Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

По мнению ученых Лаборатории Сандия, которая расположена в Америке, ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, предназначенные для офшорных электростанций, могут стать более эффективными и дешевыми. Над этим проектом они работают достаточно длительное время. Но этих ученых перегнали по своим разработкам специалисты швейцарской фирмы Ehmberg Solutions, которые уже создали прототип подобного генератора.

Все ветряные турбины, существующие на сегодняшний день, можно разделить на две категории: с горизонтальной осью вращения и вертикальной. Первая категория ветрогенераторов считается самой эффективной за счет высокого КПД, простого механизма расчета конструкции. Единственным ее недостатком является сложная конструкция из-за ориентации по ветру. Второй тип генераторов не требует устройства, которое будет ориентироваться по ветру, и имеет меньшее количество движущихся деталей, а поэтому они проще в ремонте. Все основные элементы ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения расположены ближе к земле, и для их обслуживания не требуется дополнительная сноровка. Такое положение дел и послужило поводом для ученых Лаборатории Сандия изучить возможность использования ветрогенераторов с вертикальной осью вращения для офшорных электростанций.

Основной проблемой ветрогенераторов с вертикальной осью вращения является огромный диаметр лопастей. У горизонтальной турбины она достигает 90 метров, и при таких габаритах она способна выдавать несколько МВт, а у вертикального генератора для выдачи такого количества энергии лопасти должны иметь диаметр до 270 метров. Изготовить такую деталь совсем не просто.

Вот только американские ученые не считают эту особенность вертогенераторов недостатком, ведь ее в какой-то степени можно считать и достоинством. Они отмечают, что у обычных ветряков есть определенный угол монтажа лопастей. В зависимости от направления и силы ветра этот показатель может меняться, иначе падает эффективность оборудования. Таким образом, зависимость от ветра не дает возможность увеличить размеры лопастей для генераторов с горизонтальной осью вращения. Лопасти очень чувствительны к разному направлению ветра в нижней их части. Если говорить о верхней части траектории лопастей, то угол их монтажа имеет оптимальное значение сверху, а не снизу.

На сегодняшний день горизонтальные генераторы имеют зону ометания не больше 100 метров, а лопасти больше данного диаметра изготавливать нельзя, иначе упадет эффективность генерирования энергии. Турбины с вертикальной осью таких проблем не имеют. Эффективность ветрогенератора не зависит от скорости и направления ветра. Угол монтажа лопастей не нужно регулировать и подстраивать под ветер, а он самостоятельно меняется при повороте лопастей по вертикальной оси.

Если для генератора с горизонтальной осью конструкция состоит из массивной мачты, фундамента, который устанавливается на морском дне, и требуется большой плавучий кран для ремонта, обслуживания и монтажа системы, то для первого типа генераторов в этом нет нужды.

Кроме этого, еще одним несомненным преимуществом генератора с вертикальной осью, который разрабатывается специалистами лаборатории, есть высокая устойчивость, что является принципиальным моментом для офшорных ветроэлектростанций.

При вращении лопастей генератор самостоятельно стабилизируется по принципу юлы. И чем сильнее дует ветер, тем стабильней состояние вертикальной турбины. Именно поэтому ее эффективность не падает во время шторма, а также никакое природное явление не способно опрокинуть конструкцию. Горизонтальные генераторы обязательно должны касаться опорой морского дна. Если разобраться, вертикальная конструкция не вкопана в дно, а якорные тросы ее необходимы только для того, чтобы ее не снесло в сторону.

Таким образом, ученые лаборатории могут с уверенностью утверждать, что разрабатываемая ими конструкция ветрогенератора станет менее громоздкой и дешевой, чем горизонтальные виды генераторов. При этом они позволят дальше продвинуться в море, так как для горизонтальных ветряков большая глубина потребует длинную опору, изготовление которой стоит колоссальные деньги.