Серед альтернативних (поновлюваних) джерел енергії найбільш перспективними фахівці вважають сонячну і вітроенергетику. Привабливі сторони вітроенергетики - її невичерпність, безвідходність, можливість швидкого розгортання вітроелектростанцій практично в будь-яких, навіть віддалених і важкодоступних місцях - змушують проектувальників битися над удосконаленням конструкцій ВЕУ.
Перше місце у світі з використання енергії вітру міцно займає Німеччина. На початку 2003 року на її теренах працювало близько 14 тисяч вітроенергетичних установок (ВЕУ). Німецькі розробники, прагнучи збільшити потужність ВЕУ, пішли шляхом збільшення розмірів традиційних пропелерних установок (останні моделі, оснащені багатотонним трилопатевим ротором діаметром 66 м, дають потужність до 2 Мвт). Але одним з можливих напрямків розвитку вітроенергетики може стати створення багатомодульних вітроенергетичних установок (БВЕУ), що складаються з одного-двох десятків невеликих вітроколіс діаметром до 2 м. Створенням БВЕУ займаються кілька російських підприємств. Серед них Центральний аерогідродинамічний інститут (ЦАГІ); НДІ електрифікації сільського господарства і Московський державний відкритий університет. Виробництвом найбільш складних елементів конструкцій - легких і міцних вуглепластикових профільованих лопаток і кільцевого обтічника займається ЗАТ `Мельников`. Спільними зусиллями вони розробили і приступили до створення модульної вітроенергетичної установки оригінальної конструкції, у якій недоліки ВЕУ зведені до мінімуму. Цього вдалося домогтися шляхом удосконалення традиційної схеми пропелерної ВЕУ з горизонтальною віссю і використання нових рішень.
Причина більшості недоліків пропелерних ВЕУ, що призводять до втрати потужності, криється в особливому характері обтікання кінців лопатей ротора вітровим потоком. Щоб змінити його, розробники вирішили помістити вітроколесо в кільцевий обтічник і закріпити на центральному тілі за допомогою профільованих лопаток. Лопатки (або напрямний апарат) сконструйовані так, що створюють попереднє закручення вітрового потоку на підході до вітроколеса. У такий спосіб усуваються закручення на виході з нього і пов`язане з цим явище втрати потужності, що досягає у звичайних ВЕУ 5-10%. Кільцевий обтічник істотно знижує шум працюючого вітроколеса. На вході він закритий сіткою, що забезпечує 100-процентний захист птахів.
Удосконалена конструкція вітродвигуна одержала назву `Модуль`. Незважаючи на те, що втрати потужності в ньому порівняно з ВЕУ традиційної схеми зростають за рахунок тертя з 7% до 20% (пропорційно збільшенню площі обтічних поверхонь), сумарні втрати потужності знижуються приблизно в два рази. Цього вдалося досягти завдяки застосуванню більш удосконаленої аеродинамічної схеми.
Конструктивно `Модуль` складніший від традиційних ВЕУ, але має більшу енергетичну ефективність. Результати перших випробувань в аеродинамічній трубі показали, що він забезпечує більш високий коефіцієнт використання енергії вітру, ніж інші сучасні ВЕУ. Ще одна перевага `Модуля` - велика ефективність в момент запуску, завдяки чому йому потрібна значно менша стартова швидкість.
Зараз проектуються модулі з кільцевим обтічником діаметром 1 м (`Міні-модуль`) і 2 м (`Максі-модуль`). При швидкості вітру 10 м/с потужність першого складає 0,25 кВт, а другого - 1 кВт. Найбільший економічний ефект дають багатомодульні установки (БВЕУ).
БВЕУ являє собою об`ємне центральне тіло зі змонтованими на ньому вітроколесами - модулями. Їх розташовують уздовж бічних поверхонь і зверху в зоні підвищених швидкостей повітряного потоку, що виникає завдяки тому, що центральне тіло має в перерізі обтічну краплеподібну форму. У результаті стартова швидкість вітру знижується майже вдвічі, а річний виробіток електроенергії збільшується на 5-10%.
Розробники пропонують БВЕУ в двох компонуваннях. Перша з них - `Вінець` - призначена для забезпечення електроенергією індивідуальних будинків. Установка являє собою усічене асиметричне центральне тіло, навколо якого по колу змонтовано кілька вітроенергетичних модулів. `Вінець` встановлюють на дахах будинків.
Друге компонування БВЕУ - `Вежа`, може виробляти електроенергію для невеликих селищ. Вона складається з циліндричного центрального тіла, що має в поперечному перерізі не круглу, а краплеподібну форму, з боків і зверху якого встановлені декілька десятків модулів. Висота `Вежі` визначається кількістю модулів, які монтують на центральному тілі.
За розрахунками, вартість `Вежі` буде істотно нижче від вартості ВЕУ традиційної схеми тієї ж потужності. Річ у тім, що дорогі модулі займають лише частину робочої площі БВЕУ, а інша її частина припадає на центральне тіло, витрати на яке набагато нижчі. Своєю чергою, модулі планується випускати серійно, а це також помітно скоротить їхню вартість. Невисока ціна БВЕУ зумовлена ще й тим, що їм не потрібні ні мультиплікатор (редуктор), ні пристрій орієнтації на вітер. Ці механізми, застосовувані в традиційних ВЕУ великої потужності, досить складні, на їхню роботу витрачається до 10% потужності. А в конструкції БВЕУ високі оберти вала (до 2000 об/хв) забезпечують вітроенергетичні модулі невеликого діаметра. Крім того, модульні установки самі повертаються на вітер.
Модульні вітроенергетичні установки не тільки дешевші, екологічніші і економічніші від пропелерних ВЕУ, але і зручніші в експлуатації. Підбором кількості модулів потужність БВЕУ можна змінювати в кілька разів. Привабливо і те, що несправні модулі вимикаються і ремонтуються без зупинки решти. |
