Preoblikovanje vetrne energije je eden od načinov za pridobitev poceni električne energije. Obstaja veliko modelov vetrnih turbin. Nekateri od njih so zasnovani za največjo učinkovitost, drugi so nezahtevni pri uporabi. V drugo skupino spada rotor Savonius, ki je nastal pred približno 100 leti, še vedno se uspešno uporablja za reševanje različnih tehničnih težav.
Zgodovina ustvarjanja
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - izumitelj s Finske, slavo je pridobil s svojim delom v fiziki, povezanim s preučevanjem vetrne energije. V svojem življenju je prejel več patentov, ki se uporabljajo ne samo za ustvarjanje vetrnih turbin, ampak tudi v ladjedelništvu, pa tudi v prezračevalnih sistemih sodobnih železniških vagonov in avtobusov.
Drugi izumitelj iz Nemčije - Anton Flettner (1888 - 1861) je na začetku prejšnjega stoletja izumil alternativo klasičnemu jadru in ustvaril tako imenovani Flettnerjev rotor. Bistvo izumase je zmanjšal na naslednje: vrteči se valj, ki ga je pihal veter, prejel silo, usmerjeno v vodoravni smeri, ki presega 50-kratno silo zračnega toka. Zahvaljujoč temu odkritju je bilo zgrajenih več ladij, ki za premikanje uporabljajo moč vetra. Za razliko od običajnih jadrnic ta plovila niso bila popolnoma energijsko neodvisna. Za vrtenje rotorja so bili potrebni motorji.
Ob premisleku o Flettnerjevem jadru je Savonius prišel do zaključka, da bi lahko za njegovo vrtenje uporabili tudi energijo vetra. Leta 1926 je razvil in patentiral zasnovo odprtega cilindra z nasprotno usmerjenimi rezili v notranjosti.
Malo fizike
Najprej malo teorije. Vsi so opazili, da pri vožnji s kolesom zrak ustvari velik odpor proti gibanju. In višja kot je hitrost, višja je ta vrednost. Drugi dejavnik, ki vpliva na upor, je površina prečnega prereza telesa, na katero vpliva zračni tok. Obstaja pa še tretja količina, ki je povezana z geometrijo telesa. To je točno tisto, kar skušajo oblikovalci karoserije avtomobilov zmanjšati, ko gre za aerodinamiko.
Na primer, lahko rečemo, da bodo imele tri plošče z enako površino prečnega prereza, vendar različnih oblik: konkavna, ravna in konveksna, zelo različen koeficient upora. Za konveksno obliko bo 0,34, za ravno - 1,1, za konkavno - 1,33. To je bila konkavna oblika, ki je bila vzeta za rezila rotorja Savonius. Priznan je kot najučinkovitejši gostiteljenergija vetra.
Načelo delovanja rotorja Savonius
Za razliko od Flettnerjevega jadra je Savonius predlagal, da bi valj razdelili na dve polovici in jih premaknili drug proti drugemu, da bi dobili rezila in prostor med njimi. Bistvo Savoniusove ideje je bilo, da zračni tok, ki zadene eno rezilo, po tem ni šel le v stran, ampak se je, ko je prešel skozi aksialno režo, preusmeril na drugo rezilo, kar je znatno povečalo učinek vetra.
Ta princip delovanja omogoča, da rotor Savonius deluje tudi pri rahlem vetru.
Na voljo je več možnosti profila:
- Rezila so pritrjena na osi tako, da med njimi ni zračne reže. To je najpreprostejša različica številnih opisov rotorja Savonius.
- Osnova enega rezila je vstavljena v osnovo drugega. Vzdolž osne črte ostaja pomembna vrzel. Ta možnost omogoča, da se veter iz ene polovice rotorja premakne na drugo. Učinkovitejši profil.
- Enako kot pri drugi možnosti, le površina rezil se poveča z dodajanjem ravne plošče na notranji strani.
Obseg uporabe
V 60-ih letih prejšnjega stoletja so rotorje Savonius uporabljali v železniških prezračevalnih sistemih. Namestili so jih na strehe vagonov. Med gibanjem se je rotor začel vrteti in črpati zrak z ulice v prostor. Podobni sistemi so bili nameščeni tudi na avtobusih.
