Welcome to
August 19, 2019  
 .:Billing


 .:Language
Выберете язык интерфейса:



 .:О нас

Home. Наши предложения

Этапы развития наших исследований

Ген.д-р, к.т.н.,
Евгений Дмитриевич Сорокодум


Контакты

Пресса о нас

Видео о нашей лаборатории


Ветрогидрогенераторы с колеблющимися рабочими органами





Высокопотенциальные возобновляемые источники энергии

  ключевые слова: возобновляемая энергетика, возобновляемые источники энергии, альтернативная энергетика, ветрогенераторы, ветронасосы, гидрогенераторы, экстракция энергии с помощью колеблющегося крыла, энергия течений, энергия ветра, энергия волн.

 На Земле есть много мест, где существуют постоянные течения (подводные морские и океанские течения, течения рек). Имеются зоны морей и океанов, обладающие большим потенциалом энергии морских волн. Также имеются зоны с частыми ветрами. Для экстракции кинетической энергии этих источников, созданы и разрабатываются многочисленные типы гидро и ветро генераторов. Но широкое внедрение этих источников энергии, сдерживается их малой эффективностью, высокой стоимостью, техническими недостатками их конструкций.

Состояние проблемы.

  Кинетическая энергия течений, волн и ветра, обычно экстрагируется с помощью традиционных рабочих органов (турбин, винтов и т.п.), и разработка преобразователей энергии, базируется на использовании физических процессов классической стационарной аэро-гидродинамики. В результате этого, вышеперечисленные преобразователи энергии имеют низкую эффективность.
   Сотни фирм изготавливают ветро-гидрогенераторы разного типа с вращающимися рабочими элементами (турбинами, лопастями и т.п.). Но большого сбыта для этих возобновляемых источников энергии нет. Причин много:

1. Недостатки в связи с использованием стационарной аэро-гидродинамики:

  1. Низкая эффективность экстракции кинетической энергии течений и ветра (10-40%).
  2. Ветро-гидрогенераторы начинают работать только с относительно высоких скоростей течений и ветра.
  3. Концы лопастей винта движутся с очень большой скоростью, что приводит в воде к срыву обтекания и образованию кавитации, в воздухе, к срыву обтекания, и к сверхзвуковой скорости.

2. Недостатки конструкторские.

  1. Современные типы конструкций ветрогенераторов, не позволяют экстрагировать мощность выше 10 Мвт.
  2. Вращающаяся лопасть может иметь максимально возможный коэффициент использования кинетической энергии ветра (течений), при данном угле атаки лопасти, только для определенной скорости ветра (воды). При скоростях выше и ниже этой скорости, коэффициент использования энергии ветра резко падает. Также, угол оптимальной атаки должен специально подбираться по размаху лопасти (это частично выполняется с помощью специальной конфигурации лопасти). В результате этого, падает коэффициент использования кинетической энергии ветра, и, получается низкий коэффициент использования энергии ветра или течений.
  3. Даже при оптимальном угле атаки каждого элемента лопасти, отбор энергии набегающего потока уменьшается по мере приближения к центру винта. В результате центральная область винта малоэффективна в отборе энергии течений.
  4. Центробежные силы будут перемещать набегающий поток к краям винта, тем самым, уменьшая коэффициент использования энергии течений.
  5. Скорость оборотов лопастей очень низкая. Требуются редукторы, чтобы повысить обороты до величин, необходимых для электрогенератора. Это приводит к усложнению, утяжелению, удорожанию и понижению надежности конструкции.
  6. Требуются специальные устройства для поворота лопастей во флюгерное положение при больших скоростях ветра. Это приводит к усложнению и удорожанию конструкции, понижению ее надежности.
  7. Требуются специальные устройства для ориентации винта по ветру. Все это приводит к усложнению и удорожанию конструкции, понижению ее надежности.
  8. Большая трудоемкость и стоимость изготовления лопастей винта.
  9. В связи с большим диапазоном изменения скоростей, давлений, объемных скоростей протекания воздуха или воды, выпускается много типоразмеров ветро-гидрогенераторов и насосов.

3. Недостатки эксплуатационные.

