5 neparasti vēja ģeneratoru dizaini

Vēja enerģija aktīvi attīstās visā pasaulē, un nevienam nav noslēpums, ka šobrīd šī ir viena no perspektīvākajām alternatīvās enerģijas jomām. Līdz 2014. gada vidum visu uzstādīto vēja ģeneratoru kopējā jauda pasaulē bija 336 gigavatti, un lielākais un jaudīgākais vertikālais trīs lāpstiņu Vestas-164 vēja ģenerators tika uzstādīts un 2014. gada sākumā tika palaists Dānijā. Tā jauda sasniedz 8 megavatus, un lāpstiņu darbības rādiuss ir 164 metri.

Neskatoties uz ilgstošo lāpstiņu turbīnu un vējdzirnavu ražošanas tehnoloģiju, daudzi entuziasti cenšas uzlabot tehnoloģiju, palielināt tās efektivitāti un samazināt negatīvos faktorus.

Kā zināms, vēja plūsmas enerģijas izmantošanas koeficients tradicionālie vēja ģeneratori labākajā gadījumā tas sasniedz 30%, tie ir diezgan trokšņaini un izjauc apkārtējo teritoriju dabisko siltuma bilanci, naktī paaugstinot virszemes gaisa slāņa temperatūru. Tie ir arī ļoti bīstami putniem un aizņem lielas platības.

Kādas alternatīvas pastāv? Patiesībā mūsdienu izgudrotāju darbs nezina robežas, un ir izgudrotas daudzas dažādas alternatīvas.

Apskatīsim 5 visneparastākos nozares ievērojamākos alternatīvos dizainus vēja turbīnām.

Kopš 2010. gada Amerikas uzņēmums Altaeros Energies, kas atrodas Masačūsetsas pētniecības institūtā, izstrādā jaunu vēja ģeneratoru paaudzi. Jauna veida vēja ģeneratori ir paredzēti darbībai augstumā līdz 600 metriem, kur parastie vēja ģeneratori vienkārši nevar nokļūt. Tieši tik lielā augstumā pastāvīgi pūš stiprākais vējš, kas ir 5-8 reizes spēcīgāks nekā vējš zemes virsmas tuvumā.

Ģenerators ir piepūšamā struktūra, līdzīga ar hēliju piepūstam dirižablim, kurā uz horizontālās ass ir uzstādīta trīs lāpstiņu turbīna. Šāds vēja ģenerators tika palaists 2014. gadā Aļaskā apmēram 300 metru augstumā, lai pārbaudītu 18 mēnešus.

Izstrādātāji apgalvo, ka šī tehnoloģija ražos elektroenerģiju 18 centu par kilovatstundu laikā, kas ir uz pusi zemāka nekā parasto vēja enerģijas cenu cena Aļaskā. Nākotnē šādi ģeneratori, iespējams, spēs aizstāt dīzeļdegvielas spēkstacijas, kā arī atrast pielietojumu problemātiskajās vietās.

Nākotnē šī ierīce būs ne tikai elektroenerģijas ģenerators, bet arī laika apstākļu stacijas daļa un ērts interneta nodrošināšanas līdzeklis teritorijās, kas atrodas tālu no atbilstošās infrastruktūras.

Pēc uzstādīšanas šādai sistēmai nav nepieciešama personāla klātbūtne, tā neaizņem lielu platību un gandrīz klusē. To var vadīt no attāluma, un tam nepieciešama apkope tikai reizi 1-1,5 gados.

Apvienotajos Arābu Emirātos tiek īstenots vēl viens interesants lēmums izveidot neparastu vēja parka dizainu. Netālu no Abū Dabī tiek celta Madsāras pilsēta, kurā viņi plāno uzbūvēt diezgan neparastu vēja parku, ko aicinājuši "Windstalk" izstrādātāji.

Ņujorkā dibināta dizaina uzņēmuma Atelier DNA dibinātājs, kurš izstrādā šī projekta dizainu, sacīja, ka galvenā ideja bija dabā atrast kinētisko modeli, kas varētu kalpot elektroenerģijas ražošanai, un šāds modelis tika atrasts. 10 metru attālumā viens no otra tiks uzstādīti 1203 oglekļa šķiedras kāti, katrs aptuveni 55 metru augsts, betona pamatnes 20 metru platumā.

Kāti tiks pastiprināti ar gumiju, un to platums pie pamatnes ir aptuveni 30 cm, un augšpusē ir konusveida līdz 5 centimetriem.Katrā no šādiem kātiem būs mainīgi elektrodu slāņi un keramikas diski, kas izgatavoti no pjezoelektriska materiāla, kas rada elektrisko strāvu, kad tas tiek pakļauts spiedienam.

Kad stublāji šūposies vējā, diski saraujas, radot elektrisko strāvu. Nav vēja turbīnu asmeņu trokšņa, putnu vidū nav upuru, nekas cits kā vējš.

Ideja radās, vērojot purvā šūpojošās niedres.

Atelier DNA Windstalk projekts ieguva otro vietu Madsar sponsorētajā Land Art Generator konkursā, lai atlasītu labāko starptautisko darbu, lai radītu mākslu, kas var radīt enerģiju no atjaunojamiem avotiem.

