Vortex bladeless своими руками

Обновлено: 03.07.2024

Безлопастной ветрогенератор

У специалистов по альтернативной энергетике давно сформировался стереотип относительно того, как должны выглядеть правильные и эффективные ветрогенераторы. Такое положение дел вовсе не удивительно, ведь ветрогенераторы возводятся каждый год по всему миру, и это всегда огромные сооружения с лопастями, похожие на гигантские ветряные мельницы. А что до безлопастных ветрогенераторов, то к ним отношение, как правило, в среде альтернативщиков весьма и весьма скептическое.

Тем не менее разработчики новых решений не спешат останавливаться в своем энтузиазме. И вот, в 2015 году, испанская компания Vortex Bladeless предложила новый вариант и уже готовую модель решения, показывающую, как могут быть устроены ветрогенераторы, не уступающие по эффективности традиционным лопастным, однако превосходящие их как по безопасности, так и по экономичности производства и по возможностям установки.

Безлопастной ветрогенератор Vortex Bladeless

Компания Vortex Bladeless представила модель и рабочий макет принципиально нового ветрогенератора, совсем не похожего на обычные ветряки. Здесь нет вращающихся на ветру лопастей, и вообще не предусматриваются крупные вращающиеся части.

Принцип, по которому вертикальный безлопастной ветрогенератор станет покачиваться на ветру — не связан с порывами ветра. Принцип заключается в раскачивании вертикального генератора невидимыми вихрями воздуха, образующимися в форме цепочки позади цилиндрических объектов, обдуваемых газом или обтекаемых жидкостью в поперечном направлении.

Данный феномен был объяснен в далеком 1912 году американским физиком и специалистом по аэродинамике и воздухоплаванию Теодором фон Карманом. А явление образования цепочек вихрей вокруг обдуваемой газом или обтекаемой жидкостью, вертикальной оси назвали в честь ученого «дорожкой Кармана». Это явление и положено разработчиками в основу уникального безлопастного ветрогенератора.

Вихревая дорожка Кармана

Ветряной генератор от Vortex вдвое дешевле в производстве, чем лопастная турбина аналогичной мощности, а затраты на регулярное обслуживание меньше в пять раз! К тому же количество выделяемых парниковых газов на 40% ниже, работает генератор тише, и почти полностью безопасен для птиц и летучих мышей.

А что касается эффективности в целом, то вертикальные безлопастные генераторы можно будет устанавливать на меньшей площади и получать таким образом больше электроэнергии, чем от тех же лопастных ветрогенераторов, требующих огромных площадей дабы турбине было где размахнуться. Этот фактор крайне важен при возведении крупных ветряных электростанций, а вертикальных генераторов можно установить несколько, и близко друг к другу — электростанция получится более компактной.

Мало того, разработчики проверили аэродинамику системы из двух своих ветрогенераторов, когда один стоял позади другого, и оказалось, что тот который стоял сзади — раскачивался еще сильнее, ведь он повторно использовал вихри от первого.

Безлопастной ветрогенератор Vortex Bladeless

Авторы проекта уверены, что для частных домовладений будет достаточно небольших ветрогенераторов Mini высотой в 12,5 метров на номинальную мощность в 4 кВт, а основу крупных ветряных электростанций составят разрабатываемые модели Gran на 1 МВт каждый. Еще на начальном этапе исследований, в 2012 году, европейские инвесторы вложили в Vortex Bladeless порядка 1000000 евро, и по сей день проект представляется очень перспективным.

Установка безлопастного ветрогенератора

Конструктивно ветряк состоит из двух частей. Верхняя часть обладает неровной поверхностью, и именно она раскачивается и генерирует воздушные вихри дорожки Кармана вокруг себя. В неподвижной нижней части конструкции расположены элементы электрогенератора.

Установка спроектирована таким образом, чтобы раскачка происходила на резонансной частоте, совпадающей с частотой вихрей в образуемой дорожке Кармана. Так ветер раскачивает верхнюю часть ветряка, используя явление механического резонанса. И если раньше такой резонанс разрушал мосты и другие сооружения, то теперь он сможет генерировать электроэнергию, проявляя свой разрушительный потенциал более дружелюбно.

Сначала специалисты компании успешно протестировали прототипы на 2 кВт, рассчитанные на ветер, дующий со скоростью от 1,5 до 7 м/с; модели на 4 кВт рассчитаны на 3-15 м/с, и так возможно масштабирование вплоть до единиц мегаватт. Главные составные части будущих ветряных электростанций на новых генераторах — вертикальные генераторы Vortex Bladeless на 1 МВт, высотой 150 метров, из которых можно будет собрать огромную электростанцию необходимой мощности.

