Технологии » Экодом - FRESH HOUSE

Для ВЭУ с вертикальной осью вращения безразлично направление ветра, и они практически бесшумны (фото: журнал ENERGY FRESH)

То, что будущее энергетики неразрывно связано с использованием возобновляемых источников энергии, сегодня понимает любой серьезный специалист. Например, в Германии, Дании, Испании до 20% электроэнергии дают ветроэлектрические установки (ВЭУ).

Понимая безусловную перспективность серийного выпуска ВЭУ, специалисты нашей фирмы провели анализ и определили главное направление их освоения. Вначале мы определились с двумя концептуальными характеристиками: горизонтальной или вертикальной должна быть ось вращения ветроколеса и нужен ли в составе его силового привода мультипликатор.

В настоящее время в основном применяются ВЭУ с горизонтальной осью вращения (около 95%). Они известны давно, хорошо технически отработаны, имеют достаточно высокий КПД, однако довольно сложны конструктивно. Им присущи два принципиальных недостатка: необходимость специального механизма постоянного поиска направления ветра, а также возникающий в плоскости вращения лопастей низкочастотный шум, который отрицательно влияет на животный и растительный мир и является вредным для человека. Поэтому мы выбрали ВЭУ с вертикальной осью вращения – для них безразлично направление ветра, и они практически бесшумны.

Если говорить о применении в составе силового привода ВЭУ серийно выпускаемого мультипликатора в комплекте с быстроходным серийным генератором, то мы пришли к выводу, что такой вариант не обеспечивает автономную работу ВЭУ. Дело в том, что мультипликатор требует при эксплуатации частого техобслуживания. Поэтому мы остановились на варианте, исключающем применение мультипликатора, и используем в составе силового привода тихоходный генератор собственной разработки.

Каким мы видим конструктивное лицо ВЭУ «ЭРГА»? Рассмотрим технические характеристики их основных элементов: рабочих лопастей, силового привода, генератора, блока управления.

Рабочие лопасти, воспринимающие энергию ветра, – наиболее сложные элементы ВЭУ. Их форма и геометрические размеры определяют как КПД установки, так и ее экологические характеристики (шум). И если для ВЭУ с горизонтальной осью вращения они отрабатывались десятилетиями и достигли высокой степени совершенства, то для ВЭУ с вертикальной осью оптимальные характеристики рабочих лопастей еще не определены, и необходимо выполнить серьезный объем НИР и ОКР. А пока идут исследовательские работы, мы используем при изготовлении лопастей симметричные профили NASA.

Для успешного противостояния ураганному ветру без поломок и быстрому восстановлению рабочего положения при снижении скорости ветра до безопасной величины лопасти снабжаются несложным, надежным, работающим в автоматическом режиме и не требующим периодического обслуживания механизмом ветрозащиты. При скорости ветра выше безопасной величины механизм переводит лопасти в положение «флюгер», а при снижении скорости лопасти занимают рабочее положение.

Принципиальная схема ветрозащиты ВЭУ (изображение: журнал ENERGY FRESH)

Для обеспечения эксплуатации ВЭУ в различных климатических условиях лопасти изготавливают из различных материалов с разным покрытием.

Силовой привод, передающий крутящий момент на ротор генератора, представляет собой систему траверс, к наружным концам которых крепятся лопасти, а внутренние концы – к ротору генератора. Оригинальностью такого решения является то, что в приводе отсутствует силовой вал, а его функцию выполняет корпус ротора генератора. Это решение позволяет снизить нагрузку на подшипники и уменьшает изгибающий момент на фланц крепления изделия к мачте.

Тихоходный генератор, превращающий механическую энергию от силового привода в электрическую, выполнен по упрощенной схеме. Ротор вращается снаружи и выполняет функцию силового вала, а статор с катушками находится внутри генератора и крепится к оси-опоре генератора.

Основные технические характеристики:

•    система возбуждения ротора – на постоянных магнитах из редкоземельных материалов;

•    катушки статора – без стальных сердечников для исключения «зубцового» эффекта, момента страгивания и потерь от перемагничивания;

•    КПД генератора не менее 0,9.

Блок управления, обеспечивающий обработку вырабатываемой генератором электроэнергии и передачу ее потребителю, позволяет работать ВЭУ в единой сети с другими ВЭУ, солнечными батареями, дизель-генератором или в сети 220В/380В.

Что у нас на сегодня уже сделано? Мы разработали четыре унифицированных модели ВЭУ «ЭРГА» мощностью 1 кВт, 3 кВт, 5 кВт, 10 кВт.

В процессе проектирования появилось несколько удачных технических решений. К ним относятся: механизм ветрозащиты рабочих лопастей, кинематическая схема силового привода без силового вала, упрощенный вариант многофазного генератора. По этим решениям готовятся заявки на получение Патентов РФ.

Наше производство изготовило первые опытные образцы ВЭУ мощностью 1 кВт. Их рабочие лопасти изготовлены в четырех вариантах: из железа с покрытием автомобильной эмалью, из алюминия, из нержавеющей стали и пластика, а тихоходный генератор – однофазный по упрощенной схеме. Генераторы успешно прошли стендовые испытания.

Два образца ВЭУ проходят натурные испытания, а один готовится к испытаниям в аэродинамической трубе ЦАГИ. Мы надеемся на успешное завершение испытаний и рассчитываем начать серийное производство ВЭУ «ЭРГА» мощностью 1 кВт.

Статья опубликована в журнале ENERGY FRESH