Казахский национальный университет им.аль-Фараби НИИ математики и механики ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕТРОВЫХ АГРЕГАТОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ КАЗАХСТАНА Ершина А.К. «КАЗАХСТАНСКИЙ ФОРУМ ЭНЕРГЕТИКОВ» в рамках 10-ой Казахстанской международной выставки г. Алматы, Казахстан, 1-3 ноября 2011г.

Основные типы ветротурбин: парусные, пропеллерные, крыловые Типичный ротор парусного типа

Турбулентный след за ВЭУ пропеллерного типа

Задачей наших исследований является разработка и создание ветротурбин карусельного типа высокой удельной мощности по сравнению со всеми известными. Например, у известной ветротурбины Дарье максимальное значение max=0,45. Нами разработаны новые версии турбины, которая позволяет увеличить эффективное значение коэффициента в 1,5 раза и выше. Получение высокого связана с совмещением на одной платформе двух и более турбин карусельного типа имеющие одну и ту же ометаемую площадь. Каждый вал соединен с одной единственной рабочей лопастью и передает энергию вращения вала к своему генератору тока. Вырабатываемая ими электроэнергия суммируются. При высокой культуре производства эффективное значение коэффициента использования энергии ветра можно довести до 0,9. Снят видеофильм о предложенных нами перспективных ВЭУ карусельного типа.

Зависимости коэффициента использования энергии ветра для различных типов и конструкций ветротурбин от степени их быстроходности.

Принципиальная схема Бидарье с прямыми лопастями (одностороннее вращение) Принципиальная схема Бидарье системы тропоскино (одностороннее вращение) Принципиальная схема конструкции ветротурбины Бидарье с лопастями тропоскино.

Действующая лабораторная модель четырехлопастной турбины Дарье Четырехлопастная ветротурбина в рабочем участке аэродинамической трубы (вид сверху).

Ветроагрегат Бидарье с противоположным вращением турбин, мощностью 7 кВт. г. Уральск Трехлопастная ветротурбина Дарье системы тропоскино. Г. Щучинск

Вертикально-осевая составная ветротурбина карусельного типа.

Конструкция двухлопастной вертикально-осевой составной ветротурбины. 1 – рабочие лопасти, 2 – махи, 3 – наружная неподвижная башня, 4а и 4б – автономно вращащиеся валы, 5 – подшипники, 6 – пальцы (регуляторы)

Фотография действующей лабораторной модели ВЭУ

Предлагается способ тепловой защиты наружных поверхностей работающего ветроагрегата от заносов снегом в зимнее время за счет организации естественной вентиляции воздуха его внутренних полостей и соответствующие технико-технологическое решение для осуществления способа. Предлагаемая тепловая защита является более радикальным средством, предотвращающим от замерзания и подшипники. В применении к ВЭУ любой конструкции предлагаемый нами способ не имеет аналогов, если не считать аналогом бытовую отопительную систему. Построен инженерный метод расчета теплообмена аппарата на основе аналогии Рейнольдса. Результаты эксперимента сравнивались с расчетом. Получен закон теплоотдачи крылового профиля NASA-0021 в критериальной форме в виде зависимости критерия Нуссельта от параметров исследуемой задачи. Способ тепловой защиты ВЭУ

Ветротурбина ДарьеСостояние линии электропередачи после снежной бури в Павлодарской области

Принципиальная схема осуществления способа тепловой защиты ВЭУ карусельного типа на примере Н - ротора lлlл Движущийся воздух Рабочая лопасть lкlк Махи lмlм ось вращения Р0Р0 Р1Р1 lлlл Р атм Подшипник

Фотография экспериментальной установки

Выводы Разработка и создание предлагаемого нами ветроагрегата основаны на фундаментальных и теоретических исследований. Они изложены в книге: Ершина А. К., Ершин Ш. А., Жапбасбаев У. К. Основы теории ветротурбины Дарье. - Алматы, с. Впервые разработаны ветротурбины карусельного типа с аномально высоким коэффициентом использования энергии ветра. Разработана конструкция действующей лабораторной модели, так называемая модель вертикально-осевой составной ВЭУ (ВОС ВЭУ) Отличительной особенностью устройства Бидарье является использование в конструкции принципа автономности работы валов, связанных с турбиной и передающих энергию ветра генератору тока, суть которого и составляет know-how изобретения. Разработан способ тепловой защиты ветроагрегата Дарье от снежных заносов и обледенения в суровых климатических условиях. По нашим изобретениям получены патенты Казахстана и России. Публикаций и выступления на международных конференциях по нашим изобретениям получили высокую оценку специалистов в области ВИЭ.

Наши разработки позволили меня избрать членом Комитета по использованию ВИЭ РосСНИО и действительным членом Российской Академии Естествознания. Предложенные нами варианты ветроагрегатов из-за высокой эффективности снизить капитальное вложение и стоимость установленных мощностей, ускорить окупаемость, технологическую независимость от зарубежных фирм, создавая свою ветроэнергетическую промышленность. Причем наши ВЭУ эффективнее, чем многие из ныне используемых. Техническим результатом является повышенное извлечение энергии из ветрового потока при одной и той же величине ометаемой лопастями двигателя площади. Выводы:

ПАТЕНТЫ, СВИДЕТЕЛЬСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ: 1.Предварительный патент РК 2006/0166.1, Ершин Ш.А. и др. Ветротурбина Бидарье. //Предварительный патент Республики Казахстан Астана Предварительный патент РК 2006/0165.1, Ершин Ш.А. и др.Вертикально-осевая составная ветротурбина карусельного типа (варианты). //Предварительный патент Республики Казахстан Астана Способ тепловой защиты ветроэнергетической установки карусельного типа и конструктивное оформление (варианты) для его осуществления. Изобретение заявлено , на выдачу патента Россий в Федеральный институт промышленной собственности г.Москва. Получено уведомление о выдаче патента.

Практические рекомендации На наш взгляд необходимо создать отдельный государственный орган, который будет курировать отрасль альтернативной энергетики, в том числе разрабатывать законопроекты, лоббировать интересы отрасли в правительстве, отслеживать все направления деятельности в отрасли. Сформировать научно-исследовательский институт, который будет на высоком профессиональном уровне заниматься теоретическими и практическими вопросами развития отрасли альтернативной энергетики в Казахстане. Помимо этого, важно учредить научные организации, которые будут работать отдельно по каждому направлению возобновляемых источников энергии, поскольку все виды возобновляемых ресурсов представляют собой целые научные направления по изучению которых необходимо проводить тщательную работу. Необходимо достойное финансирование отрасли возобновляемой энергетики. Нужно оказать помощь в коммерциализации технологии и патентований изобретений зарубежом. Требуется серийный выпуск ветротурбины карусельного типа с аномально высоким.

Спасибо за внимание.