Ershina

«Научно-исследовательский институт математики и
механики» при КазНУ им. аль-Фараби
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИННОВАЦИИ В
ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
А.К.ЕРШИНА, Ш.А.ЕРШИН,
Р.К.МАНАТБАЕВ
КАЗАХСТАНСКИЙ ФОРУМ ЭНЕРГЕТИКОВ
в рамках 11-ой Казахстанской Международной
Выставки «Энергетика, Электротехника и
Энергетическое машиностроение»
30 октября 2012, Алматы, Казахстан
E-mail: [email protected]
Классификация ветроустановок
Класс ВЭУ
Диапазон
мощностей,
кВт
Очень малые
Малые
Средние
Большие
Очень большие
0.025-1
1,5-10
20-60
75-150
200-300
400-500
600-750
900-1300
1500-3000
4000-6000
Диапазон
диаметров
ветроколеса, м
0,5-2,5
3,0-9,0
10-15
18-24
26-30
35-40
43-48
50-64
70-90
105-124
Диапазон
скоростей
вращения
ветроколеса,
об/мин
500-2000
200-500
92-140
40-60
40
30-35
30
20-32
15-20
13-15
Сравнительные количества ВЭУ в различных
государствах
Сравнительная установленная мощность ВЭУ в
различных государствах
Глобальное распределение малой энергетики
Действующая лабораторная модель вертикально - осевой
составной (ВОС) ветротурбины.
Технический результат предлагаемой
ветротурбины
карусельного
типа
достигается тем, что в отличие от
известного ВЭУ Дарье в башне,
поддерживающей ветроустановку в
вертикальном положении с помощью
подшипников
центрирующих
вертикальный
вал
вращения,
установлены не 1, а 2
соосно
расположенных валов, каждый из
которых соединен с единственной
рабочей лопастью с помощью маха или
способом тропоскино, причем валы
имеют
полную
автономную
независимое друг от друга вращение.
Схема вертикально-осевого составного ветроагрегата
12
8
3
9
10
4
11
7
5
2
6
1
16
17
7
14
13
15
1-центральный вал, 2-внешний
вал, 3- верхний мах с рабочей
лопастью
связанный
с
центральным валом, 4- нижний
мах, связанный с внешним
валом,
5пальцы
для
фиксирования угла между
махами,
6внешний
неподвижный
корпус,
7подшипники,
8болты
связывающие мах 4 с внешним
валом, 9 – шпонка, 10 - болты
связывающие махи 3 и 4, 11 –
лопасть связанный с верхним
махом, 12 - лопасть связанный
с нижним махом, 13 – шкив
связанный с внешним валом 2,
14 - шкив связанный с
центральным валом 1,
15фигурная рамка для крепления,
16 и 17 – отверстие для
пальцев фиксирования угла
между махами 3 и 4.
HBI - ротор
Будет разработан промышленный ветроагрегат HBI - ротор
мощностью 5 кВт на уровне земли. ВЭУ с помощью
треножника будет вынесен за пределы приземного
пограничного слоя, где скорости ветра бывают в 2 с лишним
раза выше, чем средняя скорость ветра в приземном
пограничном слое. Ввиду кубической зависимости мощности
ВЭУ от скорости ветра расположение ветроагрегата за
пределом приземного пограничного слоя (30м) приведет к 8 кратному увеличению мощности ВЭУ. Т.о. будет разработан
пионерский вариант промышленного ветроагрегата на 40-50
кВт. При этом экономические показатели сооружения почти
не повлияют на стоимость аппарата.
5
3
Описание HBI ротора. Для получения
максимума энергии ветра ветротурбина
должна находиться
выше приземного
пограничного слоя, поэтому ветротурбина
будет установлена на высоте 30 метров с
помощью легкого треножника. Треножник
(1) собирается из нескольких двутавровых
швеллеров, а также для прочности
конструкции
треножник
скрепляется
несколькими обручами (2).
8
7
м
м
30-35
м vvм
2
4
1
6
9
1
0
1
8
2м
16
Схема HBI ротора.
