Разработка автономной бироторной ветроэнергетической установки малой мощности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.08, Кириллов, Василий Владимирович

• Кириллов, Василий Владимирович
• 2004

Оглавление диссертации Кириллов, Василий Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.

ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Состояние вопроса

1.2. Автономный потребитель

1.3. Ветроэнергетический потенциал приземного слоя

1.4. Анализ задачи исследований

1.5. Классификация ветроустановок

1.6. Анализ действующих технических решений

Выводы по главе 1

ГЛАВА 2.

ОСНОВЫ СИНТЕЗА И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ

БИРОТОРНОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

2.1. Силовые методы взаимодействия лопастей с малоскоростным

ветропотоком

2.2. Методы кинематического исследования жидкости

2.3. Анализ особенностей взаимодействия ветропотока в БВЭУ

2.4. Расчетная модель бироторной установки

2.5. Изучение взаимодействия ветрового потока с колесами БВЭУ

2.6. Расчет геометрических параметров ветроколес БВЭУ

2.7. Синтез схемы и особенности конструкции БВЭУ

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3.

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БИРОТОРНОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

3.1. Особенности конструкции бироторной ветроустановки

3.2. Исследование конструкции

3.2.1. Анализ методов экспериментальных исследований

3.2.2. Экспериментальные исследования бироторного генератора на лабораторном стенде

3.2.3. Исследования БВЭУ в реальных условиях

3.3. Исследования БВЭУ методом обратимости движения

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БВЭУ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МАЛОМОЩНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

4.1. Режим автономного энергоснабжения

4.1.1. Исследование режима заряда аккумулятора

4.2. Разработка системы электроснабжения ретранслятора с БВЭУ

4.3. Использование БВЭУ для электроснабжения дом-вагона

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

БВЭУ - бироторная ветроэнергетическая установка.

ВЭУ - ветроэнергетическая установка.

АК - аккумулятор.

АКБ - аккумуляторная батарея.

р - плотность воздушной среды, кг/м".

со - угловая частота, рад/сек.

I - сила тока, А.

п - скорость вращения, об/мин.

Я - сопротивление нагрузки, Ом.

1 - время, сек.

и - напряжение, В.

V - линейная скорость, м/с.

V/ - давление, кг/м2. А ?

А - площадь сечения ветропотока, м . М - момент, кг/м. Р - электрическая мощность, Вт. Ср - коэффициент отбора мощности.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В последние годы все большее внимание привлекают возможности использования экологически чистых возобновляемых источников энергии. Их естественная возобновляемость, повсеместность и огромный энергетический потенциал делают их весьма привлекательными и перспективными. Ветровая энергия является одним из наиболее перспективных видов возобновляемых источников энергии.

Использование энергии ветра позволяет осуществлять подъем воды, аэрацию водоемов, мелиорацию посевных площадей, опреснение воды, а наиболее актуальным является обеспечение электроэнергией автономных потребителей, удаленных от централизованной сети и расположенных в отдаленных сельских горных районах.

Вопросам исследования, разработки и создания ветроэнергетических установок (ВЭУ) уделено большое внимание как отечественными, так и зарубежными учеными, как Фатеев Е.М., Шефтер Я.И., Сабинин Г.Х., Твайдел Дж., Д. Де Рензо, Неделку Ш., Вашкевич К.П., Хлопенков П.Р., которые внесли огромный вклад в развитие теории проектирования и создания ветроаг-регатов различного класса.

Из многообразия модификаций ветроустановок наиболее широкое распространение получили малоэнергоемкие ВЭУ предназначенные для электроснабжения потребителей расположенных в отдаленных децентрализованных районах. В этом направлении ведут работы такие исследователи, как Шефтер Я.И., Рождественский И.В., Войцеховский Б.В. и т.д.

Анализ работ и тенденции развития ветроэнергетики для автономных малоэнергоемких потребителей показывают, что разработано множество конструкций ВЭУ. Так разработка и создание малоэнергоемких ВЭУ связано с решением ряда сложных как научных, так и практических задач. Это необходимость установления рациональных режимов работы установки при малых скоростях ветра, поиск и разработка конструкции генератора, стабильно

работающего в условиях малых ветров, разработка методов расчета эффективности ВЭУ с учетом динамического взаимодействия ветра с ветроколе-сом, моделирование этих процессов. Поэтому разработка новых типов ВЭУ, имеющих высокую эффективность, хорошую работоспособность и достаточную надежность при энергоснабжении малоэнергоемких потребителей является актуальной и перспективной задачей.

Связь темы диссертации с крупными научными программами. Работа выполнялась в рамках плановых научно-исследовательских работ, утвержденных Президиумом Национальной Академии наук Кыргызской Республики в рамках проблем 1.9.1. «Фундаментальные межотраслевые проблемы энергосберегающей политики» раздел 1.9.1.7. «Научные проблемы энергетических ресурсов» по темам «Научные основы синтеза комбинированных солнечно-ветровых комплексов для электроснабжения малоэнергоемких объектов в горных районах» (1991-1996 гг.), «Разработки теории, методов расчета и конструирование комбинированных автономных систем энергоснабжения на основе ВИЭ» (1996-2000 гг.).

Цель и задачи исследования. Разработка и создание малогабаритной бироторной ВЭУ для электроснабжения автономных маломощных потребителей.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

• анализ состояния ветряного потенциала и его распределение по территориальным зонам республики;

• классификация ветроустановок и анализ тенденции развития их конструктивных параметров;

• синтез принципиально новой схемы бироторной ветроэнергетической установки (БВЭУ);

• разработка модели бироторной ветроустановки, методов ее расчета и конструирования;

• создание экспериментально-промышленного образца действующей установки и ее экспериментальные исследования;

• практическое использование и внедрение результатов работ при создании солнечно-ветрового комплекса для электроснабжения автономного жилого дом-вагона.

Научная новизна. Новыми результатами исследования в диссертации представляются:

• впервые дана оценка энергетического потенциала ветрового потока приземного слоя применительно к использованию ветроустановка-ми в горноклиматических условиях Кыргызской Республики;

• теоретически доказано, что диапазон выходной мощности биротор-ных ветроэнергетических установок находится в пределах 1,185Р0>Р>0,64Р0 и обоснована их перспективность использования для энергоснабжения маломощных объектов;

• вскрыты объективные закономерности изменения эффективности работы БВЭУ при скоростях ветрового потока 2-6 м/с;

• предложена классификация ветроэнергетических установок, дополненная новым классом бироторных ветроустановок;

• создан экспериментальный стенд и разработана методика экспериментальных исследований БВЭУ.

Практическая значимость полученных результатов.

• разработаны инженерные методы расчета и конструирования БВЭУ;

• предложена классификация ВЭУ с учетом нового класса бироторных ветроэнергетических установок;

• результаты исследований использованы при создании действующего образца БВЭУ;

• разработанная конструкторская документация передана АО «Оре-ми» для освоения серийного производства;

• БВЭУ внедрена и нашла практическое применение при создании автономного жилого дом-вагона.

Экономическая значимость полученных результатов. Экономический эффект от применения БВЭУ для электроснабжения автономных потребителей более чем в два раза рентабельнее использования традиционных дизельных электростанций.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

• оценка и определение ветроэнергетического запаса приземного слоя Кыргызской Республики для целей энергоснабжения автономного потребителя;

• физическая модель и определение диапазона выходной мощности бироторной ВЭУ;

• объективные закономерности изменения эффективности работы БВЭУ при малых скоростях ветропотока;

• создание бироторной автономной ВЭУ нового класса ветромашин для малых скоростей ветропотока;

• разработка методики экспериментальных исследований бироторных ветромашин.

Личный вклад соискателя.

• получены два патента на ветроустановки нового класса;

• по статистическим данным метеостанций определен ветровой потенциал приземного слоя республики;

• синтезирована физическая модель бироторной ВЭУ, разработан и создан действующий образец;

• разработана методика экспериментальных исследований;

• обоснован диапазон выходной мощности бироторной ВЭУ, вскрыты объективные закономерности прохождения малого воздушного потока через два ветроколеса;

• разработанная конструкторская документация передана АО «Оре-ми» для освоения промышленного производства.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты доложены на республиканских научно-практических конференциях: «Математиче-

ское моделирование и проблемы автоматизации» Фрунзе 1990 г; «Состояние и перспективы использования нетрадиционных источников энергии» г. Севастополь 1990 г.; научно-технической конференции «Нетрадиционные источники энергии - 93» пос. Дивноморск 1993 г.; на научных семинарах секции Ученого совета Института автоматики HAH KP г. Бишкек 1993-1999 гг.; на международной конференции «Проблемы управления и информатики» г. Бишкек 2000 г.

Публикации результатов. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе два Патента Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 100 наименований. Объем работы составляет 133 страницы машинописного текста, в том числе 33 иллюстрации, 13 таблиц и два приложения.

10

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка автономной бироторной ветроэнергетической установки малой мощности»

ВВЕДЕНИЕ

Дефицит в республике традиционных источников первичных энергоресурсов, физический износ оборудования, обеспечивающих их доставку, переориентация республики на рыночную экономику требует активного поиска новых нетрадиционных средств преобразования источников энергии. Использование альтернативных источников энергии является актуальной проблемой во всем мире, решение которой позволит освободиться от традиционных затрат на добычу и переработку первичных энергоносителей. Поэтому в настоящее время не только в Кыргызстане, но и во всем мире огромное внимание уделяется экологически чистым возобновляемым источникам энергии, имеющим достаточно высокий потенциал.

Повышение технического уровня производства непрерывно связано с увеличением потребления энергии. В настоящее время, подавляющее количество энергии получают путем использования традиционных энергоносителей (уголь, нефть, газ и т.д.), интенсивное использование которых ведёт к загрязнению окружающей среды и их истощению. В работах [И, 12, 14, 16] проводится множество оценок запасов и сроков истощения традиционных источников энергии. Бурное развитие промышленности предполагает довольно ощутимое исчезновение не только запасов энергоресурсов, но и других малораспространенных в природе исходных веществ и элементов, отходы которых переходят в новое качество, а их количество создает потенциальную угрозу экологии. При наличии достаточного количества отходов их можно регенерировать и повторно применять, сама же энергия регенерации не подвергается.

