Ветроэнергетические установки. Типы и принципы работы

Энергия ветра преобразуется в другие виды энергии в ветроэнергетических установках (ВУ). Ветроколесо преобразует поступательное движение во вращательное, а непосредственное преобразование энергии происходит в генераторе или другой машине, приводимой ветроустановкой. В принципе преобразование механической энергии ветра в электроэнергию не отличается от преобразования механической энергии других источников. Однако, некоторые особенности все же существуют и отражаются на работе всей ветроустановки.

Классификация ветроэнергетических установок приведена на рисунке 6.4

.

Рисунок 6.4. Классификация ветроэнергетических

установок

Типичным примером ветроустановки с горизонтальной осью вращения являются пропеллерная ветроустановка. Пропеллерные ветроустановки с горизонтальной осью вращения приводятся во вращение подъемной силой и называются лифт-машинами. Это быстроходные (число лопастей не превышает четырех) и среднескоростные (большое количество лопастей) установки.

Ветроустановки с вертикальной осью вращения чаще всего приводятся во вращение силой давления ветра и называются драг-машинами. Это тихоходные и среднескоростные установки, скорость движения концов лопасти не превышает скорости ветра. К недостаткам таких установок относят их большую чувствительность к скорости ветра и низкие энергетические характеристики. К достоинствам – простоту конструкции, удобство обслуживания и практически неограниченный диапазон рабочих скоростей ветра, который определяется только лишь прочностью ветроустановки. Ветроустановки с вертикальной осью вращения бывают и пропеллерного типа, например ротор Дарье. Однако они не нашли широкого применения из-за необходимости предварительного разгона ветроустановки.

Наиболее эффективным представителем драг-машины с точки зрения к.п.д. является ротор Савониуса.

Рассмотрим процессы превращения поступательного движения воздуха (ветра) во вращательную энергию ветроколеса.

При движении воздуха он давит на обе поверхности ветроколеса (рисунок 6.5), но, из-за обтекания ветроколеса ветром, давление на вогнутую поверхность больше, чем на выпуклую. Силы давления на ветроколесо создают вращающие моменты, результирующий момент заставляет вращаться ветроколесо. В роторе Савониуса положительный вращающий момент, кроме того, создается и за счет давления на внутреннюю поверхность выпуклого ротора.

Рисунок 6.5. Схема действия сил

В роторе Савониуса