HORIZONTAL-AXIS WIND TURBINES
Статья поступила в редакцию 02.04.15. Ред. per. № 2216
The article has entered in publishing office 02.04.15. Ed. reg. No. 2216
УДК 621.311.24
ОСЕВЫЕ УСКОРИТЕЛИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ВЕТРОВЫХ ПОТОКОВ
С. С. Доржиев, Е.Г. Базарова, К.Л. Гориное
ФГБНУ ВИЭСХ Россия 109456, Москва, пр. 1-й Вешняковский, д. 2 тел.: (499) 171-19-20, 171-02-74; факс: (499) 170-51-01; e-mail: Dss.61@mail.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.07.003
Заключение совета рецензентов: 09.04.15 Заключение совета экспертов: 16.04.15 Принято к публикации: 23.04.15
В статье рассмотрена перспектива использования ветроустановок для энергоснабжения относительно небольших и рассредоточенных объектов, расположенных в зонах с малой плотностью нагрузки, удаленных от крупных электрических сетей, нефте- и газопроводов. В сельской местности, где ветер и вода являются основными недорогими экологически чистыми источниками энергии, имеются широкие перспективы для электрификации удаленных ферм, отгонных пастбищ, а также для инфраструктуры систем связи.
На примере ветровых потоков рассмотрен способ ускорения низкопотенциальных потоков внешней среды. Выявлена необходимость исследовать применение различных конструкций ускорителей потока для повышения эффективности ветровых энергоустановок применительно к районам низкой ветровой активности.
В статье представлено описание эксперимента на испытательном стенде, предназначенном для имитации работы ветроприемного устройства. Испытательный стенд представляет собой диск, пропускающий воздушный поток через специальные прорези с изменяющимися размерами.
Одной из задач данного исследования является создание конструкции ветроприемного устройства с осевым аэродинамическим ускорителем ветрового потока. В статье представлены компьютерная и физическая модели ветроприемного устройства. Использование предлагаемого ветроприемного устройства позволит увеличить выработку энергии как в суточном, так и в годовом периоде.
Ключевые слова: сельская местность, низкопотенциальный поток, ветроприемное устройство, концентратор потока, конфу-зор, диффузор, труба Вентури, эффективность, район низкой ветровой активности, испытательный стенд, ускоритель ветрового потока.
THE AXIS ACCELERATORS OF THE LOW-POTENTIAL WIND FLOW S.S. Dorzhiev, E.G. Bazarova, K.A. Gorinov
All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture 2, 1-st Veshnyakovskiy Str., Moscow, 109456 Russian Federation тел.: (499) 171-19-20, 171-02-74; факс: (499) 170-51-01; e-mail: Dss.61@mail.ru
Referred 09 April 2015 Received in revised form 16 April 2015 Accepted 23 April 2015
The article discusses the prospect of using wind turbines to supply power to a relatively small and dispersed facilities located in areas with low load density remote from major electricity networks, oil and gas pipelines. In rural areas, where wind and water are essentially one of the cheapest sources of clean energy, there are broad prospects for the electrification of remote farms, rangeland, and infrastructures for communication systems.
Then the article considers a method of accelerating the low-potential flows of external environment on the example of wind flow and identifies that the research on the application of different designs of flow boosters is important in order to increase the efficiency of wind power plants in relation to areas of low wind activity.
The article presents the description of the experiment on the test stand designed to simulate the operation of wind installation. The test bed is a disc that let air flow through the slits with varying sizes.
One of the objectives of the research is the creation of the wind installation design with axial aerodynamic wind flow accelerator. The article presents computer and physical models of wind installation. The use of the proposed wind installation will increase energy production both in daily and annual period.
Keywords: rural areas, low-potential flow, wind installation, flux concentrator, confuser, diffuser, Venturi tube, efficiency, area of low wind activity, test stand, wind flow accelerator.
Сведения об авторе: канд. техн. наук, старший научный сотрудник ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) ФАНО России.
Образование: Восточно-Сибирский технологический институт (ВСТИ).
Область научных интересов: энергетика, возобновляемые источники энергии, ветроэнергетические установки, аэродинамика, энергосбережение. Публикации: 35 e-mail: Dss.61@mail.ru
Information about the author:
PhD, Senior Researcher of The All-Russian Scientific Research Institute for electrification of agriculture (VIESH) at the Russian Academy of Agriculture Sciences.
Education: Eastern Siberian Technological Institute.
Research area: energy, renewable energy, wind turbines, aerodynamics, energy saving.
Publications: 35.
Дopжueв Сергей CodmMoem Sergei S. Dorzhiev
Бaзapoвa Елена Геннадьевна Elena G. Bazarova
Сведения об авторе: канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) ФАНО России.
