Категорії
Різне

Безлопатевий вітрогенератор

З кожним роком зростає виробництво та побутове споживання енергії. В результаті збільшуються викиди парникових газів, а флора і фауна продовжують страждати від забруднень. Екологи невпинно б’ють на сполох, але саме завдяки науковцям, з’являються все ж таки альтернативні варіанти вирішення даної проблеми. Мова піде про безлопатевий вид вітрогенераторів.

Щороку по всьому світу зводяться вітрогенератори, і це завжди величезні споруди з лопатями, схожі на гігантські вітряки. А щодо безлопатевих вітрогенераторів, то до них ставлення в середовищі альтернативної енергетики зазвичай вельми скептичне. Проте розробники нових рішень не поспішають зупинятися.

В 2015 році іспанська компанія Vortex Bladeless запропонувала новий варіант безлопатевих вітрогенераторів, які зовсім не поступаються ефективністю традиційним лопатевим, проте перевершують останніх за рівнем безпеки і економічними можливостями установки.

Модель нового вітрогенератора Vortex Bladeless зовсім не схожа на звичайні вітряки – відсутні обертові лопаті і взагалі не передбачено великих обертових частин. Новий генератор скоріше нагадує велику біту для бейсболу, встановлену вертикально на ручку, яка погойдується під дією вітру.

Але ж вітер не завжди дме поривами. Як же тоді розгойдуватиметься ця гігантська біта?

Розгойдування генератора. Принцип, за яким новий вертикальний безлопатевий генератор буде хитатися, не пов’язаний з поривами вітру. Ідея полягає в розгойдуванні вертикального генератора невидимими вихорами повітря, що утворюються в поперечному напрямку в формі ланцюжків позаду циліндричних об’єктів.

Даний феномен пояснив ще в 1912 році американський фізик і фахівець з аеродинаміки і повітроплавання Теодор фон Карман. Тому й утворення від руху повітря або обтічної рідини ланцюжків вихорів навколо вертикальної осі назвали на честь вченого «доріжкою Кармана». Це явище лежить в основі розробки унікального безлопатева генератора.

Собівартість вітряного генератора від Vortex вдвічі дешевше лопатевої турбіни аналогічної потужності, а витрати на регулярне обслуговування менші в п’ять разів. До того ж виділених парникових газів на 40% нижче, і працює генератор тихіше, майже повністю безпечний для птахів і кажанів.

Що ж стосується ефективності в цілому, то вертикальні безлопатеві генератори можна встановлювати близько один до одного – електростанція вийде більш компактною і потужною, ніж з лопатевих вітрогенераторів, які потребують величезних площ, щоб турбіні було де розмахнутися. Цей фактор дуже важливий при зведенні великих вітряних електростанцій.

Також розробники перевірили аеродинаміку системи з двох своїх вітрогенераторів, коли один стояв позаду іншого. Виявилося, що той вітрогенератор, що стояв позаду, розгойдувався сильніше, адже він повторно використовував вихори від першого.

Автори проекту впевнені, що для приватних домоволодінь достатньо лише кілька невеликих вітрогенераторів Mini висотою в 12,5 метрів на номінальну потужність в 4 кВт, а основу великих вітряних електростанцій складуть моделі Gran, що розробляються на 1 МВт кожна. Ще на початковому етапі досліджень, в 2012 році, європейські інвестори вклали в Vortex Bladeless близько 1 млн євро, і до цього дня проект залишається дуже перспективним.

Установка безлопатева вітрогенератора. Конструктивно вітряк складається з двох частин. Верхня частина має нерівну поверхню – саме вона розгойдується і генерує повітряні вихори доріжки Кармана навколо себе. У нерухомій нижній частині конструкції розташовані елементи електрогенератора.

Установка спроектована таким чином, щоб розгойдування відбувалося на резонансній частоті, що збігається з частотою вихорів в утвореній доріжці Кармана. Так вітер розгойдує верхню частину вітряка, використовуючи явище механічного резонансу. І, якщо раніше такий резонанс руйнував мости та інші споруди, то тепер він зможе генерувати електроенергію, проявляючи свій руйнівний потенціал більш дружелюбно.

Спочатку фахівці компанії успішно протестували прототипи на 2 кВт, розраховані на вітер, що дме зі швидкістю від 1,5 до 7 м/с; моделі на 4 кВт розраховані на вітер 3-15 м/с, також можливим є масштабування аж до одиниць мегават. Головні складові частини майбутніх вітряних електростанцій на нових генераторах – вертикальні генератори Vortex Bladeless на 1 МВт, висотою 150 метрів, з яких можна буде зібрати величезну електростанцію необхідної потужності.

Всіх тонкощів розробники, звичайно ж, не розкривають. Однак дещо відомо. У основі рухомої частини розташовано два кільця, що відштовхуються від магнітів. Коли вітер нахиляє структуру в одну сторону, магніти тягнуть її в інший бік, і ці невеликі натискання і виштовхування якраз і сприяють прояві кінетичної енергії, що виникає в процесі кругового похитування вежі, яка потім перетворюється в електричну енергію за допомогою лінійного генератора змінного струму. Частота коливань вежі сягає 20 Гц.

Дослідження тривали довго, і на різних етапах пристрій безперервно удосконалювався. Було виготовлено більше 200 моделей. Кожну з них випробувано розробниками в аеродинамічній трубі, щоб геометрія щогли нарешті дозволила б збирати стільки енергії вітру, скільки максимально є можливим, і щоб власна частота щогли Vortex Bladeless могла змінюватися для взаємодії з резонансом доріжки Кармана.