alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2018.22-24.051-058alternative-1480Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКАRENEWABLE ENERGYЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИEXPERIMENTAL AND ANALYTICAL STUDIES OF VERTICAL AXIS WIND TURBINEShttps://orcid.org/0000-0002-0141-8084ХозяиновБ. П.KhozyainovB. P.

Борис Петрович Хозяинов - кандидат технических наук, доцент

д. 28, ул. Весенняя, Кемерово, 650000

Boris Khozyainov - Ph.D. in Engineering, Associate Professor, T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University

28 Vesennyaya St., Kemerovo, 650000

khozyainov-bp@mail.ruКузбасский государственный технический университет им. П.Т. ГорбачеваРоссияT.F. Gorbachev Kuzbass State Technical UniversityRussian Federation201804112018022-245158Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1480

В статье приводятся экспериментальные и аналитические исследования трехлопастной ветроэнергетической установки. Дана методика определения угловой скорости вращения ветротурбины в зависимости от скорости ветра, вращающего момента и ее мощности. Выполнено сравнение результатов вычислений по предлагаемым формулам с показателями испытаний ветротурбины, выполненных в природных условиях. Испытания проводились при скоростях ветра от 0,709 м/с до 6,427 м/с. Известно, что коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) для идеальной традиционной установки составляет 0,45. По результатам аналитических вычислений коэффициент использования энергии ветра ветротурбины, оборудованной 3-мя стеклопластиковыми лопастями и 6-ю ветронаправляющими экранами, при скорости ветра от 0,709 м/с до 6,427 м/с составил 0,317, а в диапазоне скоростей от 0,709 м/с до 4,5 м/с – 0,351, при этом значение экспериментального коэффициента значительно больше. Анализ изменения КИЭВ показал, что работа установки с ветронаправляющими экранами при незначительных средних скоростях воздушного потока в заданный период времени оказалась более эффективной, чем работа без этих направляющих. С увеличением скорости воздушного потока значение КИЭВ постепенно снижалось. Такое близкое совпадение экспериментальных данных с аналитическими вычислениями подтверждается сравнением расчетного критерия Фишера с его табличными значениями. Это позволит при проектировании ветротурбин определять их мощность, задавать геометрические параметры и массу всех деталей и обеспечит их эффективную работу.

The article carries out the experimental and analytical studies of three-blade wind power installation and gives the technique for measurements of angular rate of wind turbine rotation depending on the wind speeds, the rotating moment and its power. We have made the comparison of the calculation results according to the formulas offered with the indicators of the wind turbine tests executed in natural conditions. The tests were carried out at wind speeds from 0.709 m/s to 6.427 m/s. The wind power efficiency (WPE) for ideal traditional installation is known to be 0.45. According to the analytical calculations, wind power efficiency of the wind turbine with 3-bladed and 6 wind guide screens at wind speeds from 0.709 to 6.427 is equal to 0.317, and in the range of speed from 0.709 to 4.5 m/s – 0.351, but the experimental coefficient is much higher. The analysis of WPE variations shows that the work with the wind guide screens at insignificant average air flow velocity during the set period of time appears to be more effective, than the work without them. If the air flow velocity increases, the wind power efficiency gradually decreases. Such a good fit between experimental data and analytical calculations is confirmed by comparison of F-test design criterion with its tabular values. In the design of wind turbines, it allows determining the wind turbine power, setting the geometrical parameters and mass of all details for their efficient performance.