Энергия, сосредоточенная в природных источниках не может использоваться непосредственно. Важным этапом на пути применения энергии яв-

х ' J Г Г

ляется ее преобразование в доступную для использования форму. Среди множества видов возобновляемых энергоносителей важное место занимает ветровая энергия. В работах [9, 16, 18, 32, 39, 80] приведены методические

положения, оценки, результаты и рекомендации по использованию энергии ветра, представляющие общий характер и особенности их использования. Исследователями различных школ Я.И. Шефтер, Дж. Твайдел, Д. Рензо, Е.М. Фатеев, Г.Х. Сабинин в своё время не зависимо друг от друга были показаны неиссякаемость и перспективность использования ВЭУ для энергообеспечения в том числе и для автономных потребителей. Характерно, что исследования проводились в условиях равнин и прибрежных территорий материков, где среднегодовые скорости ветрового потока составляют 9-12 м/с [24, 87, 98]. Но на территории Кыргызской Республики отсутствуют столь масштабные равнины и прибрежные зоны, за исключением локальных мест, побережья озера Иссык-Куль, Чуйской и Ферганской долин, где скорости потока достигают 7-11м/с. Потенциал ветровой энергии в республике предварительно исследован, составлена карта ветрового кадастра и указаны особенности ветровой нагрузки [73]. Особенности использования этой энергии заключаются в том, что большая доля потенциала ветровой нагрузки приходится на места, где жизнедеятельность людей ограничена гребневыми зонами горной местности, перевалами и ущельями и потребность в электроэнергии в указанных районах отсутствует.

Эксплуатация ветроэнергетических установок (ВЭУ) средней мощности в перечисленных районах не целесообразна по причине больших потерь при передаче. Разработка и эксплуатация мощных ВЭУ в Кыргызстане оставлены на перспективу и требуют более глубоких исследований ветрового кадастра.

Использование маломощных ВЭУ выпускаемых промышленностью СНГ на территории республики малоэффективно, поскольку для обеспечения их работы необходимы скорости ветрового потока 7 м/с и более. В предгорных зонах и пастбищах, где расположены основные потребители, среднегодовая скорость ветра составляет 2-5 м/с.

В республике более 18 тыс. чабанских стоянок [67], которые практически не имеют элементарных социальных и бытовых условий и лишены ка-

ких-либо источников информации. Большое число садоводов-любителей, пчеловодов, огородников не имеют централизованного электроснабжения.

Актуальность проблемы определила задачу эффективного использования малых скоростей ветра. Целью работы является разработка и исследование ВЭУ эффективно работающей в диапазоне скоростей ветра 2-6 м/с, имеющей малые массогабаритные размеры, легко транспортируемой, в том числе и вьючным методом.

Использование энергии ветра сократит проблемы в децентрализованных регионах и внесёт вклад в выполнение государственной программы по сокращению бедности в отдалённых регионах Кыргызской Республики.

13

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1Л. Состояние вопроса

На современном этапе развития общества остро встают проблемы энергопотребления и вопросы сохранения экологии планеты. Известно, что уровень потребления энергии на душу населения и экологические потери, наносимые от использования ископаемых источников энергии, определяют местоположение общества в мировом экономическом пространстве. Не все регионы планеты обладают достаточной степенью природных ископаемых видов энергий, большинство из которых вынуждены импортировать определенные виды, покрывая, таким образом, дефицит энергопотребления, в том числе и Кыргызская Республика, несмотря на то, что имеет достаточный потенциал гидроресурсов. Но отсутствие отдельных видов промышленной базы и природных ископаемых делают ее пока энергозависимой по некоторым категориям. Тенденция развития энергопотребления такова, что поиск и разработка альтернативных видов энергии [1, 18, 19, 32, 38] является важной перспективной задачей по энергосбережению. Последние годы все больше уделяется внимания средствам преобразования экологически чистым возобновляемым источникам. Их естественная возобновляемость, повсеместность, а также неограниченный потенциал делают их привлекательными и перспективными. К одному из перспективных видов возобновляемой энергии относится ветровая. Неиспользуемая энергия ветра бесполезно и безвозвратно рассеивается в приземном слое ветропотока. Использование энергии ветра позволяет осуществлять поднятие воды, аэрацию заболоченных водоемов, мелиорацию посевных площадей, а также обеспечивать электроэнергией автономных потребителей.

Определение потенциальных потребителей, рассредоточенных по территориальным зонам гористой местности, является немаловажной задачей. Необходимо изучать характер их деятельности в использовании производной энергии ветра и ее качество и количество. Выявление локального потребителя является лишь частью решения комплексного вопроса по обеспечению энергией. Немаловажным этапом в исследовании является определение потенциальных запасов энергии ветра приземного слоя по статистическим данным метеостанций проведенных за многолетний период (1 0 лет) применительно к территориям, на которых расположены потенциальные потребители. Известно, что эффективность использования ветроэнергетических установок в основном зависит от режима ветропотока, который характеризуется крайним непостоянством скорости во времени. Сбор статистических данных с метеостанций, их обработка и анализ характера действия ветропотока с целью определения энергетического потенциала по регионам существенно облегчит задачу оптимального согласования отбора ветропотока с генерацией электрической мощности и нагрузкой.

Одной из проблем разработки ВЭУ является подведение теоретической базы создания систем технического устройства эффективно преобразующего энергию ветра. Существует ряд трудностей на пути развития и широкого применения автономных установок. К ним относятся большие капитальные вложения, эксплуатация, экономическая рентабельность различных типов генераторов, надежность, экологическая и общественная приемлемость и т.д. [32].

В мировой практике на современном этапе существует два подхода к использованию энергии ветра. Первый - большая ветроэнергетика, использующая большие ветроэнергетические мощности до 1,5-2,0 МВт и малая вет-поэнепгетикя — по 100 кВт. Большяя ветпоэнепгетика используется в стоанах

Г Г " ----_ . . - - -----— . 1 ----г 1

со значительными ветровыми энергоресурсами, таких как Голландия, Дания, Австралия, Южная Америка и в крупных развитых странах Франции, Герма-

нии, США и т.д. В этих странах ветроэнергетические агрегаты работают параллельно с энергосистемой [24, 80, 87, 100].

Малая ветроэнергетика используется автономно для локальных малоэнергоемких потребителей, в большинстве случаев децентрализованных [7, 32, 88].

Разработка и создание малоэнергоемких ветроэнергетических установок (ВЭУ) связаны с решением ряда сложных как научных, так и практических задач. Это необходимость установления рациональных режимов работы установки при малых скоростях газовой среды, поиск и разработка конструкции генератора, стабильно работающего в условиях малых ветров, разработка методов расчета эффективности ВЭУ с учетом динамического взаимодействия с ветроколесом, моделирование аэродинамических процессов.

В аэродинамических исследованиях определение взаимодействия между средой и движущимся в ней телом основывается на принципе обращенного движения в соответствии, с которым взаимодействующая система: неподвижная среда - подвижный объект [49, 50]. В случае замены одной системы другой должно быть соблюдено условие, при котором скорость набегающего потока на неподвижное тело была бы равна скорости движения этого тела в неподвижной среде.

Система дифференциальных уравнений, лежащая в основе решения задач обтекания, рассматривается отдельно для двух основных видов движения: свободного (невязкого) потока и течения в тонком пристеночном слое газа - пограничном слое, где движение рассматривается с учетом трения. Это разделение потока опирается на гипотезу об отсутствии обратного влияния пограничного слоя на свободный поток. Согласно этой гипотезы параметры невязкого обтекания, т.е. на внешней границе пограничного слоя, будут такими же. как и на стенке пта отсутствии этого слоя [511.

- X «/ L J

В аэродинамических исследованиях при небольших скоростях необязательно учитывать тепловые процессы в пограничном слое из-за их малой интенсивности. Нахождение аэродинамических параметров ветромашин при их

неустановившемся движении, характеризующимся изменением кинематических параметров во времени, представляет собой весьма сложную задачу[5 8]. Для практических целей используют упрощенные методы решения этой задачи. При определении аэродинамических характеристик в разработке можно исходить из гипотезы стационарности, в соответствии, с которой эти характеристики в неустановившемся движении принимаются такими, как в установившемся и определяются кинематическими параметрами этого движения в данный момент времени.

Однако на современном этапе существует немало вопросов использования энергии малоскоростных потоков, которые скрывают множество задач, требующих безотлагательного решения. Решения приведенных задач разработки технических устройств позволяют на данном этапе эффективно использовать малые ветропотоки.

Одной из наиболее перспективных задач малой ветроэнергетики является создание ветроустановок с двумя ветроколесами, вращающимися в противоположные стороны. В этом случае не только достигается свойство саморегулирования вследствие взаимного влияния лопастей, движущихся навстречу друг другу, но также увеличивается относительная частота вращения двух роторов [87].

1.2. Автономный потребитель

Основными автономными потребителями являются группы людей занятых в животноводстве, полеводстве, пчеловодстве, садоводстве, туризме, геологии и т.д. По составу и характеру распределения локальных автономных объектов электропотребители могут быть объединены в три группы -стационарные, передвижные и сезонные объекты.

В республике до 1990 г. в группе стационарных потребителей состояло около 18 тыс. объектов содержания скота, которые обслуживало более 90 тыс. персонала (чабаны, скотоводы, семьи чабанов). Из данной группы было

электрифицировано около 85%. Остальные являлись потенциальными объектами электроснабжения [82]. С периода 1990 г. число потенциальных потребителей увеличилось до 150 тыс. Пчеловоды, находящиеся в альпийских лугах, не имеют источника электропитания. Много дачных участков лишены централизованного электроснабжения, кроме того, электроснабжение от линий электропередач характеризуется низкими неустойчивыми возможностями электросетей.

К группе передвижных объектов относятся животноводческие кочевья, которые осуществляют свою деятельность с перемещением поголовья в зависимости от времени года. В холодные периоды поголовье скота перегоняются на зимовье, в кошары. Одним из перспективных направлений экономики Кыргызской Республики является туризм, развитие которого требует обеспечения электроснабжения горных маршрутов и кемпингов. Геологи, проводящие изыскания при помощи современной геодезической аппаратуры имеют ограниченные емкости электропитания. Следовательно, одним из главных требований к источнику электроснабжения является транспортабельность.

