Оптимизация конструкции конфузора ветроэнергетической установки для регионов с нестабильно-малым ветровым давлением
Ключевые слова:
конфузор, концентратор, ускорение воздушного потока, ветроэнергетические установки с вертикальной осью вращения, многоярусное исполнение
Аннотация
Рассмотрен вариант проектирования концентратора ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения, позволяющий достичь наибольших значений КПД относительно известных аналогов в условиях размещения ветроэнергетической установки в регионах резко континентального климата. Проанализирован принцип действия конфузорно-диффузорных ускорителей воздушного потока для ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения. Предложены модели трех-, пяти- и семилопастных ускорителей потока с разной величиной единичного радиуса логарифмической спирали по основанию. Определены суммарные величины средних коэффициентов ускорения воздушного потока в теле конфузорного канала при различной скорости набегающего потока в случаях наличия и отсутствия направляющей конструкции. Выявлены варианты поиска оптимальной конструкции ускорителя потока для получения наибольшего КПД ветроэнергетической установки. Дан случай построения узла аккумуляции воздушного потока посредством установки друг на друга ярусных надстроек, наряду с процессами увеличения мощности и усреднения величины воздушного потока на выходе. Данный вариант способствует снижению вибрационных нагрузок как на сам конструктив, так и на местность расположения ветроэнергетических установок в целом. Предложенные конструкции не нуждаются в ориентации по ветру и обладают свойством усреднения набегающего порывистого воздушного потока.
Литература
1. Bubenchikov A.A., Bubenchikova T.V., Artamonova E.Y., Shepelev A.O. Flow Accelerator for Wind Power Installations with the Vertical Rotation Axis // IEEE Intern. Conf. Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Syst. Europe. Milan,2017. Рp. 1—8.
2. Филиппов В.Е., Гаврильев Д.М. Исследование погружения плоской частицы в стоячей воде // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 11. С. 198—200.
3. Бубенчиков А.А. и др. Проблемы применения ветроэнергетических установок в регионах с малой ветровой нагрузкой // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 5–2 (36). С. 39—43.
4. Heier S. Wind Energy Conversion Systems // Grid Integration of Wind Energy: Onshore and Offshore Conversion Syst. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2014.
5. Винт ветрогенератора [Электрон. ресурс] http://x-vint.ru/index4.html (дата обращения 14.10.2017).
6. Горелов Д.Н. Аэродинамика ветроколес с вертикальной осью вращения. Омск: Полиграфический центр КАН, 2012.
7. Доржиев С.С., Базарова Е.Г., Горинов К.А. Осевые ускорители низкопотенциальных ветровых потоков // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2015. № 7. С. 48—54.
8. Мирошник В.В. и др. Исследование аэродинамики и энергетических характеристик ротора Дарье // Международный научно-исследовательский журнал.2017. № 12 (54). С. 134—141.
9. Куренский А.В., Бондаренко А.А., Кончаков Е.И. Экспериментальные исследования аэродинамических характеристик ветротурбины с вертикальной осью вращения // Вологдинские чтения. 2007. № 65. С. 94—95.
10. Лисицын А.Н., Задорожная Н.М. О перспективах ветроэнергетики в современном мире // нновационные технологии в науке и образовании: Сборник статей V Междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2017. С. 36—42.
11. Типы ветротурбин, их мощность, эффективность [Электрон. ресурс] http://www.solarhome.ru/ basics/wind/ (дата обращения 14.10.2017).
12. Janajreh I., Simiu E. Large Eddy Simulation of Wind Loads on a Low-rise Structure and Comparison with Wind Tunnel Results // Appl. Mechanics and Materials.2012. V. 152—154. Рр. 1806—1813.
13. Lee Y.T., Lim H.C. Power Performance Improvement of 500W Vertical Axis Wind Turbine with Salient Design Parameters // Intern. J. Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Eng. 2016. V. 10. No. 1. Pp. 84—88.
14. Байрамов Ф.Д., Галимов Н.С., Иванов В.А. Пути повышения эффективности ветродвигателей роторного типа с вертикальной осью вращения в мегаполисе // Научно-технический вестник Поволжья. 2014.№ 2. С. 99—102.