ветротурбинавертикальная осьугловая скорость вращениявращающий моментмощностьэффективностьwind turbinevertical axisangular speed of rotationthe rotating momentpowerefficiencyReferencesШефтер, Я.И. Использование энергии ветра / Я. И. Шефтер. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 201 с.Shefter Ya. I. Wind Energy Use (Ispolzovanie energii vetra): 2nd ed. Moscow: Energoatomizdat Publ., 1983; 201 p. (in Russ.).Перминов, Э.М. О состоянии и перспективах нетрадиционной электроэнергии // Энергетик. – 1998. № 10. – С. 13 14.Perminov E.M. On the state and prospects of unconventional electricity (O sostoyanii I perspektivakh netraditsionnoi elektroenergii). Energetik, 1998;10:1314 (in Russ.).Jakubowski, M. Unit energy evolves strategies for a industry of renewable energy / M. Jakubowski. – Energy, 2000. – P. 50–59.Jakubowski M. Unit energy evolves strategies for a industry of renewable energy. Energy, 2000; p. 50–59.Семкин, Б.В. Использование возобновляемых энергоресурсов в малой энергетике / Б.В. Семкин, М.И. Стальная, П.П. Свит // Теплоэнергетика. 1996. № 2. – С. 6–7.Semkin B.V., Stal’naya M.I., Svit P.P. The use of renewable energy resources in the small energy sector (Ispolzovanie vozobnovlyaemykh energoresursov v maloi energetike). Heat Power Engineering, 1996;(2):6–7.Фатеев, Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки / Е.М. Фатеев. – Москва: ОГИЗ-СЕЛЬХОЗГИЗ, 1948. – 544 с.Fateev E.M. Wind turbines and wind installations (Vetrodvigateli I vetroustanovki). Moscow: OGIZSELKHOZGIZ, 1948; 544 p. (in Russ.).Simoes, M.G. Fuzzy Logic Based Intelligent Control of a Variable Speed Cage Machine Wind Generation System / M.G. Simoes, B.K. Bose, R.J. Spiegel // IEEE transactions on power electronics. – 1997. – Vol. 12. – No. 1. – P. 87–95.Simoes M.G., Bose B.K., Spiegel R.J. Fuzzy Logic Based Intelligent Control of a Variable Speed Cage Machine Wind Generation System. IEEE transactions on power electronics, 1997;12(1):87–95Хозяинов, Б.П. Вычисление угловой скорости вращения ветротурбины с вертикальной осью / Б.П. Хозяинов // Энергетик. – 2011. – № 5. – С. 28–30.Khozyainov B.P. Calculation of the rotating wind turbine moment with a vertical axis (Vychislenie uglovoi skorosti vrashcheniya vetroturbiny s vertikalnoi osyu). Energetik, 2013;(1):47–49 (in Russ.).Хозяинов, Б.П. Методика определения мощности ветротурбины с вертикальной осью вращения / Б.П. Хозяинов // Энергетик. – 2013. – № 1. – С. 47–49.Khozyainov B.P. Method for determining of the wind turbine power with a vertical axis of rotation (Metodika opredeleniya moshchnosti vetroturbiny s vertikalnoi osyu vrashcheniya). Energetik, 2011(5):28– 30 (in Russ.).Сабинин, Г.Х. Основные величины, характеризующие свойства ветряных двигателей / Г.Х. Сабинин // Труды Центр. аэрогидродинамический ин-т. – М., 1923. – Вып. 2. С. 66–72.Sabinin G.H. Basic quantities characterizing the properties of wind turbines (Osnovnye velichiny kharakterizuyushchie svoistva vetryanykh dvigatelei). Proceedings of Centre. Aerohydrodynamic Institute, 1923:2:66–72 (in Russ.).Хозяинов Б.П. Разработка вертикальноосевых ветрогенераторов, способных эффективно работать в условиях ветрового режима России / Б.П. Хозяинов, Ю.А. Фадеев // Вестн. ИрГТУ-Иркутск. – 2017. – № 11. – С. 123–131.Khozyainov B.P., Fadeev Y. Development of vertical-axis wind turbine that can effectively operate in terms of the wind regime of Russia (Razrabotka vertikalnoosevykh vetrogeneratorov sposobnykh effektivno rabotat v usloviyakh vetrovogo rezhima Rossii). Vestn. ISTU-Irkutsk, 2017;(11):123–131 (in Russ.).Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик: под ред. М.О. Штейнберга. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. – 672 c.: ил.Idelchik I.E. Handbook of hydraulic resistances (Spravochnik po gidravlicheskim soprotivleniyam). Ed. M.O. Steinberg. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1992; 672 p. (in Russ.).Каликов, В.Н. Моделирование взаимодействия ветра с различными инженерными и природными объектами в аэродинамических трубах / В.Н. Каликов [и др.] // Механика жидкости и газа. VINITI. М., 1986. – Т. 20. – С. 139–209.Kalikov V.N. et al. Simulation of wind interaction with various engineering and natural objects in wind tunnels (Modelirovanie vzaimodeistviya vetra s razlichnymi inzhenernymi i prirodnymi obektami v aerodinamicheskikh trubakh) // Mehanika zhidkosti I gaza. VINITI, 1986;20:139–209 (in Russ.).Твайделл, Дж. Возобновляемые источники энергии / Д. Твайделл, А. Уэйр; пер. с англ. под ред. В.А. Коробкова. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.Twidell J., Ware A. Renewable energy sources (Vozobnovlyaemye istochniki energii). Ed. V.A. Korobkov. Moscow: Energoatomizdat Publ., 1990; 392 p (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.