ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

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.

1. Шефтер, Я.И. Использование энергии ветра / Я. И. Шефтер. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 201 с.

2. Перминов, Э.М. О состоянии и перспективах нетрадиционной электроэнергии // Энергетик. – 1998. № 10. – С. 13 14.

3. Jakubowski, M. Unit energy evolves strategies for a industry of renewable energy / M. Jakubowski. – Energy, 2000. – P. 50–59.

4. Семкин, Б.В. Использование возобновляемых энергоресурсов в малой энергетике / Б.В. Семкин, М.И. Стальная, П.П. Свит // Теплоэнергетика. 1996. № 2. – С. 6–7.

5. Фатеев, Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки / Е.М. Фатеев. – Москва: ОГИЗ-СЕЛЬХОЗГИЗ, 1948. – 544 с.

6. 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.

7. Хозяинов, Б.П. Вычисление угловой скорости вращения ветротурбины с вертикальной осью / Б.П. Хозяинов // Энергетик. – 2011. – № 5. – С. 28–30.

8. Хозяинов, Б.П. Методика определения мощности ветротурбины с вертикальной осью вращения / Б.П. Хозяинов // Энергетик. – 2013. – № 1. – С. 47–49.

9. Сабинин, Г.Х. Основные величины, характеризующие свойства ветряных двигателей / Г.Х. Сабинин // Труды Центр. аэрогидродинамический ин-т. – М., 1923. – Вып. 2. С. 66–72.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Твайделл, Дж. Возобновляемые источники энергии / Д. Твайделл, А. Уэйр; пер. с англ. под ред. В.А. Коробкова. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.