В этом разделе нашей библиотеки собираются книги и статьи, посвященные ветровой энергетике. Если вы располагаете материалами, которые здесь не представлены, присылайте эти материалы для публикации в нашей библиотеке.
«Неисчерпаемая энергия. Книга 1. Ветроэлектрогенераторы»
Изд. Национальный аэрокосмический ун-т, Харьков, 2003 г., формат — .djvu.
В.С.Кривцов, А.М.Олейников, А.И.Яковлев. «Неисчерпаемая энергия. Книга 2. Ветроэнергетика»
Изд. Национальный аэрокосмический ун-т, Харьков, 2004 г., формат — .pdf.
Рассмотрены физические процессы преобразования энергии в ветротурбинах и электрических генераторах. Приведены примеры и результаты аэродинамических, прочностных и электромагнитных расчетов, которые сравниваются с опытными данными. Описаны конструкции ветроэлектрических установок и генераторов, их эксплуатационные характеристики и системы регулирования.
Я.И.Шефтер, И.В.Рождественский. «Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках»
Изд. Минсельхоза СССР, Москва, 1967 г., формат — .djvu.
Авторы книги в течение нескольких лет проводили анализ предложений и решений по созданию ветроэнергетических установок. В книге в сжатой и доступной форме изложены краткие сведения об энергии ветра и принципах работы основных систем ветродвигателей, систематизированы основные предложения изобретателей, рассказано о тех конструкциях ветродвигателей, которые выпускались в Советском Союзе.
В.П.Харитонов. «Автономные ветроэлектрические установки»
Изд. Академии сельхознаук, Москва, 2006, формат — .djvu.
Дано описание и приведены характеристики автономных ветроэлектрических установок (ВЭУ), предназначенных для подъема и опреснения воды, электроснабжения, производства тепла и других целей. Представлены результаты теоретических исследований крыльчатых ветродвигателей в переменном воздушном потоке и рекомендации по оптимизации их агрегирования с нагрузками различного типа. Отражен опыт разработки серии генераторов для ветроагрегатов и систем возбуждения к ним. Проведен анализ ветровых условий с рекомендациями по выбору мест размещения ВЭУ. Проанализированы экономические показатели ВЭУ различных типоразмеров.
Б.Б.Кажинский. «Простейшая ветроэлектростанция КД-2»
Изд. ДОСАРМ, Москва, 1949 г., формат -.djvu.
В этой брошюре дается описание простейшего ветродвигателя, доступного для изготовления в условиях домашнего хозяйства.
Каргиев В.М., Мартиросов С.Н., Муругов В.П., Пинов А.Б., Сокольский А.К., Харитонов В.П. «ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА. Руководство по применению ветроустановок малой и средней мощности» .
Изд.«Интерсоларцентр», Москва, 2001 г.
Это руководство подготовлено российским центром солнечной энергии «Интерсоларцентр» в рамках работ по проекту ОРЕТ (Organization for Promotion of Energy Technologies) на базе материалов, предложенных исследовательским агентством ETSU (Великобритания) — партнером «Интерсоларцентра» по ОРЕТ.
«Типы ветродвигателей. Новые конструкции и технические решения»
Существующие конструктооры ветрогенераторов, а также предлагаемые проекты ставят ветроэнергетику вне конкуренции по оригинальности технических решений по сравнению со всеми остальными мини-энергокомплексами, работающими с использованием ВИЭ.
Е.М.Фатеев. «Ветродвигатели и ветроустановки»
Изд. ОГИЗ-СЕЛЬХОЗГИЗ, Москва, 1948 г.
Книга содержит большой теоретический материал о ветре, его характеристиках, типах ветродвигателей, методиках расчета их мощности.
Бырладян А.С. «Ветродвигатели для ветроустановок»
Формат.pdf.
В статье рассматривается задача выбора ветродвигателя для ветроэлектрических установок. Путѐм
сравнения показателей и характеристик ветродвигателей показано, что для существующих режимов и скоростей ветра на территории Республики Молдова необходимо использовать тихоходные (многолопастные) ветродвигатели крыльчатого класса.
