Nowe typy zamkniętych turbin wiatrowych. Turbiny wiatrowe – sześć razy więcej energii

Aby wykorzystać energię wiatru potrzebujesz tych informacji:

• łopaty wiatrowe - przechwytują przepływ wiatru, przenosząc pęd do generatora wiatrowego;
• generator i sterownik wiatru - przyczyniają się do konwersji impulsu na prąd stały;
• bateria - przechowuje energię;
• falownik - pomaga w konwersji prądu stałego na prąd przemienny.

Kraje rozwinięte od dawna polegają na odnawialnych źródłach energii, w tym na energii wiatru. W efekcie łączna moc wszystkich elektrowni jądrowych działających na świecie to nieco ponad 400 tys. MW, a łączna moc farm wiatrowych przekroczyła 500 tys. MW! Jednak w krajach, w których zwraca się uwagę na energetykę wiatrową, nie ma ani Gazpromu, ani RAO JES. A także sadzenie na igle olejowej ... Ale nie mówmy o bolesnych rzeczach.

Tak więc w krajach wolnych od wszechmocy monopoli i systemu klanowego przeważają turbiny wiatrowe typu śmigłowego z poziomą osią obrotu. Takie generatory wymagają potężnych wież wsporczych z drogimi fundamentami, co wydłuża okres zwrotu. Ponadto takie jednostki są potężnymi źródłami hałasu o niskiej częstotliwości. Śmigło „wiatrak” obraca się z prędkością zaledwie 15-30 obrotów na minutę, a po skrzyni biegów obroty wzrosną do 1500, w wyniku czego wał generatora obraca się z tą samą prędkością, która generuje energię elektryczną. Ten klasyczny schemat ma poważne wady: skrzynia biegów jest złożonym i drogim mechanizmem (do 20% kosztów całego generatora wiatrowego), wymaga sezonowej wymiany i bardzo szybko się zużywa (patrz).

Znaczenie rozwoju turbin wiatrowych

Okoliczności te ograniczają krąg nabywców i skłaniają ich do poszukiwania alternatywy dla tradycyjnych elektrowni wiatrowych. Turbiny wiatrowe o osi pionowej stały się nowoczesnym trendem. Są ciche i nie wymagają dużych nakładów inwestycyjnych, są łatwiejsze i tańsze w utrzymaniu niż turbiny poziomo-osiowe. Generatory wiatrowe o osi poziomej przechodzą w tryb ochronny (autorotacja) przy maksymalnej prędkości wiatru, której przekroczenie obarczone jest awarią konstrukcji. W tym trybie śmigło jest odłączone od powielacza i generatora, prąd nie jest generowany. A wirniki z osią pionową doświadczają znacznie mniejszych naprężeń mechanicznych przy takich samych prędkościach wiatru niż wirniki z osią poziomą. Ponadto te ostatnie wymagają drogich systemów kierunku wiatru.

Do niedawna uważano, że VAWT nie może uzyskać współczynnika prędkości (stosunku maksymalnej prędkości liniowej łopat do prędkości wiatru) większego niż jeden. To zbyt szerokie założenie, prawdziwe tylko dla niektórych typów wirników, doprowadziło do fałszywych wniosków, że marginalny współczynnik wykorzystania energii wiatru turbin wiatrowych o osi pionowej jest niższy niż w przypadku turbin o osi poziomej, dlatego ten typ turbin wiatrowych jest prawie 40 lat, w ogóle nie rozwinięty. I dopiero w latach 60-70, najpierw przez ekspertów kanadyjskich, a następnie amerykańskich i brytyjskich, eksperymentalnie udowodniono, że wnioski te nie mają zastosowania do wirników Darrieusa wykorzystujących siłę podnoszenia łopat. Dla tych wirników określony maksymalny stosunek prędkości liniowej ciał roboczych do prędkości wiatru sięga 6:1 i więcej, a współczynnik wykorzystania energii wiatru nie jest mniejszy niż dla osi poziomo-osiowej (typ śmigłowy). Istotną rolę odgrywa również fakt, że ilość teoretycznych badań aerodynamiki wirników pionowo-osiowych oraz doświadczeń w rozwoju i eksploatacji opartych na nich turbin wiatrowych jest znacznie mniejsza niż w przypadku wirników poziomo-osiowych.

Stworzono turbinę wiatrową o pionowej osi (oznaczenie międzynarodowe VAWT), która różni się od pozostałych, której współczynnik wykorzystania energii wiatru nie jest gorszy od najlepszych na świecie turbin wiatrowych z poziomą osią obrotu. Innowacyjne wielowymiarowe podejście do projektowania pionowych turbin wiatrowych opiera się m.in. na wykorzystaniu nisko położonego, wytrzymałego wirnika, na obwodzie którego zamocowano szereg żaglo-skrzydeł.

Wirnik wyposażony jest w nogi podporowe podwozia kołowego, co pozwala mu obracać się wokół stałej osi ze stabilnym porem na fundamencie dzięki kołom podwozia. Wiele skrzydeł-żagli wytwarza duży moment obrotowy z powodu sił aerodynamicznych. Co sprawia, że ​​ta konstrukcja jest rekordowa pod względem gęstości mocy. Średnica wirnika może wynosić 10 metrów. Jednocześnie istnieje możliwość zamontowania na takim wirniku skrzydeł o powierzchni ponad 200 metrów kwadratowych, co pozwoli na generowanie nawet stu kilowatów energii elektrycznej.

Wymiary i waga jednostek

Jednocześnie waga takich jednostek jest na tyle niewielka, że ​​można je zainstalować na dachach budynków i dzięki temu zapewnić im autonomiczne zasilanie. Albo możliwe jest doprowadzenie prądu do obiektu w górach, gdzie nie ma linii energetycznej. Zwiększenie mocy do dowolnie dużej wartości można osiągnąć poprzez replikację takich jednostek. Oznacza to, że stawiając wiele podobnych instalacji, osiągamy pożądaną moc.

Sprawność techniczna

Jeśli chodzi o sprawność techniczną. Nasz prototyp o wysokości łopaty 800 mm i wymiarze poprzecznym 800 mm przy prędkości wiatru 11 m/s rozwinął moc mechaniczną 225 W (przy 75 obr/min). Jednocześnie bronił się przed powierzchnią ziemi na wysokości niespełna metra. Według zasobu http://www.rktp-trade.ru porównywalną moc (300 W) uzyskuje pionowy wiatrak z pięcioma łopatami zamontowany na sześciometrowym maszcie i ma pięć łopat 1200 mm zamontowanych na całości średnica 2000 mm. Oznacza to, że jeśli zrównamy powierzchnie porównywanych wiatraków omiatanych przez wiatr, to okaże się, że prototyp ma 2,5…

Na tej podstawie, wiedząc, że opisany analog ma współczynnik wykorzystania energii wiatru (KIJW) równy 0,2, można oszacować KIJÓW prototypu na 0,48, czyli znacznie więcej niż w przypadku VAWT Savoniusa i Darii i odpowiada najlepsze światowe próbki poziomo-osiowych turbin wiatrowych. Jednocześnie zużycie materiałów i koszt prototypu są znacznie niższe niż w przypadku wiatraków z masztem śmigłowym z mechanizmami orientacji na wiatr i wysoko zamontowaną gondolą z drogą przekładnią planetarną typu step-up.