15. Говорова А.И. Математическое моделирование нестационарного отрывного обтекания разомкнутого контура: дисс. … канд. физ.-мат. наук. Омск: Омский гос. ун-т им. Ф.М. Достоевского, 2015.
16. Серебряков Р.А., Доржиев С.С., Базарова Е.Г. Современное состояние, проблемы и перспективы развития ветроэнергетики // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2016. № 3. С. 13—20.
17. Соколовский Ю.Б., Соколовский А.Ю. Повышение эффективности ветровых энергетических установок // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит.2014. № 9 (127). С. 28—37.
18. Паромов В.В., Земцов В.А., Копысов С.Г. Климат Западной Сибири в фазу замедления потепления (1986 — 2015 гг.) и прогнозирование гидроклиматических ресурсов на 2021 — 2030 гг. // Известия Томского политехн. ун-та. Серия «Инжиниринг георесурсов».2017. Т. 328. № 1. С. 62—74.
19. Карта ветровых районов России [Электрон. ресурс] http://www.angar21.ru/map-veter (дата обращения 14.10.2017).
20. Казакевич М.И., Кулябко В.В. Введение в виброэкологию зданий и сооружений. Днепропетровск: ПГАСА, 1996.
---
Для цитирования: Лебедев И.С., Бубенчиков А.А., Горюнов В.Н., Хацевский К.В. Оптимизация конструкции конфузора ветро¬энергетической установки для регионов с нестабильно-малым ветровым давлением // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 14—19. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-14-19.
#
1. Bubenchikov A.A., Bubenchikova T.V., Artamonova E.Y., Shepelev A.O. Flow Accelerator for Wind Power Installations with the Vertical Rotation Axis. IEEE Intern. Conf. Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Syst. Europe. Milan, 2017:1—8.
2. Filippov V.E., Gavril'ev D.M. Issledovanie Pogruzheniya Ploskoy Chastitsy v Stoyachey Vode. Gor- nyy Informatsionno-analiticheskiy Byulleten'. 2011;11:198—200. (in Russian).
3. Bubenchikov A.A. i dr. Problemy Primeneniya Vetroenergeticheskih Ustanovok v Regionah s Maloy Vetro- voy Nagruzkoy. Mezhdunarodnyy Nauchno-issledovatel'skiy Zhurnal. 2015;5–2(36):39—43. (in Russian).
4. Heier S. Wind Energy Conversion Systems. Grid Integration of Wind Energy: Onshore and Offshore Conversion Syst. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2014.
5. Vint Vetrogeneratora [Elektron. Resurs] http://x- vint.ru/index4.html (Data Obrashcheniya 14.10.2017). (in Russian).
6. Gorelov D.N. Aerodinamika Vetrokoles s Vertikal'noy Os'yu Vrashcheniya. Omsk: Poligraficheskiy Tsentr KAN, 2012. (in Russian).
7. Dorzhiev S.S., Bazarova E.G., Gorinov K.A. Osevye Uskoriteli Nizkopotentsial'nyh Vetrovyh Potokov. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya (ISJAEE). 2015;7:48—54. (in Russian).
8. Miroshnik V.V. i dr. Issledovanie Aerodinamiki i Energeticheskih Harakteristik Rotora Dar'e. Mezhdunarodnyy Nauchno-issledovatel'skiy Zhurnal. 2017;12 (54):134—141. (in Russian).
9. Kurenskiy A.V., Bondarenko A.A., Konchakov E.I. Eksperimental'nye Issledovaniya Aerodinamicheskih Harakteristik Vetroturbiny s Vertikal'noy Os'yu Vrashcheniya. Vologdinskie Chteniya. 2007;65:94—95. (in Russian).
10. Lisitsyn A.N., Zadorozhnaya N.M. O perspektivah Vetroenergetiki v Sovremennom Mire. Innovatsionnye Tekhnologii v Nauke i Obrazovanii: Sbornik Statey V Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Penza, 2017:36—42. (in Russian).
