Вертикальні та горизонтальні вітрогенератори: порівняння та переваги

Існуючі типи вітряних генераторів

Сьогодні існує величезна кількість вітрогенераторів, вони можуть класифікуватися за такими параметрами:

– Установка з віссю обертання по горизонталі (паралельно напрямку потоку вітру) ;

– Установка з віссю обертання по горизонталі (перпендикулярно напрямку потоку вітру);

– Установка з віссю обертання по вертикалі (перпендикулярно  напрямку потоку вітру).

Також існують пристрої, які дозволяють перетворити енергію вітру без використання рухомих частин. Наприклад, сюди можна віднести установки з використанням термоелектричного ефекту Томсона, де потрібен процес охолодження при потоці вітру.

Вітрогенератор з віссю обертання по горизонталі (вертикальний вітрогенератор)

Такі генератори можуть використовуватися для отримання електрики з енергії вітру, завдяки підйомній силі та силі опору. Установки з використанням підйомної сили більш затребувані, тому що можуть виробляти більшу  енергію, ніж пристрої, що працюють з підйомною силою. Варто також зауважити, що установки, котрі використовують підйомну силу, не можуть переміщатися зі швидкістю, більшою, ніж швидкість самого вітру.

Вітряне колесо може мати різну кількість лопатей, від одної до п’ятдесяти або навіть більше. Вітряні колеса на установках з віссю обертання по горизонталі іноді мають фіксований напрямок, що не дозволяє їм обертатися по відношенню до вертикальної осі, яка може бути перпендикуляром вітріу. Цей тип вітряного генератора може використовуватися тільки за умов, що на місцевості є сильний вітер одного напрямку. Більша ж частина вітряних коліс розташовується на шарнірах і може повертатися у випадку зміни курсу вітру. Маленькі вітряні генератори, зазвичай, використовують звичайне хвостове оперення, а великі і більш дорогі вітряки  мають спеціальну електроніку.

Щоб обмежити частоту обертання вітряного колеса на великих швидкостях у випадку сильного вітру використовується постановка лопатей у флюгерний стан, також використовуються клапани, які встановлені на лопатях і обертаються разом з ними. Лопаті іноді кріпляться безпосередньо на вал генератора, але частіше крутний момент передається через його обід до вторинного вала генератора.

Використання на вітряках з горизонтальною віссю обертання перпендикулярних систем  виявилося не ефективним, оскільки при цьому конструкція значно ускладнюється, а це згодом веде до втрати потужності установки.

Вітрогенератори з вертикальною віссю обертання

Такі генератори по праву можна вважати найбільш ефективними. Завдяки використанню сучасних технологій і масового виробництва така невелика електростанція може бути придбана практично кожним.

Пристрій вітрогенератора з вертикальною віссю обертання

Основна перевага вітряного генератора з вертикальною віссю обертання – це магнітна левітація, яка дозволяє добитися високої надійності в роботі генератора (в опорній частині). Слід враховувати, що в таких генераторах завжди присутній опорний підшипник, а сам ротор висить в повітрі. Завдяки використанню магнітів вдалося досягнути використання  методу зняття енергії без щіток. Тому на виході з генератора виходить трифазний струм. Тобто тут повністю відсутні щітки, які є у всіх моделях генераторів.

Надлегкий алюміній, титан і нержавіюча сталь зі спеціальними матеріалами піддаються хромуванню, завдяки чому вертикальний вітряний генератор дуже стійкий і вирізняється надійною безпекою навіть при агресивних середовищах і при великих температурних  перепадах.

При використанні магнітної левітації генератор стає дуже надійним, через те, що тут відсутнє тертя і навіть після тривалого терміну використання не треба замінювати щітки. Старт обертання у вертикального генератора один з найбільш тихих, а пристрій відразу починає виробляти енергію. Тому вертикальні вітряні генератори отримали таку високу продуктивність і стабільність під час роботи.