В основании подвижной части расположены два кольца отталкивающихся магнитов

Всех тонкостей разработчики, конечно, не раскрывают, однако кое-что известно. В основании подвижной части расположены два кольца отталкивающихся магнитов. Когда ветер нагибает структуру в одну сторону, магниты тянут в другую сторону, и эти небольшие нажимающие и выталкивающие движения как раз и способствуют проявлению кинетической энергии, возникающей в процессе кругового покачивания башни. Эта энергия затем преобразуется в электрическую при помощи линейного генератора переменного тока. Частота колебаний башни достигает 20 Гц.

Безлопастной ветрогенератор

Исследования продолжались долго, и на различных этапах устройство непрерывно совершенствовалось. Более 200 моделей было изготовлено, и каждая из них была испытана разработчиками в аэродинамической трубе. Чтобы геометрия мачты наконец позволила бы собирать столько энергии ветра, сколько максимально возможно, и чтобы собственная частота мачты Vortex Bladeless могла бы изменяться, дабы подстраиваться в резонанс с дорожкой Кармана.

Как устроен генератор Vortex Bladeless

Vortex Bladeless – это генератор, который работает за счет вибраций, возникающих в момент, когда ветряной поток проходит вдоль поверхности устройства, создавая аэроупругие колебательные движения на его поверхности. Генератор напоминает высокий столб обтекаемой формы с цилиндром в земле.

В отличие от классической ветряной мельницы у него нет лопастей. Под воздействием ветра, мачта колеблется, пружинит из стороны в сторону, благодаря чему производится энергия. Другими словами, это ветряное устройство – вовсе не турбина. Вихревые ветрогенераторы больше похожи на солнечные панели, нежели на обычные ветровые электростанции, они так же просты и экономичны.

Проект финансируется Европейским Союзом, Программой Инноваций Horizon 2020.

Устройство

Внешний столб вибрирует от силы ветра, без ограничений в амплитуде. Его основание прочно зафиксировано в зеле блоком в форме цилиндра. Устройство собрано с использованием смол, укрепленных углеродом и стекловолокном. Это обеспечивает высокую прочность без потери КПД.

Конструкция ветрового устройства сильно отличается от обычного ветряка. Вместо привычной башни с лопастями есть только мачта из очень прочных и легких материалов.

Такая конструкция снижает издержки на производство и упрощает монтаж.

Преобразование энергии

Устройство улавливает энергию ветра благодаря аэродинамике вихревого потока. Если углубляться в гидромеханику, то когда ветер проходит через мачту столба, поток видоизменяется в круговые вихри. Как только их частота становится ближе к частоте мачты, столб начинает колебаться и взаимодействовать с ветром. Это называется Вихревая Индуцированная Вибрация (VIV).

Гидродинамика Vortex Technology

В структурной инженерии, аэронавтике и архитектуре стараются избежать вихревой индуцированной вибрации (VIV). Турбины Vortex же, напротив, улавливают и увеличивают энергию от колебаний и аэродинамической нестабильности. Форма мачты устройства специально разработана для достижения максимальной производительности при средних скоростях ветра. В обычных городских условиях она способна очень быстро адаптироваться к изменениям направления ветра и колебаний потоков воздуха.

Проблема обычных ветрогенераторов в том, что их приходится устанавливать далеко друг от друга, поскольку мешают потоки нисходящего ветра, которые создают «эффект пробуждения» для запуска. Vortex лишены этих проблем: для нормальной работы мачты требуется свободная площадь, радиус которой составляет половину от высоты устройства. Вокруг обычных ветряков требуется пространство длиной больше его высоты в пять раз.

Специально разработано для потребительского рынка

Генератор переменного тока

Сейчас Vortex создаёт электричество с помощью катушек и магнитов, приспособленных к динамике ветрового вихря. Без шестерёнок, валиков или каких-либо вращающихся частей, оставаясь при этом «малой ветряной турбиной».

Генераторы переменного тока – уже известная технология, но Vortex её усовершенствовал и запатентовал. Такая конструкция устраняет необходимость в смазке и позволяет сократить объемы технического обслуживания.

Настройка частоты

Частота производительности Vortex пропорциональна скорости ветрового потока, но каждое устройство имеет собственную частоту колебаний. Чтобы уравнять частоту ветра с собственной частотой каждого устройства, вы должны изменить массу тела (чем больше масса, тем меньше собственная частота) и жесткость (чем больше жесткость, тем выше частоты), среди ряда других показателей.

