Ветрогенератор без лопастей

C. Шовкопляс

Представьте себе ветряную турбину. Что будет, если удалить лопасти?

Что такое бесшумный ветрогенератор VORTEX (вихрь)?

Vortex – это вертикальный ветрогенератор без лопастей (рис. 1). Вместо того, чтобы захватывать энергию ветра вращательным движением турбины, Vortex использует завихрения воздуха: аэродинамический эффект, возникающий при разрыве ветра при обтекании им жесткой структуры (вихревая дорожка Кармана, рис. 2). При обтекании ветром структура начинает колебаться и поглощать энергию, которую можно впоследствии использовать.

Рис. 1. Ветрогенератор Vortex

Система Vortex не просто не имеет лопастей. Для ее создания используется меньше сырья и материалов, становятся меньшими издержки и время производства этого оборудования. Кроме того, отсутствие контактирующих подвижных частей означает, что в самой конструкции очень мало деталей, которые могут сломаться. Это увеличивает время между интервалами технического обслуживания и сокращает время простоя. В результате – низкие эксплуатационные затраты.

Рис. 2. «Дорожка Кармана» - аэродинамический эффект, вызывающий колебания стержня

Наконец, Vortex работает очень тихо, поскольку колеблется с частотой меньше слышимого шума (ниже 20 Гц). Это также безопаснее для птиц, которые часто страдают от столкновения с лопастями.

Vortex – довольно простая структура с пятью основными частями: фундамент, стержень, система генерации, система настройки, мачта.

Одним из главных преимуществ Vortex является его низкая стоимость, он будет производить энергию на 40% дешевле, чем сопоставимая по мощности лопастная ветровая установка. Нынешняя приведенная стоимость производства энергии (LCOE) для типичной береговой ВЭС сейчас составляет $0,035/кВтч (около 35 евро за МВтч), включая капитальные затраты, эксплуатацию и техническое обслуживание, изготовление, аренду земли, страхование и другие накладные расходы.

Проект Vortex

В 2012 году компания получила большой грант на разработку технологии. На данный момент завершены испытания в аэродинамической трубе, проведены всесторонние исследования и разработки, имеется рабочий прототип. В 2014 году были проведены полевые испытания в Gotarrendura (Авила, Испания). Сегодня получены несколько патентов на технологии для Vortex.

В апреле 2015 года Vortex перебрался в Бостон, в Центр разработки инновационных технологий ВИЭ под эгидой Американского консультативного совета при Гарвардском университете с участием IDEO, TerraForm Power (SunEdison Group) и Dat Venture.

Технология VORTEX имеет очень низкий уровень капиталоемкости для подобных проектов, она конкурентоспособна как среди ВИЭ, так и по сравнению с традиционными технологиями.

Видео. Как работает ветрогенератор VORTEX

Снижение затрат связано с сокращением производственных издержек: Vortex объединяет башню и генератор в одну структуру с меньшим количеством подвижных и трущихся частей, используя меньше материалов для производства одинакового количества энергии. Также отсутствуют гондола, опорные механизмы и лопасти которые являются самыми дорогими компонентами обычного ветрогенератора.

Экономия на производстве оценивается примерно в 53% от обычной стоимости производства ветряных турбин. Производство, транспортировка, строительство и сборка также будут проще, чем для обычной ветроэнергетики.

Конструкция Vortex полностью исключает механические элементы, которые могут страдать от износа и трения, что приводит к снижению затрат на техническое обслуживание на 80%. Нет необходимости менять какие-либо механические части или добавлять масло в механизм во время всего жизненного цикла Vortex.

Конечно, конструкция будет подвергаться усталости. Ветер может вызвать скручивание и деформацию конструкции, прежде всего в упругом стержне, особенно в его нижней части, которая должна выдерживать большие усилия. Однако исследования, проведенные компанией, подтверждают, что напряжение на стержне далеко от предельных значений для материалов (углеродного волокна). Расчетное моделирование оценивает срок службы установки от 32 до 96 лет.

Конструкцию легко собирать и обслуживать, поскольку сам генератор (и центр тяжести всей структуры) находится близко к земле. Это также означает, что нужен фундамент меньшего размера и массы. Радиус колебаний верхней части вихревого ветрогенератора равен диаметру самой широкой части установки на ее верхнем конце.

Система Vortex должна быть достаточно высокой. Она может захватить около 40% энергии ветра; теоретический максимум, которого можно достичь, составляет 59% (закон Бетца). Но на одну и ту же площадь можно поместить гораздо больше установок Vortex и по меньшей цене, то есть производить с одной и той же площади больше электроэнергии, чем на обычных ветрогенераторах. Меньшая стоимость и большая плотность установки компенсируют более низкую эффективность преобразования энергии (примерно на 30% меньше).

Уже сейчас имеются установки мощностью 4 кВт для использования возле жилых домов. Дополнительно Vortex работают и как радиотелевизионные антенны для частных домов. Они также могут работать как отдельно, так и в составе сети. Кроме того, Vortex прекрасно сочетается с солнечными батареями.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 14 965