Виды ветрогенераторов

Ветрогенератор - это устройство, которое, если упростить, с помощью ветра вырабатывает электричество.

Существует множество видов ветрогенераторов. И я попробую рассказать об этом основную информацию.

Виды ветрогенераторов по расположению оси

Расположение оси ветрогненератора является одной из ключевых особенностей. Ось на ветрогенераторе может располагаться горизонтально или вертикально.

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения (HAWT)

В таких ветрогенераторах существуют следующие особенности

• ось ротора вращается параллельно земной поверхности.
• лопасти вращаются вокруг горизонтальной оси, обращённой против ветра.
• электрогенератор (турбина) устанавливается на вершине башни. 
• для ориентации турбины по направлению ветра (для более эффективной выработки электричества) необходим механизм рыскания. 

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения наиболее эффективны и производят больше всего энергии, но также являются самыми дорогими и сложными в установке из-за больших своих размеров. К тому же они подходят для использования в районах с постоянным ветром, а появляющийся во время работы шум может быть проблемой в жилых зонах.

     Тем не менее ветрогенератор с горизонтальной осью вращения наиболее распространены.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения (HAWT)

В таких ветрогенераторах существуют следующие особенности

• турбина расположена вертикально по отношению к плоскости земли, в результате чего лопасти вращаются вокруг вертикальной оси.
• получают ветер со всех направлений, поэтому конструкция проще.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения начинает работать при небольшом ветре и просты в обслуживании. Но такие ветрогенераторы имеют более низкий КПД чем горизонтальные. Поэтому они и не получили широкого распространения.

Можно выделить несколько основных разновидностей ветрогенераторов с вертикальной осью вращения

• Ветрогенератор с ротором Савоуниса представляет собой два полуцилиндра и небольшой (10-15 % от диаметра лопасти) перекрытия, которые образуют параллельно оси вращения ротора. Постоянное осевое вращение и поток ветра не находятся в зависимости друг от друга. Даже при резких порывах он крутится с заданной изначально скоростью.
       Только ротор Савоуниса использует силу ветра не на всю ее мощь, а где-то на треть.
       Ротор Савоуниса, наравне с ротором Дарье, на данный момомент самые распростраённый в вертикальных ветрогенераторах.
  
  
  
• Ветрогенератор с ротором Дарье имеет две или три симметричных лопасти изогнутого вида без особенного аэродинамического профиля, которые крепятся к нему с низу и верху устройства. Легко монтируется.
       Ротор Дарье хоть и не отличается мощной работой, но он быстрее ротора Савоуниса. К тому же у такого ветрогенератора довольно сильная вибрация, что становится причиной сильного шума, хоть и меньшего чем у горизонтальных ветрогенераторов.
       Ротор Дарье, наравне с ротором Савоуниса, на данный момомент самые распростраённый в вертикальных ветрогенераторах.
  
  

  Не маловажным является то, что ветрогенераторы с ротором Дарье не могут самостоятельно запускаться (по крайне мере двухлопатные, а вот трёхлопастные уже могут запуститься). Поэтому им необходим сильный воздушный поток или статор, в роли которого может выступать ротор Савоуниса.

  
• Ветрогенератор с ортогональным ротором имеет вертикальную ось вращения и несколько параллельных ей лопастей, удалённых от неё на определённое расстояние.
       К минусам ортогональных ветрогенераторов относятся слишком массивная лопастная система и низкая эффективность по сравнению с КПД горизонтально-осевых модулей.
  
  
• Ветрогенератор с геликоидным ротором (ротор Горлова) имеет равномерное вращение благодаря закрученным лопастям, что значительно снижает динамические нагрузки на опорные узлы и, тем самым, увеличивает его срок службы.
       Но геликоидный ротор сложен в сборке и изготовлении, что сказывается на его цене.
  