Ocena porównawcza sprawności wirników turbin wiatrowych różnych typów- Tabela 1.

Zalety pionowej turbiny wiatrowej VAWT

• Urządzenie obraca się w tym samym kierunku w dowolnym kierunku wiatru. Podczas gdy gondole poziomych turbin wiatrowych muszą być zorientowane na wiatr, co zwiększa koszt projektu i skraca żywotność ruchomych części mechanizmu obrotowego.
• Produkcja energii elektrycznej w VAWT rozpoczyna się przy prędkości wiatru 5 m/s.
• Turbina posiada wysoką aerodynamikę łopat oraz innowacyjną architekturę, która umożliwia osiągnięcie współczynnika wykorzystania energii wiatru na poziomie co najmniej 47%.
• Turbina nie wymaga konserwacji generatora (pierścieniowy płaski liniowy bez szczotek i łożysk).
• Zwiększenie wydajności osiąga się poprzez zainstalowanie dodatkowych modułów.
• VAWT nie ma żadnych ograniczeń, gdy jest zainstalowany w pobliżu obudowy, nie wytwarza niedopuszczalnego promieniowania elektromagnetycznego i akustycznego. Umożliwia to montaż turbin w obrębie osiedli, w tym na dachach budynków wielokondygnacyjnych, bez uszczerbku dla widoków krajobrazowych.
• VAWT jest całkowicie nieszkodliwy, można go zainstalować na ścieżkach migracji ptaków wędrownych.
• Turbina jest odporna na silne wiatry, jest w stanie wytrzymać nawet wiatry huraganowe. Osiąga się to dzięki mechanizmowi automatycznej zmiany kątów natarcia pionowych łopatek turbiny (rysunki podano powyżej).
• VAWT ma lekkie i proste komponenty, które są łatwe w transporcie i montażu.
• Turbina jest chroniona przed piorunami.

Do chwili obecnej wykonano pełnowymiarowy trójwymiarowy model części mechanicznej turbiny (o wysokości łopatek pionowych 8 m) oraz rysunki robocze części i zespołów wirnika i jego zespołu obrotowego. Rysunki prądnicy i łopatek opracowane są z uwzględnieniem maksymalnej zgodności z kryterium „cena - jakość”.

Projekt obejmuje zaprojektowanie, wykonanie i przetestowanie pełnowymiarowej próbki VAWT (wysokość łopatek pionowych 8m). Następnie planuje się zorganizowanie produkcji przemysłowej takich instalacji po debugowaniu próbki pilotażowej, z wyposażeniem obszarów niezelektryfikowanych na obszarach wiejskich i budynków w miastach z takimi instalacjami.

Obszary zastosowania innowacyjnego generatora wiatrowego są w zasadzie takie same jak w przypadku analogów. Czyli jest to wytwarzanie energii elektrycznej w miejscach, w których nie ma jej stacjonarnych źródeł, a także tam, gdzie stosowanie innych metod wytwarzania energii elektrycznej jest ekonomicznie nieopłacalne. W szczególności są to obiekty specjalnego przeznaczenia wymagające autonomicznego zasilania, np. latarnie morskie i radiolatarnie, posterunki graniczne i posterunki graniczne, automatyczne posterunki meteorologiczne i nawigacji lotniczej.

Niekończąca się eureka

Przypomnij sobie greckiego wynalazcę i matematyka Archimedesa, który wykrzyknął „Eureka! (Znalazłem to!)”, kiedy odkrył podstawowe prawo hydrostatyki? Od czasów starożytnych do współczesności ludzkość nieustannie poszukuje nowych odkryć. Pole podboju energetyki wiatrowej nie stało na uboczu. Generator wiatrowy nowej generacji nie prześladuje ani naukowców, ani praktycznych inżynierów. Odwieczne poszukiwanie przynosi zbawienne rezultaty, a od czasu do czasu w pewnym momencie na kuli ziemskiej ciszę wynalazku przerywa radosny okrzyk - „Eureka”!

Tym razem bohaterem dnia okazał się stary, 89-letni Amerykanin, weteran II wojny światowej Raymond Green z Kalifornii, który przez wiele lat zastanawiał się nad problemem ulepszania istniejących typów turbin wiatrowych. W końcu udało mu się stworzyć generator wiatrowy, który jest prawie cichy i bezpieczny dla latających przyjaciół człowieka. Wynaleziony przez niego pomysł, ważący 20 kg za jednym zamachem, rozwiązuje szereg problemów, z jakimi borykał się generator wiatrowy starej modyfikacji.

Jakie są podstawowe różnice w wymyślonej instalacji? Co najważniejsze, na zewnątrz nie ma obracających się ostrzy. Wszystko jest w nim ukryte w obudowie, która chroni ptaki przed śmiercią. Drugą istotną różnicą jest to, że nowa konstrukcja pozwala na użycie łopatek o małej rozpiętości, co pomaga zredukować hałas.

Niestety na tym kończy się znajomość z nową jednostką. Nie możemy wiedzieć tyle, ile sam wynalazca wie o swoim potomstwie, dopóki produkt nie zostanie wprowadzony do masowej produkcji. Autor projektu jest przekonany, że za dwa lata tak się stanie, a geolodzy w odległych obozach badawczych, lekarze ze szpitali wojskowych w krajach trzeciego świata, ludzie dotknięci klęskami żywiołowymi oraz mieszkańcy odległych wiosek będą korzystać z prądu z jego wynalazku.

Możliwe niemożliwości

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego tylko odważni i gorliwi rzemieślnicy korzystają z energii wiatru? Oznacza to, że nie wszyscy potrzebujący są zagrożeni wytwarzaniem tego rodzaju energii elektrycznej. Tak, bo sama energetyka wiatrowa w swoich poprzednich modyfikacjach jest dużych rozmiarów, trudna do zainstalowania, niezbyt wygodna w obsłudze (spróbuj wspiąć się na wysokość masztu i naprawić generator). A obracające się ostrza robią dużo hałasu i są niebezpieczne dla ptaków. I nie możesz od tego uciec, wysoka cena.

Problemy te pozostają w historycznej przeszłości wraz z pojawieniem się nowej generacji turbin wiatrowych. Jest ich kilka rodzajów i o jednym z nich mówiliśmy w pierwszej części tego artykułu. Drugim przedstawicielem szeregu nowości jest bezprzekładniowy generator wiatrowy, w którym energia jest generowana przez „czubki” łopat. Nie ma tradycyjnego wału od śmigła do generatora, a prąd pobierany jest z obręczy śmigła.