11. Tipy Vetroturbin, ih Moshchnost', Effektivnost' [Elektron. Resurs] http://www.solarhome.ru/basics/wind/ (Data Obrashcheniya 14.10.2017). (in Russian).
12. Janajreh I., Simiu E. Large Eddy Simulation of Wind Loads on a Low-rise Structure and Comparison with Wind Tunnel Results. Appl. Mechanics and Materials. 2012;152—154:1806—1813.
13. Lee Y.T., Lim H.C. Power Performance Improvement of 500W Vertical Axis Wind Turbine with Salient Design Parameters. Intern. J. Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Eng. 2016;10;1:84—88.
14. Bayramov F.D., Galimov N.S., Ivanov V.A. Puti Povysheniya Effektivnosti Vetrodvigateley Rotornogo Tipa s Vertikal'noy Os'yu Vrashcheniya v Megapolise. Nauchno-tekhnicheskiy Vestnik Povolzh'ya. 2014;2:99—102. (in Russian).
15. Govorova A.I. Matematicheskoe Modelirovanie Nestatsionarnogo Otryvnogo Obtekaniya Razomknutogo Kontura: Diss. … Kand. Fiz.-mat. Nauk. Omsk: Omskiy Gos. Un-t im. F.M. Dostoevskogo, 2015. (in Russian).
16. Serebryakov R.A., Dorzhiev S.S., Bazarova E.G. Sovremennoe Sostoyanie, Problemy i Perspektivy Razvitiya Vetroenergetiki. Aktual'nye Problemy Gumanitarnyh i Estestvennyh Nauk. 2016;3:13—20. (in Russian).
17. Sokolovskiy Yu.B., Sokolovskiy A.Yu. Povyshenie Effektivnosti Vetrovyh Energeticheskih Ustano- vok. Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit. 2014;9 (127):28—37. (in Russian).
18. Paromov V.V., Zemtsov V.A., Kopysov S.G. Klimat Zapadnoy Sibiri v Fazu Zamedleniya Potepleniya (1986 — 2015 gg.) i Prognozirovanie Gidroklimaticheskih Resursov na 2021 — 2030 gg.. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. Seriya «Inzhiniring Georesursov». 2017;328;1:62—74. (in Russian).
19. Karta Vetrovyh Rayonov Rossii [Elektron. Resurs]http://www.angar21.ru/map-veter (Data Obrashcheniya 14.10.2017). (in Russian).
20. Kazakevich M.I., Kulyabko V.V. Vvedenie v Vibroekologiyu Zdaniy i Sooruzheniy. Dnepropetrovsk: PGASA, 1996. (in Russian).
---
For citation: Lebedev I.S., Bubenchikov A.A., Goryunov V.N., Khatsevsky K.V. Optimizing the Confuser Design of a Wind Power Plant for Regions with Unstably Low Wind Pressure. MPEI Vestnik. 2019;1:14—19. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-14-19.
2. Филиппов В.Е., Гаврильев Д.М. Исследование погружения плоской частицы в стоячей воде // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 11. С. 198—200.
3. Бубенчиков А.А. и др. Проблемы применения ветроэнергетических установок в регионах с малой ветровой нагрузкой // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 5–2 (36). С. 39—43.
4. Heier S. Wind Energy Conversion Systems // Grid Integration of Wind Energy: Onshore and Offshore Conversion Syst. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2014.
5. Винт ветрогенератора [Электрон. ресурс] http://x-vint.ru/index4.html (дата обращения 14.10.2017).
6. Горелов Д.Н. Аэродинамика ветроколес с вертикальной осью вращения. Омск: Полиграфический центр КАН, 2012.
7. Доржиев С.С., Базарова Е.Г., Горинов К.А. Осевые ускорители низкопотенциальных ветровых потоков // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2015. № 7. С. 48—54.
8. Мирошник В.В. и др. Исследование аэродинамики и энергетических характеристик ротора Дарье // Международный научно-исследовательский журнал.2017. № 12 (54). С. 134—141.
9. Куренский А.В., Бондаренко А.А., Кончаков Е.И. Экспериментальные исследования аэродинамических характеристик ветротурбины с вертикальной осью вращения // Вологдинские чтения. 2007. № 65. С. 94—95.