1 – треножник, 2 – обручи, 3 – монтажная площадка, 4 – горизонтальные крыловые
лопасти NASA для страгивания ВЭУ, 5 – ВЭУ, 6 – ограждение для установки и
аккумуляторов, 7 – вал вращения, 8 – помещение для электрогенератора и
аккумуляторов, 9 – подшипники , 10 – распорки.
Ветротурбина с вертикальной осью вращения
системы тропоскино (Дарье с изогнутыми лопастями).
ВЭУ должна обеспечить стабильность извлечения энергии ветра.
Предполагается применение
тормозных колодок, которые автоматически
регулируют вращение вала, вплоть до его полной остановки при буревых скоростях
ветра.
Одним из пунктов выполнения Проекта является
разработка технологии последовательности операций
сборки (разборки) монтажа.
Предусматривается, эти ВЭУ будут выпускаться
мощностью до 100 кВт в зависимости от желания
потребителей.
Предлагаемому вертикально-осевому HBI ротору нет
аналогов ни в Казахстане, ни в странах ближнего и
дальнего зарубежья. ВЭУ является коммерчески
целесообразным товаром, т.е. рыночной продукцией.
h
ВЫВОДЫ:
• Главным в исследовании является осуществление перехода к
производству экологически чистой альтернативной энергетики
обеспечивающий
снижение
парникового
эффекта
и
оздоровление климата Земли.
• В случае HBI ротора исключаются недостатки, связанные со
страгиванием вала (самозапуском турбины).
• При выносе турбины из приземного пограничного слоя,
мощность может вырасти в 8-10 раз, например, 5 кВт турбина
может давать до 40-50кВт мощности, ввиду кубической
зависимости мощности ветра, от его скорости.
• Вся технико-технологическая часть будет обеспечена
приобретением готовых комплектующих.
• При
обеспечении
серийного
выпуска
себестоимость
значительно снизится и будет востребована многими
потребителями, в дальнейшем даст прибыль для успешного,
самостоятельного развития и расширения производства.
ПАТЕНТЫ, СВИДЕТЕЛЬСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
1. Предварительный патент РК 2006/0166.1, 15.02.2006.Ершин Ш.А. и др.
Ветротурбина Бидарье. //Предварительный патент Республики Казахстан
№19114. Астана. 26.11.2007.
2. Предварительный патент РК 2006/0165.1, 15.02.2006. Ершин Ш.А. и
др.Вертикально-осевая составная ветротурбина карусельного типа (варианты).
//Предварительный патент №20748 Республики Казахстан №20748. Астана.
21.11.2008.
3. Патент РФ №2008137251/06. Бюл.№9, 27.03.2010г. Ершин Ш.А., Ершина
А.К. Манатбаев Р.К. Способ тепловой защиты ветроэнергетической установки
карусельного типа и конструктивное оформление (варианты) для его
осуществления. // Патент России 2447318. Бюл.№10, 10.04.2012г.
Возгорание ветротурбины (и такое может случиться)
Практические рекомендации
• На наш взгляд необходимо создать отдельный гос. орган, который
будет курировать отрасль альтернативной энергетики, в том числе
разрабатывать законопроекты, лоббировать интересы отрасли в
правительстве, отслеживать все направления деятельности в отрасли.
• Сформировать научно-исследовательский институт, который будет на
высоком профессиональном уровне заниматься теоретическими и
практическими вопросами развития отрасли альтернативной
энергетики в Казахстане. Помимо этого, важно учредить научные
организации, которые будут работать отдельно по каждому
направлению ВИЭ, поскольку все виды возобновляемых ресурсов
представляют собой целые научные направления по изучению
которых необходимо проводить тщательную работу.
• Необходимо достойное финансирование отрасли возобновляемой
энергетики.
• Нужно оказать помощь в коммерциализации технологии и
патентований изобретений зарубежом.
• Требуется серийный выпуск ветротурбины карусельного типа с
высоким .