Jego wirnik w postaci ferromagnetycznej obręczy jest zamocowany na skrzydłach turbiny wiatrowej. Jest prosty w konstrukcji, łatwy w produkcji i instalacji. Jednak umieszczenie magnesów trwałych na końcach wirnika powoduje, że jest on znacznie cięższy, co zmniejsza ogólną wydajność instalacji. Ale urządzenie jest łatwe w obsłudze, ponieważ prosta konstrukcja nie wymaga nadmiernej uwagi. Takie generatory wiatrowe mogą pracować wszędzie w każdych warunkach klimatycznych.

To, co wczoraj wydawało się niemożliwe, dziś staje się rzeczywistością.

Generator wiatrowy poddaje się intelektualistom

Z daleka wcale nie wygląda jak turbina wiatrowa, ale najprawdopodobniej wygląda jak wieża ciśnień, która nie jest typowym kształtem dla takiej konstrukcji. Jeśli podjedziesz bliżej, zobaczysz powolny obrót ostrzy. Pionowy wał obraca się całkowicie bezgłośnie.

Tak gigantyczną turbinę będzie produkować masowo amerykańska firma w Arizonie pod kierownictwem inżyniera Mazura. Według jego obliczeń, ona sama powinna dostarczyć tyle prądu, że starczy na metropolię liczącą 750 tysięcy domów. W 2007 roku inżynier postawił sobie za cel zwielokrotnienie sprawności turbiny wiatrowej w osi pionowej i przez te wszystkie lata zbliżał się do swojego celu.

Wynalazca pracował w dwóch kierunkach: pierwszym było sprawienie, aby łopaty w jak największym stopniu wychwytywały przepływ powietrza, a drugim było zmniejszenie tarcia wspornika łopat wiatru do zera. Pierwsze zadanie powinien wykonać ogromny pionowy wirnik, a drugie wirująca turbina maglev.

Drugie zadanie należy omówić bardziej szczegółowo. Beztarciową rotację uzyskuje się poprzez lewitację magnetyczną, o czym pisaliśmy w artykule o zasadach działania turbin wiatrowych w dziale „Twórcy nowych możliwości”. Cały pionowy blok wirnika podczas obrotu unosi się na swojej osi iw ogóle nie dotyka dolnego łożyska nośnego. Jest ustawiony tylko na start, aby przyspieszyć turbinę. Gdy tylko nabierze rozpędu, staje się niejako nieważkie i odrywa się od łożyska. W rezultacie tarcie zostaje zredukowane do zera, z wyjątkiem tarcia samej turbiny o powietrze. Wydajność natychmiast podskakuje.

Olbrzymia turbina jest bardzo czuła i reaguje na najmniejszy powiew wiatru. Ta zdolność do wznoszenia się podczas rotacji z powodu lewitacji magnetycznej od dawna zajmuje naukowców i pomysłowe umysły planety. Jest to takie zjawisko, w którym dowolna rzecz lub przedmiot mając ciężar odrywa się od powierzchni i szybuje w przestrzeni bez zastosowania siły odpychającej. Lot ptaków nie jest już lewitacją.

Pionowe generatory wiatrowe z możliwością lewitacji wirnika opanowały teraz myśli inżynierów i wynalazców. A oto pierwsze wyniki. W projekcie Mazura widoczny jest „pływający” wirnik na poduszce magnetycznej, a zamiast generatora montowany jest liniowy silnik synchroniczny. Generator wiatrowy maglev z wieloma łopatami przechwytuje przepływ powietrza w jak największym stopniu i według naukowców taka turbina będzie generować energię elektryczną po bajecznie skromnej cenie – mniej niż cent za kilowatogodzinę.

Rotor Onipka - generator wiatrowy dla małych i średnich prędkości wiatru:

Niesamowity! Ale wkrótce to się stanie. Alternatywne źródła energii trzeciej generacji wywrócą cały świat do góry nogami. Start już został zrobiony. Turbiny wiatrowe to przyszłość energetyczna ludzkości.

Wstęp

Pomimo tego, że alternatywne formy energii, takie jak np. turbiny wiatrowe, wciąż cieszą się niezasłużenie małą uwagą, nadal intensywnie się rozwijają. Być może wkrótce władze zrozumieją, że szalone górnictwo wyrządza więcej szkody niż pożytku, a naturalne rodzaje energii mocno wkroczą w nasze codzienne życie. Ta nadzieja jest ściśle związana z faktem, że jakiś czas temu zapowiedziano turbinę wiatrową trzeciej generacji.

Co to jest generator wiatrowy trzeciej generacji

Tradycyjnie przyjmuje się, że pierwszą generacją urządzeń przetwarzających energię wiatru były zwykłe żagle okrętowe i skrzydła młynów. Nieco ponad sto lat temu, wraz z rozwojem lotnictwa, pojawił się generator wiatrowy drugiej generacji – mechanizm oparty na zasadach aerodynamiki skrzydeł.

To był przełom tamtych czasów! Chociaż jako całość, wiatraki drugiej generacji są małej mocy, ponieważ ze względu na cechy konstrukcyjne nie mogą pracować przy silnym wietrze. Dlatego też, aby otrzymać więcej energii elektrycznej, konieczne było zwiększenie rozmiaru, co wiązało się z dodatkowymi kosztami finansowymi na rozwój, produkcję, instalację i eksploatację. Oczywiście nie mogło tak długo pozostać.

Na początku XXI wieku gotowi programiści ogłosili pojawienie się generatora wiatrowego trzeciej generacji - turbiny wiatrowej. Konstrukcja, zasada działania, instalacja, a co najważniejsze moc nowego urządzenia zasadniczo różni się od jego poprzedników.

Urządzenie

Prostota. To jest dokładnie to słowo, którym można scharakteryzować konstrukcję generatora turbiny wiatrowej. W porównaniu z łopatowymi turbinami wiatrowymi, turbina wiatrowa posiada znacznie mniejszą liczbę jednostek roboczych i znacznie więcej elementów stałych, co czyni ją bardziej wytrzymałą na różne obciążenia statyczne i dynamiczne.

Urządzenie turbiny wiatrowej:

• owiewka, może być wewnętrzna i zewnętrzna;
• owiewka zespołu turbogeneratora;
• gondola;
• turbina;
• generator;
• dynamiczny łącznik.

Z dodatkowych systemów generator wiatrowy jest wyposażony w jednostki odwracające, akumulacyjne i sterujące. Nie ma tradycyjnych systemów regulacji łopat i orientacji na wiatr, tradycyjnych w przypadku generatora wiatrowego z łopatami. Ta ostatnia została zastąpiona owiewką, która pełni jednocześnie funkcję dyszy, łapie wiatr i zwiększa jego moc. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że energia przepływu wiatru jest równa jego prędkości w sześcianie V3, to ze względu na obecność dyszy wzór ten wygląda następująco: V3x4 = Ex64. Jednocześnie, dzięki swojej cylindrycznej konstrukcji, owiewka posiada możliwość samoczynnego dopasowania się do kierunku wiatru.