10. Лисицын А.Н., Задорожная Н.М. О перспективах ветроэнергетики в современном мире // нновационные технологии в науке и образовании: Сборник статей V Междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2017. С. 36—42.
11. Типы ветротурбин, их мощность, эффективность [Электрон. ресурс] http://www.solarhome.ru/ basics/wind/ (дата обращения 14.10.2017).
12. Janajreh I., Simiu E. Large Eddy Simulation of Wind Loads on a Low-rise Structure and Comparison with Wind Tunnel Results // Appl. Mechanics and Materials.2012. V. 152—154. Рр. 1806—1813.
13. Lee Y.T., Lim H.C. Power Performance Improvement of 500W Vertical Axis Wind Turbine with Salient Design Parameters // Intern. J. Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Eng. 2016. V. 10. No. 1. Pp. 84—88.
14. Байрамов Ф.Д., Галимов Н.С., Иванов В.А. Пути повышения эффективности ветродвигателей роторного типа с вертикальной осью вращения в мегаполисе // Научно-технический вестник Поволжья. 2014.№ 2. С. 99—102.
15. Говорова А.И. Математическое моделирование нестационарного отрывного обтекания разомкнутого контура: дисс. … канд. физ.-мат. наук. Омск: Омский гос. ун-т им. Ф.М. Достоевского, 2015.
16. Серебряков Р.А., Доржиев С.С., Базарова Е.Г. Современное состояние, проблемы и перспективы развития ветроэнергетики // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2016. № 3. С. 13—20.
17. Соколовский Ю.Б., Соколовский А.Ю. Повышение эффективности ветровых энергетических установок // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит.2014. № 9 (127). С. 28—37.
18. Паромов В.В., Земцов В.А., Копысов С.Г. Климат Западной Сибири в фазу замедления потепления (1986 — 2015 гг.) и прогнозирование гидроклиматических ресурсов на 2021 — 2030 гг. // Известия Томского политехн. ун-та. Серия «Инжиниринг георесурсов».2017. Т. 328. № 1. С. 62—74.
19. Карта ветровых районов России [Электрон. ресурс] http://www.angar21.ru/map-veter (дата обращения 14.10.2017).
20. Казакевич М.И., Кулябко В.В. Введение в виброэкологию зданий и сооружений. Днепропетровск: ПГАСА, 1996.
---
Для цитирования: Лебедев И.С., Бубенчиков А.А., Горюнов В.Н., Хацевский К.В. Оптимизация конструкции конфузора ветро¬энергетической установки для регионов с нестабильно-малым ветровым давлением // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 14—19. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-14-19.
#
1. Bubenchikov A.A., Bubenchikova T.V., Artamonova E.Y., Shepelev A.O. Flow Accelerator for Wind Power Installations with the Vertical Rotation Axis. IEEE Intern. Conf. Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Syst. Europe. Milan, 2017:1—8.
2. Filippov V.E., Gavril'ev D.M. Issledovanie Pogruzheniya Ploskoy Chastitsy v Stoyachey Vode. Gor- nyy Informatsionno-analiticheskiy Byulleten'. 2011;11:198—200. (in Russian).
3. Bubenchikov A.A. i dr. Problemy Primeneniya Vetroenergeticheskih Ustanovok v Regionah s Maloy Vetro- voy Nagruzkoy. Mezhdunarodnyy Nauchno-issledovatel'skiy Zhurnal. 2015;5–2(36):39—43. (in Russian).
4. Heier S. Wind Energy Conversion Systems. Grid Integration of Wind Energy: Onshore and Offshore Conversion Syst. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2014.
5. Vint Vetrogeneratora [Elektron. Resurs] http://x- vint.ru/index4.html (Data Obrashcheniya 14.10.2017). (in Russian).
6. Gorelov D.N. Aerodinamika Vetrokoles s Vertikal'noy Os'yu Vrashcheniya. Omsk: Poligraficheskiy Tsentr KAN, 2012. (in Russian).
