John Yan, China, sawt.com

Die meisten Windenergieanlagen fallen in eine von zwei allgemeinen Kategorien: horizontale Achse und vertikale Achse. Jede kann weiter in kleine und große Windkraftanlagen unterteilt werden.

Windkraftanlagen können als Utility Scale und Small scale und dann in eine horizontale Achse (HAWTs) und vertikale Achse (VAWTs) klassifiziert werden.

Die Technologie für traditionelle Horizontalachsen-Windturbinen (HAWTs) befindet sich seit mehr als hundert Jahren in der Entwicklung. Diese Technologie umfasst Schaufeln und ihre Herstellung, Getriebe und ihre Herstellungstechnologie, Nickwinkelvorrichtungen und ihre Technologie und so weiter. Die Technologien sind sehr ausgereift. Das Betz-Gesetz, das die maximale Energiemenge definiert, die ein HAWT aus dem Wind gewinnen kann, basiert auf einer einzelnen Scheibe (dem Rotor), die sich in einem zweidimensionalen Raum bewegt.

Einige Komponenten in einer konventionellen Windkraftanlage.

1. Kleine vertikale Achse Windkraftanlagen

Kleine vertikale Achse Windkraftanlagen unterscheiden sich stark von mittleren bis großen vertikalen Achse ?? Windturbinen, weil die Antriebskraft und Richtung eines Blattes unterschiedlich sind, wenn sich ein Blatt dreht. An irgendeiner Position ist die Blattkraft groß und die Richtung sind positiv. An einigen Positionen ist die Antriebskraft kleiner und auch positiv. Aber an anderen Positionen sind die treibende Kraft und Richtung negativ und groß und klein. Wenn der Rotordurchmesser größer wird, werden auch die negativen Kräfte größer. Wenn also der Durchmesser des Rotors größer gemacht wird, muss der Winkel (Pitch) der Klinge in Echtzeit einstellbar sein. Dies wird als „Real Time Attack Angle Control Regulation“ -Technologie bezeichnet.

1.1 Die meisten aktuellen Windenergieanlagen mit vertikaler Achse haben drei Hauptprobleme:

1. Geringe Stromerzeugungsleistung
2. Sie arbeiten in einem engen Bereich von Windgeschwindigkeiten und bremsen häufig, wodurch ihre Leistung verringert wird

Schlechte Stabilität beim Drehen verkürzt die Lebensdauer der Turbine.

Die Galerie zeigt die große Auswahl an Designs für vertikale Achsen.

1.2 Lösung der drei Probleme

Das SAWT, ein Design mit vertikaler Achse, löst die drei technischen Probleme in der Windturbinenindustrie mit vertikaler Achse. Ein Konstrukteur hat eine kleine vertikale Windturbine hergestellt, die seit 2007 über 4.000 Einheiten in rund 60 Ländern verkauft hat, und mithilfe von Patenten technische Barrieren errichtet.

1.3 Wie man eine gute kleine Windkraftanlage mit vertikaler Achse konstruiert

1.3.1 Obwohl es sich von einem HAWT unterscheidet, bleibt die Kerntechnologie eines VAWT eine Windmühlenstruktur mit Rotorblättern. Nach der Auswahl eines Profils müssen eine konkave Ausrichtung, ein Winkel, eine Breite und eine Menge berechnet werden, da jeder dieser Faktoren die Leistung des VAWT bestimmt.
Ein erster Schritt ist also die Wahl eines Low-Speed-Profils. Ein zweiter Schritt setzt die konkave Ausrichtung nach außen, ein dritter Schritt wählt einen kleinen Klingenwinkel (8° funktioniert gut) und eine geeignete Klingenbreite. Die beste klinge menge ist fünf. Und dann ist die Klingenverbindungsmethode wichtig. Es ist beste ist zu verwenden buchse struktur für einfache installation und reduziert die drag kräfte. Diese Faktoren bestimmen die Stromerzeugungsleistung des VAWT.
1.3.2 Eine HAWT-Turbine muss gieren − sich in den Wind umleiten − aber die VAWT muss nicht. VAWTs können also die „positive Pitch Attack Angle Regulation“ verwenden. Diese Funktion verwendet die Zentrifugalkraft, um den Blattwinkel zu steuern, wenn die Drehzahl die Nenndrehzahl überschreitet.