Следовательно, вам потребуются сложные механизмы для изменения собственной частоты одного устройства. Для решения данной задачи мы предусмотрели систему удержания на магнитах, которые увеличивают жесткость мачты в зависимости от степени её изгиба. Степень сгибания увеличивается по мере усиления ветра. Мы называем это «регулировкой».

Таким образом, запатентованная система Vortex получает электроэнергию, самораспределяя нужные изменения конструкции для взаимодействия с потоком ветра, что позволяет без усилий захватывать более широкий диапазон скоростей ветра, с начальной скоростью от 3 м/с. Без какого-либо механического или ручного вмешательства. Таким образом точка блокировки аэрогенератора расширяется.

Вихревой эффект Фон Кармана

Эффект вихревых дорожек Vortex Street или Vortex Shedding впервые описал гений аэронавтики Теодор фон Карман в 1911году. Эффект создается боковыми силами ветра на объекте, погруженном в ламинарный поток, из-за чего возникают кольцевые вихри, а это может стать инженерной проблемой для тонких конструкций – мачт, башен и дымоходов. Как пример, разрушение узкого моста в Такоме в 1940 году, США.

Vortex успешно подстраивает частоту устройства, чтобы взаимодействовать с частотами ветра в широком диапазоне скоростей ветра

Понимание колебаний

Идея Vortex заключается в использовании одной и той же силы для производства энергии. Колеблясь, система использует энергию движения в качестве обычного генератора.

Вы найдете много примеров эффекта Vortex Shedding в повседневной жизни. Используя различные физические явления, Команда Vortex создала множество вычислительных моделей, которые показывают правильное создание формы и параметров для развития и повышения эффективности таких проектов.

Вычислительное моделирование

Принцип улавливания энергии вихрей ветрового потока (VIV, Вихревая Индуцированная Вибрация) – это 3D-феномен. А поскольку наша технология нова, мы должны создавать новые модели и подтверждать их эффективность. 3D-моделирование основано на числе Рейнольдса, важной безразмерной величине в гидромеханике, а она используется, чтобы помочь предсказать направление потоков воздуха в различных ситуациях потока жидкости.

Мы прилагаем все свои усилия чтобы найти лучший способ достижения результатов исходя из доступного количества ресурсов и времени. Используем программное обеспечение Altair, также сотрудничаем с Суперкомпьютерным центром Барселоны, используя их вычислительные мощности.

Технология защищена во всем мире 6 различными патентными семействами.

Основные функции

МАТЕРИАЛЫ И СРОК СЛУЖБЫ

Долговечность

Конечно, страховки от изнашиваемости любой турбины нет. Под большими нагрузкам и изгибами от колебаний, материал со временем может рушится, но Vortex уделила этому вопросу особое внимание.
Углеродный стержень рассчитан на максимальную амплитуду 2,7º, при ней материал лишь минимально деформируется. После вычислений, мы проанализировали и выбрали лучший материал, который принесёт огромный срок службы.

Эффективность затрат

Бюджетность – одно из ключевых преимуществ Vortex. Мы сделали стоимость производимой электроэнергии доступной, чтобы быстрее окупить инвестиции.

Это делает нашу технологию конкурентоспособной не только в сравнении с альтернативными или возобновляемыми источниками энергии, но даже по сравнению с традиционными технологиями.

Простой лаконичный дизайн, не требующий большого количества механизмов и материалов, тоже способствует сокращению денежных расходов. Легкий вес и центр тяжести, расположенный близко к земле, снижает требования к фундаменту и облегчая установку. Таким образом, избавляет от нужды в дорогостоящих комплектующих, в отличие от традиционных ветрогенераторов.

Vortex сотрудничает с неправительственными организациями, университетами и ведущими научно-исследовательскими центрами по всему миру.

Потенциал линейки

Vortex занимает до 30% рабочей площади обычного 3-лопастного ветряка с такой же высотой. При преобразовании энергии ветра, выработка электроэнергии пропорциональна площади диаметра лопастей. Следовательно, мы можем сказать, что Vortex вырабатывает меньше электроэнергии. С другой стороны, меньшая площадь позволяет устанавливать на одной и той же поверхности больше устройств Vortex, компенсируя энергоэффективность за счет экономии пространства и установки более дешевого оборудования.