7. Dorzhiev S.S., Bazarova E.G., Gorinov K.A. Osevye Uskoriteli Nizkopotentsial'nyh Vetrovyh Potokov. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya (ISJAEE). 2015;7:48—54. (in Russian).
8. Miroshnik V.V. i dr. Issledovanie Aerodinamiki i Energeticheskih Harakteristik Rotora Dar'e. Mezhdunarodnyy Nauchno-issledovatel'skiy Zhurnal. 2017;12 (54):134—141. (in Russian).
9. Kurenskiy A.V., Bondarenko A.A., Konchakov E.I. Eksperimental'nye Issledovaniya Aerodinamicheskih Harakteristik Vetroturbiny s Vertikal'noy Os'yu Vrashcheniya. Vologdinskie Chteniya. 2007;65:94—95. (in Russian).
10. Lisitsyn A.N., Zadorozhnaya N.M. O perspektivah Vetroenergetiki v Sovremennom Mire. Innovatsionnye Tekhnologii v Nauke i Obrazovanii: Sbornik Statey V Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Penza, 2017:36—42. (in Russian).
11. Tipy Vetroturbin, ih Moshchnost', Effektivnost' [Elektron. Resurs] http://www.solarhome.ru/basics/wind/ (Data Obrashcheniya 14.10.2017). (in Russian).
12. Janajreh I., Simiu E. Large Eddy Simulation of Wind Loads on a Low-rise Structure and Comparison with Wind Tunnel Results. Appl. Mechanics and Materials. 2012;152—154:1806—1813.
13. Lee Y.T., Lim H.C. Power Performance Improvement of 500W Vertical Axis Wind Turbine with Salient Design Parameters. Intern. J. Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Eng. 2016;10;1:84—88.
14. Bayramov F.D., Galimov N.S., Ivanov V.A. Puti Povysheniya Effektivnosti Vetrodvigateley Rotornogo Tipa s Vertikal'noy Os'yu Vrashcheniya v Megapolise. Nauchno-tekhnicheskiy Vestnik Povolzh'ya. 2014;2:99—102. (in Russian).
15. Govorova A.I. Matematicheskoe Modelirovanie Nestatsionarnogo Otryvnogo Obtekaniya Razomknutogo Kontura: Diss. … Kand. Fiz.-mat. Nauk. Omsk: Omskiy Gos. Un-t im. F.M. Dostoevskogo, 2015. (in Russian).
16. Serebryakov R.A., Dorzhiev S.S., Bazarova E.G. Sovremennoe Sostoyanie, Problemy i Perspektivy Razvitiya Vetroenergetiki. Aktual'nye Problemy Gumanitarnyh i Estestvennyh Nauk. 2016;3:13—20. (in Russian).
17. Sokolovskiy Yu.B., Sokolovskiy A.Yu. Povyshenie Effektivnosti Vetrovyh Energeticheskih Ustano- vok. Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit. 2014;9 (127):28—37. (in Russian).
18. Paromov V.V., Zemtsov V.A., Kopysov S.G. Klimat Zapadnoy Sibiri v Fazu Zamedleniya Potepleniya (1986 — 2015 gg.) i Prognozirovanie Gidroklimaticheskih Resursov na 2021 — 2030 gg.. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. Seriya «Inzhiniring Georesursov». 2017;328;1:62—74. (in Russian).
19. Karta Vetrovyh Rayonov Rossii [Elektron. Resurs]http://www.angar21.ru/map-veter (Data Obrashcheniya 14.10.2017). (in Russian).
20. Kazakevich M.I., Kulyabko V.V. Vvedenie v Vibroekologiyu Zdaniy i Sooruzheniy. Dnepropetrovsk: PGASA, 1996. (in Russian).
---
For citation: Lebedev I.S., Bubenchikov A.A., Goryunov V.N., Khatsevsky K.V. Optimizing the Confuser Design of a Wind Power Plant for Regions with Unstably Low Wind Pressure. MPEI Vestnik. 2019;1:14—19. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-14-19.
Опубликован
2018-02-15
Выпуск
Раздел
Электрические станции и электроэнергетические системы (05.14.02)
