В настоящее время, одним из приоритетных направлений развития электроэнергетики и... экологических проблем Казахстана является использование ...
реклама
В настоящее время, одним из приоритетных направлений развития электроэнергетики и решения экологических проблем Казахстана является использование возобновляемых энергетических ресурсов и реализация программ энерго- и ресурсосбережения. В Послании Президента Республики Казахстан – Лидера Нации Н.А. Назарбаева народу Казахстана от 14 декабря 2012 г. Стратегия «Казахстан-2050»: новый политический курс состоявшегося государства указывается о необходимости развития производства альтернативных видов энергии, и активного внедрения технологий, использующих энергию солнца и ветра. Потенциал возобновляемых энергетических ресурсов (гидроэнергия, ветровая и солнечная энергия) в Казахстане весьма значителен. Но, несмотря на это, процент выработки альтернативной энергии в Казахстане составляет только 0,4% от общего количества [1]. В связи с этим, создание ветроэнергетических установок эффективно работающих в условиях низких среднегодовых скоростей ветра, является весьма актуальным для Казахстана, соответствует приоритетам развития науки в республике. Данная проблема на современном этапе развития науки в нашей республике приобрела актуальность связи с подготовкой Казахстана к всемирной выставке достижений науки и техники «EXPO-2017». Основными тематическими направлениями «EXPO2017» являются понятия «Энергетика будущего» и «Экологически чистая энергетика». Разработанная в работе [2] ветротурбина с динамически изменяемой формой лопастей при практическом использовании устанавливается по розе ветров по преимущественному направлению местного ветра. Ветротурбина способна эффективно работать при изменении угла скоса прямого потока ветра в диапазоне - 450 ÷ + 450 и обратного потока ветра - 1350 ÷ + 1350, т.е. половина «круга» всевозможных направлений ветра «закрывается» одной ветротурбиной. В местностях, где отсутствует постоянное направление по розе ветров, где направление ветра меняется по всему «кругу», эффективность работы ветротурбины падает, требуется решение вопроса в последующих этапах работы. Для решения вопроса увеличения эффективности работы ветротурбины с динамически изменяемой формой лопастей при отсутствии постоянного направления ветра проведено исследование спаренных ветротурбин, расположенных перпендикулярно друг к другу. В этом случае весь рабочий «круг» направлений ветра полностью закрывается двумя ветротурбинами. Суммарный вклад от каждой ветротурбины при всех направлениях ветра даёт постоянный результат по вырабатываемой мощности. Изготовлена модель спаренной ветротурбины ветротурбины с парусными ветроколесами, расположенными под прямым углом к друг другу. Экспериментальная модель спаренной ветротурбины состоит из двух ветроколес, выполненных из металлических каркасных стержней; каждое ветроколесо состоит из шести парусных лопастей треугольной формы из легкого и прочного материала, один конец которого закреплен к вершине каркаса прочной нитью; опорных стержней и подшипника. Макет закреплен к стойке опорными стержнями. На рис. 1 показан общий вид ветроколеса. Ветроколесо состоит шести парусных лопастей, каркасных стержне и регулируемого гибкого крепления подвижного конца лопасти, изготовленного из крепкой нити. На рис. 2 показан вид сбоку одиночной ветротурбины. Ветротурбина состоит из вала (1), опорных стержней (2), крепетелей опорных стержней (3), диска вращения ветротурбины (4), подшипника (5), каркасных стержней (6), шкива (7), парусных лопастей (8). Ветроколесо выполнено шестилопастным, миделево сечение парусных лопастей представляет собой треугольник. Ометаемая поверхность равна площади круга, равным двойной диагонали поверхности миделево сечения лопасти. На рис.3 показано расположение парусных ветроколес спаренной ветротурбины, относительно друг друга на опоре. Угол между двумя парусными ветроколесами является прямым (90 град.). Ветротурбина с одним парусным ветроколесом работает следующим образом: поток ветра принимается ветроколесом, состоящим из парусных лопастей (8). При возникновении ветра на парусных лопастях создаются аэродинамические силы, которые через стержни (6) и (2) передаются на вал ветротурбины, создавая крутящий момент на последней. Появляющаяся сила является силой тяги преобразующая энергию ветра во вращательное движение ветротурбины. При изменении направления ветра на противоположную направление вращения оси ветротурбины не изменяется. Ветротурбина, за счет саморегулируемой формы поверхности лопастей, под действием прямого потока ветра и радиального потока при вращательном движении обладает оптимальными аэродинамическими характеристиками. Ветротурбина в потоке ветра является самоорганизованным устройством, эффективно преобразующим энергию ветра в энергию вращательного движения. Гибкость конструкции обеспечивает минимальность аэродинамических сопротивлений, а также приводит к росту коэффициента использования ветра. В широком диапазоне изменения направления ветра ветротурбина сохраняет работоспособность. Имеется возможность поддержания постоянства оборотов ветротурбины при изменении скорости ветра путем изменения длины крепежных нитей подвижного конца лопастей в зависимости от скорости ветра. Основная масса установки сосредоточена в ветротурбине, чем частично компенсируется неравномерность крутящего момента при сильных порывах ветра. Силовый каркас ветротурбины обеспечивает ее устойчивую работу в неоднородном воздушном потоке, позволяют повысить прочность и надежность конструкции при высоких скоростях ветра. Ветротурбина оборудована лопастями, имеющих значительную парусность, что обеспечивает агрегатную мощность пропорциональную габаритам ветроколеса. Достоинством разработанной ветротурбины является то, что конструкцией не предусматривается разворот ветротурбины при изменении направления потока ветра. При случае работы спаренной ветротурбины с двумя парусными ветроколесами, расположенными под прямым углом к друг другу весь рабочий «круг» направлений ветра полностью закрывается двумя ветротурбинами (-180 ÷ + 180). Одна ветротурбина будет закрывать половину «круга» всевозможных направлений ветра, т.е. будет эффективно преобразовать энергию ветра при угле скоса прямого потока ветра - 450 ÷ + 450 и обратного потока ветра - 1350 ÷ + 1350, а перпендикулярно расположенная вторая ветротурбина будет закрывать оставшуюся половину круга всевозможных направлений ветра, т.е. будет эффективно работать при угле скоса прямого потока ветра от -1350 ÷ 450 и + 450 ÷ + 1350. На рис.4 представлен уменьшенный макет спаренной ветротурбины на основе двух перпендикулярно расположенных ветроколес с парусными лопастями. Диаметр каждого ветроколеса составляет 32 см. Проведены лабораторные испытания модели спаренной ветротурбины с парусными ветроколесами, расположенными под прямым углом друг к другу по определению аэродинамических характеристик. Исследованы зависимости силы тяги модели спаренной ветротурбины, с парусными ветроколесами, расположенными под прямым углом к друг другу от скорости и направления воздушного потока.