Ориентировочная номинальная мощность Vortex Tacoma (2,75 м) составляет 100 Вт. Преимущества системы:

принимает потоки ветра с любой стороны/направления;
отсутствие силы сопротивления;
устройство запускается и выключается само, без нужды в механических тормозах;
нисходящие потоки ветра не влияют на энергоэффективность благодаря отсутствию лопастей;
производит электроэнергию даже от слабых ветров;
почти бесшумная работа.

Адаптация к атмосфере

В условиях города потоки ветра очень беспорядочны, что создает ряд проблем для обычных ветряков. Кроме того, из-за нисходящих потоков ветра работа обычных ветряных мельниц вызывает проблемы при установке нескольких агрегатов в одном месте, если не соблюдать достаточное расстояние между ними.

Вихревые ветрогенераторы проще использовать из-за круговой всенаправленности устройства. Vortex очень быстро адаптируется к изменениям направления и интенсивности ветра, независимо от турбулентности.

Низкая стоимость, простота установки и дешевое обслуживание. Подключи свой вихрь!

Экологичность

Вихревые турбины – «более зеленая» альтернатива ветряным мельницам. Хотя необходим более тщательный анализ выбросов углекислого газа, уже очевидно, что вихревая энергия ветра обеспечивает дополнительные преимущества с точки зрения окружающей среды. Vortex Bladeless – это умное решение для генерации чистой энергии. Устройство можно установить во дворе или даже на крыше дома. Оно может работать в составе единой системы из нескольких устройств, в одиночку и в паре с солнечными панелями.

Воздействие на окружающую среду

Простая конструкция и легкий вес позволяют сократить необходимое количество материалов для производства вихревой турбины. При этом упрощается производственный процесс.

Отсутствие смазочных материалов – отсутствие отходов!

Остаточный вес Vortex Tacoma после промышленной переработки – менее 15 кг. При правильной установке в земле и калибровке устройства оно будет абсолютно бесшумным. Помехи для радиосигналов практически отсутствуют.

Воздействие на дикую природу

Хотя небольшие ветряные турбины, как правило, не представляют серьезной проблемы для местной фауны. Конструкция Vortex позволит птицам и летучим мышам легко избегать их во время полета.

Vortex bladeless своими руками

К небольшим ветрогенераторам, особенно вертикальным, в альтернативной энергетике принято относится несколько скептически. Эта концепция часто подвергается критике «зеленых» энтузиастов, иногда не безосновательно. Но такое отношение совсем не останавливает желающих разрабатывать новые, отличные от «традиционных» модели ветровых турбин. Так, команда дизайн-студии Vortex Bladeless надеется, что их разработка станет «прорывной» технологией в ветроэнергетике, поскольку их ветряк «более эффективный, дешевый и экологически дружественный способ производства энергии».

Ветрогенератор Vortex радикально отличается от привычного всем дизайна, напоминающего ветряную мельницу — у него нет вращающихся лопастей (вообще не просматриваются какие-либо движущиеся части), а внешний вид напоминает покачивающуюся гигантскую бейсбольную биту. Принцип работы нового устройства основан на феномене «вихревая дорожка Кармана» - явлении, при котором наблюдаются образования цепочек вихрей при обтекании газом или жидкостью цилиндрических объектов.

Компания заявляет, что конструкция ветротурбины Vortex Bladeless позволяет снизить производственные затраты на 53%, сократить затраты на техническое обслуживание на 80% и уменьшить углеродный след (количество парниковых газов выделенных при производстве продуктов, транспортировке и т. д.) на 40% в сравнении с лопастными ветровыми установками. Кроме того, создатели утверждают, что новый ветряк работает тише обычных турбин и представляет гораздо меньшую угрозу для птиц и всей окружающей среды.

В Vortex уверяют, что их вертикальный безлопастной ветрогенератор может генерировать больше энергии в меньшем пространстве, так как его габариты меньше традиционных ветроустановок. Кроме того, конструкция позволяет располагать ветряки намного ближе друг другу — важный фактор для проектировки и строительства крупных ВЭС.

«Мы протестировали работу устройств в аэродинамическом туннеле, расположив два ветряка Vortex напротив друг друга и выяснилось, что вторая установка получает даже больше энергии, поскольку использует вихри, образованные первой», - говорит Давид Суриол (David Suriol), один из разработчиков Vortex.

Первая модель, представленная Vortex, называется Mini и представляет собой ветрогенератор мощностью 4 кВт и высотой в 12,5 метров, предназначенный для небольших ВЭС и частных домохозяйств. Также ведутся работы над созданием Gran – моделью с мощностью в 1 МВт и более, которая станет основой для создания крупных ветропарков.

