополнительные статические экраны для увеличения производительности
- Низкая, даже по меркам ветрогенераторов, эффективность.
- Скорость ветра для полной раскрутки такого генератора должна быть не менее 4 м/с. При этом до набора полной скорости вращения такого ротора, нагрузку к ветряку подключать нельзя – остановится.
- Шумность. Если в остальных моделях шум издают только подвижные части (подшипники), то вертикальный ветрогенератор такого типа шумит лопастями. Очень сильно.
- Из-за вибрации быстро выводит из строя подшипники и все несущие элементы конструкции.
Геликоидный ротор имеет сложную конструкцию
- Сложность в изготовлении, отсюда высокая стоимость вертикального ветряка.
- Высокая стоимость устройства из-за большого количества деталей.
Плюсы вертикальной оси
Положительные качества всех вертикальных ветрогенераторов:
- Не направляются по ветру, работают при любой его направленности.
- В отличие от ветрогенераторов с горизонтальной осью, имеет только одну ось вращения, следовательно бо́льший срок службы.
- Возможна установка на небольшой высоте — от 1,5м, в зависимости от модели.
- Все важные подвижные элементы находятся в нижней части генератора, что позволяет удобно его обслуживать.
Важно. При необходимости вал ротора увеличивается до необходимой длины для удобства доступа к статору, без существенной потери КПД.
Минусы
- Громоздкость конструкции. Самые легкие вертикальные ветряки весят не менее 300 кг вместе со стойкой.
- Низкая эффективность по сравнению с горизонтальным.
- Шумность. Ветряк издает шум от лопастей во время работы.
Видео. Геликоидный ветрогенератор
В ролике наглядно показана работа геликоидного ветряка, установленного на специальной мачте
Комментарии:
Собирал вертикальный ветряк из бочки из-под масла, проработал он ровно до зимы. Накрылись подшипники в генераторе, т.к. весной от него только скрип и скрежет, а не электричество получалось. Подшипники нужны очень хорошие.
У меня подкинут к обычному жигулевскому генератору и нормально работает уже третий год. освещает улицу, а летом я к нему отпугиватель от кротов подключаю. Мне кажется, проблема не в подшипниках, а в герметичности.
Evgen, конечно же, проблема в герметичности, но если устанавливать сальники, которые не будут пропускать влагу в подшипник — снижается КПД всей конструкции. Вот я и думаю, как поступать? Оставлять все открытым или закупоривать максимально?
Люди, о чем вы говорите? Автомобильный генератор вы хотите еще чем-то защищать? Да он рассчитан на работу в таких экстремальных условиях, что ветряк (даже из бочки сделанный) для него — отпуск! Под капотом постоянно и вода, и грязь и снег и температуры самые экстремальные. То что у Дяди Вовы сломались подшипники на автогенераторе, означает, что они уже давно были сломаны, и ждали «подходящего момента», чтобы об этом заявить.
Подшипники надо брать с 18 ГПЗ,или из Франции,Швеции.У мну SKFовские с родной смазкой (ступичной) 12 лет работают,и шума — ноль.
Virtual Private Server
То-есть получается что людей просто обманывают говоря что вертикальные ветрогенераторы более эффективны на малом ветру. Есть еще роторы Дарье, они более скоростные и больше КИЭВ, но у них проблемы со стартом на слабом ветру и не равномерная тяга, и их расчет очень сложен.
Ясно одно: ветряк надо ставить «батареями» по три-шесть-… штук.
Тогда будет смысл. Да хоть воду греть.
Преимущества и недостатки ветрогенераторов с вертикальной и горизонтальной осью вращения
Малый ветряных турбин с вертикальной осью отличаются футуристическим дизайном и часто привлекают внимание зрителя. Но все же о фактах, какие технические отличия от обычной ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения?
Для больших ветрогенераторов в мегаваттном класса развивающихся на протяжении десятилетий, преобладает тип конструкции с горизонтальной осью и тремя лопастями.