1.3.3 Eine gute Windmühle mit vertikaler Achse muss beim Drehen stabil bleiben. Wenn nicht, „schüttelt“ die Turbine den Kopf, wenn sich der Rotor dreht. Dies verkürzt die Lebensdauer der Turbine und verursacht andere Probleme wie Lärm und mechanischen Verschleiß. Die beste Lösung ist also die Verwendung einer koaxialen Struktur für Windmühle und Generator. Die koaxiale Anordnung von Windmühle und Generator sorgt für eine zuverlässige Abdichtung, Sicherheit und Stabilität, frei von mechanischen Geräuschen, ein angemessenes Lager für Windmühle und eine lange Lebensdauer.
1.3.4 Schäden können auftreten, um windkraftanlagen, wenn die wind geschwindigkeit übersteigt 25 m/s. So vertikale achse wind turbine bedürfnisse eine automatische bremse system. Wenn eine Windkraftanlage zu bremsen beginnt, muss sie die Rotationsträgheit und die Antriebskraft des Windes überwinden. Ein gutes Design berechnet also das Drehmoment im Rotor bei jeder Windgeschwindigkeit und wählt eine geeignete Scheibenbremse für diese Energiemenge.

2. Medium & large VAWT technologies

Obwohl viele andere Turbinenhersteller mittlere und große VAWT entwickeln, haben sie den Designansatz von kleinen VAWTs übernommen, indem sie eine kleine Turbine einfach proportional zu einem „mittleren oder großen VAWT“ vergrößert haben. Sie verstehen die Eigenschaften eines VAWT nicht wirklich.

Es ist allgemein bekannt, dass ein VAWT ruhig und sicher ist und keinen hohen Turm benötigt. Trotz der Bemühungen unzähliger Ingenieure wurden jedoch kaum kommerzialisierte große VAWT auf den Markt gebracht. Die Gründe liegen auf der Hand: Die Probleme der aerodynamischen Effizienz, des Selbststarts, der strukturellen Stabilität und des sicheren Bremsens bleiben ungelöst. Die Probleme müssen für jede Art von Windkraftanlage gelöst werden.

Diese drei Probleme werden mit den Technologien „active real-time Pitch attack angle regulation“ und „Truss Structure Shaft“ gelöst.

2.1 „Active real-time Pitch attack angle regulation“-Technologie

Der Kern dieser Technologie ist die Anpassung der Schaufelwinkel an einer sich drehenden Turbine. Das Gerät wurde an einem 1 m hohen x 1,36 m breiten VAWT in einem Windkanal bei einer Windgeschwindigkeit von 2 m / s getestet. Das gemessene Drehmoment betrug 0,9 bis 1 Nm bei 44 U / min. Die Umwandlungsrate von Windenergie in mechanische Energie erreicht 68% und übertrifft damit die Grenze von 59,3% nach dem Betz-Gesetz. Das heißt nicht, dass das Betz-Gesetz falsch ist. In dieser Theorie verwendet ein HAWT eine einzelne Scheibe, die sich in einem zweidimensionalen Raum dreht, während das VAWT eine Mehrfachscheibenrotation in einem dreidimensionalen Raum ist. Dies macht die VAWT äquivalent zu zwei HAWTs.

Windkanaltests zeigten ein nützliches Drehmoment bei 2 m / s Wind.

2.2 Fachwerkstruktur für die Hauptwelle eines großen VAWT

Das Biegemoment an der Windmühle kann extrem groß sein, wenn der Rotordurchmesser ausreichend groß ist. Das bedeutet, dass die Hauptwelle einen großen und starken Durchmesser haben muss, was die Kommerzialisierung erschwert. Unsere Lösung benutzt einen hohlen Binder als Hauptwelle nach innen, weil die Binderstruktur stark und verhältnismäßig hell ist und die Bedingungen für die Hauptwelle auf den mittleren und großen VAWTs sowie die Nachfrage nach Kommerzialisierung erfüllt.