Сезонные объекты представляют наиболее энергоемкие потребители, к которым относятся насосные станции. Их мощности находится в диапазоне от единиц до десятков киловатт, а рабочий режим характеризуется постоянством потребления мощности в течении вегетационного периода 3-4 тыс. часов в год. Стригальные пункты овец также носят сезонный характер на период стрижки овец с потреблением мощности 1000-1600 часов в год. Технологический процесс стрижки овец требует перемещения отар с высокогорных пастбищ к централизованным пунктам, тем самым за время перегонов отар снижается убойный вес овец. Эти отары обслуживают фермеры, кочующие с семьями, труд и быт которых не обустроен и нуждается во всестороннем улучшении.

Результаты анализа за последние 10 лет показали, что вследствие географического своеобразия республики 90% населения обеспечено централизованной сетью электроснабжения, 8% - пользуются дизельными станциями,

2% - вообще лишены возможности электроснабжения [43, 52]. Так же анализ показал, что около 150 тысяч потенциальных малоэнергоемких потребителей (фермеры, геологи, садоводы дачные участки туристические фирмы), трудовая деятельность которых протекает вдали от централизованных электросетей, нуждаются в автономном электроснабжении. Необходимые мощности такого потребителя в полевых условиях минимальны Р=200-250 Вт: освещение 20-30 Вт; транзисторный приемник 5-8 Вт; портативный телевизор 15-20 Вт; магнитофон 10-12 Вт; холодильник 50 Вт; стиральная машина 50 Вт. Проводить линию электропередачи от централизованного электроснабжения нерентабельно. Следовательно, целесообразно применение неиспользуемых альтернативных источников энергии, в частности энергии ветра.

1.3. Ветроэнергетический потенциал приземного слоя

Для постановки и решения задачи создания ветроустановки, работающей в условиях малой скорости ветропотока, впервые по данным метеостанций проведен анализ ветроэнергетического потенциала приземного слоя Кыргызской Республики. Всего в республике 81 действующая метеостанция. Оценка проведена по статистическим данным 54 метеопостов расположенных в местах потенциальных потребителей. Остальные 27 расположены в регионах непригодных для жизнедеятельности людей, это гребневые зоны, перевалы и вершины, склоны и долины на склонах.

По характеру распределения и интенсивности скорости ветра метеостанции объединены по районам и зонам. К первой зоне относятся равнины Приферганье, Чуйская и Таласская долины, которые характеризуются относительно ровным действием скоростей. Наибольшая амплитуда колебания средних годовых значений скорости ветра не превышает 0,8 м/с. Ко второй потенциальной зоне отнесены котловины: Иссык-Кульская, Кочкорская и т.д., где среднее значение скоростей колеблется в интервале 1,6-3,5 м/с. Третья зона - межгорные долины широкого простирания и другие долины - это

котловины и долины внутреннего Тянь-Шаня, его периферии и Приферганье. Диапазон средней скорости ветра находится в пределах 1,8-4,2 м/с. Четвертая и пятая группа станций расположены на склонах, долинных склонах, гребневых зонах и перевалах, где максимальная скорость ветра превышает 6 м/с.

Особое место в электропотреблении принадлежит периферийным долинам Ферганской, Чуйской и Таласской. Их особенностями являются плотная населенность территории и крайне низкая скорость ветропотока 1,8-3,6 м/с. С учетом выше перечисленного территория Кыргызской Республики разбита на пять географических зон. Наиболее плотно населенные долины со среднегодовой скоростью ветра обобщены и приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Зоны среднегодовой скорости ветра

Зо Тип рельефа и район Число Высота над Средняя

на стан- уровнем скорость

ций моря, км ветра, м/с

1 Равнины и долины: 22 0,5-1,2 2,0-3,2

1. Приферганье 9 0,6-1,1 2,3-3,1

2. Чуйская 2 0,8-1,2 2,4-3,2

3. Таласская 11 0,5-1,2 2,0-2,4

2 Межгорные долины: 14 1,9-3,6 2,3-3,7

1. Долины широкого простирания 7 2,0-3,5 3,0-3,7

2. Другие долины 7 1,9-3,6 2,3-3,0

3 Котловины: 20 1,0-3,1 1,8-5,1

1. Иссык-Кульская 9 1,7-2,0 2,0-5,1

2. Другие котловины 11 1,0-3,1 1,8-2,4

4 Склоны и долины на склонах 18 1,9-3,2 1,9-6,2

5 Гребневые зоны 5 ? 2-3 ? 3,0-9,0

В основе районирования по типам рельефа долин лежит 5 значений скорости ветра Предгорные долины, где наибольшая плотность населения

республики и среднегодовая скорость ветра не превышает 1,5-3 м/с. Межгорные долины и зоны неохваченные метеостанциями обследованы на ветровой потенциал методом корреляции. В склоновых долинах средние скорости, за небольшим исключением, примерно такие же, как и на прилегающей территории. Верхние части склоновых и межгорных долин следует отнести к территории с более высоким уровнем скорости ветра, чем средние и нижние части долин. Гребневые зоны обладают наибольшими скоростями ветрового потока, но использование этого потенциала ограничено. Разбивка территории республики по орографии с указанием ветрового кадастра приведена на рис. 1.1.

9 г

8

7

6 —

* 5 П

> ^ т

0 — _

л —

2 I— Г- _ .—

1

о —— 1_и —— —— —-

12 3 4 5

Район,зона

Рис.1.1. Среднегодовые скорости ветра для географических зон Кыргызской Республики.

Оценка запасов ветроэнергетического потенциала сделана по обобщённым статистическим данным метеостанций и методике расчёта запасов вет-роресурсов по известным среднегодовым скоростям ветра [12, 32, 73, 80, 83, 87]. Определено, что ветровой потенциал Кыргызской Республики составляет 49,2-103 тонн условного топлива (т.у.т.).

В районах со скоростью ветра 8 м/с ВЭУ могут работать около 5,5 тыс. часов в год с выдачей полной мощности. На гребнях, боковых водоразделах и зонах развития местных ветров годовая производительность работы ВЭУ составит около 3,5 тыс. часов.

□ гшп

□ шах

Данные табл. 1.1 показывают, что среднегодовые скорости ветра не превышают 9 м/с. Пункты районирования 2, 3, 4 являются наиболее благоприятными для альпийского животноводства и скотоводства, где протекает деятельность работников сельскохозяйственной отрасли, фермеров, животноводов, геологов, пчеловодов, дорожных строителей и т.д.

Таким образом, анализ показал, что в республике в большинстве населенных регионов среднегодовые скорости ветра составляют менее 6 м/с. Наличие малоскоростных ветровых потоков (2-6 м/с) и достаточное количество малоэнергоемких (более 150 тыс.) потребителей создает предпосылки для разработки передвижного технического средства, преобразующего малые скорости ветрового потока в электрическую энергию. Проведенный анализ ветрового кадастра позволил впервые сделать оценку потенциала энергии ветра Кыргызской Республики с целью разработки и использования ветроэнергетических устройств.

При проведении экспериментальных исследований БВЭУ нами был использован метод физического моделирования процессов взаимодействия воздушного потока с ветроколесами установки. Для этого был разработан и создан стационарный экспериментальный стенд [89].

1.4. Анализ задачи исследований

В настоящее время основными направлениями и перспективами развития ветроэнергетики [31, 64, 65, 67, 80, 93, 96] являются:

• снижение стоимости и повышение надежности ВЭУ;

• изыскание новых более экономичных методов и устройств для преобразования и утилизации энергии ветра в различных целях; обоснование оптимальных схем применения установок в зависимости от требований потребителей, особенностей эксплуатации и зональных условий;

• разработка эффективных способов выравнивания мощности и энергии производимых ВЭУ.

Задача определения оптимальных значений установленной мощности единичной ВЭУ требует неоднозначных решений и подходов, является многофакторной и многокритериальной, но главными принципами оценки являются стоимость производимой энергии и удельные капвложения.

Важным показателем ВЭУ, влияющим на величину критериев является удельная мощность генератора:

р

р ген пом. / 1 1 \

Г ген.у/1 „ V1-'1*/

Г ПК

где Ргсн.ном. _ номинальная мощность генератора, кВт;

Бвк - площадь поверхности, ометаемой лопастями ветроколеса, м2.

С этой позиции для повышения эффективности ветроэнергетических установок весьма перспективно использовать систему ветроколес, вращающихся в противоположные стороны. В этом случае достигается увеличение генерации мощности от определенного ветропотока одним генератором [7]. Это решение позволяет утилизировать не только минимальные скорости ветра, но и улучшить пусковые характеристики агрегата, повысить надежность и устойчивость его работы.

В связи с актуальностью была поставлена задача поисковых работ по созданию и обоснованию эффективности использования ветросистем, целесообразность и экономическая рентабельность производства которых будут обусловлены снижением затрат на изготовление ветроколес при сохранении их геометрических размеров, упрощении конструкции ВЭУ за счет использования одного электрического генератора, имеющего два ротора, повышении надежности работы при низких ветровых нагрузках.

Обзор источников, описывающих теоретические, конструкторские, экспериментальные и эксплуатационные аспекты по исследованию ветротехни-ческих устройств указывает на то, что ветросистемы с двумя ветроколесами

достаточно известные устройства [11, 60, 63, 64, 80, 87]. Но вместе с тем их широкому распространению препятствуют отсутствие теоретических основ и экспериментальных данных закономерностей работы таких устройств; аэродинамических процессов, возникающих при ометании газовой средой двух ветроколес, характера изменения этих процессов, определение условий приоритета того или иного режима обтекания объекта и, соответственно, оценка эффективности, КПД и др. Обзор научно-технических источников показал, что методика определения теоретической мощности ВЭУ с соосно расположенными двумя ветроколесами отсутствует. В то же время в работе [80] указывается на низкий теоретический коэффициент использования мощности воздушного потока (всего 0,64) двухколесной ветроэнергетической установки (ДВЭУ) и делается вывод о нецелесообразности и неэффективности использования подобных установок, а в работе [87] напротив отмечается перспективность создания ДВЭУ.

Как известно в теории ветроколес обычного типа предполагается, что проходящие через него линии тока не терпят разрыва, а само колесо заменяется тонким проницаемым диском, при взаимодействии с которым воздушный поток отдает ему часть энергии, в результате давление в потоке и его импульс уменьшаются [29, 83, 87]. В определенной модели невозмущенная скорость У0 и плотность р считаются постоянными во времени и в любом поперечном сечении рассматриваемого воздушного потока. Согласно такой модели по классической теории ветроколесо может преобразовать не более 59% энергии набегающего потока, но представленный в [80] вывод этого критерия не позволяет определить условия работы ветроколеса, необходимых для достижения такого энергосъема. При выводе критерия Бетца не учитывались динамические эффекты взаимодействия потока с ветроколесом [80, 83].