• Ветрогенератор с многолопастным ротором делает его чувствительным даже к очень слабому ветру. Эффективность таких ветрогенераторов очень высокая.
       Но многолопастный ротор стоит он дорого и высокий звук от своей работы.
  
• Ветрогенератор с ортогональным ротором начинает вырабатывать электричество при скорости ветра в 0,7 м/сек независимо от направление ветра, не производит много шума.
       Но лопасти ортогонального ротора имеют большой вес, что усложняет его монтаж.

Виды ветрогенераторов по числу лопастей

По числу лопастей:

• однолопастные ветрогенераторы отличаются небольшой массой и габаритами. Но у них есть проблема с балансировкой и надёжностью.
• двухлопастные ветрогенераторы отличаются высоким КПД и частотой вращения, но у них низкий стартовый момент вращения ротора. Масса и габариты установки небольшие, что облегчает установку.
• трёхлопастные ветрогенераторы отличаются высоким КПД и частотой вращения, но у них низкий стартовый момент вращения ротора. Это, наверное, самые распространённое количество лопастей, так как это позволяет достичь компромисса между величиной крутящего момента (возрастает с ростом числа лопастей) и скоростью вращения (понижается с ростом числа лопастей).
• многолопастные ветрогенераторы могут иметь до 50 лопастей.
       Хоть многолопостные ветрогенераторы начинают вращаться при небольшой скорости ветра, но это больше видимость работы, так как у них большая инерция, в связи с тем что каждая дополнительная лопасть увеличивает общее сопротивление ветроколеса. А это усложняет выход такого ветрогенератора на рабочие обороты, а не достигнув нужные обороты нет выработки электроэнергии.
       Своё применение многолопастные ветряки находят там, где требуется поддержание низких оборотов: перекачка воды, работа простейшей механики. Возможна установка повышающих редукторов, однако стоит отметить, что это в целом снижает надёжность системы, а также будет требовать регулярного обслуживания.

Виды ветрогенераторов в зависимости от расположения относительно земли

• Наземные ветрогенераторы устанавливаются на земле, как правило на возвышенных участках земли (например, в холмах или горах). Это самый распространённый вариант установки ветрогенераторов.
• Прибрежные ветрогенераторы располагаются в море на относительно небольшом расстоянии от берега.
• Шельфовые ветрогенераторы строят в 10-60 км от берега, когда там есть небольшая глубина (до 30 м.). Из-за этого имеют больший КПД (там ветра более регулярны), не портят вид (так как их просто не видно с берега), не занимают землю (которую можно использовать для чего-то другого).
• Плавающие ветрогенераторы устанавливаются на плавающей платформе. Мало распространены.
• Парящие ветрогенераторы поднимается на высоту в несколько сотен метров, что позволяет использования более сильного и стойкого ветра. Мало распространены.

Виды ветрогенераторов в зависимости от шага винта

• Ветрогенератор с фиксированным шагом винта обладает большой эффективностью лишь на определённом диапазоне скоростей.
• Ветрогенератор с изменяемым шагом винта позволяет увеличить эффективных диапазон скоростей. Но это усложняет конструкцию и уменьшает общую надёжность ветрогенератора, утяжеляет ветроколесо. А это сказывается на цене за сам ветрогенератор и необходимость его дополнительного обслуживания.

Виды ветрогенераторов по мощности

В разных источниках приводится разная классификация ветрогенераторов по мощности. Ниже представлен один из вариантов

• ветрогенератор очень малой мощности, мощностью до 5 кВт. Предназначены для электроснабжения отдельных потребителей с использованием аккумуляторных батарей или других видов накопителей энергии.
• ветрогенератор малой мощности, мощностью 5-100 кВт. Предназначен для электроснабжения отдельных домов или их группы.
• ветрогенератор средней мощности, мощность 100-1000 кВт. Предназначены для электроснабжения небольшого посёлка или предприятия.
• ветрогенератор большой мощности, мощность более 1000 кВт. Составляют основу крупных ветроэнергетических станций.