Danes je glavna uporaba rotorja vvetrne turbine z vertikalno osjo. Obstaja več podobnih modelov, ki združujejo dva dejavnika:
- navpična os vrtenja;
- nezahtevnost do smeri toka vetra.
Poleg vertikalnih vetrnih turbin obstajajo naprave z vodoravno osjo. Odlikuje jih velik donos z enako silo vetra. Strukturno spominjajo na lopatice letalskih propelerjev, ki se nahajajo na vodoravni osi in imajo vodilni rep za poravnavo z vetrom.
Prednosti vetrne turbine Savonius
Kljub dejstvu, da vertikalni aksialni rotorji vetrnih turbin izgubljajo učinkovitost v primerjavi z horizontalnimi aksialnimi rotorji, imajo še vedno številne nesporne prednosti:
- Delo v katerem koli podnebnem območju. Zaradi majhne prečne površine se ne bojijo orkanskega vetra.
- Za zagon ne potrebujete dodatnih naprav. Zaradi konkavne oblike lopatic se izstrelitev zgodi pri minimalnih vrednostih vetra - 0,3 m/s. Generator doseže optimalne vrednosti pri hitrosti pretoka zraka 5 m/s.
- Zaradi nizke ravni hrupa do 20 dB je vetrnica mogoče namestiti v neposredni bližini stanovanja, kar je pomembno za proizvodnjo električne energije z majhno močjo in izgubo toka v žicah.
- Ne zahtevajte posebne smeri vetra. Začnejo delovati tako, da zračni tok poteka pod katerim koli kotom.
- Preprost dizajn zmanjšuje stroške vzdrževanja.
- Ni nevarno za ptice, ki zaznavajo strukturo kot celoto in ne poskušajo leteti skozi rezila.
Slabosti vertikalnih vetrnih turbin vključujejo relativno nizko učinkovitost, višje stroške za gradbene materiale, velike velikosti, potrebne za doseganje zahtevane moči.
Kako narediti vetrno turbino z lastnimi rokami
Izdelava naprave, ki bi podeželsko hišo v celoti zagotovila elektriko, se zdi malo verjetno. Vendar pa je izdelava majhne vetrnice za pridobivanje brezplačne električne energije, ki zagotavlja delovanje naprav majhne moči (namakalna črpalka, ulična razsvetljava pred hišo, odpiranje avtomatskih vrat), v moči vsakega obrtnika. Za to boste potrebovali:
- 3 aluminijaste pločevine s stransko dolžino 33 cm, debeline približno 1 mm;
- odtočna cev premera 15 cm in dolžine 60 cm;
- 4 cm vodovodna cev;
- električni generator (lahko se uporablja avto);
- fitingi (jekleni kotniki, samorezni vijaki, matice, vijaki).
Navodila za kuhanje
Za izdelavo preprostega rotorja Savonius potrebujete:
- Izrežite 3 diske s premerom 33 cm iz aluminijaste pločevine.
- Odrežite vodno cev s premerom 15 cm vzdolž osi, da naredite 2 prazni za rezila. Nato vsak kos prerežite po sredini. Tako boste dobili 4 enaka rezila, dolga 30 cm.
- V sredini diskov izvrtajte luknjo, skozi katero lahko vstavite 4 cm vodno cev.
- Vse tri diske povežite s cevjo in med njimivstavite rezila. Dva med dvema diskoma. Rezila morajo biti usmerjena tako, da je kot med njihovimi osmi 90 stopinj. To bo omogočilo vrtenje generatorja tudi zaradi rahlega vetra.
- Za pritrditev rezil na aluminijasta platišča uporabite vogale in samorezne vijake.
- Potisnite gred generatorja v spodnji del cevi, ki je os.
Vetrni generator je pripravljen. Ostaja le, da izberete mesto namestitve, ki je dovolj odprto za zračne tokove. Če vetra ni dovolj, lahko naredite visok jambor, na katerega postavite generator.
montažne vertikalne vetrne turbine
Z razvojem alternativne energije narašča povpraševanje po izdelkih za avtonomno napajanje. Trenutno so na trgu vetrne turbine ruske proizvodnje, katerih cena se začne od 60 tisoč rubljev.
Te enote se lahko uporabljajo v zasebnem sektorju, saj zadovoljujejo potrebe po električni energiji od 250 W do 250 kW.