В реальных условиях при протекании воздушного потока через лопасть происходит его завихрение и турбулизация [20, 22, 27, 29, 32]. Что приводит к закрутке воздушного потока за плоскостью ветроколеса, т.е. к его враще-

нию относительно вектора скорости набегающего потока и хаотическим возмущениям его скорости по величине и направлению.

В классической теории крутящего момента на выходном валу ветроко-леса мощность определяется по величине лобового давления. При таком подходе не используется условие сохранения момента количества движения в системе "ветроколесо - набегающий поток", хотя очевидно, что воздушный поток будет закручиваться в противоположную вращению ветрового потока сторону, и при строгом подходе необходимо учитывать эту турбулизацию.

Очевидно, что повышение выходной мощности биколесных ветроэнергетических установок можно обеспечить различными методами как использованием естественно протекающих динамических процессов в системах, так и применением дополнительных "искусственных" приспособлений, таких, например, как конфузоры, диффузоры, направляющие аппараты, генераторы вихрей и др.

Более правильным и последовательным, на наш взгляд, является изучение особенностей аэродинамического взаимодействия воздушного потока с бироторной конструкцией ветродвигателей. Для определения основных характеристик бироторных соосных ветродвигателей, таких как выходная мощность, частота вращения первого и второго ветроколеса и крутящие моменты, развиваемые ими и предельно минимальные массогабаритные показатели, необходимо правильно оценить поведение воздушного потока, оме-тающего бироторную ветроэнергетическую установку (БВЭУ). Т.е. установить изменение величин скоростей ветропотока на всем протяжении его взаимодействия с изучаемым объектом; характер наблюдаемого течения и режимы обтекания; перепад давлений в наветренных и подветренных зонах ветроколес; зоны и области взаимодействия возмущенного и невозмущенного потока; границы их взаимодействия друг на друга; оптимальную степень экранирования первым колесом второго, т.е. соотношение их поперечных сечений; пропорциональность размеров обтекателей и ветроколес; профили и число лопастей и углов атак; осевое расстояние между ветроколесами и др.

Ограниченные, хотя и весьма наглядные, возможности определения вышеперечисленных размеров, на основе импульсного метода классической теории, заставляют обратиться к изучению и осмыслению основ и законов аэродинамики.

1.5. Классификация ветроустановок

Известно множество типов конструкций ветровых установок, которые имеют различные формы ветроколес, принципы работы генератора и общие конструктивные решения. Для определения типа ветроустановок по различным категориям используют общие и специальные элементы, введенные в классификацию [24, 32, 63, 80, 87].

Ветроэнергетические установки классифицируются по:

• Характеру преобразования энергии на динамические и статические;

• Расположению оси по направлению к ветровому потоку на горизонтально-осевые и вертикально-осевые;

• Назначению для водоподъемных установок, для выработки электроэнергии и для теплоснабжения;

• Выходной мощности от десятка ватт до десятков мегаватт.

Динамические преобразователи характеризуются составными частями, узлами, находящимися в движении в процессе преобразования энергии ветра.

В статических преобразователях отсутствуют движущиеся части. Этот тип установок давно известен, но достаточный интерес проявлен только в последнее время. Статические ветроустановки включают в себя пневмогидро-статическое, электрогазодинамическое и политропное преобразование. Преимущество этих ветроустановок по сравнению с динамическими:

• отсутствие движущихся деталей;

• отсутствие физического износа;

• высокая надежность;

• возможности создания установок большой мощности;

• меньшая стоимость.

Наряду с указанными преимуществами такие установки имеют и недостатки, поскольку требуют:

• источника высокого напряжения;

• регулирующих устройств высокого напряжения;

• объемных мероприятий при эксплуатации (устранение неконтролируемых разрядов, защита от электроударов).

К динамическим ветропреобразователям относятся все ветроустановки преобразующие энергию ветра независимо от расположения оси к воздушному потоку. Такой вид ветроустановок преобразует энергию ветра в механическую и электрическую [80].

Ветродвигатели с горизонтальной осью вращения по конструктивным параметрам относятся к пропеллерному типу. Основным критерием работы колес этого типа является подъемная сила. Рассматриваемые ветроколеса состоят из основных узлов лопасти, маха и ступицы [87]. Угол, который образуется между лопастью и плоскостью вращения ветроколеса, называется углом заклинивания ф. Угол, под которыми поток набегает на элементы лопасти, называется углом атаки а. Если бы ветроколесо было бы неподвижно, то направление ветропотока, набегающего на лопасть, совпадало с направлением его скорости V. Но так как ветроколесо вращается, то каждый элемент лопасти имеет определенную окружную скорость, которая тем больше, чем дальше элемент от оси ветроколеса [57]. Направление этой скорости совпадает с плоскостью вращения ветроколеса (соЯ). Эта скорость, складывающаяся из скоростей V и озЯ, получила название "относительной скорости". Для каждого элемента лопасти эта скорость имеет свою величину и набегает под разными углами а [55].

Ветроустановки с вертикальной осью вращения применяются, как правило, для ВЭУ с большими крыловидными лопастями [38]. Лопасти ветроге-

нератора с вертикальной осью вращения вследствие своей геометрии при любом направлении ветра находятся в рабочем положении.

Геометрическое заполнение ветроколеса определяется числом лопастей. ВЭУ с большим геометрическим заполнением ветроколеса развивают значительный момент при относительно слабом ветре, и максимум мощности достигается при небольших оборотах ветроколеса [32, 80]. ВЭУ с малым заполнением достигают максимальной мощности при больших оборотах и дольше входят в этот режим. Первые установки используются в качестве водяных насосов и даже при слабом ветре сохраняют работоспособность, вторые - в качестве электрогенераторов, где требуется высокая частота вращения.

Относительно ветра ветроколесо может располагаться перед башней или за ней [87, 88]. В динамике направление ветра изменяется быстро и ветроколесо должно четко отслеживать эти изменения. В ВЭУ мощностью более 3 кВт для стабилизации используется сервопривод [87, 93].

Использование различных числа и профиля лопастей зависит от функции и назначения всего агрегата. Однолопастное ветроколесо развивает высокую угловую частоту и применяется непосредственно на ветроэлектроге-нераторе. Двух- и трехлопастные применяются в той же области что и одно-лопастные, но отличаются плавным ходом. Они эксплуатируются как с редуктором, так и без него. Малоэнергоемкие ветрогенераторы имеют встроенный редуктор, который обеспечивает высокую частоту вращения п=600 об/мин и более при малой скорости ветра У= 1,5-3,0 м/с. При этом увеличивается диаметр ветроколеса и в целом габариты ВЭУ [91].

Многолопастные колеса (более трех лопастей), развивают большой крутящий момент при слабом ветре и применяются для целей, не требующих высокой частоты вращения машины [80].

Мощность ветроэнергоустановки зависит от многих параметров, в том числе и от эффективного использования энергии воздушного потока. Одним из способов повышения эффективности использования энергии ветропотока

является применение специального концентратора - усилителя воздушного потока [37, 87]. Для ВЭУ разработаны и предложены различные варианты концентраторов. Один из них представлен на рис. 1.2. Это могут быть диффузоры или конфузоры дефлекторы, направляющие на ветроколесо воздушный поток с площади большей, чем ометаемая ветроколесом.

Известна ветроустановка вертикально-осевого вращения с ротором, располагаемым в трубе или башне, внутри которых генерируются восходящие вихри [87]. Одновременно происходит нагрев воздуха внутри башни путем непосредственного использования солнечного излучения с последующим расширением воздуха, вследствие чего получается эффект газовой турбины.

Рис. 1.2. Усилитель потока.

Оценку многих типов установок можно свести к определению стоимости вырабатываемой установкой электроэнергии. Существующая централизованная сеть не позволяет решить проблему электроснабжения автономного потребителя. Следовательно, необходимо создание малогабаритного автономного ветроагрегата, удовлетворяющего его потребностям.

Анализ классификаций ВЭУ [32, 87] также показал, что для условий с малоскоростным 1,8-6 м/с воздушным потоком и наличием потенциального потребителя необходима разработка мало энергоемкого, транспортабельного, с малыми массогабаритными размерами ВЭУ. Для достижения этой цели воспользовались методом одновременного встречного вращения ротора I и

ротора II, чем создана необходимая угловая скорость для генерации электрического тока: соген=1 соротл1 +1 сор0т.п1 • Ранее метод не использовался, так как ВЭУ разрабатывались для регионов с большими скоростями ветрового потока. На основе метода встречного вращения запатентована ВЭУ с генератором для условий с малоскоростным ветровым потоком (Патент № 1787205). Также получен Патент № 2049396 на ВЭУ, генерирующую статическое электричество. Запатентованное техническое решение ВЭУ с бироторным генератором позволяет дополнить классификацию новым классом малогабаритных малоэнергоемких бироторных преобразователей. Этот класс является связующим звеном между динамическими и статическими преобразователями (рис. 1.3).

Технические средства преобразования ветряной энергии.

Преобразователи энергии с двумя ветродвигатателями

С горизонтальной осью вращения

К"

С вертикальной осью вращения

С наклонной осью вращения

^ Вихревые

^Карусельные

^Линейные

Преобразователи

энергии без ветродви гатателя

Статические преобразователи

Преобразователи в электрическую энергию

Газоди н ами чески

^Политропные

Пневмогидроста-ти ческие

Рис. 1.3. Классификация ветроустановок.

Анализ классификации ветроустановок известных в мировой практике, дал возможность определить общие и специальные элементы, по которым дополнена существующая классификация и выделена в отдельный класс разработанная бироторная ветровая установка (рис 1.4).

А

/14

Г\

я

V

2

/Т\

М/

099 9ЮДО

ЧУ

VI/

1 - однолопастное ветроколесо; 2 - двулопастное; 3 - трехлопастное; 4 - многолопастное; а - со стабилизатором; Ь - с сервоприводом; с - с самоориентацией; с! - бироторная ветроустановки.