Strickland, M.D., E.B. Arnett, W.P. Erickson, D.H. Johnson, G.D. Johnson, M.L., Morrison, J.A. Shaffer, W. Warren-Hicks. «COMPREHENSIVE GUIDE TO STUDYING WIND ENERGY/WILDLIFE INTERACTIONS» .
National Wind Coordinating Collaborative, 2011, на английском языке, формат — .pdf.
Этот документ призван служить руководством для людей, которые занимаются проектированием и созданием ветровых установок или изучением взаимодействия таких установок с окружающей средой.
«Wind Energy. A Guide for small to medium sized enterprises» .
Изд. European Comission, 2001, на англ. языке, формат — .pdf.
Цель настоящего издания состоит в том, чтобы помочь понять факторы, влияющие на решение об использовании энергии ветра, и стимулировать создание малых и средних установок ветровых турбин физическими лицами и малыми и средними предприятиями.
СОДЕРЖАНИЕВведение 3
I Ветер
1 Происхождение ветра 4
2 Скорость ветра и как ее измерить 5
3 Влияние препятствий на скорость и направление ветра 9
4 Повторяемость ветра 10
5 Энергия ветра 10
II Ветродвигатели
6 Системы ветродвигателей 13
7 Принцип работы крыльчатых ветродвигателей 15
8 Установ на ветер и регулирование ветродвигателей 20
9 Как определить размеры крыльев на заданную мощность 21
10 Как сделать крылья к ветроэлектрическому агрегату 29
III Как сделать самому ветроэлектрический агрегат
11 Конструкции существующих ветроэлектрических агрегатов 34
12 Как сделать самому простейший ветроэлектрический агрегат на 100 вт без помощи завода 44
IV Электрооборудование ветроэлектрических агрегатов и уход за ним
13 Электрооборудование 50
14 Краткие сведения по эксплоатации и уходу за ветроэлектрическими агрегатами 54
15 Уход за коммутационной аппаратурой 61
16 Эксплоатационные показатели ветроэлектрических агрегатов 62
Маломощные ветроэлектрические установки представляют большой интерес для районов, еще недостаточно электрифицированных или удаленных от промышленных центров.
Ветроэлектроустановки малой мощности до 100 вт настолько просты, что их можно легко изготовлять своими силами. Эксплоатация таких агрегатов также проста и не требует затраты средств на горючее. Стоимость киловаттчаса ветроэлектрических агрегатов в районах со среднегодовыми скоростями ветра выше 5 м-сек оказывается ниже тарифа местных электростанций.
Надо сказать, что ветровой режим района является основным условием, определяющим экономическую целесообразность эксплоатации ветроэлектрических установок. Поэтому, прежде чем приступить к рассмотрению конструкций ветроэлектрических агрегатов и способа их изготовления, необходимо познакомиться с основными характеристиками ветра как источника энергии. Кроме того, чтобы понять особенно сти ветродвигателя, преобразующего энергию ветра в механическую работу, необходимо также познакомиться хотя бы с элементарными основами аэродинамики ветродвигателей. Это поможет правильно построить крылья ветроколеса, которые являются главной частью ветроэлектрического агрегата.
1. ВЕТЕР
1. Происхождение ветра. Ветром называют движение окружающего земной шар воздуха. Мы настолько свыклись с этим явлением, что у нас и не появляется вопроса: как и почему возникает ветер? Однако, для более ясного представления об этой силе природы следует знать и причины, ее порождающие.
Если мы откроем немного дверь теплой комнаты, находящейся рядом с холодным помещением, то сейчас же наши ноги ощутят холод, между тем как на уровне лица этого ощущения не будет. Это происходит оттого, что теплый воздух, будучи легче, чем холодный, стремится занимать верхнюю часть помещения, а холодный - нижнюю. Воздух из холодного помещения устремляется в теплую комнату и как более тяжелый распространяется понизу, вытесняя из нее теплый воздух, который в свою очередь под действием холодного вытесняется из теплой комнаты через верхнюю часть открытой двери. В этом можно легко убедиться, поднося зажженную свечу к щели приоткрытой двери: сначала внизу, потом в средине и, наконец, вверху. Внизу пламя свечи наклонится внутрь теплой комнаты, в средине будет стоять вертикально, а вверху направлено в сторону холодною помещения. Отклонение пламени свечи указывает направление движения воздуха между помещениями с разными температурами.