Vortex уже привлекла более 1000 000 евро частных и инвестиций крупных компаний в Европе и планирует выпустить действующий коммерческий прототип своей ветротурбины в течение года. На сайте компании говорится, для реализации стартапа в июле 2015 будет запущена краудфайндинговая компания, однако более подробной информации, такой как технические характеристики ветрогенератора Vortex Bladeless, его стоимость и т. д. пока не сообщается.

Небольшой видеобзор устройства (англ. язык)

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Безлопастные турбины - новый вид ветрогенераторов

Генератор отнюдь не похож на ветряную мельницу, скорее он напоминает большую биту для бейсбола, установленную вертикально на ручку, и покачивающуюся под действием дующего на нее ветра. Но ведь ветер не всегда дует порывами, - может возразить кто-то, - и как же тогда будет раскачиваться эта гигантская бита, она же просто нагнется и так и будет неподвижно стоять словно дерево? На самом деле все совсем не так!

Всех тонкостей разработчики, конечно, не раскрывают, однако кое-что известно. В основании подвижной части расположены два кольца отталкивающихся магнитов, так что когда ветер нагибает структуру в одну сторону, магниты тянут в другую сторону, и эти небольшие нажимающие и выталкивающие движения как раз и способствуют проявлению кинетической энергии, возникающей в процессе кругового покачивания башни, которая затем преобразуется в электрическую энергию при помощи линейного генератора переменного тока. Частота колебаний башни достигает 20 Гц.

Исследования продолжались долго, и на различных этапах устройство непрерывно совершенствовалось, более 200 моделей было изготовлено, и каждая из них была испытана разработчиками в аэродинамической трубе, чтобы геометрия мачты наконец позволила бы собирать столько энергии ветра, сколько максимально возможно, и чтобы собственная частота мачты Vortex Bladeless могла бы изменяться, дабы подстраиваться в резонанс с дорожкой Кармана.

Вертикальный безлопастной ветрогенератор Vortex работает от вибрации

02 марта 2021

Испанская компания Vortex Bladeless создала вертикальные ветрогенераторы без лопастей. Разработчики сообщили, что вскоре их разработка станет «прорывной» технологией в ветроэнергетике, поскольку их ветряк «более эффективный, дешевый и экологически дружественный способ производства энергии».

Ветрогенератор Vortex отличается от привычного всем дизайна, напоминающего ветряную мельницу — у него нет вращающихся лопастей, а внешний вид напоминает покачивающуюся гигантскую бейсбольную биту. Принцип работы нового устройства основан на феномене «вихревая дорожка Кармана» – явлении, при котором наблюдаются образования цепочек вихрей при обтекании газом или жидкостью цилиндрических объектов.

Кроме того, создатели утверждают, что новый ветряк работает тише обычных турбин и представляет гораздо меньшую угрозу для птиц и всей окружающей среды.

«Мы протестировали работу устройств в аэродинамическом туннеле, расположив два ветряка Vortex напротив друг друга и выяснилось, что вторая установка получает даже больше энергии, поскольку использует вихри, образованные первой», – говорит Давид Суриол, один из разработчиков Vortex.

Первая модель, представленная Vortex, называется Mini и представляет собой ветрогенератор мощностью 4 кВт и высотой в 12,5 метров, предназначенный для небольших ВЭС и частных домохозяйств. Вторая установка Gran – модель с мощностью в 1 МВт, предназначена для создания крупных ветропарков.

Ветрогенератор без лопастей работает от вибрации

Всем хорош ветрогенератор, кроме лопастей. Потому что вращающиеся лопасти создают шум и бьют пролетающих близко птиц. По части эксплуатации тоже есть вопросы: наличие трущихся поверхностей требует регулярной замены смазочных материалов, а по истечении определенного времени возникает необходимость в замене подшипников и втулок.

Решить проблему взялась испанская компания Vortex Bladeless, предложив использовать вертикальные ветрогенераторы без лопастей несмотря на то, что в альтернативной энергетике к ним принято относится скептически, да и «зеленые» энтузиасты часто критикую, иногда не безосновательно.

Несмотря на все, такое отношение вокруг вертикальных ветрогенераторов не остановило команду из Vortex Bladeless. Напротив, разработчики сообщили, что вскоре их разработка станет «прорывной» технологией в ветроэнергетике, поскольку их ветряк «более эффективный, дешевый и экологически дружественный способ производства энергии».