Рис. 1.4. Предлагаемая классификация с горизонтальной осью вращения.

а

с

1.6. Анализ действующих технических решений

В настоящее время ряд организаций, в том числе и оборонной отрасли, приступили к разработке ветроагрегатов в широком диапазоне мощностей. [75, 91]. НПО "Ветроэн" выпускало ветроагрегаты 12 типов, на базе которых разработаны 20 моделей установок, имеющих узкоцелевое или универсальное значение. К распространенным ветроэлектроустановкам относятся АВЭУ 6-4 м, АВЭ 12-16, АВЭ 18-30. Основные технические характеристики установок приведены в табл. 1.2. Ветроагрегаты работоспособны при скоростях ветра от 5,0 до 40,0 м/с, температуре окружающей среды от -40°С до +40°С.

Ветроагрегаты НПО выпускались серийно, однако, в процессе эксплуатации зарекомендовали себя недостаточно надежными, в связи с конструктивными и технологическими недостатками и низкой степенью разработки энерго-аккумулирующих и резервных систем [86].

Московский авиационный институт имени С. Орджоникидзе проводит научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу по созданию ряда передвижных ветроэлектрических агрегатов мощностью от 0,25 до 1,0 кВт (табл. 1.2), предназначенных для автономного использования охотниками, рыболовами, скотоводами, геологами, нефтяниками и т.д. Вопросы технико-экономических показателей достигнуто путем поддержания рабочего напряжения 12-^-24+2 В в широком диапазоне оборотов ветроколеса от 150 об/мин. до номинальных за счет применения электронного стабилизатора напряжения. От раскрутки ветроколеса при сильном ветре дополнительно к аэродинамическому способу регулирования оборотов применяется электронный тормоз, обеспечивающий загрузку генератора балластным сопротивлением.

Разработки Института аэродинамики АН Украины, НПО "Азимут", Александровского опытно-механического завода приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Характеристики ВЭУ, выпускаемых странами СНГ

Технические характеристики ВЭУ АВЭУ-6 МАИ 0,25 МАИ 0,5 МАИ 1,0 В-2-4 НПО "Азимут" АО МЗ

Номинальная мощность, кВт 4,0 0,25 0,5 1,0 2,0 0,04 0,5

Диаметр ветроколеса, м 6,6 1,6 1,85 2,24 4,0 1,5 1,66

Номинальная частота вращения; 215 600 600 600 520 150 650

об/мин. 0

Номинальное напряжение, В 230 12 12 12 230 12 12

Номинальная частота тока, Гц 50±5

Продолжение табл. 1.2

Номинальная скорость ветра, м/с 9,0 10 10 10 10 6 12

Максимальная скорость ветра, м/с 40 50 50 50 30 25 20

Скорость страгивания, м/с - 3,5 3,5 3,5 3,5 3,0 3,0

Число лопастей, шт. 2 6 2 о 3 1 3 4

Марка генератора синхронный

КПД, % 30 30 30 30 30 28 30

Емкость аккумулятора, А ч - 55 55 55 - 50 60

Масса ВЭУ, кг 1200 90 90 120 250 60 175

Срок службы, лет 10 10 10 10 - - -

В настоящее время большое число зарубежных фирм выпускают ветроэлектрические агрегаты, предусмотренные для использования как параллельно с энергосистемой, так и в автономном режиме. Сделан анализ множества ВЭУ, производимых различными странами и фирмами, но в работе приводится лишь малая часть разработок.

Фирмы Италии "Аэриталия" выпускают ветроагрегаты А1Т02, в состав которых входит ветроколесо диаметром 8,6 м, генератор, блок управления с микропроцессором и дизель-генератор. Фирмы США реализуют и эксплуатируют ветроустановки в широком диапазоне мощностей. Изготовителями крупных ВЭУ являются "ВЕСТИНГАУСЕН", "ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК", "БОИНГ". Данные фирмы выпускают ветроагрегаты мощностью от 200 до 2500 кВт; агрегаты мощностью 1,5 кВт фирмой "БЕРГИ ВИНД ПАУЭ" и выпускают в двух вариантах: В\¥Р 1500 для зарядки аккумуляторов и В\УР 1500-5, снабженные инвертором для работы в параллель с сетью.

Ветроагрегат В\¥Р ЕХСЕ мощностью 10 кВт выполнен с использованием масштабно увеличенных узлов вышеперечисленных В\УР. Основные технические характеристики некоторых ВЭУ приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Характеристики некоторых ВЭУ, выпускаемых странами дальнего зарубежья

Технические характеристики установок AITOZ BWP ЕХСЕ BWP ЕХСЕ Jacobs США РгееНс1^, Великобритания Electro Winterhub, Швеция Ые1гр1ск, Франция

Мощность установки, кВт 5-25 10 0,04 1,5 0,151,0 0,056,0 1,05,0

Номинальная скорость

ветра, м/с 20,0 12,1 5,0 8,0 8,0 7-8 9,0

Максимальная скорость

ветра, м/с 50,0 54,0 30,0 30,0 40,0 40,0 40,0

Скорость страгивания, м/с 5,0 3,4 3,0 3,5 4,0 4,0 4,0

Скорость вращения ветро- 500- 200- 200-

колеса, об/мин 80,0 100 300 226 1000 700 400

Диаметр ветроколеса, м 3,0 3,0 1,5 4,3 1,8-4 0,456,0 3,58,0

Число ветроколес, шт 1,0 1,0 2,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Марка генератора синхронный с возбуждением

Материал лопастей стеклопластик

Номинальное выходное 400 110 12 127 12-24 12- 400

напряжение, В 400

КПД установки, % 35 35 25 30 30-40 38 30

Масса, кг 9860 463 95 230 90150 80600 150650

Патентное ведомство США выдало патент на малогабаритную ветроус-тановку с одновременным вращением ротора I и ротора II. По техническим

характеристикам этой ветроустановке требуется первоначальное возбуждение от постороннего источника тока, а вырабатываемая мощность ограничена и рассчитана на потребителя от 20 до 40 Вт.

Анализ позволил сделать вывод о необходимости создания бироторной ветроустановки для регионов с преобладанием малоскоростных ветропото-ков. Обзор ветроустановок показал, что ВЭУ малого класса до 1 кВт, работающих в номинальном режиме при скорости ветра 5 м/с и ниже не существует, за исключением технической разработки США. Однако это известное решение имеет ряд недостатков: вырабатываемая мощность мала, а увеличение выходной мощности при принятых технических решениях неизбежно приведет к увеличению массогабаритных размеров. К тому же ВЭУ необходим дополнительный источник тока для возбуждения, что усложняет конструкцию и снижает КПД установки.

Анализ существующих технических решений, конструкций и патентов показал, что на данный момент широкого использования автономных маломощных биколесных ветроэлектрических установок, работающих с достаточно высоким КПД при малых скоростях ветрового потока, не существует.

При разработке и создании мало энергоемкой бироторной ВЭУ решались следующие задачи:

1. Изучение и анализ накопленного опыта разработки и создания ветроустановок, способных эффективно работать в условиях небольшого ветрового потенциала и обеспечивать электроэнергией маломощного автономного потребителя.

2. Разработка теоретических методов расчета и конструирования бироторной ветроустановки.

3. Реализация разработанных методов расчета и конструирования полученного нового технического решения при создании нового опытно-экспериментального образца и его экспериментальном исследовании.

4. Проведение экспериментов и сравнительного анализа с результатами аналитических исследований.

5. Разработка практических рекомендаций по расчету, проектированию и созданию конструкций бироторной ВЭУ для электроснабжения маломощных автономных потребителей.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1

1. Оценка ветрового потенциала Кыргызской Республики показала, что на большей ее территории преобладают малоскоростные ветровые потоки в пределах от 2 до 6 м/с, что определило направление на разработку и создание ветроэнергетической установки эффективно работающей в указанных условиях.

2. Проведенный обзор существующих решений, схем конструкций и патентов указал на отсутствие маломощных ветроэнергетических установок, работающих с высоким КПД при малоскоростных воздушных потоках с встречным вращением двух роторов генератора.

3. Бироторные ветроустановки представляют собой новый класс машин, являющихся промежуточным звеном между динамическими и статическими преобразователями.

4. Принцип работы бироторной установки позволяет полагать возможность использования генератора статических зарядов в качестве источника высокого напряжения.

36

Заключение диссертации по теме «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии», Кириллов, Василий Владимирович

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. Исследования работы БВЭУ в комплексе с аккумуляторными батареями показали, что в пределах заряженности батарей 50%, ¡00% и скоростях ветра до 3 м/с, установка наиболее эффективно и устойчиво работает в буферном режиме.

2. Разработанная схема электроснабжения высокогорного ретранслятора с использованием БВЭУ обеспечивает высоконадежную гарантированную систему питания, при чем заложенный алгоритм управления оказался достаточно простым и доступным в эксплуатации.

3. Синтезирована электрическая схема электроснабжения автономного жилого дом-вагона и осуществлена ее опытная эксплуатация, которая показала хорошую работоспособность и рекомендована к практическому использованию.

4. Использование БВЭУ для электроснабжения оказывается экономически предпочтительней в сравнении с известными традиционными способами и повышает ее эффективность на 40%.

107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложено принципиально новое техническое решение создания бироторной ВЭУ, новизна которой защищена патентом Российской Федерации.

2. Предложена новая классификация ВЭУ с введением нового класса би-роторных ВЭУ, которые являются связующим звеном между статическими и динамическими ветромашинами.

3. Изучен и впервые классифицирован ветроэнергетический потенциал Кыргызской Республики по пяти критериям с учетом зон потенциальных потребителей.

4. Теоретически доказано и экспериментально проверена возможность увеличения коэффициента отбора мощности в БВЭУ с 0,64 до 1,185, при чем установлено, что доля вклада в суммарную выходную мощность генератора у роторов неодинакова.

5. Исследование БВЭУ показали рентабельность ее работы в буферном режиме, изменение межосевого расстояния между ветроколесами не оказывает существенного влияния на выходную мощность ветроуста-новки, но в то же время необходима оптимизация количества лопастей для выработки номинальной мощности.

6. Разработан и создан действующий образец БВЭУ, проведены его комплексные экспериментальные исследования, предложены методы расчета и выбора его параметров.

