Вертикальные ветрогенераторы

Ветрогенератор (или ветроэлектрическая установка, сокращенно ВЭУ) – это установка, преобразующая кинетическую энергию ветра во вращающее движение ветроколеса, в дальнейшем крутящий момент от которого передаётся генератору, вырабатывающему электрический ток. Существуют 2 основных класса ветрогенераторов: с горизонтальной остью вращения (рис. 1) и с вертикальной осью вращения (рис. 2).

Вертикальноосевые ВЭУ включают в себя следующие типы: Савониуса, Дарье, ортогональный, геликоидный, многолопастной с направляющим аппаратом.

Ортогональные ветрогенераторы

Ортогональные ветрогенераторы имеют вертикальную ось вращения, лопасти у данного типа ВЭУ располагаются на некотором удалении от центральной оси параллельно ей (рис. 3).

Данный тип ветрогенераторов имеет такие преимущества, как: отсутствие необходимости наведения на ветер, за счет вертикальной оси вращения упрощается передача вращательного момента на вал генератора, приводные системы можно располагать на уровне земли (значительное упрощение обслуживания и эксплуатации). При наличии некоторых приемуществ перед горизонтальноосевыми ВЭУ, данный тип имеет и недостатки: низкий ресурс опорных узлов за счет больших нагрузок со стороны массивного ротора, подъемная сила лопостей которого меняет свой вектор на 360⁰; более низкий КПД, за счет изменения углов атаки лопастей ветрогенератора в более широком диапазоне, в сравнении с горизонтальноосевой ВЭУ, где углы можно выставить оптимально.

Ветрогенераторы с ротором Савониуса

Лопасти данного типа ветрогенераторов представляют собой полуцилиндры. Основными отличительными чертами данного типа ВЭУ являются высокие пусковые крутящие моменты, работа при более низких скоростях ветра, высокая технологичность производства (рис. 4).

Недостатками ротора Савониуса являются: высокая материалоёмкость, низкий КПД в сравнении с быстроходными горизонтальноосевыми ветрогенераторами. По этим причинам данный тип ВЭУ высоких мощностей не выпускается (в пределах 5кВт) и используется в основном для обеспечения более высокого пускового момента ротора Дарье (рис. 5).

Ветрогенераторы с ротором Дарье

Ветрогенератор Дарье имеет вертикальную ось вращения, его лопасти (2 или 3) представляют собой пластину, не имеющую специфического аэродинамического профиля, закрепленную на вершине и у основания оси вращения (рис. 6).

Основными достоинствами данной конструкции ветрогенератора являются: отсутствие необходимости ориентировать ВЭУ на ветер, простота изготовления лопастей, расположение приводного оборудования на уровне земли, что упрощает его обслуживание. Основными недостатками ветрогенератора Дарье являются: невозможность самостоятельного запуска при равномерном набегающем потоке ветра, низкий КПД по сравнению с горизонтальноосевыми ВЭУ, низкий ресурс вращающихся узлов в силу подверженности их высоким динамическим нагрузкам при вращении.

Ветрогенераторы с геликоидным ротором

Геликоидный ветрогенератор, или ветрогенератор Горлова (второе название) является модифицированным ортогональным ротором. Лопасти данного ротора закручены по дуге (рис. 7), что позволяет ему вращаться более плавно, чем ортогональным, что значительно снижает динамические нагрузки и увеличивает ресурс всех подвижных узлов, однако технология изготовления закрученных лопастей значительно более сложная, что сказывается на стоимости исходного продукта.

Ветрогенераторы с многолопастным ротором с направляющим аппаратом

Данный тип ветрогенератора так же является модернизированным ортогональным ВЭУ (рис. 8). Такой ротор имеет 2 ряда лопастей: 1-й ряд, внешний, статичен, он является направляющим аппаратом, захватывающим ветровой поток, сжимающим его и увеличивающим скорость ветра; 2-й ряд – подвижный ротор, на который попадает поток воздуха от 1-го ротора под определённым углом.

Данный тип ВЭУ является наиболее эффективным среди вертикальноосевых, его конструкция позволяет работать при малых скоростях ветра, однако в связи с большим количеством лопастей возрастает материалоёмкость, а следовательно и цена.