В. Германович - Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Важность развития энергетики на возобновляемых источниках энергии не подлежит сомнению. Ветроэнергетика, — одна из старейших отраслей этого направления, — сталкивается с известными технологическими трудностями. Энергия ветра рассеяна в большом пространственном объеме, собирать ее одним могучим ветроколесом накладно: требования к прочности растут вместе с сопротивлением среды пропорционально квадрату скорости, а стоимость — уже кубу, если верить авиастроителям. Длина крыла современного ветрогенератора может достигать 30–40 и даже 60 м.

Ничего удивительного, что киловатт установленной мощности ВЭС обходится в копеечку. Выходит, за высокую мощность ветродвигателя, — вожделенный куб скорости ветра , — приходится платить «один к одному».

Примечание.

Поэтому имеет прямой смысл заняться миниатюризацией: сумма кубов растет гораздо медленнее, чем куб суммы. Заменяя одного великана на много карликов можно значительно понизить требования к прочности отдельной укороченной лопасти.

К сожалению, параллельно с естественным удешевлением малогабаритных ветродвигателей возникает проблема эффективного суммирования мощностей . Компактные электрогенераторы — не самые дешевые устройства.

Самое элементарное суммирование достигается закреплением роторов на одном и том же валу.

Примечание.

Лучше всего такая схема подходит для т. н. ортогональных ветродвигателей, — с поперечной потоку осью вращения. Обычные ветроколеса объединять подобным образом, как правило, неэффективно: желательно, чтобы между пропеллерами было расстояние порядка 10–12 диаметров для восстановления силы и стабильности потока (интересное решение предложено на сайте http://www.selsam.com).

Чрезвычайно удачной в плане конструктивной простоты является гирлянда ортогональных роторов, закрепленных на тросе-приводе (рис. 1.19). Такое решение неплохо зарекомендовало себя и в гидроэнергетике. Очень заманчиво использовать подобную схему и для преобразования энергии ветра.

Идея ветрогирлянд занимала умы изобретателей и раньше. Пришло время вновь обратить на нее пристальное внимание.

Рис. 1.19. Гирлянда ортогональных роторов, закрепленных на тросе-приводе

Самую примитивную и дешевую ветрогирлянду легко собрать на даче, — лишь бы было к чему ее подвесить. Пусть это будет дерево приличной высоты или прочный шест с телеантенной на крыше дома (П. Колосов, http://rosinmn.ru/vetro/girland/girland.htm).

Исходные материалы для классического ротора Савониуса (рис. 1.20): металлический трос толщиной 2–3 мм (10–15 руб. за метр), пластиковая труба для канализации диаметром 110 мм (90 руб. за метр), лист оцинкованного железа ДЛЯ горизонтальных площадок, разделяющих соседние роторы.

Рис. 1.20. Принцип построения ротора Савониуса:

а— двухлопастный; б— четырехлопастный

Разумеется, еще понадобятся подшипники для закрепления концов гирлянды вверху и внизу, можно попробовать использовать для этих целей ступицы колес от старого велосипеда.

О недорогих тихоходных многополюсных электрогенераторах на постоянных магнитах приходится только мечтать. Поэтому, скорее всего, придется соорудить мультипликатор для повышения частоты вращения генератора. Ротор из двух полусфер диаметром 110 мм и перекрытием лопастей 20 мм будет иметь общий диаметр 200 мм. Это значит, что на скорости 5 м/с при быстроходности 0,7 частота вращения составит 330 об/мин. Повышения частоты в 4–5 раз будет уже достаточно, чтобы подобрать к ветроустановке промышленный генератор.

Конструкция мультипликатора может быть самой разнообразной, с использованием ремней ГРМ или велосипедных звездочек. Единственное утешение в этой почти неизбежной возне с повышением частоты вращения состоит в том, что не надо взгромождать эту конструкцию на самый верх пятнадцатиметровой мачты. Вместе с генератором этот прибор прекрасно разместится на земле под гирляндой.

Разобравшись с мультипликатором, можно приступать к сборке гирлянды. Для начала следует нарезать из листа железа торцевые площадки для закрепления лопастей — круги диаметром примерно 250 мм.

Обрезки пойдут на изготовление фиксирующих скоб — держателей лопастей и троса. Эти уголки нужно закрепить саморезами или винтами на площадке вдоль посадочного места лопасти как показано на рис. 1.21.

Рис. 1.21. Принцип построения лопасти

Последний подготовительный шаг, — разрезать пластиковую трубу на сегменты длиной 50–70 см, затем каждый сегмент вдоль на две половинки. Слегка зашкурить края, — и лопасти готовы.

Монтаж ветродвигателя проще всего производить прямо на месте установки, подтягивая гирлянду вверх по мере сборки.

Совет.

Весьма разумно сделать гирлянду опускаемой, перекинув верхний конец через шкив.

Порядок такой: закрепить болтами верхнюю площадку на тросе, присоединить снизу лопасти (например, саморезами), подтянуть трос вверх, привернуть к лопастям нижнюю площадку, зафиксировать ее на тросе, и т. д.

Цена вопроса.Один квадратный метр ометаемой площади такой «ветроканализационной» установки, — 5 погонных метров гирлянды, — без стоимости генератора, мультипликатора и подвеса обойдется по ценам подмосковных стройрынков в 500–550 руб.

С учетом того, что при среднегодовой скорости ветра 5 м/с и качественном электрогенераторе с квадратного метра удастся получить в лучшем случае 12–13 Вт, это, пожалуй, дороговато. Однако отметим, что нам не понадобилось никаких глубоких знаний аэродинамики для сооружения долговечной ветроустановки приличной площади, причем буквально на коленках. Она не будет изводить соседей жутким воем, и не подвергнет вашу жизнь опасности при оледенении лопастей.

Если удастся в кустарных условиях изготовить лопасти из оцинкованного железа (лист 0,55 мм стоит 200 руб. за м 2), и не в форме полусфер, а с оптимизированным профилем, то можно получить уже 20–22 Вт при стоимости гирлянды 320–330 руб. за квадратный метр ометаемой площади.

Совет.

Лучше сделать диаметр больше, например, 40–50 см. Правда, и весить она будет больше пластмассового варианта.

Каким образом можно еще упростить и удешевить конструкцию? Избавиться от горизонтальных площадок, закручивая сплошные лопасти по спирали вокруг вертикальной оси, и перейти к каркаснотепличному дизайну. Конструкций «завитых» Савониусов в сети предостаточно, попробуем сделать гирлянду, примерно как на фотографии с сайта www.aerotecture.com, только без всех этих окружающих палок и стержня, которые выгоднее пустить на нормальную мачту с растяжками.