Аналогичное явление происходит с воздухом земной атмосферы. Солнце нагревает землю не везде одинаково. На экваторе солнечные лучи падают на землю вертикально и нагревают ее поверхность наиболее сильно, ближе к полюсам лучи солнца падают наклонно и греют слабее, а на полюсах солнце греет землю совсем слабо. Соответственно нагреву поверхности земли нагревается и воздух, расположенный над ней. Таким образом, воздух на поверхности земли имеет разные температуры, а следовательно, разные давления и вес. Атмосферный воздух устремляется из холодных пространств в теплые, т. е. от полюсов к экватору, вытесняет нагретый, который направляется в верхние слои атмосферы. На высоте нескольких километров нагретый воздух, разделившись на два потока, направляется к полюсам. По мере приближения « ним он охлаждается и опускается ближе к поверхности земли. На полюсах он совершенно охлаждается и направляется обратно к экватору. Такое явление происходит постоянно, создавая циркуляцию атмосферы над поверхностью земли.
Постоянное движение воздуха с юга и севера к экватору называется пассатом. Вследствие вращения земли с запада на восток пассат движется к экватору с севера - в северо-восточном направлении, а с юга - в юго-восточном.
В северной и южной частях земного шара наблюдаются местные ветры с переменным направлением. Эти ветры вызываются тем, что по мере удаления от тропиков к полюсам чередование времен года - зимы, весны, лета и осени, а также присутствие морей, гор и т. п. делают температуру атмосферного воздуха крайне непостоянной, а следовательно, непостоянным направление и скорость движения воздушных потоков.
2. Скорость ветра и как ее измерить. Основной величиной, характеризующей силу ветра, является его скорость. Величина скорости ветра определяется расстоянием в метрах, проходимым им -в течение 1 сек. На-прнмер, если за 20 сек.
ветер прошел расстояние 160 м, то его скорость v за данный промежуток времени была равна:
Скорость ветра отличается большим непостоянством: она изменяется не только за продолжительное время, но и за короткие промежутки времени (в течение часа, минуты и даже секунды) на большую величину. На фиг. 1 дана кривая, показывающая изменение скорости ветра в течение 6 мин. Из этой кривой можно заключить, что ветер движется с пульсирующей скоростью.
Скорости ветра, наблюдаемые за короткие промежутки времени - от нескольких секунд до 5 мин, называют мгно-
Фиг. 3. Анемометр завода "Метрприбор".
венными или действительными. Скорости же ветра, полученные как средние арифметические из мгновенных скоростей, называют средними скоростями ветра. Если сложить замеренные скорости ветра в течение суток и разделить на число замеров, то получится среднесуточная скорость ветра.
Если же сложить среднесуточные скорости ветра за весь месяц и разделить эту сумму на число дней месяца, то получим среднемесячную скорость ветра. Сложив среднемесячные скорости и разделив сумму на двенадцать месяцев, получим среднегодовую скорость ветра.
Скорости ветра замеряют с помощью приборов, называемых анемометрами.
Простейший анемометр, позволяющий определять мгновенные скорости зетра и называемый простейшим флюгером-анемометром, показан на фиг. 2, Он состоит из металлической доски, качающейся около горизонтальной оси а, закрепленной на вертикальной стойке б. Сбоку доски на той же оси а закреплен сектор б, с восемью штифтами. На стойке б ниже сектора закреплен флюгер г, который все время устанавливает доску плоскостью к ветру. При действии последнего доска отклоняется и проходит мимо штифтов, каждый из которых указывает при этом на определенную скорость ветра. Стойка б с флюгером г поворачивается ео втулке д, в которой закреплены в горизонтальной плоскости 4 длинных стержня, указывающих главные страны света: север, юг, восток и запад, и между ними 4 коротких, указывающих на северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Таким образом, с помощью флюгера-анемометра можно определять одновременно и скорость и направление ветра.