Das Potenzial des Windes: Bernoullis Prinzip auf Segelboote angewendet

Die Vestas Sailrocket 2 stellte 2012 in der Walvis Bay in Namibia einen Weltrekord für Segelboote auf. Das Fahrzeug erreichte 64,78 Knoten (119.95 km/h) bei einem Wind von nur 25 Knoten (46,3 km/h). Seine durchschnittliche Segelgeschwindigkeit erreichte 59,23 Knoten (109,65 km / h) in einem 500 m langen geraden Kanal. Dieses Segelboot wurde durch die aus dem Bernoulli-Prinzip resultierende Hubkraft angetrieben.

3.1 Probleme mit traditionellen Designs

Einige werden argumentieren, dass die Schmerzpunkte der traditionellen Windturbinenindustrie sind:

• Oft eine hohe Stromerzeugungskosten als herkömmliche Energie
• Herstellung ist komplex
• Große Teile sind schwer zu transportieren
• Ein Fundament, das ein großes Volumen erfordert
  von Beton und Betonstahl.
• Installation erfordert komplexe und kostspielige Kräne
• Lärmbelästigung
• Schädigung des Ökosystems
• Chemische Verschmutzung ist möglich
• Hochspannung erzeugt elektromagnetische Strahlung und Störungen

Eine Lösung: Die Superturbine und wie sie funktioniert

Über zehn Jahre R&D in der VAWT-Industrie hat zur Superturbine geführt, einer Art großer Windkraftanlage. Die bis 2014 entwickelte Superturbine weist geringe Stromerzeugungskosten sowie eine einfache Installation und Wartung auf. Kernstück ist eine Erweiterung der „active real-time Pitch attack angle Regulation“-Technologie, die experimentell verifiziert wurde. Wir denken, dass es eine Revolution in der aktuellen großen Windturbinenindustrie führen könnte.

Das obere Bild zeigt ein allgemeines Layout für eine Superturbine. Die unteren Bilder liefern Details.

• Um Strom zu erzeugen, werden Hunderte von Schaufeln durch Auftriebskräfte entlang einer Spur bewegt und über eine Kette übertragen, um Hunderte von Generatoren anzutreiben, die auf der kreisförmigen Spur befestigt sind.
• Die aktive Echtzeit-Nickwinkelregulierungstechnologie überwacht die Windrichtung, Geschwindigkeit und Position jedes Blattes auf der Strecke. Dann justiert er die Winkel der Blätter, um die maximale anhebende Kraft zu gewinnen. Auf diese Weise kann die Superturbine die Windenergieumwandlungsrate erhöhen und die Erzeugung von hoher Leistung ermöglichen.
• Eine einzelne Superturbine kann so konstruiert werden, dass sie den Bedingungen und Kundenanforderungen eines Windparks entspricht. Eine Turbine kann von 7 bis 50 MW dimensioniert werden.

3.3 Die durch Windkanaltests verifizierten Technologien

Das Design ist eine Erweiterung und weitere Anwendung der „active real-time attack angle Regulation“ -Technologie. In einer kreisförmigen Umlaufbahn, die vom Wind angetrieben wird, erzeugen die Schaufeln an verschiedenen Stellen die Antriebskraft mit unterschiedlicher Größe und Richtung.
Eine modifizierte Spur hat zusätzliche Vorteile. Zum Beispiel, wo die Antriebskraft am größten ist, schneiden Sie die Kreisbahn an dieser Stelle und verlängern Sie sie in eine gerade Linie, die ein Prototyp der Superturbine ist. Wie ein Segelboot ist es in einer geraden Linie am schnellsten.

Eine Superturbine könnte eine runde, lange oder sogar dreieckige Form haben, aber der Wenderadius ist je nach Land- und Windbedingungen gleich.

Ein paar zusätzliche Details zum Design.

3.4 Eigenschaften von Super Turbine

Das Design verwendet aktuelle ausgereifte Technologien für alle Teile. Zu den Hauptkomponenten gehören:

3.6 Geringere Ausrüstungskosten

• Super Turbine verwendet aktuelle und ausgereifte Technologien wie Bewegungssteuerung, Hydraulik, Gleise und Bewegungsleistung. So wird es einfach zu bedienen sein.
• Die Gesamtkosten einer 40-MW-Superturbine betragen 15 Millionen US-Dollar oder 0,38 US-Dollar pro Watt.

Beschriftung