Zalety

Każdy nowy produkt lub wynalazek powinien zawsze wyróżniać się w znaczący sposób od swoich poprzedników i zawsze na lepsze. Wszystko to można powiedzieć o nowym generatorze wiatrowym o konstrukcji turbo. Jedną z głównych zalet turbiny wiatrowej jest jej odporność na silne wiatry. Jego konstrukcja została zaprojektowana w taki sposób, aby działał wydajnie i bezpiecznie poza granicami, które są krytyczne dla konwencjonalnych wiatraków łopatowych: od 25 m/s do 60 m/s. Ale to nie jedyna zaleta turbiny wiatrowej, jest ich kilka:

1. Brak fal infradźwiękowych. Wreszcie naukowcom udało się rozwiązać jeden z ważnych problemów, z jakimi borykają się turbiny wiatrowe. Właśnie z powodu istnienia takiego efektu ubocznego APU (elektrownia wiatrowa) została skrytykowana przez przeciwników alternatywnej energetyki, infradźwięki niekorzystnie wpływają na środowisko życia. Ale teraz, ze względu na brak fal infradźwiękowych, turbinowy generator wiatrowy może być instalowany nawet na obszarach miejskich.



2. Brak łopat usuwa jednocześnie kilka zadań, przed którymi stanęli projektanci i producenci generatora wiatrowego. Po pierwsze, usuwane są znaczne nakłady sił i środków na operacyjną kontrolę wiatraków łopatowych. Po drugie, łopata koła wiatrowego jest najtrudniejszym do wyprodukowania elementem turbiny wiatrowej. Lwia część kosztów konwencjonalnej turbiny wiatrowej to koszt produkcji łopat. Ponadto zdarzają się przypadki, gdy przy silnych podmuchach wiatru ostrze pękło, rozrzucając fragmenty na setki metrów.
3. Łatwy montaż i instalacja. Wszystkie skomplikowane konstrukcje lub zespoły są produkowane i montowane przez zakład produkcyjny, dopiero ostatni etap montażu i instalacji na maszcie odbywa się na miejscu. Dodatkowo lekkość elementów konstrukcyjnych umożliwia zastosowanie najpowszechniejszego sprzętu dźwigowego podczas instalacji generatora wiatrowego.
4. Diagram połączeń. W przeciwieństwie do APU z łopatkami, turbina jest podłączona zgodnie ze standardowym schematem. Na ten fakt w żaden sposób nie wpływają warunki techniczne przedstawione przez przyszłego właściciela turbiny wiatrowej.
5. Długa żywotność wynika z materiałów, z których wykonany jest generator wiatrowy i jego poszczególne części. Biorąc pod uwagę prace prewencyjne, które są obowiązkowe podczas eksploatacji turbiny wiatrowej, żywotność urządzenia może wynosić nawet 50 lat.



Geografia pracy APU turbiny

Najbardziej realistycznym i optymalnym miejscem do zainstalowania turbinowego generatora wiatrowego będzie brzeg jeziora lub morza. W pobliżu zbiorników wodnych taki generator wiatrowy będzie działał prawie przez cały rok, ponieważ dzięki urządzeniu z dyszami jest bardzo wrażliwy na lekkie bryzy i inne najmniejsze przejawy wiatru o prędkości 2 m/s.

Z takim samym sukcesem VST będzie działać w mieście, gdzie konwencjonalny generator wiatrowy nie może pracować z wielu znanych powodów:

1. Niepewność łopatowych turbin wiatrowych.
2. Emitowane przez nie infradźwięki.
3. Minimalna prędkość wiatru dla pracy łopatowego generatora wiatrowego wynosi 4 m/s.

Ciekawostka świadcząca o przewadze WTU

Jednym z fundamentów, na których opiera się stanowisko przeciwników alternatywnych źródeł energii, jest ingerencja farm wiatrowych w pracę urządzeń lokalizacyjnych. Podczas pracy generator wiatrowy zakłóca przechodzenie fal radiowych. Biorąc pod uwagę wielkość poszczególnych farm wiatrowych, a mogą one wynosić od kilkudziesięciu do kilkuset kilometrów kwadratowych, zrozumiałe jest, dlaczego rządy wielu krajów zaczęły blokować alternatywne projekty energetyczne na poziomie państwa – jest to bezpośrednie zagrożenie dla bezpieczeństwa narodowego .


Z tego powodu francuska firma produkująca komponenty do turbin wiatrowych podjęła się trudnego pod względem wykonawczym zadania - uczynić same turbiny wiatrowymi niewidocznymi dla radarów, a nie przestrzeni wokół turbiny wiatrowej. W tym celu wykorzystane zostaną doświadczenia zdobyte przy produkcji samolotów Stealth. W 2015 roku planowane jest wprowadzenie na rynek nowych komponentów.

Ale gdzie jest fakt, który dowodzi przewagi VST nad turbiną wiatrową z łopatami? A faktem jest, że turbiny wiatrowe nie zakłócają pracy sprzętu lokalizacyjnego nawet bez drogiej technologii Stealth.

Perspektywy rozwoju alternatywnej energetyki wiatrowej

Pierwsze próby zastosowania turbiny wiatrowej na skalę przemysłową podjęto w połowie ubiegłego wieku, ale zakończyły się niepowodzeniem. Wynikało to z faktu, że zasoby ropy były stosunkowo tanie, a budowa elektrowni wiatrowych nieopłacalna. Ale dosłownie 25 lat później sytuacja radykalnie się zmieniła.

Alternatywne źródła energii zaczęły się zintensyfikować w latach 70. ubiegłego wieku, po gwałtownym wzroście tempa inżynierii mechanicznej na świecie i po kryzysie naftowym w krajach, który doprowadził do kryzysu naftowego w 1973 roku. Wtedy po raz pierwszy nietradycyjny sektor energetyczny w niektórych krajach otrzymał wsparcie państwa, a turbina wiatrowa zaczęła być wykorzystywana na skalę przemysłową. W latach 80. światowa energetyka wiatrowa zaczęła osiągać samowystarczalność, a dziś kraje takie jak Dania, Niemcy i Australia zaopatrują się w prawie 30% z alternatywnych źródeł energii, w tym z farm wiatrowych.


Niestety, a może i na szczęście ubiegłoroczny trend na rynku ropy przy niestabilnej cenie ropy każe nam poważnie myśleć, że czasy, w których tania ropa była dobra, już minęły. Dziś dla wielu krajów im tańsza ropa naftowa, tym bardziej opłaca się rozwijać nietradycyjną energetykę, przede wszystkim dotyczy to krajów WNP. Dlatego istnieją przesłanki do rozwoju energetyki wiatrowej. Jak będzie - zobaczymy.

Stałe wyczerpywanie się zasobów naturalnych powoduje, że w ostatnim czasie ludzkość zajęta jest poszukiwaniem alternatywnych źródeł energii. Do chwili obecnej znana jest dość duża liczba rodzajów alternatywnych źródeł energii, z których jednym jest wykorzystanie energii wiatrowej.