  1. Имеют большие габариты.
  2. Ветрогенераторы создают низкочастотное акустическое поле, на частотах выше частоты вращения лопастей (лопастная частота).
  3. Гидрогенераторы быстро наматывают на свои лопасти водоросли, сети и, вследствие этого, выходят из строя. Вращающиеся лопасти очень опасны для людей и животных.
Если не устранить эти недостатки, не поднять уровень научно-исследовательских и конструкторских работ, то эти возобновляемые источники энергии не решат мировые проблемы энергетики в больших масштабах!

Новейшие достижения.

Экстракция кинетической энергии течений с помощью колеблющегося крыла.

   Многие из этих недостатков отсутствуют у ветро-гидрогенераторов, использующих для экстракции кинетической энергии, энергию течений или ветра, с помощью колеблющегося крыла. Попытки создать такие возобновляемые источники энергии ранее уже предпринимались, но уровень этих работ отличался слабым знанием аэрогидродинамики, при колебании крыльев, и низким уровнем конструкторских разработок. Но сейчас ситуация начинает резко изменяться.

Впервые в мире, Английская фирма The Engineering Business Ltd ( http://www.engb.com ) создала гидрогенератор, экстрагирующий энергию подводного течения с помощью колеблющегося крыла.

Экстракция энергии подводных течений с помощью колеблющегося крыла

(проект Stingray фирмы The Engineering Business Ltd )

В 2002 году спущена под воду и уже год успешно работает гидроэлектростанция с колеблющимся крылом на 150 Киловатт. В 2004 году фирма планирует опустить под воду, около Шотландии, гидрогенератор мощностью на 5 Мвт.

Достижения The Engineering Business Ltd есть огромный успех! Эти работы заложили начало эры нового типа гидро и ветро генераторов! Эти работы имеют большую перспективу!

Гидро-ветро генераторы с колеблющимися крыльями имеют следующие преимущества:

  • В отборе энергии от потока участвует равномерно вся поверхность крыла (см. правую часть рис.1). В отличие от этого, поверхность винта участвует неравномерно (см. левую часть рис.1). Поэтому, коэффициент использования энергии течений с помощью колеблющегося крыла выше, чем у обычных винтов (см. рис. 2).
Рис. 1
Рис. 2. Распределение экстракции  энергии от течений вдоль лопасти вращающегося винта и вдоль поверхности колеблющегося крыла.
  • отсутствие высоких скоростей на концах крыла.
  • Установка гидроэлектростанций бесплотинная. Это намного удешевляет и ускоряет создание  этих электростанций.

  • Угол атаки легко может устанавливаться в оптимальный режим. Благодаря этому, высокий коэффициент эффективности поддерживается при любой скорости потока.

  • Легко управляется и согласуется с микропроцессорной системой управления. Легко выполнять оптимальное управления.

  • Проще конструкция ориентации по потоку воды или по ветру.

  • Простое согласование колебания крыла с насосами и устройствами колебательного типа.

  • Меньше размеры по высоте; легко согласуется с горизонтальным рельефом земли или дна реки.

  • Отсутствие шума на лопастных частотах.

  • Высокая надежность.

  • Простота и дешевизна конструкции. При использовании гидравлики или пневматики не требуется редуктор.

  • Возможность изготовления в виде модулей, и компактная их установка.

Существующие гидро-ветроэлектростанции практически достигли своих предельных значений эффективности. 

Гидро-ветроэлектростанции с колеблющимися крыльями, как разрабатывает фирма The Engineering Business Ltd, имеют очень большие возможности в увеличении эффективности и величины съема энергии, а также уменьшения стоимости.    

Можно существенно развить успех применения колеблющихся крыльев фирмы The Engineering Business Ltd. В основу наших высоких технологий, положена работа ветрогидрогенератора в области нелинейных колебательных аэрогидродинамических режимов и конструирование устройства, как единой колебательной системы.

Наша продукция и услуги по гидрогенераторам с колеблющимися крыльями и другими рабочими элементами.

Наша продукция и услуги по ветрогенераторам с колеблющимися крыльями и другими рабочими элементами.

Экстракция кинетической энергии течений с помощью колеблющейся пластины.   

Известны многочисленные попытки экстрагирования кинетической энергии ветра или течений воды с помощью подвижных рабочих элементов различной конструкции. Например.

