Transformarea energiei eoliene este o modalitate de a obține energie electrică ieftină. Există multe modele de turbine eoliene. Unele dintre ele sunt concepute pentru o eficiență maximă, altele sunt nepretențioase în utilizare. Al doilea grup include rotorul Savonius, creat cu aproximativ 100 de ani în urmă, acesta fiind încă folosit cu succes pentru a rezolva diverse probleme tehnice.
Istoria creației
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - inventator din Finlanda, a câștigat faima pentru munca sa în fizică legată de studiul energiei eoliene. În timpul vieții sale, a primit mai multe brevete care sunt folosite nu numai pentru a crea turbine eoliene, ci și în construcțiile navale, precum și în sistemele de ventilație ale vagoanelor și autobuzelor moderne.
Un alt inventator din Germania - Anton Flettner (1888 - 1861) la începutul secolului trecut a venit cu o alternativă la vela clasică, creând așa-numitul rotor Flettner. Esența invențieis-a redus la următoarele: un cilindru rotativ, suflat de vânt, a primit o forță îndreptată în direcția orizontală, depășind de 50 de ori forța fluxului de aer. Datorită acestei descoperiri, au fost construite mai multe nave care folosesc puterea vântului pentru a se deplasa. Spre deosebire de barca cu pânze convenționale, aceste nave nu erau complet independente de energie. Au fost necesare motoare pentru a învârti rotorul.
Reflectând la vela lui Flettner, Savonius a ajuns la concluzia că energia eoliană ar putea fi folosită și pentru a o învârti. În 1926, el a dezvoltat și patentat designul unui cilindru deschis cu lame în direcția opusă în interior.
Un pic de fizică
În primul rând, o mică teorie. Toată lumea a observat că atunci când merge pe bicicletă, aerul creează o rezistență semnificativă la mișcare. Și cu cât viteza este mai mare, cu atât este mai mare această valoare. Al doilea factor care afectează rezistența este aria secțiunii transversale a corpului afectată de fluxul de aer. Dar există o a treia mărime, care este legată de geometria corpului. Este exact ceea ce designerii de caroserie încearcă să reducă atunci când vine vorba de aerodinamică.
De exemplu, putem spune că trei plăci cu aceeași zonă de secțiune transversală, dar având forme diferite: concave, drepte și convexe, vor avea un coeficient de rezistență foarte diferit. Pentru o formă convexă va fi 0,34, pentru una dreaptă - 1,1, pentru una concavă - 1,33. A fost forma concavă care a fost luată pentru palele rotorului Savonius. Este recunoscută ca fiind cea mai eficientă gazdăenergie eoliană.
Principiul de funcționare al rotorului Savonius
Spre deosebire de vela lui Flettner, Savonius a propus să împartă cilindrul în două jumătăți și să le mute unul față de celăl alt pentru a obține palele și spațiul dintre ele. Esența ideii lui Savonius a fost că fluxul de aer care lovea o lamă nu s-a dus doar în lateral după aceea, ci, trecând prin golul axial, a fost redirecționat către a doua lamă, ceea ce a crescut semnificativ efectul vântului..
Acest principiu de funcționare permite rotorului Savonius să funcționeze chiar și în condiții de vânt slab.
Există mai multe opțiuni de profil:
- Lamele sunt fixate pe axă în așa fel încât să nu existe un spațiu de aer între ele. Aceasta este cea mai simplă versiune a numeroaselor descrieri ale rotorului Savonius.
- Baza unei lame este introdusă în baza celeil alte. Un decalaj semnificativ rămâne de-a lungul liniei axei. Această opțiune permite vântului dintr-o jumătate a rotorului să se deplaseze în ceal altă. Profil mai eficient.
- La fel ca și a doua opțiune, doar aria lamelor este mărită prin adăugarea unei plăci drepte pe interior.
Domeniul de aplicare
În anii 60 ai secolului trecut, rotoarele Savonius au fost folosite în sistemele de ventilație ale căilor ferate. Au fost instalate pe acoperișurile vagoanelor. În timpul mișcării, rotorul a început să se rotească și să pompeze aer din stradă în cameră. Sisteme similare au fost instalate și pe autobuze.