Energia wiatru była wykorzystywana przez ludzi od czasów starożytnych, na przykład przy eksploatacji wiatraków. Pierwszy generator wiatrowy (turbina wiatrowa), który służył do wytwarzania energii elektrycznej, został zbudowany w Danii w 1890 roku. Takie urządzenia zaczęto stosować w przypadkach, gdy konieczne było dostarczenie energii elektrycznej do każdego trudno dostępnego obszaru.

Zasada działania generatora wiatrowego:

• Wiatr obraca koło z łopatkami, które poprzez skrzynię biegów przenosi moment obrotowy na wał generatora.
• Falownik wykonuje zadanie zamiany otrzymanego stałego prądu elektrycznego na prąd przemienny.
• Akumulator przeznaczony jest do dostarczania napięcia do sieci w przypadku braku wiatru.

Moc turbiny wiatrowej jest bezpośrednio zależna od średnicy koła wiatrowego, wysokości masztu i siły wiatru. Obecnie produkowane są turbiny wiatrowe, których średnica łopat wynosi od 0,75 do 60 m i więcej. Najmniejszą ze wszystkich nowoczesnych turbin wiatrowych jest G-60. Średnica wirnika, który ma pięć łopat, wynosi tylko 0,75 m, przy prędkości wiatru 3-10 m/s może generować moc 60 W, a jego waga to 9 kg. Taka instalacja jest z powodzeniem wykorzystywana do oświetlenia, ładowania baterii i komunikacji.

Wszystkie generatory wiatrowe można sklasyfikować według kilku zasad:

• Osie obrotu.
• Liczba ostrzy.
• Materiał, z którego wykonane są ostrza.
• Skok śruby.

Klasyfikacja osi obrotu:

• Poziomy.
• Pionowy.

Najbardziej popularne są turbiny wiatrowe poziome, których oś obrotu jest równoległa do podłoża. Ten typ nazywa się „wiatrakem”, którego łopaty obracają się pod wiatr. Konstrukcja poziomych generatorów wiatrowych przewiduje automatyczny obrót głowicy (w poszukiwaniu wiatru), a także obrót łopat, aby wykorzystać wiatr o małej sile.

Pionowe turbiny wiatrowe są znacznie mniej wydajne. Łopaty takiej turbiny obracają się równolegle do powierzchni ziemi w dowolnym kierunku i sile wiatru. Ponieważ w dowolnym kierunku wiatru połowa łopat wiatraka zawsze obraca się przeciwko niemu, wiatrak traci połowę swojej mocy, co znacznie obniża efektywność energetyczną instalacji. Jednak ten typ turbiny wiatrowej jest łatwiejszy w instalacji i konserwacji, ponieważ jej skrzynia biegów i generator są umieszczone na ziemi. Wadami generatora pionowego są: kosztowna instalacja, znaczne koszty eksploatacji oraz fakt, że do zainstalowania takiej turbiny wiatrowej potrzeba dużo miejsca.

Turbiny wiatrowe typu poziomego są bardziej odpowiednie do wytwarzania energii elektrycznej na skalę przemysłową, znajdują zastosowanie w przypadku tworzenia systemu farm wiatrowych. Pionowy jest często wykorzystywany na potrzeby małych prywatnych gospodarstw domowych.

Klasyfikacja według liczby ostrzy:

• Z dwoma ostrzami.
• Trzy ostrza.
• Wieloostrzowe (50 lub więcej ostrzy).

W zależności od ilości ostrzy wszystkie instalacje dzielą się na dwu-, trzy- i wielołopatowe (50 lub więcej ostrzy). Aby wytworzyć wymaganą ilość energii elektrycznej, nie jest wymagany fakt rotacji, ale osiągnięcie wymaganej liczby obrotów.

Każda łopata (opcja) zwiększa ogólny opór koła wiatrowego, utrudniając osiągnięcie prędkości roboczej generatora. Tak więc instalacje wielołopatowe zaczynają się obracać przy mniejszych prędkościach wiatru, ale są stosowane, gdy liczy się sam fakt rotacji, jak na przykład podczas pompowania wody. Turbiny wiatrowe z dużą liczbą łopat praktycznie nie są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej. Ponadto nie zaleca się instalowania na nich skrzyni biegów, ponieważ komplikuje to konstrukcję, a także czyni ją mniej niezawodną.

Klasyfikacja materiału ostrza:

• Generatory wiatrowe ze sztywnymi łopatami.
• Żeglarskie generatory wiatrowe.

Należy zauważyć, że łopaty żagla są znacznie łatwiejsze w produkcji, a zatem tańsze niż sztywne metalowe lub z włókna szklanego. Jednak te oszczędności mogą wiązać się z nieoczekiwanymi kosztami. Jeżeli średnica koła wiatrowego wynosi 3 m, to przy prędkości generatora 400-600 obr/min wierzchołek łopaty osiąga prędkość 500 km/h. Biorąc pod uwagę fakt, że powietrze zawiera piasek i kurz, fakt ten jest poważnym testem nawet dla sztywnych ostrzy, które przy stabilnej pracy wymagają corocznej wymiany folii antykorozyjnej nałożonej na końcówki ostrzy. Jeśli folia antykorozyjna nie zostanie zaktualizowana, sztywne ostrze stopniowo zacznie tracić swoją wydajność.

Łopaty typu żaglowego wymagają wymiany nie raz w roku, ale zaraz po pojawieniu się pierwszego silnego wiatru. Dlatego też autonomiczne zasilanie, które wymaga znacznej niezawodności elementów systemu, nie uwzględnia stosowania łopat typu żaglowego.

Klasyfikacja boiska:

• Stały skok śruby.
• Zmienny skok śruby.

Oczywiście zmienny skok śmigła zwiększa zakres efektywnych prędkości roboczych generatora wiatrowego. Jednak wprowadzenie tego mechanizmu prowadzi do komplikacji konstrukcji łopat, do wzrostu ciężaru koła wiatrowego, a także zmniejsza ogólną niezawodność turbiny wiatrowej. Konsekwencją tego jest konieczność wzmocnienia konstrukcji, co prowadzi do znacznego wzrostu kosztów systemu, nie tylko w trakcie zakupu, ale również w trakcie eksploatacji.

Nowoczesne turbiny wiatrowe to produkty high-tech o mocy od 100 do 6 MW. Turbiny wiatrowe o innowacyjnych konstrukcjach pozwalają na efektywne kosztowo wykorzystanie energii najsłabszego wiatru – już od 2 m/s. Za pomocą turbin wiatrowych można dziś z powodzeniem rozwiązać problemy z zasilaniem wyspowych lub lokalnych obiektów o dowolnej mocy.

turbiny wiatrowe

Rodzaje turbin wiatrowych. Nowe projekty i rozwiązania techniczne

Energia wiatrowa uderza w różnorodność i niezwykłą konstrukcję konstrukcji turbin wiatrowych. Istniejące projekty turbin wiatrowych, jak również proponowane projekty, stawiają energetykę wiatrową na tle konkurencji pod względem oryginalności rozwiązań technicznych na tle wszystkich innych minizespołów energetycznych działających w oparciu o odnawialne źródła energii.