Для малых ветровых турбин, есть гораздо более широкий диапазон конструкций. Совершенно иной тип конструкции представляют так называемые вертикальные ветровые турбины, вал ротора расположен вертикально к земле. Но каковы технические различия между горизонтальными ветрогенераторами, каковы преимущества и недостатки?
Основным недостатком вертикальных ветровых турбин является их низкой эффективности.Однако растения с вертикальной осью также имеют преимущества, которые объясняются в первую очередь.
Преимущества вертикальных ветровых турбин
Нет необходимо ориентации на ветер:
Вертикальные ветряные турбины не должна быть снабжена управления, который поворачивало бы ротор на ветер. Горизонтальные установки имеют обычно флюгер и системы слежения.
Больше подходит для турбулентных ветровых условий:
На участках с сильной турбулентностью воздуха системы работают с вертикальной осью зачастую более надежны, чем горизонтальные конструкции. При длительных турбулентных ветровых условиях, ставит под вопрос установку малого ветрогенератора с горизонтальной осью вращения.
Скорость ветра при которой ветрогенератор запускается и производит энергию:
Вертикальная установки уже работает на низких скоростях ветра и способны производить электроэнергии.
Простота в обслуживании:
Техническое обслуживание подвижных компонентов, такие как генератор расположены на уровне земли. В горизонтальных сооружений, детали машин находятся в гондоле. Когда мачта не может быть наклонена, нужен подъемник или кран.
Низкая скорость вращения и низкий уровень загрязняющего шума:
Вертикальные ветряные турбины тише и поэтому подходят для жилых районов и городов.
Тени и отрицательный визуальный эффект:
Растения с горизонтальной осью ротора может вызвать солнце находится низко неприятные тени в вертикальной системы могут быть практически исключены.
Недостатки вертикальной небольших ветровых турбин
Низкая эффективности:
Основным недостатком вертикальной небольших ветровых турбин связано с низкой эффективностью. В то время как горизонтальные системы способны забирать у ветра до 50% энергии, значение для вертикального ротора составляет максимум 40%.Горизонтальное часто производят значительно больше энергии, чем вертикальные установки.
Высокие вибрации и нагрузки:
Вертикальная установка может вызвать сильные резонансы.
Низкая высота:
Роторы, как правило, близко к земле. Ветрогенераторы с Горизонтальная ось расположены на мачты или башнях в более высоких слоях атмосферы.
Проникновение строительство типов
Исследование, проведенное Университетом Касселя и института Фраунгофера для ветроэнергетики и технологии Энергетические системы IWES даже при небольших ветрогенераторы имеет горизонтальный ротор с тремя лопастями в настоящее время является наиболее распространенным. Из в общей сложности 118 видов конструкций рассмотрено 88% горизонтальной оси и 12% вертикальной оси.
Прогноз
Снижение эффективности вертикальной системы не означает, что концепция не в долгосрочной перспективе может утратиться. В фотоэлектрической промышленности технология относительно низкой эффективностью может преобладать в течение длительного времени.Производитель солнечных модулей First Solar может претендовать на лидирующие позиции на рынке, хотя эффективность ее тонкопленочных модулей была значительно ниже, чем у обычных модулей с кремниевых солнечных элементов. Причиной сильные позиции на рынке были существенной экономии издержек производства, так что конкретные инвестиционные расходы и связанные с этим расходы производства электроэнергии более низкие.
В настоящее время большинство малых ветрогенераторов реализованы с горизонтальной осью вращения, поскольку более высокая эффективность будет иметь положительное влияние на экономику. Вертикальная установка может принести свои сильные стороны, чтобы опереться на конкретные достоинства конструкции, такие как низкий уровень шума.
Источник https://www.rlocman.ru/forum/showthread.php?t=20459
Источник https://electricadom.com/plyusy-i-minusy-vertikalnykh-vetrogeneratorov-ikh-vidy-i-osobennosti.html
Источник https://vetrodvig.ru/preimushhestva-i-nedostatki-vetrogeneratorov-s-vertikalnojj-i-gorizontalnojj-osyu-vrashheniya/