Šīs neparastās vēja stacijas izmantotā teritorija aizņems 2,6 hektārus, un jaudas ziņā tā atbildīs parastajam vēja ģeneratoram, kas aizņem līdzīgu apgabalu. Sistēma ir efektīva, jo nav tradicionālās mehāniskās sistēmas raksturīgo berzes zudumu.

Katra kāta pamatnē tiks uzstādīts ģenerators, kas pārveido griezes momentu no kāta, izmantojot amortizatoru un cilindru sistēmu, līdzīgi kā Levant Power sistēma, kas izstrādāta Kembridžā, Masačūsetsā.

Tā kā vējš nav pastāvīgs, tiks piemērota enerģijas uzkrāšanas sistēma, lai uzkrāto enerģiju varētu tērēt arī tad, kad vēja nav, skaidro darbinieki, kuri strādā pie projekta.

Katra kātiņa augšpusē tiks uzstādīts LED apgaismojums, kura spilgtums tieši būs atkarīgs no vēja stipruma un pašlaik saražotās elektroenerģijas daudzuma.

Windstalk darbosies pēc haotiskas parūkas, kas ļauj elementus novietot daudz tuvāk viens otram, nekā tas ir iespējams ar parastajām lāpstiņu tipa vēja turbīnām.

Līdzīgs Wavestalk projekts tiek izstrādāts, lai pārveidotu okeāna straumju un viļņu enerģiju, kur līdzīga sistēma būs otrādi zem ūdens.

Projekts, ko izstrādājusi Saphon Energy no Tunisijas, kā arī Windstalk, ir bez vējš ģenerators, bet šoreiz ierīcei ir buras tipa dizains.

Šis klusais ģenerators, kas pēc formas atgādināja satelītantena, tika saukts par Safonu. Tam nav rotējošu daļu un tas ir pilnīgi drošs putniem. Ģeneratora ekrāns vēja ietekmē pārvietojas uz priekšu un atpakaļ, hidrauliskajā sistēmā radot svārstības.

Projekta mērķis ir uzlabot vēja ģeneratoru veiktspēju attiecībā uz vēja plūsmas izmantošanu. Vējš pats burtiski izmanto buru, kura zem savas darbības veic kustības uz priekšu un atpakaļ, kamēr nav lāpstiņu, rotora un pārnesumu. Šī mijiedarbība ļauj pārveidot vairāk kinētiskās enerģijas mehāniskajā enerģijā, izmantojot virzuļus.

Enerģiju var uzkrāt hidrauliskajos akumulatoros vai pārveidot elektriskajā enerģijā ar ģeneratora palīdzību, vai arī kādu mehānismu ar tā palīdzību var pagriezt. Ja parasto vēja ģeneratoru efektivitāte ir 30%, tad šis burāšanas tipa ģenerators dod visus 80%. Tā efektivitāte 2,3 reizes pārsniedz lāpstiņu tipa vējdzirnavas.

Tā kā trūkst dārgu sastāvdaļu, kā tas ir vēja turbīnā (lāpstiņas, rumbas, pārnesumkārbas), Saphonian gadījumā aprīkojuma izmaksas tiek samazinātas līdz 45%.

Safona aerodinamiskajai formai ir priekšrocība, ka turbulentām vēja straumēm ir maza ietekme uz buras ķermeni, un aerodinamiskais spēks tikai palielinās. Turbulences dēļ vēja turbīnas netiek izmantotas pilsētu teritorijās, un tur var izmantot arī safoniešu valodas. Turklāt kaitīgo akustisko un vibrācijas faktoru samazināšana ir samazināta līdz minimumam. Saphon Energy ir saņēmusi KPMG balvu par inovācijām.

Vēl vienu ļoti revolucionāru pieeju vēja enerģijas izmantošanai 2008. gadā ieviesa izgudrotājs - entuziasts no Kalifornijas.Lielie mazo pilsētu vēja ģeneratori ir 30 stāvu ēkas izmēri, un to asmeņi sasniedz Boeing 747 spārnu izmērus.

Šie milzu ģeneratori noteikti ražo daudz enerģijas, taču šādu sistēmu ražošana, transportēšana un uzstādīšana ir sarežģīta un dārga. Neskatoties uz to, nozare katru gadu pieaug par vairāk nekā 40 procentiem. Tieši par to domāja Dags Selsams no Kalifornijas, pirms izvirzīja savu ambiciozo mērķi. Viņš nolēma, ka ir reāli iegūt vairāk enerģijas, izmantojot mazāk materiālu.

Uz vienas vārpstas, kas savienota ar vienu ģeneratoru, uzstādot duci vai vairākus desmitus mazu rotoru, Doug galu galā sasniedza savu mērķi. Viņš savienoja garā vārpstas vienu galu ar ģeneratoru, bet otru galu iesvieda balonu ar hēliju augstumos. Sistēma darbojās, kā paredzēts.

Mācību grāmatās Doug lasīja, ka, lai iegūtu maksimālo, pietiek ar viena rotora turbīnu, bet Doug šaubās. Viņš domāja savādāk: jo vairāk rotoru, jo vairāk vēja enerģijas ir pieejama lietošanai.

Ja katrs rotors atrodas taisnā leņķī, tad katrs rotors saņems savu vēju, un tas palielinās ražošanas efektivitāti.

Protams, tas sarežģī fiziku, jo tagad bija jāpārliecinās, ka katrs rotors uztver savu straumi, nevis tikai straumi no tuvējā rotora. Bija jānoskaidro vārpstas optimālais leņķis attiecībā pret vēju un ideālais attālums starp rotoriem. Un galu galā ieguvums tika iegūts, izmantojot mazāk materiāla.

2003. gadā izgudrotājs no Kalifornijas Enerģētikas komisijas saņēma 75 000 USD subsīdiju, lai izstrādātu 3000 vatu turbīnu ar septiņiem rotoriem. Uzdevums tika veiksmīgi atrisināts, un Dags Selsams vairākiem māju īpašniekiem jau ir pārdevis vairāk nekā 20 no saviem 2000 vatu dubultā rotora turbīnām. Viņš uzcēla šīs ierīces savā lauku garāžā.

Douga ideja bija viena no retajām idejām, kurai faktiski ir visas iespējas gūt lielus panākumus komerciālajā pasaulē. Selsams saka, ka divi rotori ir tikai sākums. Iespējams, kādu dienu viņš debesīs redzēs savas vairāku rotoru jūdzes garas turbīnas.

"Mēs varam iet tālāk un izgatavot daudz jaudīgākas turbīnas, izmantojot šo tehnoloģiju, tas pārspēs" General Electric "mežonīgākās fantāzijas," saka izgudrotājs.

Archimedes, kas atrodas Roterdamā, Nīderlandē, ir nācis klajā ar savu koncepciju par neparastām vēja turbīnām, kuras var uzstādīt tieši uz dzīvojamo ēku jumtiem.

Pēc projekta autoru domām, efektīvs zema trokšņa līmeņa dizains var nodrošināt nelielu māju ar elektrību un šādu ģeneratoru kompleksu, kas strādā kopā ar standarta saules paneļi, kas pilnībā var samazināt līdz nullei lielas ēkas atkarību no ārējiem elektroenerģijas avotiem. Jaunas vēja turbīnas sauc par Liam F1.

Uz jebkuras dzīvojamās ēkas sienas vai jumta var uzstādīt nelielu turbīnu ar 1,5 metru diametru un sver apmēram 100 kilogramus. Parasti terašu jumtu augstums ir 10 metri, un vējš valstī gandrīz vienmēr ir dienvidrietumu puses. Šie apstākļi ir pietiekami, lai pareizi novietotu turbīnu uz jumta un efektīvi izmantotu vēja enerģiju.

Šeit tiek atrisinātas divas parasto vēja ģeneratoru problēmas: parasto lāpstiņu turbīnu troksnis un lielgabarīta iekārtu uzstādīšanas augstās izmaksas. Parastajos vēja ģeneratoros uzstādīšanas izmaksas bieži neatmaksājas. Liam turbīnas trokšņa līmenis ir aptuveni 45dB, un tas ir pat klusāks nekā lietus troksnis (lietus skaņa mežā ir 50dB).

Pēc formas, kas atgādina gliemeža apvalku, turbīna, tāpat kā laika sprausla, griežas vējā, uztverot gaisa plūsmu, samazinot tā ātrumu un mainot virzienu. Uzņēmuma direktors Marinus Miremeta apgalvo, ka inovatīvas turbīnas efektivitāte sasniedz 80% no maksimālās efektivitātes, kas teorētiski ir pieejama vēja enerģijā. Un tas jau ir pilnīgi pietiekami.

Nīderlandē vidējā ģimene gadā patērē 3300 kWh elektroenerģijas.Pēc izstrādātāju domām, pusi no šīs enerģijas var nodrošināt viena Liam F1 turbīna ar vēja ātrumu vismaz 4,5 m / s.

Trīs šādas turbīnas var novietot trijstūra virsotnēs uz mājas jumta, tad katru no turbīnām nodrošinās vējš un tās netraucēs viena otrai, bet tieši pretēji - palīdzēs viena otrai.

Ja mēs runājam par uzstādīšanu pilsētā, kur ir nemierīgas plūsmas, ražotājs ierosina nedaudz paaugstināt vēja ģeneratorus, kas uzstādīti uz pilsētas jumtiem, piestiprināt tos pie stabiem, lai kaimiņu māju sienas netraucētu vēja plūsmām.

Paredzētās jaunās turbīnas ar uzstādīšanu izmaksas ir 3999 eiro. Tā kā ierīces izmērs pārsniedz vienu metru, var būt nepieciešama īpaša licence tās lietošanai, tāpēc ārkārtējā gadījumā uzņēmums ražo arī mini-Liam turbīnas ar 0,75 metru diametru.

Ražotāji plāno izmantot savas turbīnas ne tikai dzīvojamo un rūpniecības ēku energoapgādei, bet arī jūras kuģu energoapgādei.

Kā redzat, vēja ģeneratoru ražotājiem ir daudz interesantu alternatīvu.