Ветрогенератор Vortex радикально отличается от привычного всем дизайна, напоминающего ветряную мельницу — у него нет вращающихся лопастей (вообще не просматриваются какие-либо движущиеся части), а внешний вид напоминает покачивающуюся гигантскую бейсбольную биту. Принцип работы нового устройства основан на феномене «вихревая дорожка Кармана» – явлении, при котором наблюдаются образования цепочек вихрей при обтекании газом или жидкостью цилиндрических объектов.

«Мы протестировали работу устройств в аэродинамическом туннеле, расположив два ветряка Vortex напротив друг друга и выяснилось, что вторая установка получает даже больше энергии, поскольку использует вихри, образованные первой», – говорит Давид Суриол (David Suriol), один из разработчиков Vortex.

Первая модель, представленная Vortex, называется Mini и представляет собой ветрогенератор мощностью 4 кВт и высотой в 12,5 метров, предназначенный для небольших ВЭС и частных домохозяйств. Вторая установка Gran – моделью с мощностью в 1 МВт и более, которая предназначена для создания крупных ветропарков.

Vortex уже привлекла более 1000 000 евро частных и инвестиций крупных компаний в Европе. Кроме того, проект победил в конкурсе Land Art Generator Initiative. Предполагается, что вскоре команда приступит к реализации технологии и установке тестовой сотни столбов в Шотландии. Колонны высотой по 13 метров мощностью 4 кВ вырабатывают энергию за счет раскачивания в радиусе двух метров под порывами ветра.

В случае реализации проект обеспечит энергией 300 частных домов. Колонны могут быть покрашены в любой цвет, что позволяет составлять из них инсталляции хоть на главных площадях городов.

Проект Land Art Generator Initiative (сокращенно LAGI ) посвящен новым источникам энергии. С 2010 года LAGI проводят конкурсы в разных странах, предлагая участникам спроектировать объекты на грани технологии и искусства. Полный архив работ опубликован на сайте организации.

Будущее ветроэнергетики: ветрогенератор без лопастей

Испанские разработчики из компании Vortex Bladeless представили революционный проект ветрогенерирующей установки. В отличие от уже привычных нам "ветряков" с тремя лопастями, неспешно вращающимися и скрипящими на ветру, теперь эти устройства будут иметь совершенно иную форму.

Обычно проектировщики стараются всяческими способами минимизировать воздействие вихрей и ветровую нагрузку (особенно в случае мостов), но в новом ветрогенераторе все наоборот - теперь турбины будут усиливать турбулентность! Предложенная концепция такова: на опорном столбе располагается не ставший привычным в Европе огромный пропеллер, вращающийся в вертикальной плоскости, а конструкция в форме перевернутого конуса, расширяющегося в верхней части. Этот конус будет "собирать" в себя воздушные вихри и, засасывая их как торнадо, преумножать их силу.

Рис. 1. Ветрогенерирующая установка Vortex Bladeless

В основании конструкции установлены кольцеобразные магниты, генерирующие взаимооталкивающиеся поля. Они возьмут на себя функцию своеобразного мотора. Задача этих магнитов состоит в том, чтобы толкать воронку в противоположную сторону той, куда направляют ее воздушные потоки, заставляя, таким образом, производить еще больше вибраций, и как следствие, кинетической энергии, которая затем конвертируется в электрический ток на генераторе переменного тока.

Заявляется, что у конструкции не будет непосредственного взаимодействия движущихся и стационарных частей, а, как следствие, и трения между ними, а вместе с ним и необходимости в периодической смазке и смене запчастей.

Что касается производительности, то по итогам произведенных тестов безлопастная турбина в среднем вырабатывает энергии на 30% меньше, чем обыкновенная. На первый взгляд - это существенный недостаток, и сразу становится как-то непонятно, зачем тогда такая новинка нужна вообще. Но вернемся к некоторым аспектам альтернативной энергетики: в силу того, что энергия с ветряков в целом нестабильна, а держать равномерное напряжение в сети необходимо, ветровые турбины, рассчитанные на производство электричества в массовом объеме, никогда не устанавливают в единичном экземпляре. Чтобы обеспечить более-менее равномерное и бесперебойное поступление электроэнергии, их требуются десятки. Именно здесь новая разработка безлопастных турбин "возвращается в игру" - на одной и той же площади их можно поставить куда больше. К тому же стоимость изготовления и монтажа новых "воронкообразных" турбин, как заявляют их авторы, будет вполовину меньше, чем у традиционных. Также снизится и стоимость эксплуатации.