Значения скоростей ветра, соответствующих каждому штифту сектора в, приведены в табл. 1.
3. Влияние препятствий на скорость и направление ветра.
Ветер, проносящийся мимо домов, деревьев, холмов и других препятствий, из прямолинейного движения переходит в беспорядочное. Воздушные струи, непосредственно обтекающие края препятствий, закручиваются в вихревые кольца и уносятся в направлении воздушного потока. На месте унесенных появляются новые вихревые кольца, которые опять уносятся, и т. д. Понятно, что там, где образуются вихри, ветер теряет свою скорость и направление.
Вихревое движение ветра, появляясь на гранях препятствия, далеко за ним постепенно затухает и совершенно прекращается на расстоянии приблизительно пятнадцатикратной высоты препятствия. Вообще вихри образуются вследствие трения движущегося воздуха о поверхность земли, постройки, деревья и т. п.
Поэтому вблизи поверхности скорость ветра меньше, чем на высоте.
Об этом необходимо помнить при выборе места для установки Еетродвигателя. Ветроколесо двигателя должно быть вынесено выше препятствий, где поток ветра ничем не нарушается. Вообще ветроколесо должно быть вынесено возможно выше, так как с увеличением высоты увеличивается скорость ветра, а вместе с этим увеличивается и мощность ветродвигателя, Например, при увеличении высоты положения ветроколеса в два раза его мощность увеличится примерно в полтора раза. Однако, при выборе высоты необходимо учитывать удобства обслуживания ветродвигателя при эксплоата-ции. Минимальная высота башни под ветродвигатель должна быть выбрана с таким расчетом, чтобы нижний конец крыла ветроколеса был на 1,5 - 2 м выше ближайшего препятствия, как показано на фиг. 4.
4. Повторяемость ветра. Наблюдения показывают, что скорость ветра все время изменяется, и трудно угадать, сколько часов дует ветер с той или иной скоростью в течение суток или месяца. Нам, однако, нужно знать повторяемость ветра, т. е. сколько часов был ветер со скоростью 3, 4, 5 м/сек и т. д. в течение некоторого промежутка времени. Это даст возможность определить, с какой мощностью может работать ветродвигатель и сколько лошадиных сило-часов он выработает за месяц или за год. Еще в 1895 г. М. М. Поморцев установил закономерность повторяемости в зависимости от среднегодовых скоростей ветра. На основании этой закономерности составлена табл. 3 повторяемости разных скоростей ветра в зависимости от среднегодовых скоростей. Например, в районах со среднегодовой скоростью ветра 4 м/сек ветер был равен О (штиль) 307 час Это число представляет сумму часов кратковременных штилей и штилей, вообще наблюдавшихся в разное время года; слабый ветер со скоростью 3 м/сек дул 1 445 час.; ветер со скоростью 8 м/сек дул 315 час. и т. д.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
М: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1948. - 544 с.Оглавление.
Введение.
Развитие ветроиспользования.
Применение ветродвигателей в сельском хозяйстве.
Ветродвигатели.
Краткие сведения из аэродинамики.
Воздух о его свойства.
Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли.
Понятие о вихревом движении.
Вязкость.
Закон подобия. Критерии подобия.
Пограничный слой и турбулентность.
Основные понятия экспериментальной аэродинамики.
Оси координат и аэродинамические коэффициенты.
Определение аэродинамических коэффициентов. Поляра Лилиенталя.
Индуктивное сопротивление крыла.
Теорема Н- Е. Жуковского о подъемной силе крыла.
Переход с одного размаха крыльев на другой.
Системы ветродвигателей.
Классификация ветродвигателей по принципу их работы.
Преимущества и недостатки различных систем ветродвигателей.
Теория идеального ветряка.
Классическая теория идеальною ветряка.
Теория идеальною ветряка проф. Г. Х. Сабинина.
