В. Германович - Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Удачное место для размещения малошумных гирлянд в городской черте, — плоские крыши высоких домов. Во-первых, это гарантированное обдувание со всех сторон, а во-вторых, размещенные по периметру здания крайние гирлянды также могут выполнять декоративные и рекламные функции.

При среднесезонной скорости ветра в 5 м/с, качественно изготовленной гирлянде и общем КПД мультипликатора и генератора 70 %, один квадратный метр ВЭУ выдаст 20–21 Вт электроэнергии. Для производства одного киловатта понадобится 50 м 2, или сто погонных метров при диаметре 50 см.

Ясно, что вместо одной очень длинной гирлянды в большинстве случаев придется вешать несколько коротких. Здесь возможны две стратегии. Во-первых, устанавливать на каждую гирлянду многополюсный генератор на постоянных магнитах соразмерной мощности. Гирлянда диаметром 80 см и длиной 25 м имеет площадь 20 м 2, как у ветроколеса диаметром 5 м, — теоретически можно раскошелиться и на отдельный генератор, суммируя затем уже электрическую мощность.

Однако есть и альтернатива установке мультипликатора и генератора под каждой гирляндой. Можно с помощью механических передач замыкать их на один генератор. Этому способствует маленький диаметр гирлянд, — их можно располагать достаточно близко. Очевидный вариант объединения механической мощности таков: угловые редукторы с парой конических шестерен передают вращающий момент от гирлянд общему горизонтальному тросу, закрепленному одним концом на валу генератора.

Это приведет к потере 3–5 процентов мощности на каждой гирлянде в одном ряду, и если рядов несколько, то еще столько же при вторичном суммировании рядов.

Примечание.

Эти потери (включая стоимость редукторов и горизонтальных тросов) будут экономически оправданы, если стоимость большого числа маленьких мультипликаторов/генераторов в сравнении со стоимостью такого же числа угловых редукторов и одного мощного мультипликатора/генератора окажется много больше.

Так же вполне возможно, что оптимальной будет установка одного генератора промежуточной мощности на один ряд гирлянд, гибко сочетая оба вида суммирования: механический внутри ряда и электрический между рядами.

Подшипники вверху и внизу гирлянды необходимы в любом случае. В сущности, подвес и редуктор — единственные узлы ветродвигателя как такового, требующие серьезного механического производства.

Поскольку для ВЭУ достаточной мощности их потребуется не один и не два, а действительно много, их себестоимость в достаточно крупносерийном производстве должна быть умеренной.

Возможно, для удешевления механических редукторов подойдет стратегия их изготовления на китайский манер, — из пластика с ограниченным сроком службы и последующей периодической заменой быстроснашиваемых деталей.

Внимание.

Чтобы соседние гирлянды не перекрывали друг друга, желательна минимальная дистанция между ними в 10 диаметров.

По крайней мере, Такого правила придерживаются при сооружении ветропарков традиционных пропеллерных установок. Не исключено, что гирлянды можно будет разместить и несколько плотнее. В любом случае, не следует без особой нужды ставить их очень близко друг к другу, экономя пару десятков рублей на стоимости нескольких лишних метров троса, и теряя гораздо больше на фактическом снижении эффективной площади ветродвигателя.

Как известно, за удовольствие надо платить, и в случае ветрогирлянд это вопрос о мачте, — к чему подвешивать? Хорошо, если речь о даче, и можно натянуть горизонтальный несущий трос между парой деревьев или между деревом и шестом на крыше, чтобы цеплять одну или несколько гирлянд уже к нему. Для установок, претендующих на нечто более чем 50—100 Вт, понадобится специальное сооружение.

Очевидным плюсом является возможность использовать в качестве опоры мачту на растяжках, которая дешевле решетчатых башен как минимум в 2–2,5 раза. За счет потенциально высокой пространственной плотности размещения даже на одной мачте можно подвесить гирлянды значительной суммарной ометаемой площади.

Но желательно как можно дальше разнести гирлянды друг от друга, и от ствола. Наверное, это будут (увы, быстро) понижающиеся от мачты кольца гирлянд, или одно кольцо в виде расходящегося шатра. К сожалению, максимально использовать жизненно необходимую ветроустановкам высоту в случае одной единственной опоры очень трудно.

Уже легче, если мачт будет две, можно выстроить ряд гирлянд, или лучше два параллельных ряда, обеспечив просвет между плоскостями с помощью горизонтальных распорок, вставленных между несущими торсами рядов. Вариантов расположения и для одной, и для двух мачт можно придумать множество, нужно только не забывать, что:

♦ во-первых, система несущих тросов должна быть опускаемой;

♦ во-вторых, нижний край гирлянд также лучше закреплять на несущих тросах, растянутых на достаточном расстоянии от земли.

Совет.

Ветра у самой поверхности мало, и площадь под гирляндами лучше использовать в сельскохозяйственных целях.

Ясно, что действительно значительное количество гирлянд можно подвесить лишь на пространственных ячейках по 3 или 4 опоры. Тогда одна мачта сможет поддерживать утлы сразу нескольких соседних ячеек с высокой плотностью заполнения гирляндами. Это существенно увеличивает минимальные начальные затраты на ветроустановку с одной ячейкой, зато если мощность планируется постепенно наращивать, добавление следующей ячейки потребует дополнительной установки уже только одной/двух, а не трех/четырех мачт.

По данным метеорологических наблюдений среднегодовая скорость ветра на большей части территории России редко достигает даже 5 м/с. Для Подмосковья средний ветер составляет 3,2 м/с летом и 4,2 м/с зимой. Казалось бы, какие уж тут ветроустановки, — гоняться за несколькими ваттами с квадратного метра. Но не все так плохо:

♦ во-первых, по оценкам самих метеорологов скорость ветра на многих городских метеостанциях систематически занижается на 1–2 м/с;

♦ во-вторых, в приземном слое почти всегда имеется значительная горизонтальная турбулентность, — те самые порывы ветра.

Примечание.

Вертикальноосевые турбины прекрасно работают в непостоянном по направлению потоке, а ротор Савониуса эффективно реагирует и на резкие скачки в силе ветра, — при внезапном падении быстроходности его крутящий момент только растет.

Нетрудно понять, что при слабом ветре его энергия в основном заключена именно в порывах. Так, ветер со средней скоростью 4 м/с, периодически на 15 % времени возрастающий еще на 4 м/с (классифицируется в метеорологии как ровный, а не порывистый!), будет содержать в 2 раза больше энергии, чем ламинарный поток 4 м/с.