Образование: Восточно-Сибирский технологический институт (ВСТИ).
Область научных интересов: энергетика, возобновляемые источники энергии, ветроэнергетические установки, аэродинамика, энергосбережение. Публикации: 25. e-mail: Bazelgen08@mail.ru
Information about the author:
PhD, leading researcher of The All-Russian Scientific Research Institute for electrification of agriculture (VIESH) at the Russian Academy of Agriculture Sciences.
Education: Eastern Siberian Technological Institute.
Research area: energy, renewable energy, wind turbines, aerodynamics, energy saving.
Publications: 25.
Сведения об авторе: аспирант ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) ФАНО России.
Образование: Марийский государственный университет (МарГУ).
Область научных интересов: энергетика, возобновляемые источники энергии, ветроэнергетические установки, аэродинамика, энергосбережение. Публикации: 5. e-mail: skier-tu@mail.ru
Information about the author:
post-graduate student of The All-Russian Scientific Research Institute for electrification of agriculture (VIESH) at the Russian Academy of Agriculture Sciences.
Education: Mari State University. Research area: energy, renewable energy, wind turbines, aerodynamics, energy saving.
Publications: 5.
-o^ритв Koнстантин Аркадьевич Konstantin A. Gorinov
Введение
Для наиболее экономичного энергоснабжения потребителей необходимо привлекать различные источники энергии как централизованные, так и местные. Поэтому в последние годы в России и за рубежом расширились работы по использованию возобновляемых источников энергии. Применение энергоустановок, преобразующих энергию ветра и воды в любой другой вид энергии, направлено прежде всего на улучшение энергоснабжения относительно небольших и рассредоточенных объектов, расположенных в зонах с малой плотностью нагрузки, удаленных от крупных электрических сетей, нефте- и газопроводов [1].
Анализ существующих ветроустановок показывает, что эффективно применяются ВЭУ в районах со среднегодовой скоростью ветра от 7 м/с и выше, где суточные и месячные гистограммы скорости ветра ровные. Особенно хорошо зарекомендовали себя в указанных районах быстроходные малолопастные ветроагрегаты. Однако в районах со среднегодовой скоростью ветра 4-7 м/с проведенные исследования
показывают, что быстроходные мало лопастные ВЭУ, рассчитанные на быстроходность 2 6...9, работают в расчетном режиме от 152 до 720 часов или от 2 до 8 % в год [2].
Анализ существующих моделей конструкций ускорителей потока
Основные требования, предъявляемые к ветроаг-регатам потребителями и специалистами, заключаются в необходимости обеспечить устойчивую работу энергетической установки даже при слабых скоростях ветра (3-3,5 м/с). В данный момент актуальными являются исследования возможности применять различные конструкции ускорителей потока для повышения эффективности ветровых энергоустановок применительно к районам низкой ветровой активности. В последнее время разработано большое количество предложений по применению в конструкциях ветроустановок дополнительных устройств (концентраторов потока, потокоускоряющих элементов), призванных повысить эффективность использования ветровой энергии (рис. 1) [3].
Рис. 1. Концентраторы потока, призванные повысить эффективность использования ветровой энергии Fig. 1. The flux concentrators that are designed to improve the efficiency of the wind energy use
Общей характерной особенностью этих установок является то, что для организованного подвода и отвода воздушного потока к рабочему колесу и от него используются различного типа потоконап-
равляющие устройства или концентраторы потока. Концентраторы потока представляют собой конфу-зорные или диффузорные устройства, устанавливаемые в непосредственной близости от рабочего колеса
энергоустановки. Предположительно, в результате их действия повышается скорость потока в зоне колеса и, следовательно, коэффициент использования энергии потока.
Однако задача по концентрации воздушных потоков оказалась совсем не простой. Даже такие простые устройства, как конфузоры оказались малоэффективны. Если отношение диаметров входящего и исходящего отверстий невелико и составляет 1,3-1,5, то можно получить прирост скорости потока на 20-25 %. Дальнейшее увеличение входного отверстия конфузора никакого прироста скорости не даёт, хотя и такой прирост повысит эффективность ветро-генератора почти в 2 раза. Но надо понимать, что будет такой же прирост энергии, если увеличить в два раза ометаемую ветряком площадь. В этом случае размер крыльев ветряка надо увеличить в 1,4 раза (как раз до размеров входного отверстия конфузора). Получается, что применение конфузоров неэффективно - проще увеличить размер крыльев, чем собирать конструкцию с конфузором, которую надо при этом ещё ориентировать по ветру [4].
Моделирование работы осевых ускори
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.