7. Результаты работ апробированы и внедрены при создании системы электроснабжения высокогорного ретранслятора и автономного дом-вагона. Разработана конструкторская документация БВЭУ и методы расчета переданы АО «Ореми» для практического использования при промышленном производстве БВЭУ.

Список литературы диссертационного исследования Кириллов, Василий Владимирович, 2004 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Автоматизация ветровых электрических станций. / Уваров Л.А. // Возобновляемые источники энергии: Тез. докл. конф. - г. Ереван, 1985. - С.228.

2.Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. -М.: Энергоиздат, 1990. - С.287.

3.Андрианов В.Н., Быстрицкий Д.Н., Вашкевич К.П. Ветроэнергетические станции. - М.; Госэнергоиздат, 1960. - С.294.

4.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. 6-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение. 1982. Ч. 2. С. 7-185.

5.Атлас Кыргызской ССР. т.1. Природные условия и ресурсы. М.; Главное управление геодезии и картографии при СМ СССР, 198 7.-С. 36. Орографические схемы 62-63, С. 143 - ветровой режим.

6.Баклушин П.Г., Вашкевич К.П., Самсонов В.В. Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик ортогональных крыльчатых ветроколёс // Сб. науч. тр. Гидропроекта/Всесоюз. проект, изыскат. и НИИ. - 1988.-вып. 129.-С.98-109.

7.Биколесная ветроустановка. / Кириллов В.В., Обозов А.Д. /7 Энергетическое строительство. - 1994. - № 1. - С.28-3 1.

8.Бояр-Сазонович С.П., Фёдоров Л.К. Генераторы двойного вращения для ветроэнергетических установок // Техника в сельском хозяйстве,-1988.-№1.-С.10-12.

9.Варапаев В.Н., Дасоян М.А., Никольский И.А.. Химические источники тока. - М.; Высшая школа, 1990.

Ю.Васин A.A., Обрезков В.И. Об оптимальном использовании энергии ветра // Тр. Моск. энерг. ин-та. - ! 991. - №638. - С.49-56.

11 .Ветроэнергетика Армении / Погосян Г.С. // Энергетическое строительство. - 1991. - №3. - С.64-65.

12.Ветроэнергетика. Под ред. де Д.Рензо // Пер. с англ. Под ред. Шефтера Я.И. - М.:Энергоатомиздат, 1982. - С.270.

13.Ветроэнергетические ресурсы, состояние и перспективы использования энергии ветра /Харитонов В.Г1. // Энерг. стр-во. - 1991. - №3. - С.20-24.

М.Воздействие турбулентного потока воздуха на ветроэнергетическую установку / Гвазава Н.Г., Зубковский С.Л., Ляхтер В.М. и др.// Изв. АН СССР. Энергетика и трансп. - 1990. - №2. - С. 1 16-124.

15.Войцеховский Б.В., Войцеховская Ф.Ф. Использование энергии ветра // Энергетика и экология. Новосибирск. - 1988. - С.42-44.

16.Войцеховский Б.В., Войцеховская Ф.Ф. Микромодульная ветроэнергетика: проблемы перспективы //Вопр. изобр-ва. - 1988. - №12. - С.20-22

П.Войцеховский Б.В., Войцеховская Ф.Ф. Микромодульная ветроэнергетика: созданы компактные и дешевые агрегаты // Экономика и орг. пром. пр-ва. - 1988. - №3. - С.40-45.

18.Войцеховский М.Б. Измерение энергетических характеристик микромодульных ветродвигателей // Изв. Сиб. отд-ния АН СССР. - 1986. - №!6: Сер. Техн. Наук. - Вып. 3. -- С.68-73

19.Габуния З.Т. Технико-экономическая оценка целесообразности применения ветроэлектрических установок для электроснабжения труднодоступных районов/Ин-т мех. машин АН ГССР. - Тбилиси, I 988. - С. 1 0.

20.Газиев М.Б. Ветер вместо "мирного атома'1 // Вопр. изобр-ва. - 1991. - №8. - С.12-13.

21.Гвазава Н.Г., Дидух Б.И., Потапова H.H. Изгибные колебания и прочность элементов конструкций ветроэлектрической установки типа ВЛ-2Н // Сб. науч. тр. Гидропроекта.-1988.-№ 129.-C.2l 1-217.

22.Гельдыев А.Г. Создание и испытания малой ветроопреснительной установки. -Проблемы освоения пустынь, 1972,- №2.-С. 13-19.

23.Гриневич Г.А. Опыт разработки элементов малого ветроэнергетического кадастра Средней Азии и Казахстана. / Изд-во АН Уз.ССР Ташкент, 1952. 216с.

24.Гульницкий В.П. Оценка технико-экономических показателей при создании ветроэлектрических агрегатов // Теплоэнергетика. -1 992-№ 4.С. 38-41.

25.Девис Д. Энергия. - М.: Энергоиздат, 1985. С. 106-1 11.

26.Домбровский В.В. Зайчик В.М. Асинхронные машины, теория расчёт, элеменнты проектирования. Энергоатомиздат Ленинград, 1990.-390с.

27.Жумабеков К.С., Барбашинова Н.С., Буркитбаев Б.О. Анализ тенденции развития технических решений в ветроэнергетике П Вести. С.-х. Наук Ка-захстана.-1990.-№5.-С.98-100.

28.3акс H.A. Основы экспериментальной аэродинамики.-М.: Оборонгиз, 1953.-371с.

29.3ахидов P.A., Орлов М.И., Киселёва Е.И. Об использовании ВЭУ в районах Узбекистана с различными ветровыми режимами при учете особенностей энергопотребления // Изв. АН УзССр. Сер. техн. наук,-1990.-№ 1,-С.52-57.

30.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1973. - 561с.

31.Из опыта разработки ветроагрегатов средней мощности /Кукушкин В.И. // Энергетическое строительство. - 1991. - №3. - С.40-42.

32.Изобретательство в ветроэнергетике / Перфилов О..П., Шаварии В.И. // Вопросы изобретательства. - 1990. - №2. - С. ¡0-13.

33.Использование энергии ветра. Копия перевода научно-технической литературы и документации. / Илиев В., Алмас J1. и др.; Бухарест. Изд-во Техника. 1984. - ч. 1-2. С. 10-282.

34.Исследование биколесной ВЭУ методом создания принудительного ветрового воздушного потока. / Шергалиев И.А., Кириллов В.В. // Энергетическое строительство. - 1994. - №1. - С.31-38.

35.К вопросу о повышении мощности в биколесных ветроэнергетических установках / Шергалиев И.А., Кириллов В.В. /7 Проблемы автоматики и управления. Бишкек. - 1998. - № 1. - С. 174-1 81.

36.К использованию ветроэнергетических ресурсов Украины / Коваленко В.И. // Пробл. Создания и использ. возобновляем, источников энергии. АН УССР. Ин-т аэродинамики. - Киев, 1991. - С.6-13.

37.К одной из задач определения мощности биколесных ветроэнергетических установок / Шергалиев И.А., Обозов А.Дж., Кириллов В.В. // Проблемы автоматики и управления. Бишкек - 1998. - № 1. - С.74-82.

ЗБ.Казанджан Б.И., Мятов Ю.Г. Ветроэнергетические установки с концентраторами ветрового потока // Сб.научн.тр. Моск.энерг.ин-т. 1990. - С. 143148.

39.Камалов Ю.С. Ветроагрегат с вертикальной осью вращения // Энергетия и экология. - Новосибирск, 1988. - С.63-64.

40.Камалов Ю.С. Возможности использования энергии ветра в условиях Каракалпакии. /У Тез. докл. на VII науч.-теорет. конф. молодых ученых и специалистов. - Нукус, 1986. - С.76-77.

4] .Капылов И.П., Лядова Т.В. Состояние развития ветроэнергетики. / Схема преобразования механической энергии ветроколеса / Труды Московского энергетического института. 1981. - С.24-29.

42.Кириллов В.В., Обозов А.Д., Мамыркулов K.M. К вопросу создания ВЗУ с системой автоматического регулирования выходных электрических параметров // Математическое моделирование и проблемы автоматизации: Гез. докл. конф. -- Фрунзе, 1990. - С.51.

43.Кириллов В.В., Обозов А.Д., Мамыркулов K.M. К созданию маломощной автономной ветроэнергетической установки для использования в горных условиях Средней Азии // Науч.-техн. сб. Судостроительная промышленность.-вып. 14, Николаев, 1990-С.57.

44.Кириллов В.В., Обозов А.Дж., Байтлеуова Д.К. К вопросу теоретического и практического обоснования коэффициента отбора мощности биколесных ветроэнергетических установок // ВИЭ Российские технологии для индустрии: Тез. докл. конф. - Санкт-Петербург, 2001. -- С. 165.

45.Кириллов В.В., Обозов А.Дж., Бердыбаева М.Т. "Prospects of Alternative Energy in Kyrgyz Republic". IEEE Power Engineering Rewiew, USA. April, 1998.

46.Кириллов В.В., Обозов А.Дж., Мамыркулов К.М., Давлетов К.А., "Ветроэнергетическая установка (биколесная)" Патент № 1787205. Бюллетень № 1 1993 г. Москва.

47.Кириллов В.В., Обозов А.Дж., Невенчанный Ю.В. "То the estimation of theoretical, practical and experimental approach to bi-wheel-wind power installation". Fourth International Congress. Baku, Azerbaijan Republic. September, 1997. - C.523.

48.Кириллов В.В., Обозов А.Дж., Шергалиев И.А. "Dynamic method-making of winload with air flow on wheels". Second Internationa! Symposium. Baku, Azerbaijan Republic. August, 1994.

49.Колесников А.В. Расчет затухания регулярных трехмерных пульсаций в одномерном потоке постоянной скорости. Промышленная аэродинамика. Аэродинамика каналов и струйных течений. Вып. 30. - М.: Машиностроение, 1973. -С.204.

50.Колесников А.В. Характеристика пограничного слоя на корпусе во вращающейся жидкости. Промышленная аэродинамика. Вып. 28, - М.: Машиностроение, 1966. - С.248.

51.Колодин М.В. Методика выравнивания эмпирических распределений скоростей ветра на основе уравнения Гудрича. /Кн. Методы разработки ветроэнергетического кадастра М.:Изд-во АН СССР, 1963. - С.85-106.

52.Комплексная система энергснабжения автономных потребителей с максимальным использованием энергии ветра/Мишин В.Ф. // Энерг. стр-во. -1991.- №3. - С.62-64.

