Регистрация / Вход
Прислать материал

РАЗРАБОТКА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ВЕТРОВОГО ПОТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕВЫХ ВОСХОДЯЩИХ ВОЗДУШНЫХ СТРУЙ В КОНУСНО-ТРУБЧАТОМ ОСНОВАНИИ

Сведения об участнике
ФИО
Абрамов Сергей Сергеевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственныйтехнологический университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Альтернативная и возобновляемая энергетика
Тема
РАЗРАБОТКА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ВЕТРОВОГО ПОТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕВЫХ ВОСХОДЯЩИХ ВОЗДУШНЫХ СТРУЙ В КОНУСНО-ТРУБЧАТОМ ОСНОВАНИИ
Резюме
Основная идея проекта заключается в том, что предлагаемая ВЭУ состоит из конусно-трубчатого основания и стандартного вентиляционного дефлектора, а также в ней используется тихоходный плоский магнитоэлектрический генератор.
С помощью прорезей в конусно-трубчатом основании ветроустановки попадающий в нее воздух преобразуется в восходящий вихревой поток, переходящий в вентиляционный дефлектор, на который одновременно действует внешний набегающий ветровой поток.
В итоге выработка электроэнергии происходит при скорости ветра от 2,5 м/с за счет суммарного воздействия этих потоков.
Ключевые слова
ветроэнергетическая установка, конусно-трубчатое основание, низкопотенциальный ветровой поток, восходящий вихревой и набегающий ветровые потоки, тихоходный магнито-электрический генератор
Цели и задачи
Целью проекта является исследование и научное обоснование новой конструкции ветроэнергетической установки (ВЭУ) для низкопотенциального ветрового потока с использованием вихревых восходящих воздушных струй в конусно-трубчатом основании.
Задачами проекта являются:
разработка математической модели, связывающей параметры восходящего и набегающего воздушных низкопотенциальных потоков, которая позволит обосновать «линейку» ВЭУ различной мощности;
проведение математического моделирования для обоснования новой конструкции тихоходного генератора с трапецеидальными спиралевидными плоским катушками;
разработка экспериментального образца ВЭУ для заданных условий эксплуатации.
Введение

 В настоящее время для преобразования энергии ветра используются ВЭУ большой, средней, малой мощностей. 

Главный недостаток ВЭУ большой и средней мощности в том, что они начинают вырабатывать электроэнергию и выходить на номинальную мощность при скоростях ветра 7-12 м/с. 

ВУ малой мощности работают при скоростях 5-6 м/с. 

В тоже время в средней полосе России для большинства районов характерен ветер 1-4 м/с.

Одной из возможностей решения проблем малой ветроэнергетики является разработка ВЭУ малых мощностей, эффективно работающих при низкопотенциальном ветровом потоке и новых конструкций тихоходных генераторов с увеличенным КПД, работающих при числе оборотов от 30 до 200 в минуту.

Методы и материалы

Решение задачи эффективного использования низкопотенциального ветрового потока для выработки электроэнергии сводится к применению теоретико-экспериментального метода расчета суммарной мощности ВЭУ от двунаправленного ветрового потока, методов математического моделирования для обоснования конструкции тихоходного магнито-электрического генератора, разработке схемы интегрирования дефлектора и конусно-трубчатого основания в конструкцию ВЭУ, компоновке оборудования и расчету технико- экономической эффективности.  Кроме того, требуется использование методов схемотехники для разработки усовершенствованной схемы контроллера, управляющего процессами регулирования накопления энергии от ВЭУ и подключения к источникам потребления. Применение метода аналогов позолит рационально подобрать аккумуляторы, инвертор и другое вспомогательное оборудование.

Описание и обсуждение результатов

Получение электроэнергии от ВЭУ является чрезвычайно привлекательной, но вместе с тем технически сложной задачей. Трудность заключается в очень большой рассеянности энергии ветра и в его непостоянстве.

В настоящее время для преобразования энергии ветра используются ВЭУ большой, средней, малой мощностей. Главный недостаток ВЭУ большой и средней мощности в том, что они начинают работать при скоростях ветра 7-12 м/с. ВУ малой мощности работают при скоростях 5-6 м/с. А в средней полосе России для большинства районов характерен ветер 1-4 м/с.

