Вітростанція з профільованими лопатями


    Зараз спостерігається дві тенденції у вітроенергетиці: використання великопотужних вітроустановок, які працюють у складі вітроенергетичних станцій і застосування невеликих автономних вітроелектричних установок (АВЕУ) для забезпечення конкретного споживача. В цьому випадку потужність АВЕУ обмежується 10-20 кВт і використовуються такі установки, наприклад, для окремих фермерських господарств, невеликих промислових виробництв, віддалених від енергопостачання туристичних баз, дачних поселень тощо. Тому вдосконалення АВЕУ є актуальним питанням сьогодення.
    Малі швидкості повітряного потоку не дозволяють ефективно працювати лопотям, профіль яких базується на ефектах аеродинаміки. Тому в цих випадках представляється за доцільне використовувати лопаті з профілем який базується на ефектах вітрила розвертання вектора швидкості повітряного потоку при його безпосередньому контакті з робочою поверхнею лопаті. Для створення рушійної сили лопать повинна обертатися не швидше повітряного потоку, який попадає на елементарні її площинки. Оскільки швидкість повітряного потоку мала тому і вітроколесо для роботи в таких потоках називають тихохідним вітроколесом.
    Розроблена форма лопаті вітроколеса, яка може працювати при слабих набігаючих вітрових потоках (рис.1).

Рис.1. Профільована лопать тихохідного вітроколеса


Структурна схема ВЕУ з електродинамічним гальмом і пружинним регулятором вітроколеса зображена на рис. 2.

Рис 2. Структурна схема ВЕУ: ВК – вітроколесо; ЕДГ – електродинамічне гальмо; ЕГ – електричний генератор; ПП – проміжний перетворювач; РПЛ – регулятор положення лопаті; ПР – пружинного регулятор; ІН – інерційний регулятор; СЕ – силовий елемент; АБ – акумуляторна батарея; ТП – тахоперетворювач; ЦР – центральний регулятор


Навантажувальні характеристики ВК визначали за допомогою електричного генератора, що слугує гальмівним елементом, а вихідні електричні величини вимірювали електричними приладами (рис.3). Визначення характеристик та параметрів роботи ВЕУ при типових режимах.

    

Рис. 3. Процес обдуву лопатей в аеродинамічній трубі


В результаті проведених експериментальних досліджень також було зазнято обтікання струминами повітря об’ємних лопатей. На рис. 4 можна побачити явище турбуленції під об’ємними нірвюрами.

     

Рис. 4. Обтікання струминами повітря об’ємних лопатей


Згідно технічного завдання було виготовлено основну конструкторську документацію на лопаті для дрібносерійної АВЕУ (рис. 5) з наступними експлуатаційними параметрами: продуктивність генератора – 0-700 Вт; початкова швидкість вітру – 2 м/с; номінальна швидкість вітру – 9 м/c; повна вага вітрогенератора – 134 кг; напруга вітрогенератора – 24 В; максимальна сила струму – 30 А.

      

Рис.5. Спроектоване тихохідне колесо АВЕУ


Визначені умови економічно ефективного використання АВЕУ на основі поновлюваних джерел енергії. Так застосування вітроелектростанцій з акумуляторним резервом економічно доцільно при видаленні автономного об'єкту електропостачання потужністю 1,5 кВт від лінії електропередачі на відстань більше 2 км., сумісне застосування вітроелектростанції і паливної станції доцільно при видаленні таких об'єктів на відстань 4 км. Застосування автономних сонячних електростанцій ефективне при видаленні на 10 км, при потужності споживачів не більше 600 Вт. В порівнянні з відомими методами формування автономних систем електропостачання на основі енергії вітру і сонячного випромінювання, пропоновані методичні і технічні розробки дозволяють зменшити вартість електроенергії в 2 рази для ВЕУ і на 20% для сонячних електростанцій.