Obecnie istnieje wiele różnych projektów koncepcyjnych turbin wiatrowych, które można podzielić na dwa główne typy w zależności od typu kół wiatrowych (wirniki, turbiny, śmigła). Są to turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu (łopatka) i pionowej (karuzela, tzw. turbiny w kształcie litery H).

Turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu

Turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu. W wiatrakach o poziomej osi obrotu wał wirnika i generator znajdują się u góry, natomiast układ musi być skierowany na wiatr. Małe wiatraki są prowadzone przez systemy łopatkowe, podczas gdy duże (przemysłowe) instalacje mają czujniki wiatru i serwa, które obracają oś obrotu w kierunku wiatru. Większość przemysłowych turbin wiatrowych jest wyposażona w przekładnie, które umożliwiają dostosowanie systemu do aktualnej prędkości wiatru. Ze względu na to, że maszt tworzy za sobą turbulentne przepływy, koło wiatrowe jest zwykle ustawione w kierunku przeciwnym do przepływu powietrza. Łopaty wiatraka są wystarczająco mocne, aby zapobiec ich kontaktowi z masztem w przypadku silnych podmuchów wiatru. Turbiny wiatrowe tego typu nie wymagają instalacji dodatkowych mechanizmów orientacji wiatru.

Koło wiatrowe z osią poziomą

Koło wiatrowe może być wykonane z różną liczbą łopat: od jednołopatowych turbin wiatrowych z przeciwwagą do wielołopatowych (do 50 lub więcej łopat). Koła wiatrowe z osią poziomą obroty są czasami wykonywane w ustalonym kierunku, tj. nie mogą obracać się wokół pionowej osi prostopadłej do kierunku wiatru. Ten typ generatorów wiatrowych jest używany tylko w obecności jednego dominującego kierunku wiatru. W większości przypadków system, na którym mocowane jest koło wiatrowe (tzw. głowica) jest obrotowy, zorientowany zgodnie z kierunkiem wiatru. W przypadku małych turbin wiatrowych stosuje się do tego celu ogony, natomiast w przypadku dużych elektronika kontroluje orientację.

W celu ograniczenia prędkości obrotowej koła wiatrowego przy dużych prędkościach wiatru stosuje się szereg metod, w tym ustawianie łopatek w pozycji łopatek, stosowanie zaworów, które stoją lub obracają się z łopatami, itp. Łopaty można przymocować bezpośrednio do wał generatora lub moment obrotowy może być przenoszony z jego obręczy przez wał wyjściowy do generatora lub innej maszyny roboczej.

Obecnie wysokość masztu przemysłowego generatora wiatrowego waha się od 60 do 90 m. Koło wiatrowe wykonuje 10-20 obrotów na minutę. Niektóre systemy mają skrzynię biegów typu plug-in, która umożliwia obracanie się koła wiatrowego szybciej lub wolniej w zależności od prędkości wiatru, przy jednoczesnym utrzymaniu wytwarzania energii. Wszystkie nowoczesne generatory wiatrowe wyposażone są w system ewentualnego automatycznego wyłączenia w przypadku zbyt silnych wiatrów.

Główne zalety osi poziomej to: zmienny skok łopatek turbiny, co pozwala na maksymalne wykorzystanie energii wiatru w zależności od warunków atmosferycznych; wysoki maszt pozwala „dostać się” na silniejsze wiatry; wysoka wydajność ze względu na kierunek wiatraka prostopadle do wiatru.

Jednocześnie oś pozioma ma szereg wad. Wśród nich są wysokie maszty do 90 m wysokości i długie łopaty, które są trudne do transportu, masywność masztu, konieczność skierowania osi na wiatr itp.

Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu. Główną zaletą takiego systemu jest brak konieczności kierowania osi na wiatr, ponieważ turbina wiatrowa wykorzystuje wiatr z dowolnego kierunku. Dodatkowo konstrukcja jest uproszczona, a obciążenia żyroskopowe zredukowane, powodujące dodatkowe naprężenia w łopatach, układzie napędowym i innych elementach instalacji o poziomej osi obrotu. Takie instalacje są szczególnie skuteczne na obszarach o zmiennym wietrze. Turbiny o osi pionowej działają przy niskich prędkościach wiatru i dowolnym jego kierunku bez orientacji na wiatr, ale mają niską wydajność.

Autorem pomysłu stworzenia turbiny o pionowej osi obrotu (turbina w kształcie litery H) jest francuski inżynier George Jean Marie Darius (Jean Marie Darier). Ten typ turbiny wiatrowej został opatentowany w 1931 roku. W przeciwieństwie do turbin o osi poziomej, turbiny w kształcie litery H „wychwytują” wiatr, gdy zmienia on kierunek, bez zmiany położenia samego wirnika. Dlatego turbiny wiatrowe tego typu nie mają „ogonu” i zewnętrznie przypominają beczkę. Wirnik ma pionową oś obrotu i składa się z dwóch do czterech zakrzywionych łopatek.

Łopaty tworzą przestrzenną strukturę, która obraca się pod działaniem sił nośnych powstających na łopatach w wyniku przepływu wiatru. W wirniku Darrieusa współczynnik wykorzystania energii wiatru osiąga wartości 0,300,35. Ostatnio opracowano silnik obrotowy Darrieus z prostymi łopatami. Teraz generator wiatrowy Daria można uznać za głównego konkurenta generatorów wiatrowych typu łopatkowego.

Instalacja ma dość wysoką wydajność, ale na maszcie powstają poważne obciążenia. System ma również duży moment rozruchowy, który z trudem może wytworzyć wiatr. Najczęściej dzieje się to pod wpływem czynników zewnętrznych.

Innym typem koła wiatrowego jest wirnik Savonius, stworzony przez fińskiego inżyniera Sigurta Savoniusa w 1922 roku. Moment obrotowy występuje, gdy powietrze przepływa wokół wirnika z powodu różnych oporów wypukłych i wklęsłych części wirnika. Koło jest proste, ale ma bardzo niski współczynnik wykorzystania energii wiatru - tylko 0,1-0,15.

Główną zaletą pionowych turbin wiatrowych jest to, że nie potrzebują mechanizmu ukierunkowania na wiatr. Posiadają generator i inne mechanizmy umieszczone na niewielkiej wysokości w pobliżu podstawy. Wszystko to znacznie upraszcza projekt. Elementy robocze znajdują się blisko podłoża, co ułatwia ich konserwację. Niska minimalna robocza prędkość wiatru (2-2,5 m/s) powoduje mniejszy hałas.

Jednak poważną wadą tych turbin wiatrowych jest znacząca zmiana warunków opływu skrzydła podczas jednego obrotu wirnika, który jest cyklicznie powtarzany podczas pracy. Ze względu na straty obrotowe w stosunku do przepływu powietrza, większość turbin wiatrowych z pionową osią obrotu jest prawie o połowę mniej wydajna niż te z osią poziomą.