Рис. 2. Массовое размещение ветрогенераторов Vortex Bladeless

Отметим, что сторонниками новой конструкции могут стать и экологи - новое устройство гораздо "дружественнее" для пролетающих мимо птиц и пасущихся рядом овец, чем вращающиеся лопасти обычных "ветряков". Кроме того, при производстве новых турбин будет использоваться углеродное стекловолокно - более экологичный материал, чем тот, что идет на обычные ветрогенераторы. Причем, общее количество используемых материалов также снизится. А еще новые "воронки" будут практически бесшумными.

Работы по созданию нового ветрогенератора начались еще в 2010 году. К настоящему времени модель успешно прошла тесты в аэродинамической трубе, и компания-разработчик запустила цикл эксплуатационных испытаний с масштабированными моделями устройства.

На реализацию проекта уже собран один миллион долларов, чего пока недостаточно. Поэтому в июне начнется акция по сбору средств от всех желающих.

Разработчики предполагают создать две модификации безлопастных ветрогенераторов - мощностью 4 кВт и 1 МВт. В планах компании выйти на коммерческий выпуск своей турбины Vortex Mini высотой 12,5 м и мощностью 4 кВт уже в 2016 году, а ветрогенератор Vortex Gran мощностью в 1 МВт увидит свет в 2018 году.

Новый взгляд на ветряную энергию

Компания Vortex Bladeless S.L. разработала и вывела на рынок ветрогенераторы, работающие без лопастей, валов, подшипников и других механизмов, изнашиваемых при трении.

Резонансный ветрогенератор «Vortex» (Изображение: предоставлено компанией Vortex Bladeless S.L.)

Данная технология основана на аэроупругом резонансе, позволяющем использовать феномен формирования вихрей. Безлопастные ветротурбины в основном состоят из вертикального неподвижного цилиндра на упругом стержне, встроенном в землю. Движение верхней части ограничено магнитной силой, так как именно здесь возникает максимальная амплитуда колебаний. Этот цилиндр улавливает энергию ветра, вступающую в резонанс благодаря аэродинамическому эффекту, называемому сходом вихря, и затем преобразует механическую энергию в электричество с помощью генератора переменного тока.

Инновация, вдохновленная обрушением Такомского висячего моста

Модель «Vortex Tacoma» (высота – 2,75 м)
в Валье-де-Амбес, Авила (Изображение:
предоставлено компанией Vortex Bladeless S.L.)

В 1940 г. на шоссе № 16 в штате Вашингтон через пролив Такома-Нэрроуз был построен третий по длине в мире висячий мост. Спустя четыре месяца после открытия моста он начал колебаться и обрушился. Столь драматическое обрушение такой конструкции вошло во все учебники как пример, объясняющий работу некоторых типов аэродинамического резонанса, вызванных ветром.

В 2002 г. Давид Х. Яньес узнал об этом событии на курсе инженерно-строительного дела в Вальядолидском университете и подал первый патент на механизм, способный оптимизировать аэродинамический резонанс такого типа и генерировать электроэнергию.

Этот механизм представлял собой вертикальную тонкую конструкцию с круглым сечением, колеблющуюся в плоскости, перпендикулярной направлению ветра. Такая конструкция была способна работать без каких-либо валов, зубчатых передач, подшипников или других подобных устройств. Таким образом, механизм не нуждался в смазочных материалах и затратах на техническое обслуживание, а сроки окупаемости были сведены к минимуму. Перед конструкцией стояла задача генерировать ветряную энергию без необходимости лопастей, которые до сих пор использовались в ветрогенераторах. Лишь спустя несколько лет – в 2010 г. – Давид Х. Яньес и Рауль Марин Юнта получили патент ES2374233B1, принадлежащий совместно основанной ими компании «DEUTECNO S.L.».

Затем благодаря поддержке фонда «Repsol» и нескольким выигранным наградам была основана компания «Vortex Bladeless S.L.», которая успешно прошла два раунда инвестиций. В настоящее время компания работает над производством первой предсерийной партии из 100 малогабаритных агрегатов, что достаточно, чтобы представить продукт на рынке.

Этапы разработки технологии

Первый этап заключался в изучении феномена аэродинамики.

Такой тип аэродинамического резонанса обычно считается проблемой, и существует множество способов его предотвращения. Однако информации о методах оптимизации этого феномена не так много. Благодаря поддержке таких транснациональных корпораций, как «Altair Engineering, Inc», и таких организаций, как Барселонский суперкомпьютерный центр, конструкция была оптимизирована для максимизации производительности установки.

На втором этапе основное внимание уделялось обеспечению контроля взаимодействия конструкции с ветром с целью увеличения диапазона скоростей, в котором возникает резонанс.