   В Ocean Power Technologies, Inc. , Energy Harvesting Eel Program  http://www.darpa.mil/dso/trans/energy/pa_opt.html   разрабатывают источники энергии, экстрагирующих кинетическую энергию морских течений с помощью колеблющейся деформируемой пластинки. Морские течения обтекают жесткую неподвижную пластинку, после которой образуется вихревая дорожка. Эта вихревая дорожка обтекает пластину, поверхность которой может изгибаться под воздействием этих вихрей. Механическая энергия снимается с передней кромки этой пластинки.

Energy Harvesting Eel Program

   В Норвегии, в фирме Ocean As http://www.inocean.no/eel/index.html ведутся работы по экстракции энергии морских течений, с помощью колеблющейся многозвенной подвижной поверхности. Механическая энергия снимается с первого звена, через угловые колебания вертикальной оси.

Колеблющаяся подвижная поверхность [Ocean As]
Колеблющаяся подвижная поверхность  [Ocean As]

  Работы этих фирм очень важны и имеют большие перспективы. Однако, все эти устройства имеют ряд существенных недостатков:

  • Малоэффективное экстрагирование кинетической энергии из набегающего потока. Экстрагирование энергии потока, происходит по мере продвижения воды вдоль поверхности пластины. В результате этого, увеличивается амплитуда колебания вдоль пластины или вдоль другой деформируемой поверхности. В результате, наибольшая энергия накапливается на конце этих устройств! Однако, энергия в этих устройствах снимается  с передней кромки, а не с задней!? Поэтому, предложенные выше конструкции рабочего органа являются малоэффективными, в плане экстракции и передачи энергии на электрогенератор.
  • Малоэффективный сбор и передача энергии с элементов приема энергии (от пластины, от частей пластины) и передача этой энергии к электрическому генератору. На пластинке механическая энергия переноситься в сторону конца пластины. А требуется наоборот, чтобы эта энергия переносилась от конца пластинки к ее началу и передавалась там электрическому генератору. Многозвенная система (пластинки состоящие из шарнирных элементов и т.п.) является плохим передатчиком механической энергии.
  • Многозвенные шарнирные устройства являются очень сложными, дорогими и ненадежными устройствами при эксплуатации в морских условиях.

   Можно существенно развить успех этих работ дальше. В основу наших высоких технологий, положена работа гидрогенератора в области нелинейных колебательных гидродинамических режимов, и, конструирование устройства, как единой колебательной системы.

Наша продукция и услуги по гидрогенераторам с колеблющимися рабочими элементами вдоль потока.

Экстракция кинетической энергии морских волн.

   В фирме Ocean Power Delivery Ltd http://www.oceanpd.com  ведутся разработки системы (проект Pelamis) экстрагирующий энергию морских волн. Система состоит из шарнирно связанных между собой цилиндрических поплавков.

Проект Pelamis

 Работы этой фирмы очень важны и имеют большие перспективы. Однако,  устройства такого типа имеют ряд существенных недостатков:

  • Невысокий уровень экстракции энергии волн из-за слабого знания гидродинамического взаимодействия между волной и колеблющимся цилиндрическим телом. 
  • Малоэффективный сбор и передача энергии с элементов приема энергии (от от цилиндрических поплавков и тому подобное), и, передача этой энергии к электрическому генератору. Многозвенная система (шарнирно соединенные цилиндрические поплавки и т.п.) является плохим передатчиком механической энергии.
  • Многозвенные шарнирные устройства являются очень сложными, дорогими и ненадежными устройствами при эксплуатации в морских условиях.

   Можно существенно развить успех этой работы. В основу наших высоких технологий, положена работа гидрогенератора в области нелинейных колебательных гидродинамических режимов, и, конструирование устройства, как единой колебательной системы.

Наша продукция и услуги по гидрогенераторам экстрагирующим энергию волн.









Copyright © "Vortex Oscillation Technology Ltd" Все права защищены.

Опубликовано на: 2004-09-11 (9530 Прочтено)

[ Вернуться назад ]
Content ©

 
Копирование и перепечатка материалов, статей и файлов с данного сайта допускается только с письменного согласия Сорокодума Е.Д. и ООО "Вихре-Колебательные Технологии" (С) 2000-2013
Copying and reprinting materials, articles and files from this site is permitted only with the written consent of Sorokodum Evgeny and "Vortex Oscillation Technology Ltd." (C) 2000-2013