Astăzi, principala aplicație a rotorului este înturbine eoliene cu ax vertical. Există o serie de modele similare care combină doi factori:
- axa verticală de rotație;
- nepretențiozitate față de direcția fluxului vântului.
Pe lângă turbinele eoliene verticale, există dispozitive cu axă orizontală. Ele se disting printr-un retur mare cu aceeași forță a vântului. Din punct de vedere structural, ele seamănă cu palele elicelor aeronavelor, situate pe o axă orizontală și având o coadă de ghidare pentru alinierea cu vântul.
Avantajele turbinei eoliene Savonius
În ciuda faptului că rotoarele axiale verticale ale turbinelor eoliene pierd din eficiență față de rotoarele axiale orizontale, aceștia au încă o serie de avantaje incontestabile:
- Lucrați în orice zonă climatică. Datorită suprafeței lor transversale mici, nu se tem de vânturile uraganelor.
- Nu aveți nevoie de dispozitive suplimentare pentru lansarea lor. Datorită formei concave a palelor, lansarea are loc la valori minime ale vântului - 0,3 m/s. Generatorul atinge valori optime la o viteză a fluxului de aer de 5 m/s.
- Datorită nivelului scăzut de zgomot de până la 20 dB, moara de vânt poate fi instalată în imediata apropiere a carcasei, ceea ce este important pentru generarea de energie electrică de mică putere și pierderea curentului în fire.
- Nu necesită o anumită direcție a vântului. Încep să lucreze din fluxul de aer mergând în orice unghi.
- Designul simplu reduce costurile de întreținere.
- Nu este periculos pentru păsările care percep structura ca un întreg și nu încearcă să zboare prin lame.
Dezavantajele turbinelor eoliene verticale includ eficiență relativ scăzută, costuri mai mari pentru materialele de construcție, dimensiuni mari necesare pentru a obține puterea necesară.
Cum să faci o turbină eoliană cu propriile mâini
Să faci un dispozitiv care să furnizeze o casă de țară complet electricitate pare puțin probabil. Totuși, realizarea unei mici moară de vânt care să genereze electricitate gratuită care să asigure funcționarea dispozitivelor de putere redusă (pompa de irigare, iluminat stradal în fața casei, deschiderea porților automate) este în puterea oricărui meșter. Pentru aceasta veți avea nevoie de:
- 3 foi de aluminiu cu o lungime laterală de 33 cm, aproximativ 1 mm grosime;
- conductă de scurgere cu diametrul de 15 cm și lungimea de 60 cm;
- țeavă de apă de 4 cm;
- generator electric (mașina poate fi folosită);
- garnituri (unghiuri de oțel, șuruburi autofiletante, piulițe, șuruburi).
Instrucțiuni de gătit
Pentru a face un rotor Savonius simplu, aveți nevoie de:
- Tăiați 3 discuri cu un diametru de 33 cm din foi de aluminiu.
- Tăiați o conductă de apă cu un diametru de 15 cm de-a lungul axei pentru a face 2 semifabricate pentru lame. Apoi tăiați fiecare bucată în mijloc. Astfel, vei primi 4 lame identice, cu lungimea de 30 cm.
- Găuriți o gaură în centrul discurilor prin care puteți introduce o conductă de apă de 4 cm.
- Conectează toate cele trei discuri cu o țeavă și între eleintroduceți lamele. Două între două discuri. Lamele trebuie orientate astfel încât unghiul dintre axele lor să fie de 90 de grade. Acest lucru va permite chiar și un vânt ușor să rotească generatorul.
- Folosiți colțuri și șuruburi autofiletante pentru a fixa lamele pe jantele de aluminiu.
- Apăsați arborele generatorului în partea inferioară a țevii, care este axa.
Generatorul eolian este gata. Rămâne doar să alegeți un loc de instalare suficient de deschis la curenții de aer. Dacă nu este suficient vânt, atunci puteți face un catarg în alt, deasupra căruia să plasați generatorul.
Turbine eoliene verticale prefabricate
Odată cu dezvoltarea energiei alternative, există o cerere tot mai mare pentru produse de alimentare autonomă. În prezent, pe piață există turbine eoliene fabricate în Rusia, al căror preț începe de la 60 de mii de ruble.
Aceste unități pot fi utilizate în sectorul privat, satisfacând nevoile de energie electrică de la 250 W la 250 kW.