Теория реального ветряка проф. Г. X. Сабинина.
Работа элементарных лопастей ветроколеса. Первое уравнение связи.
Второе уравнение связи.
Момент и мощность всего ветряка.
Потери ветряных двигателей.
Аэродинамический расчёт ветроколеса.
Расчет характеристики ветроколеса.
Профили «Эсперо» и построение их.
Экспериментальные характеристики ветродвигателей.
Метод получения экспериментальных характеристик.
Аэродинамические характеристики ветродвигателей.
Экспериментальная проверка теории ветродвигателей.
Экспериментальная проверка ветродвигателей.
Оборудование башни дли испытаний ветродвигателей.
Соответствие характеристик ветродвигателя и его мощности.
Установ ветродвигателей на ветер.
Установ при помощи хвоста.
Установ виндрозами.
Уставов расположением ветроколеса за башней.
Регулирование числа оборотов и мощности ветродвигателей.
Регулирование выводом ветроколеса из-под ветра.
Регулирование уменьшением поверхности крыльев.
Регулирование поворотом лопасти или части ее около оси маха.
Регулирование воздушным тормозом.
Конструкции ветродвигателей.
Многолопастные ветродвигатели.
Быстроходные (мало лопастные) ветродвигатели.
Веса ветродвигателей.
Расчёт ветродвигателей на прочность.
Ветровые нагрузки на крылья и расчёт их на прочность.
Ветровая нагрузка на хвост и боковую лопату регулирования.
Расчёт головки ветродвигателя.
Гироскопический момент ветроколеса.
Башни ветродвигателей.
Ветросиловые установки.
Ветер как источник энергии.
Понятие о происхождении ветра.
Основные величины, характеризующие ветер с энергетической стороны.
Энергия ветра.
Аккумулирование энергии ветра.
Характеристики ветросиловых агрегатов.
Рабочие характеристики ветродвигателей и поршневых насосов.
Работа ветродвигателей с центробежными насосами.
Работа ветродвигателей с жерновыми поставами и сельскохозяйственными машинами.
Ветронасосные установки.
Ветронасосные установки для водоснабжении.
Водоразборные баки и водонапорные башни при ветронасосных.
Типовые конструкции ветронасосных установках.
Опыт эксплуатации ветронасосных установок для водоснабжения в сельском хозяйстве.
Ветрооросительные установки.
Ветряные мельницы.
Типы ветряных мельниц.
Техническая характеристика ветряных мельниц.
Повышение мощности старых ветряных мельниц.
ветряные мельницы нового типа.
Эксплуатационные характеристики ветряных мельниц.
Ветроэлектростанции.
Типы генераторов для работы с ветродвигателями и регуляторы напряжения.
Ветрозарядные агрегаты.
Ветроэлектростанции малых мощностей.
Параллельная работа ветроэлектростанций в общую сеть с крупными тепловыми станциями в гидроэлектростанциями.
Экспериментальная проверка работы Bэc параллельно в сеть.
Мощные электростанции для параллельной работы в сеть.
Краткие сведения о заграничных ветроэлектростанциях.
Краткие сведения по монтажу и ремонту ветродвигателей и уход за ними.
Монтаж ветродвигателей малых мощностей от 1 до 15 л. с.
Об уходе за ветродвигателями и ремонте их.
Техника безопасности при монтаже в обслуживании ветродвигателей.
Список литературы.
Е. М. Фатеев.