Основні переваги вітрогенераторів з вертикальною віссю (ВВО)

– Генератор з вертикальною віссю обертання не страждає від гіроскопічних неустойок, як це може бути з вітрогенератором із горизонтальною віссю (ВГО);

– ВГО має більш високу потужність на низьких швидкостях вітру, оскільки швидкість вітру розподіляється по Релею, де більше поширений помірний вітер;

– Лопаті зі скловолокна дуже жорсткі, але вони надійні при дуже сильному вітрі. Вони підтримуються на обох кінцях, тому конструкція більш надійна;

– Вертикальні вітрогенератори прекрасно працюють з генераторами прямого двигуна;

– Завдяки безпечному кронциркулю шахти можна легко домогтися гальмування установки, причому це не вимагає великих затрат;

– Генератор знаходиться на рівні землі, що дозволяє знизити вартість обслуговування в порівнянні з ВГО.

Робота, шум, а також навколишнє середовище

– Енергія, вироблена вітрогенератором, дозволяє переміщати велику кількість вуглекислого газу, приблизно 1 мегаватт виробленої енергії можна порівняти з квадратної милею лісу. Що позитивно позначається на довкіллі;

– Щоб зробити 1 мегаватт енергії іншим установкам знадобилося б 92 тисячі барелів нафти або 29 тисяч тонн вугілля;

– Сучасна американська флотилія вітряних генераторів виробляє близько 6 740 мегават. Тобто для вироблення цієї енергії знадобилося б 9 мільйонів тонн вугілля або ж 28 мільйонів барелів нафти, і це все з року в рік;

– 100 щорічно тисяч мегават енергії від вітряних установок дозволяє зменшити виробництво СО2 на 150 млн. тонн. також щороку.

Безпека  вітрогенератора

Оскільки вітрові установки розташовуються поблизу міст, їх надійність і безпека розглядається в першу чергу. Насамперед установки повинні протистояти суворим кліматичним умовам, наприклад щоб їх можна було використовувати в Арктиці, де місяцями не можна отримати доступ до  ремонту різного роду установок. У таких вітрових установках обов’язково повинно бути передбачено два типи гальмування: ручний і автоматичний тип.

Основні переваги безпечного використання установок з вертикальною віссю обертання:

– Лопаті з твердого скловолокна надійно прикріплені і розвиваються в обидві сторони;

– Кабель безпеки розміщений всередині установки;

– Система гальмування  робочого дискц;

– Можливість віддаленого контролю;

– Моторне гальмо;

– Електронні пристрої, що стежать за вібрацією;

– Інтегрований контролер.

Основні переваги вертикальних вітрогенераторів, які працюють без шуму:

– Мінімальна швидкість вітру при старті, обертання може бути досягнуто незалежно від напрямку вітру;

– Приріст ККД, завдяки відмінному сполученню всіх важливих елементів;

– Установка довгий час може взагалі не обстежуватися, оскільки тут відсутні щітки, редуктор і підшипники;

– У системі є лише єдиний підшипник, який призначений для стійкої роботи вітрового крила;

– Потужність, що видається вітровою установкою, залежить тільки від потужності інвертора і висоти щогли;

– Встановлення системи може бути здійснене поруч житлових будинків;

– Відсутнє  магнітне випромінювання. Також практично тут практично немає шуму;

– Не треба використовувати додаткові установки для старту вітрового генератора;

– Вітрова система повністю нешкідлива для птахів і навколишнього середовища;

– Завдяки багатополюсного магнітів і їх розташування система завжди може досягти номінальної потужності навіть при невеликій швидкості вітру;

– Вітрова становка не боїться сильних температурних перепадів. Можливе це завдяки міцному і непроникному корпусу з алюмінію;

– Інвертори істотно економлять, оскільки немає необхідності купувати додаткові акумуляторні батареї;

– Установка не боїться сильних вітрів і може витримати навіть потужний  ураган;

– Проста конструкція дозволяє просто транспортувати вітрову установку. А при її складанні не потрібен великий досвід, сама ж збірка проводиться в короткі терміни;

– Необхідна невелика площа для встановлення системи;

– Алюміній не дозволяє пошкодити установку навіть у випадку попадання блискавки;

– Можливість швидкого налагодження серійного виробництва;

– Усі матеріали, з яких виготовлена вітрова установка, можуть піддаватися вторинній переробці;

– Установка не шкодить зовнішньому вигляду ландшафту.