Одной из возможностей решения проблем малой ветроэнергетики при небльших скоростях ветра является разработка ВЭУ малых мощностей, эффективно работающих при низкопотенциальном ветровом потоке и новых конструкций тихоходных генераторов с увеличенным КПД, работающих при числе оборотов от 30 до 200 в минуту.

Основная идея проекта заключается в том, что в предлагаемой в предагаемой конструкции ВЭУ применено оригинальное решение по использованию восходящего вихревого и набегающего внешнего ветровых потоков. В основу такого решения положено применение конусно-трубчатого основания со специальными прорезями для создания вихревого и восходящего потока и стандартного вентиляционного дефлектора для набегающего ветрового потока. Кроме того, используется тихоходный плоский магнито-электрический генератор, позволяющий использовать энергию низкопотенциального ветрового потока (при скорости от 2,5 м/с).

Для лучшего захвата мощности от восходящего потока внутри конфузора предусмотрено дополнительное трехлопастное ветроколесо, которое закреплено внутри башни на соединительном валу. Лопасти дополнительного ветроколеса имеют каплеобразную форму. Изготовить такой винт можно из специального облегченного термопластика на 3Д-принтере. Также внутри располагается генератор и электро-блок, который включает в себя контроллер заряда-разряда, аккумуляторы и инвертер. 

Предлагаемым техническим решением для повышения эффективности тихоходного генератора будет являться трапецеидальная спиралевидная форма катушки, изготовленная методом травления печатных плат и двустороннее расположение магнитов, благодаря чему увеличивается мощность генератора и обеспечивается минимальный момент страгивания.

Мощность генератора является функцией многих параметров, таких как магнитная индукция F, количество магнитов N, характеристик магнитного поля x, площадей магнитов и катушек А1 и А2, массы магнитов m, количества катушек n, частоты вращения w. В связи с этим требуется проведение математического моделирования для исследование всех его эксплуатационных параметров.

Таким образом, в данном проекте предложены новые технические решения, которые позволят повысить эффективность работы ВЭУ за счёт суммарного воздействия восходящего и набегающего ветровых потоков и применения низкооборотистого генератора.

 

Используемые источники
1. К проблеме расширения использования ветроэнергетики в европейском регионе России / В. Ж. Арене, А. А. Вертман, В. Б. Иванов, Е. М. Шелков //Малая энергетика. -2006. -
2. Грибков С. В. Состояние и перспективы развития ветровых систем электроснабжения малой мощности / С В . Грибков // Малая энергетика. - 2006. - №1-2. - С.67-76.
3. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / П.П. Безруких, Ю.Д. Арбузов, Г.А. Борисов и др.; РАП. Карельский научный центр; Ин-т прикладных мат. исследований и др.; Под обш,. ред. П.П. Безруких.— СПб : Паука, 2002 .— 314 с.
4. Bmden ist Weltspitze - schon wieder im Bau: Wind - Kraft & Naturliche Energien Journal. - 2005. - №5.-S.66.
5. Соломин Е.В. Ветроэнергетические установки ГРЦ-Вертикаль // Альтернативная энергетика и экология" № 2, 2010, Изд-во: Научно-технический центр «ТАТА». –С. 60-64.

Information about the project
Surname Name
Abramov Sergei
Project title
DEVELOPMENT OF WIND POWER INSTALLATION FOR THE LOW-POTENTIAL WIND STREAM WITH USE OF THE VORTEX ASCENDING AIR STREAMS IN THE CONICAL AND TUBULAR BASIS
Summary of the project
The main idea of the project is that the offered VEU consists of the conical and tubular basis and the standard ventilating deflector, and also in her the low-speed flat magnetoelectric generator is used.
By means of cuts in the conical and tubular basis of the wind turbine the air getting to it will be transformed to the ascending vortex stream passing into the ventilating deflector which the external running wind stream at the same time affects.
As a result power generation happens at a speed of wind from 2,5 m/s due to total influence of these streams.
Keywords
wind power installation, the conical and tubular basis, low-potential wind stream, the ascending vortex and running wind streams, the low-speed magnetoelectric generator