Poszukiwania nowych rozwiązań w energetyce wiatrowej trwają, a już istnieją oryginalne wynalazki, takie jak turbożagiel. Generator wiatrowy montowany jest w postaci długiej pionowej rury o wysokości 100 m, w której ze względu na gradient temperatury między końcami rury występuje silny przepływ powietrza. Sam generator wraz z turbiną proponuje się zamontować w rurze, dzięki czemu przepływ powietrza zapewni ruch obrotowy turbiny. Jak pokazuje praktyka eksploatacji takich turbin wiatrowych, po rozkręceniu turbiny i specjalnym podgrzaniu powietrza na dolnej krawędzi rury, nawet przy spokojnym wietrze (i spokojnym), w rurze ustala się silny i stabilny przepływ powietrza . To sprawia, że ​​takie turbiny wiatrowe są obiecujące, ale tylko na terenach bezludnych (podczas pracy taka instalacja wciąga do rury nie tylko małe przedmioty, ale także duże zwierzęta). Instalacje te otoczone są specjalną siatką ochronną, a układ sterowania znajduje się w odpowiedniej odległości.

Turbożagiel

Specjaliści pracują nad stworzeniem specjalnego urządzenia do zagęszczania wiatru - dyfuzora (kompaktor energii wiatrowej). Przez rok turbinie wiatrowej tego typu udaje się „złapać” 4-5 razy więcej energii niż konwencjonalna. Wysoką prędkość obrotową koła wiatrowego uzyskuje się za pomocą dyfuzora. W jej wąskiej części przepływ powietrza jest szczególnie szybki, nawet przy stosunkowo słabym wietrze.

Generator wiatrowy z dyfuzorem

Jak wiadomo, prędkość wiatru rośnie wraz z wysokością, co stwarza korzystniejsze warunki do użytkowania turbin wiatrowych. Latawce zostały wynalezione w Chinach około 2300 lat temu. Pomysł wykorzystania latawca do podniesienia turbiny wiatrowej na wysokość powoli zaczyna urzeczywistniać.

Szwajcarscy projektanci z firmy Etra zaprezentowali nowy projekt latawców nadmuchiwanych, które mogą unieść do 100 kg przy masie skrzydła 2,5 kg. Mogą być stosowane do montażu na statkach morskich oraz podnoszenia na duże wysokości (do 4 km) turbin wiatrowych. W 2008 roku taki system został przetestowany podczas rejsu kontenerowca Beluga SkySails z Niemiec do Wenezueli (oszczędności paliwa wyniosły ponad 1000 USD dziennie).

Na przykład w Hamburgu firma Beluga Shipping zainstalowała taki system na masowcu z silnikiem Diesla Beluga SkySails. Latawiec w formie paralotni o wielkości 160 m2 unosi się w powietrze na wysokość do 300 m dzięki sile nośnej wiatru. Paralotnia podzielona jest na komory, do których na polecenie komputera sprężone powietrze jest doprowadzane elastycznymi rurkami. Do 2013 roku Beluga SkySails zamierza wyposażyć w taki system około 400 statków towarowych.

Wiatrołapy „Wietrołow”

Ciekawym rozwiązaniem jest konstrukcja wiatrownicy Vetrolov. Obrotowy korpus generatora wykonany jest wystarczająco długi (około 0,5 m), w środkowej części (w odstępie od kołnierza generatora do łopatek) znajduje się mechanizm składania łopatek. Zgodnie z zasadą działania jest podobny do mechanizmu otwierania parasola automatycznego, a ostrza przypominają skrzydło lotni. Aby ostrza nie opierały się o siebie podczas składania, osie ich mocowania są nieco przesunięte. Cztery ostrza (przez jedno) wchodzą do wewnątrz, a cztery - na zewnątrz. Po złożeniu powierzchnia oporu wiatraka zmniejsza się prawie czterokrotnie, a współczynnik oporu aerodynamicznego prawie dwukrotnie.

W górnej części podpory wiatraka zainstalowano „wahacz” z pionową osią obrotu. Z jednej strony znajduje się generator wiatrowy, z drugiej przeciwwaga. Przy słabym wietrze generator wiatrowy unosi się nad górną kreskę podpory za pomocą przeciwwagi, a oś wiatraka jest pozioma. Wraz ze wzrostem wiatru nacisk na koło wiatrowe wzrasta i zaczyna opadać, obracając się wokół osi poziomej. W ten sposób działa inny system „unikania” silnych wiatrów. Konstrukcja umożliwia zabudowę wahaczy tak, aby turbiny wiatrowe były instalowane jedna po drugiej. Okazuje się, że jest to rodzaj girlandy z identycznych modułów, które przy słabym wietrze stoją jeden nad drugim, a przy silnym wietrze opadają, „chowając się” w „cieniu wiatru” koła wiatrowego. Obejmuje to również zdolność systemu do dostosowania się do obciążenia zewnętrznego.

Generator wiatrowy Eolic

Projektanci Marcos Madia, Sergio Oashi i Juan Manuel Pantano opracowali przenośną turbinę wiatrową Eolic. Do produkcji urządzenia użyto tylko materiałów z aluminium i włókna węglowego. Po złożeniu turbina Eolic ma długość około 170 cm, doprowadzenie Eolic ze stanu złożonego do stanu roboczego zajmie 2-3 osoby, a proces ten zajmie 15-20 minut. Ten generator wiatrowy można złożyć do przenoszenia.

Turbina wiatrowa Revolution Air Design

Obecnie istnieje wiele projektów i opracowań projektowych. Tak więc francuski projektant Philippe Starck stworzył turbinę wiatrową Revolution Air. Projekt wiatraka nosi nazwę „Demokratyczna Ekologia”.

Generator wiatrowy Energy Ball

Międzynarodowa grupa projektantów i inżynierów Home-energy zaprezentowała swój produkt - turbinę wiatrową Energy Ball. Główną cechą nowości jest rozmieszczenie na niej ostrzy zgodnie z rodzajem kuli. Wszystkie są połączone z wirnikiem na obu końcach. Gdy wiatr przez nie przechodzi, wieje równolegle do wirnika, co zwiększa sprawność generatora. Energy Ball może działać nawet przy bardzo małych prędkościach wiatru i wytwarza znacznie mniej hałasu niż konwencjonalne turbiny wiatrowe.

Generator wiatrowy Tretiakow

Unikalna turbina wiatrowa została stworzona przez projektantów z Samary. W środowisku miejskim jest tańszy, bardziej ekonomiczny i mocniejszy niż europejskie odpowiedniki. Generator wiatrowy Tretyakov to wlot powietrza, który wychwytuje nawet stosunkowo słabe prądy powietrza. Nowość zaczyna generować użyteczną energię już przy prędkości 1,4 m/s. Ponadto nie ma potrzeby kosztownej instalacji: urządzenie można postawić na budynku, maszcie, pomoście itp. Ma wysokość 1 mi długość 1,4 m. Sprawność jest stała - około 52%. Moc aparatury przemysłowej wynosi 5 kW. W odległości 2 m hałas z farmy wiatrowej wynosi mniej niż 20 dB (dla porównania: hałas wentylatorów wynosi od 30 do 50 dB).