53.Копылов И.П., Лядова Т.В. Безредукторные ветроагрегаты // Сб. науч. тр. Гидропроекта. 1988. - С. 170-174.

54.Кравцов А.В. Электрические измерения. - М.: Агропромиздат, 1988. -С. 19-25.

55.Краснов И.Ф. Аэродинамика в примерах и задачах. - М.: Высшая школа, 1985.- С.760.

56.Краснов И.Ф. Аэродинамика отрывных течений. - М.: Высшая школа, 1988. -С.351.

57.Краснов И.Ф. Аэродинамика. - М.: Высшая школа, 1976. т 1. - С.368.

58.Кунцевич П.А., Грачев П.Ю. перспективы применения асинхронных генераторов в автономных источниках электроэнергии. // Возобновляемые источники энергии: Тез. докл. конф. - г. Ереван, 1985. - С.214.

59.Лебедев А.Е. Методика оценки экономически обоснованных масштабов использования энергии ветра. // Возобновляемые источники энергии: Тез. докл. конф. - г. Ереван, 1985. - С.21 6.

60.Лосюк Ю.А., Малевич Ю.А., Процкий А.Е. Ветроэнергетика в мире / Изв. ВУЗов. Энерг. 1990. - С.10-11.

61 .Марджанян A.A., Петросян Г.С., Хачатрян К.В. К вопросу оценки ветроэнергетического потенциала Армении У/ Изв. АН АРМ. ССР. Сер. техн. наук. - 1990. - т.43, №4. - С. 177-181.

62.Мустафаев Р.И. Применение асинхронных генераторов в ветроэнергетических установках // Сб. научн. тр. Гидропроекта. -- Всесоюз. Проект.-изыскат. и НИИ. - 1988. - Вып.129. - С.175-182.

63.Некоторые вопросы развития ветроэнергетики / Перфилов О.Л., Шаварин В.Н. /У Энергетическое строительство. — i 991. - №3. -- С.29-33.

64.Некоторые заметки о ветроэнергетике Дании У Файбисович Д.Л. У/ Энергетическое строительство. - 1992. - №3. - С.30-31.

65.Новая ветроэлектрическая станция. / Сабинин Г.Х. /У Знание - сила. -1950. №5. - С. 19.

66.Нормирование прочности ветроэнергетических установок/Ковалевский И.И., Пинягин В.Д., Серенко В.А. // Энергетическое строительство. -1991. - №3. - С.39-40.

67.0 физических особенностях использования энергии ветра и оптимизация конструкции сверхмощных ВЭУ / Хлопенков П.Р. /У Энергетическое строительство. - 1992. - № 3. - С. 12-1 5.

68.06 экономической эффективности нетрадиционной энергии. / Безруких П.П. // Энергетическое строительство. - 1992. -№3. - С.7-12.

69.Обозов А.Д.ж, Мамыркулов K.M., Невенчанный Ю.В., Кириллов В.В. Ветроэнергетическая установка Патент № 2044396. Бюл. № 26. Москва. 1995.

70.Обозов А.Дж., Кириллов В.В. Энергосберегающий автономный источник индивидуального питания с применением устройств и систем преобразования ВИЭ // Вестн. инст. автоматики. Бишкек. - 1996. - №1. С. 1 74-1 81.

71 .Определение ветровых характеристик пунктов, потенциально пригодных для размещения ВЭУ / Мустафаев Р.И., Гусейн-Заде Г.К). /У Изв. ВУЗов энерг. - 1989. - №11. - С. 118-123.

72.Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины. — М.:В ысшая школа 1990. - С.303.

73.Оценка ветра в приземном слое горной территории для энергетических целей / Першин И.И., Фомин В.М., Линкевич С.Ф., Федорова С.А. // Сб. науч. гр. Гидропроекта. - Всесоюз. Проект.-изыскат. и ПИИ. - 1988. -Вып. 129. - С.70-79.

74.Правила устройств электроустановок. М/.Энергоиздат. 1985. - С.460-466.

75.Проблемы вовлечения в топливно-энергетический баланс страны новых видов энергоресурсов. - Материалы научно-технической конференции. -ВНИИКТЭП. - 1980. - С.420.

76.ПТЭ и ПТБ электроустановок. М.: Энергоатомиздат. - 1986. - С.423.

77.Регулирование параметров ветроэлектрических агрегатов / Сидоров В.В. // Техника в сельском хозяйстве. - 1989. - №3. - С.33-34.

78.Способ синхронизации генератора ветроэлектрического агрегата с мощной энергосистемой. / Сидоров В.В. // Электростанции. - 1982. - № 7. -С.5 1 -52.

79.Справочник по электрическим машинам. / Под ред. Копылова И.П. и Кло-кова Б.К. - М., 1988. т. 1.

80.Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. - М.: Энер-гоиздат, 1990. - С.195-239.

8¡.Теоретическое обоснование работы биколесной ВЭУ. / Кириллов В.В. // Проблемы управления и информатики: Доклады международной конференции - г. Бишкек, 2000. - С.481-484.

82.Усубалиев Т.У. Надо знать прошлое, чтобы не ошибаться в будущем. -Бишкек.: Шам, 1996. - Кн.2. - С.455-489.

83.Фатеев. Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. - М.:Сельхозиздат, 1948. - С.12, 273, 293, 489, 492-494, 543.

84.Физические особенности использования энергии ветра биколесной ветро-установкой / Кириллов В.В., Обозов А.Дж., Байтлеуова Д.К. // Проблемы автоматики и управления. Бишкек. - 2001. - С. 175-179.

85.Харитонов В.П. Состояние и развитие ветроэнергетики // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 1991. - С.26-29.

86.Шапиро Л.Я., Засев С.Г. Синхронный генератор ветроэнергетической установки с управляемым преобразователем в цепи статора /7 Сб. науч. тр. Моск. энерг. ин-та. - 1990. - №233. - С. 1 53-157.

87.Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. - М.: Энергоатомиздат. -1983. - 200с.

88.Шефтер Я.П., Рождественский И.В. Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты. - М.: Колос, 1967. - С. 376.

89.Экспериментальный стенд и исследования биколесной ветроэнергетической установки / Кириллов В.В., Обозов А.Дж., Байтлеуова Д.К. Н Проблемы автоматики и управления. Бишкек. - 2000. - С. 1 79-187.

90.Электроснабжение ретранслятора на основе ветрогенератора и солнечной батареи / Мамуркулов K.M., Яковлев П.М. // Судостроительная промышленность. Сер. Пром.энерг. Охрана окруж. среды. Энергоснабж. Судов. -1990. -№14. - С.79-80.

91 .Энергетика автономных ветроуетановок / Денисенко Г.И., Васько П.Ф., Брыль A.A., Пекур П.П. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1990.

- №3. - С.130-135.

92.Энергосберегающий автономный источник индивидуального питания с применением устройств и систем преобразования ВИЭ / Обозов А.Дж., Кириллов В.В., Дабагян A.B., Куринских В.Е. // Вестник Института автоматики. - 1996. -№1.- С. 180-192.

93.Ястребов A.A. Взаимодействие ветрового потока с тихоходным ветроко-лесом /7 Изв. АН АзССР. Сер. физ.-техн. и мат. наук. - 1987. - №6. - С.75-80.

94.Ястребов A.A. Об энергии ветра, воспринятой ветроколесом // Изв. АН АзССР. Сер. физ.-техн. и мат. наук. - 1987. -№5. - С.88-с>3.

95.Konig F. Wie man Windrader baut: Konstruction u.Berechnung. - 6, errn Aufl.

- Wiesbaden: Pfriemer im Bauverl, 1984. - C.198.

96.Kost.en der Stromerzeugung aus Windkraftanlagen // Vik-Miff. - 1990. - №4. -C. 100-102.

97.Kuhn Dieter / Wie wird aus Wind Strom. // Sonnenenergie (Schweiz). - 1 991. -№5. - C.21 -23.

98.New structures sought to harness wind energy// Des. News. - 1991. - №17. -C.l 7.

99.Wind energy converter//Elec.Eng. - 1990. №12. -C.24.

1 OO.Windenergie-Nutzungsmoglichkeiten und Forschungsbedarf// Umvelforsch. und Energiefosch/Bundesmin/ Forsch/ und Tehnol. - Bonn, 1990. - P.57-60.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Эксперименте неподвижным ротором II.

2. Эксперимент с неподвижным ротором I.

3. Эксперимент полноприводной работы бироторной ВЭУ.

4. Сводная таблица результатов исследования БВЭУ методом обратимо-

сти.

5. Фрагменты лент самописцев с записью интенсивности ветрового пото-

ка.

6. Фрагменты лент самописцев с записью генерации напряжения ВЭУ при

соответствующей скорости ветрового потока.

7. Фрагменты лент самописцев с записью тока ВЭУ в режиме заряда АКБ

при соответствующей скорости ветрового потока.

Результаты эксперимента с неподвижным ротором II

Точка Скорость Напряжение Ток ротора 1, Импульс

на диаграмме ветра, м/с ротора 1, В А

1 0,72 0,50 0,00 30

2 0,81 0,80 0,03 24

о 1,10 0,80 0,05 29

4 1,00 1,00 0,02 43

5 1,40 0,90 0,06 39

6 0,90 1,00 0,07 35

7 1,10 1,00 0,07 36

8 1,30 1,00 0,08 33

9 1,60 1,20 0,03 38

10 2,10 2,20 0,05 80

11 2,30 2,20 0,05 52

12 2,00 2,20 0,05 28

13 2,60 4,00 0,07 104

14 2,50 6,00 0,08 46

15 2,81 6,20 0,09 ~> —! 3 /

16 2,82 7,00 0,10 44

17 2,85 7,10 0,10 47

18 2,88 7,50 0,10 61

19 2,90 2,81 0,11 63

20 2,99 8,60 0,1 1 18

21 2,99 8,80 0,1 1 21

22 3,00 9,00 1,16 25

23 3,00 9,00 0,25 51

24 3,00 9,10 0,25 53

25 3,11 9,30 0,34 7

Продолжение табл. 11 1.1.