1. Развитие ветроиспользования2. Применение ветродвигателей в сельском хозяйстве
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ВЕТРОДВИГАТЕЛИ
Глава I. Краткие сведения из аэродинамики
3. Воздух и его свойства
4. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли
5 Понятие о вихревом движении
6. Вязкость
7. Закон подобия. Критерии подобия
8. Пограничный слой и турбулентность
Глава II. Основные понятия экспериментальной аэродинамики
9. Оси координат и аэродинамические коэфициенты10. Определение аэродинамических коэфициентов. Поляра Лилиенталя
11. Индуктивное сопротивление крыла
12. Теорема Н. Е. Жуковского о подъемной силе крыла
13. Переход с одного размаха крыльев на другой
Глава III. Системы ветродвигателей
14. Классификация ветродвигателей по принципу их работы15. Преимущества и недостатки различных систем ветродвигателей
Глава IV. Теория идеального ветряка
16. Классическая теория идеального ветряка17. Теория идеального ветряка проф. Г. X. Сабинина
Глава V. Теория реального ветряка проф. Г. X. Сабинина
18. Работа элементарных лопастей ветроколеса. Первое уравнение связи19. Второе уравнение связи
20. Момент и мощность всего ветряка
21. Потери ветряных двигателей
22. Аэродинамический расчёт ветроколеса
23. Расчёт характеристики ветроколеса
24. Профили «Эсперо» и построение их
Глава VI. Экспериментальные характеристики ветродвигателей
25. Метод получения экспериментальных характеристик26. Аэродинамические характеристики ветродвигателей
27. Экспериментальная проверка теории ветродвигателей
Глава VII. Экспериментальная проверка ветродвигателей
28. Оборудование башни для испытания ветродвигателей29. Соответствие- характеристик ветродвигателя и его моделей
Глава VIII. Установ ветродвигателей на ветер
30. Установ при помощи хвоста31. Установ виндрозами
32. Установ расположением ветроколеса за башней
Глава IX. Регулирование числа оборотов и мощности ветродвигателей
33. Регулирование выводом ветроколеса из-под ветра34. Регулирование уменьшением поверхности крыльев
35. Регулирование поворотом лопасти или части её около оси маха
36. Регулирование воздушным тормозом
Глава X. Конструкции ветродвигателей
37. Многолопастные ветродвигатели38. Быстроходные (малолопастные) ветродвигатели
39. Веса ветродвигателей
Глава XI. Расчёт ветродвигателей на прочность
40. Ветровые нагрузки на крылья и расчёт их на прочность41. Ветровая нагрузка на хвост и боковую лопату регулирования
42. Расчёт головки ветродвигателя
43. Гироскопический момент ветроколеса
44. Башни ветродвигателей
ЧАСТЬ ВТОРАЯ ВЕТРОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ
Глава XII. Ветер как источник энергии
45. Понятие о происхождении ветра
46. Основные величины, характеризующие ветер с энергетической стороны
47. Энергия ветра
48. Аккумулирование энергия ветра
Глава XIII. Характеристики ветросиловых агрегатов
49. Рабочие характеристики ветродвигателей и поршневых насосов50. Работа ветродвигателей с центробежными насосами
51. Работа ветродвигателей с жерновыми поставами и сельскохозяйственными машинами
Глава XIV. Ветронасосные установка
52. Ветронасосные установки для водоснабжения53. Водоразборные баки и водонапорные башни при ветронасосных установках
54. Типовые конструкции ветронасосных установок
55. Опыт эксплуатации ветронасосных установок для водоснабжения в сельском хозяйстве
56. Ветрооросительные установки
Глава XV. Ветряные мельницы
57. Типы ветряных мельниц58. Техническая характеристика ветряных мельниц
59. Повышение мощности старых ветряных мельниц
60. Ветряные мельницы нового типа
61. Эксплоатационные характеристики ветряных мельниц
Глава XVI. Ветроэлектростанции
62. Типы генераторов для работы с ветродвигателями и регуляторы напряжения63. Ветрозарядные агрегаты
64. Ветроэлектростанции малых мощностей
65. Параллельная работа ветроэлектростанций в общую сеть с крупными тепловыми станциями и гидроэлектростанциями
66. Экспериментальная проверка работы ВЭС параллельно в сеть
67. Мощные электростанции для параллельной работы в сеть.
68. Краткие сведения о заграничных ветроэлектростанциях.
Глава XVII. Краткие сведения по монтажу и ремонту ветродвигателей и уход за ними
69. Монтаж ветродвигателей малых мощностей от 1 до 15 л. с70. Об уходе за ветродвигателями и ремонте их
71. Техника безопасности при монтаже и обслуживании ветродвигателей