Amerykańska firma Wind Tronics z Michigan opracowała kompaktową turbinę wiatrową do użytku w prywatnych gospodarstwach domowych. Deweloperem technologii jest Wind Tronics, a gigant produkcyjny Honeywell założył produkcję turbin wiatrowych. Zaprojektowany z myślą o zerowym wpływie na środowisko.

W tej instalacji zastosowano bezprzekładniowy wirnik turbiny Blade Tip Power System (BTPS), który umożliwia turbinie wiatrowej pracę w znacznie szerszym zakresie prędkości wiatru, a także zmniejsza opór mechaniczny i wagę turbiny. Wind Tronics zaczyna się obracać przy prędkości wiatru zaledwie 0,45 m/s i działa do 20,1 m/s! Z obliczeń wynika, że ​​taka turbina wytwarza energię elektryczną średnio o 50% częściej i dłużej niż tradycyjne turbiny wiatrowe. Nawiasem mówiąc, automatyka z podłączonym na stałe anemometrem monitoruje prędkość i kierunek wiatru. Po osiągnięciu maksymalnej prędkości roboczej turbina po prostu skręca na wiatr opływowym bokiem. Automatyzacja systemu natychmiast reaguje na przechłodzony deszcz, który może powodować oblodzenie. Technologia została już opatentowana w ponad 120 krajach.

Na całym świecie rośnie zainteresowanie małymi turbinami wiatrowymi. Wiele firm pracujących nad rozwiązaniem tego problemu odniosło sukces w tworzeniu własnych, oryginalnych rozwiązań.

Optiwind produkuje oryginalne turbiny wiatrowe Optiwind 300 (300 kW, koszt - 75 tys. euro) i Optiwind 150 (150 kW, koszt - 35 tys. euro). Przeznaczone są do zbiorowej oszczędności energii w osiedlach i gospodarstwach rolnych (rys. 12). Główną ideą jest zbieranie energii wiatru za pomocą spiętrzonych konstrukcji kilku turbin na przyzwoitej wysokości. Optiwind 300 jest wyposażony w 61-metrową wieżę, platformę akceleratora ma średnicę 13 m, a każda turbina ma średnicę 6,5 m.

Konstrukcja turbiny GEDAYC ma nietypowy wygląd (rys. 13). Niska waga pozwala turbinie na efektywne obracanie generatora przy prędkości wiatru 6 m/s. Nowa konstrukcja ostrza wykorzystuje zasadę podobną do „systemu” latawca. Turbiny GEDAYC zostały już zainstalowane na trzech turbinach wiatrowych o mocy 500 kW dostarczających energię do wyrobisk kopalni. Montaż turbin GEDAYC i ich próbna eksploatacja wykazały, że dzięki nowej konstrukcji turbiny są lżejsze, wygodniejsze w transporcie i łatwiejsze w utrzymaniu.

Firma Earth Tronics opracowała nowy typ „domowej” turbiny wiatrowej Honeywell. System pozwala na generowanie prądu na czubkach łopatek, a nie na osi (jak wiadomo, prędkość obrotu końców łopatek jest znacznie wyższa niż prędkość obrotu osi). Tym samym turbina Honeywell nie wykorzystuje przekładni i generatora, jak w konwencjonalnych turbinach wiatrowych, co upraszcza konstrukcję, zmniejsza jej wagę oraz próg prędkości wiatru, przy której turbina wiatrowa zaczyna wytwarzać energię elektryczną.

W Chinach powstał pilotażowy projekt turbiny wiatrowej z lewitacją magnetyczną. Zawieszenie magnetyczne pozwoliło zmniejszyć początkową prędkość wiatru do 1,5 m/s, a tym samym zwiększyć całkowitą moc generatora o 20% w ciągu roku, co powinno obniżyć koszty wytworzonej energii elektrycznej.

Firma Maglev Wind Turbine Technologies z siedzibą w Arizonie zamierza produkować turbiny wiatrowe Maglev Turbine o osi pionowej o maksymalnej mocy 1 GW. Egzotyczny model turbiny wiatrowej wygląda jak wysoki budynek, ale w stosunku do swojej mocy jest niewielki. Jedna turbina Maglev może dostarczyć energię do 750 tys. domów i obejmuje obszar (łącznie ze strefą wyłączenia) około 40 hektarów. Ta turbina została wynaleziona przez wynalazcę Eda Mazura, założyciela MWTT. Turbina Maglev unosi się na podkładce magnetycznej. Główne elementy nowego zakładu znajdują się na poziomie gruntu i są łatwiejsze w utrzymaniu. W teorii nowa turbina pracuje normalnie zarówno przy ekstremalnie słabych wiatrach, jak i przy bardzo silnych wiatrach (powyżej 40 m/s). W pobliżu swoich turbin firma zamierza otwierać ośrodki naukowe i edukacyjne.

Badając dziedzictwo twórcze genialnego rosyjskiego inżyniera Władimira Szuchowa (1853-1939), specjaliści Inbitek-TI LLC zwrócili uwagę na jego pomysły wykorzystania hiperboloidów prętów stalowych w architekturze i budownictwie.

Turbina wiatrowa typu hiperboloidowego

Potencjał takich struktur dzisiaj nie jest w pełni zrozumiały i nie jest zbadany. Wiadomo również, że Szuchow nazwał swoją pracę z hiperboloidami „badaniami”. W oparciu o jego pomysły pojawił się rozwój turbin wiatrowych typu rotacyjnego o zupełnie nowej konstrukcji. Taka konstrukcja umożliwi pozyskiwanie energii elektrycznej nawet przy bardzo małych prędkościach wiatru. Do startu ze spoczynku wymagana jest prędkość wiatru 1,4 m/s. Osiąga się to poprzez wykorzystanie efektu lewitacji wirnika generatora wiatrowego. Generator wiatrowy tego typu jest w stanie rozpocząć pracę nawet przy wznoszących się prądach powietrza, co z reguły odbywa się przy rzece, jeziorze, bagnie.

Mobilna turbina wiatrowa

Kolejny ciekawy projekt – generator wiatrowy Mobile Wind Turbine – został opracowany przez projektantów z pracowni Pope Design (rys. 17). Jest to mobilny generator wiatrowy umieszczony na podstawie ciężarówki. Mobilna Turbina Wiatrowa potrzebuje tylko kierowcy do jej obsługi. Ta turbina wiatrowa może być wykorzystywana na obszarach klęsk żywiołowych, w następstwie awarii oraz przy odbudowie infrastruktury.

Obecny stan energetyki wiatrowej, proponowane projekty i rozwiązania techniczne dla turbin wiatrowych oraz „kompaktorów wiatrowych” pozwalają niemal wszędzie tworzyć mini elektrownie wiatrowe do użytku prywatnego. Próg prędkości „urwania się” generatora wiatrowego został znacznie obniżony dzięki postępowi technicznemu, zmniejszają się również wskaźniki masy i wielkości turbin wiatrowych. Pozwala to na eksploatację turbin wiatrowych w warunkach „domowych”.

Rodzaje turbin wiatrowych