26 3,13 9,40 0,34 34

27 3,15 9,60 0,41 40

28 3,18 9,80 0,42 50

29 3,18 9,30 0,42 55

30 3,22 9,30 0,44 1 n JJ

31 3,23 9,40 0,46 48

32 3,24 9,60 0,47 49

-i i J J 3,29 9,50 0,63 54

34 3,32 9,60 0,81 102

35 9,60 0,78 8

36 9,60 0,8! 13

37 3,36 9,60 0,90 42

38 3,37 9,60 0,90 5

39 3,37 9,60 0,90 9

40 3,38 9,60 0,93 15

41 3,38 9,60 0,94 19

42 3,38 9,60 1,22 66

43 3,39 9,70 1,34 79

44 3,42 9,70 1,44 83

45 3,45 9,70 1,55 11

46 3,46 9,80 1,64 22

Al 3,46 9,80 1,66 106

48 3,47 9,90 1,87 4

49 3,47 10,0 1,83 6

50 3,35 10,0 1,94 12

51 3,55 10,1 1,12 20

52 3,55 10,2 1,16 64

53 3,57 1,03 1,20 82

54 3,57 10,4 1,21 o J

Продолжение табл. П 1.1.

55 3,60 8,40 0,98 16

56 3,61 10,4 1,40 32

57 3,62 10,5 1,47 45

58 3,63 10,6 1,49 101

59 3,63 10,8 1,51 14

60 3,64 10,9 1,52 1

61 3,65 8,90 1,20 31

62 3,65 10,9 1,60 68

63 3,66 10,9 1,60 74

64 3,67 10,9 1,61 17

65 3,67 10,9 1,61 60

66 3,69 10,9 1,61 76

67 3,71 10,9 1,62 41

68 3,72 10,98 1,63 10

69 3,72 10,98 1,63 67

70 3,73 10,9 1,64 81

71 3,73 11,0 1,64 88

72 3,73 1 1,1 1,65 100

73 о то j, /j 11,2 1,65 103

74 3,73 11,3 1,67 75

75 3,73 11,4 1,69 99

76 3,73 11,5 1,70 84

77 3,74 11,5 1,70 90

78 3,78 1 1,5 1,73 95

79 3,83 11,6 1,73 27

80 3,88 11,6 1,80 94

81 3,90 1 1,5 1,80 85

82 3,91 1 1,6 2,00 105

83 3,91 11,9 2,30 77

Продолжение табл. 11 1.1.

84 3,91 12,1 2,40 93

85 3,92 12,9 2,40 78

86 3,92 13,1 2,40 87

87 4,15 13,6 2,50 98

88 3,94 14,0 2,40 97

89 3,98 14,0 2,30 91

90 4,05 10,8 1,95 92

91 4,60 14,2 2,70 86

92 4,65 14,4 2,80 89

Результаты эксперимента с неподвижным ротором I

Точка Скорость Напряжение Ток ротора И, Импульс

на диаграмме ветра, м/с ротора 11, В А

1 0,95 0,00 0,00 28

2 0,95 0,10 0,00 14

о J 1,00 0,20 0,00 т -> JJ

4 1,15 0,30 0,01 38

5 1,20 0,40 0,01 5

6 1,20 0,50 0,01 Г/

7 1,23 0,60 0,02 29

8 1,23 0,70 0,02 9

9 1,24 0,80 0,03 < » ! s

10 1,24 0,80 0,04 1

11 1,25 0,80 0,06 4

12 1,30 0,90 0,07 12

13 1,32 1,00 0,08 19

14 1,38 1,10 0,09 31

1 5 1,38 1,10 0,10 Z 1

16 1,40 1,20 0,1 1 с 3 0

17 1,40 1,20 0,12 10

18 1,45 1,30 0,13 26

19 1,45 1,40 0,15 40

20 1,50 1,50 0,17 2

21 1,50 1,60 0,17 34

22 1,55 2,00 0,20 16

О -О 1,60 2,20 0,20 7

24 1,70 2,50 0,21 41

25 1,80 2,80 0,20 24

26 1,90 3,00 0,21 -> J>

Продолжение табл. П ! .2.

27 2,00 3,30 0,20 18

28 2,10 2,10 0,25 46

29 2,30 1,80 0,20 35

30 2,50 6,00 0,40 42

31 2,75 7,80 0,60 37

32 2,90 2,20 0,60 25

о ~> J J 3,00 13,2 0,80 44

34 3,15 12,9 0,90 30

35 3,15 13,0 0,90 45

36 3,50 13,5 0,90 32

37 3,60 13,6 0,80 27

38 3,65 13,7 0,87

39 3,90 13,8 1,00 43

40 4,00 13,8 1,10 23

41 4,15 13,9 1,60 6

42 4,15 13,0 1,80 il

43 4,20 14,0 2,10 20

44 4,60 13,2 2,24 39

45 4,65 12,6 2,35 15

46 4,65 13,9 2,35 8

Результаты эксперимента полноприводной работы бироторной ВЭУ

Точка Скорость Напряжение Ток генерато-

на диаграмме ветра, м/с генератора, В ра, А импульс

1 0,55 4,8 0,00 42

о 0,80 10,8 0,00 л

о 3 0,80 4,6 0,00 1

4 0,80 7,8 0,00 2

5 0,80 7,9 0,00 -i j

6 0,85 3,7 0,00 4

7 0,95 8,0 0,00 1 1

8 1,00 9,0 0,00 i "> j__

9 1,10 2,00 0,00 ! 8

10 1,11 2,10 0,02 ! 1 1 1

1 1 1,15 2,10 0,02 21

12 1,15 2,10 0,02 23

13 1,20 2,20 0,02 26

14 1,20 2,20 0,03 41

15 1,20 2,20 0,10 5

16 1,20 2,20 0,1 1 6

17 1,20 2,20 0,13 20

18 1,40 2,30 0,14 21

19 1,45 2,30 0,22 36

20 1,50 2,30 0,25 17

21 1,51 2,30 0,25 4

22 1,60 2,30 0,25 14

23 1,62 2,30 0,26 28

24 1,60 2,30 0,30 29

25 1,61 2,40 0,30 7

26 1,60 2,40 0,30 13

Продолжение табл. П 1.3.

27 1,60 2,40 0,33 15

28 1,60 2,45 0,35 24

29 1,60 2,90 0,38 25

30 1,60 3,50 0,39 23

31 1,70 3,60 0,47 24

32 1,70 3,60 0,48 25

1 п О Л 1,70 3,60 0,48 33

34 1,70 3,60 0,50 37

35 1,70 3,60 0,50 31

36 1,70 3,70 0,50 30

37 1,70 3,80 0,52.

38 1,75 3,80 0,52 38

39 1,80 4,05 0,52 40

40 1,80 4,20 0,55 19

41 1,80 4,00 0.56 1

42 1,80 4,50 0,60 ')-7

43 1,80 4,60 0,72 32

44 1,85 4,70 0,68 35

45 1,90 4,70 0,70 8

46 1,90 6,30 0,70 34

47 2,00 4,90 0,82 39

48 2,00 7,00 1,34

49 2,30 8,00 1,05 8

50 2,05 8,20 1,75 9

51 2,10 9,50 1,77 5

52 2,20 9,60 1,80 13

53 2,30 9,80 2,80 6

54 2 ^ з 10,0 1,80 7

Продолжение табл. П 1.3.

55 2,40 10,3 1,80 10

56 3,40 10,3 1,80 20

57 2,40 10,3 1,80 27

58 2,45 10,4 1,85 35

59 2,50 11,0 1,92 12

60 2,80 12,3 2,40 26

61 2,90 13,0 2,20 19

62 2,90 13,2 2,30 32

63 2,90 13,3 2,40 16

64 2,95 13,4 2,41 21

65 2,95 13,5 2,42 28

66 2,60 13,6 2,40 29

67 2,65 13,6 2,50 30

68 2,65 13,6 2,54 18

69 2,70 13,7 2,53 17

70 2,80 13,7 2,54 24

71 2,80 13,8 2,65 2.2

72 3,00 13,8 2,60 15

73 3,00 13,9 2,70 25

74 3,15 13,9 3,70 14

75 3,50 14,0 3,50 23

76 3,60 14,0 3,80 31

77 4,00 14,1 4,20

78 3,65 14,2 4,30 34

79 3,90 15,4 4,50 112

80 4,15 16,1 4,80 341

81 4,60 17,2. 5,20 857

82 4,65 18,0 5,30 1 18

Обобщенная таблица результатов исследования БВЭУ методом обратимости

Скорость набегающего потока, м/с П 1 о л п .3 4 5 6 7 8 9 10 11 I 12

Раздельный привод ДЬ=0 Выходная мощность, Вт

Ротор I 12 лопастей 0,08 0,11 1,0 30,2 89 191 236 269 273 285 286 290

Ротор II 6 лопастей — 0,02 0,4 13 31 83 161 232 260 290 312 348

Ротор II 12 лопастей 0,02 0,23 2,6 23 60 173 213 234 242 250 248 220

Ротор II 6 лопастей — 0,03 0,8 9,3 28 61 130 173 208 252 ^263 280

Полный привод ДЬ=0 Число лопастей ротор 1/ротор II 12/12 0,54 4,1 50 75 225 261 265 270 273 295 310 295

12/6 0,2 1,2 5,3 40 1 10 158 210 261 28 289 290 303

6/12 0,23 0,13 1,1 38 99 138 205 248 264 272 300 310

6/6 — — 0,9 43 99 183 260 271 280 300 310 305

Полный привод ЛТ, м ль=о 0,52 3,9 23 | 47 I 95 ______ . 178 — — — — — — —

\г 0.2 0,53 3,9 22 48 ! 90 ... ...! — — - —

\1 п.4 ! 0,54 ! 4,0 2 ] 49 93 ! 72 - —

У(1), м/с

Уо, м/с

У(Ч) - скорость движения ленты самописца; Уо - скорость ветрового потока.

Рис. П 1.1. Интенсивность ветрового потока.

0 1 2 3 4 5

3 6 9 12 15

V(t) - скорость движения ленты самописца; U - напряжение, В.

Рис. П 1.2. Генерация напряжения БВЭУ.

У(0, м/с

,36

Зэ

-•32

-«ев

-36-

0

25

"Ф

^24

32 —•

23

-•

-•19

2">

—• 18 ■•17

16

14

34

15

1. А

1

2

3

4

У^) - скорость движения ленты самописца; I - сила тока, А.

Рис. П 1.3. Ток БВЭУ в режиме заряда АКБ.