Испытания аэродинамической трубы в Институте микрогравитации им. Игнасио да Ривы Мадридского политехнического университета. (Изображение: предоставлено компанией Vortex Bladeless S.L.)

На третьем этапе был разработан генератор, способный эффективно преобразовывать колебательную энергию в электричество. В настоящее время проект находится на четвертом и последнем этапе, на котором после выпуска «минимально жизнеспособного продукта» компания готовится к производству, индустриализации и выпуску продукции на рынок.

Международное признание

Модель «Vortex Nano» (Изображение:
предоставлено компанией Vortex Bladeless S.L.)

Проект вызвал необычайный интерес на международном уровне. Особую заинтересованность продемонстрировали в Азии, Америке и Европе (именно в таком порядке). В частности, было получено огромное число предложений о сотрудничестве с различными предприятиями и учреждениями как в промышленности, так и в науке. Например, одна из трех крупнейших ветроэнергетических компаний в мире предложила осуществить совместный проект по анализу потенциала применения этой идеи на габаритных установках.

Общественные организации также приняли идею на ура. В социальной сфере проекту также был оказан теплый прием. Такие учреждения, как «SEO Birdlife», ООН, Европейская комиссия, а также множество национальных и международных кооперативов, ассоциаций и учреждений оказывают проекту содействие и делятся своими мнениями.

Охрана: «Vortex Bladeless» в ногу с промышленной собственностью

Начиная с первого патента ES2374233B1, обеспечивающего охрану изобретения как по всей Европе, так и в Америке (в США и Мексике), и продолжая патентами EP15771650, WO2017174161A1, WO2018149942A1 и др., в основе проекта всегда лежала охрана инноваций и всего предприятия с помощью механизмов промышленной собственности (патентов и товарного знака «Vortex Bladeless»).

Фактически, эволюция компании и этапы ее развития отражены в разных семействах ее патентов.На каждом раунде инвестиций и на каждом конкурсе, на котором был представлен проект, критически важным считалась степень охраны технологии. К счастью, поскольку этот тип ветряных турбин является «первым в своем роде», не составило труда получить признание «новизны» и «изобретательского уровня», требуемого всеми патентными ведомствами мира, куда была подана заявка на обеспечение охраны.

Хотя в настоящее время все технологии Vortex Bladeless защищены, компонент охраны остается в стратегии компании: особое внимание уделяется производственным процессам и их применению в различных областях.

Vortex Bladeless —необычные испанские ветряки без лопастей

Экология потребления.Наука и техника:Vortex Bladeless – компания из Испании имеет серьезные планы по созданию ветряка, который бы отличался ото всех привычных ветровых турбин своим внешним видом, а также возможностями. Работает он за счет раскачивания и в основу его работы заложен несколько иной принцип.

Vortex Bladeless – компания из Испании имеет серьезные планы по созданию ветряка, который бы отличался ото всех привычных ветровых турбин своим внешним видом, а также возможностями. Работает он за счет раскачивания и в основу его работы заложен несколько иной принцип.
Лопасти у испанского ветряка отсутствуют. Это стало возможно благодаря эффекту Кармана. Как же он выглядит? Vortex Bladeless – это конус перевернутой формы, весьма длинный. Он в процессе своей работы образует вихри за счет движения данного конуса. Колебание, которое достигается с помощью магнитов, преобразуется в электроэнергию. Установка не оснащена деталями, которые может быть тяжело обслуживать. А шум и опасность для летающей «живности» исключены.
Ветроэлектростанция имеет множество плюсов. Среди преимуществ можно отметить следующее:

низкие затраты на монтаж;
экономичная эксплуатация.

Что касается первого пункта, то в сравнении с обычным ветряком данный показатель на 50 процентов ниже. Статья затрат по эксплуатационному вопросу также в два раза ниже. Стоит также отметить и тот факт, что Vortex Bladeless более компактные и их можно возводить близко друг к другу. Они также впишутся в городские окрестности и не доставят неудобств тем, кто проживает рядом. В качестве площадки для монтажа могут быть морские суда, горные территории, море и так далее.

Кроме низких затрат, испанское изобретение дает шанс преобразовывать энергию ветра во внушительном интервале скоростей этого самого ВИЭ. Так, начинает оно с 1 м/с, а это гораздо меньше, чем в случае традиционным ветряком. В последнем случае старт идет с 3 м/с.
Вид конуса позволяет не ориентироваться на направление ветра. Это удобно для тех, кто обслуживает установки.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Читайте также: