Ефективність вітроенергетичної установки з аеродинамічним мультиплікуванням тг-750 за результатами дослідної експлуатації
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-293-7-40-45Ключові слова:
вітроенергетична установка, аеродинамічне мультиплікування, ккд, коефіцієнт потужності, коефіцієнт гальмуванняАнотація
У статті вказано про необхідність покращення ефективності перетворення енергії вітру в електричну енергію. Наводяться відомості про те, що механічний мультиплікатор займає друге місце по фактору ненадійності серед обладнання вітроенергетичної установки. Через необхідність регламентних робот, заміну мастила, погані екологічні та шумові характеристики розробники шукають альтернативні варіанти. Вказано, що тихохідні генератори, не зважаючи на великий досвід експлуатації, мають погані масогабаритні показники. Альтернативним та перспективним рішенням є застосування аеродинамічного мультиплікування. Порівняння вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням з установками на базі тихохідного генератора дозволяє зробити висновок про їх кращі масогабаритні показники. Наведено історичні відомості про розробку та вивчення вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням. Описано принцип дії вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням та дано пояснення, як при цьому відбувається узгодження швидкості генератора. Наведено історичні помилки при оцінюванні ефективності аеродинамічного мультиплікування, виходячи з критерію Бетца. Показано, що Голубенко М.С. та його послідовники довели, що ефективність аеродинамічного мультиплікування не залежить від первинної вітротурбіни, а визначається лише параметрами вторинної вітротурбіни. Ккд при цьому розраховується як відношення коефіцієнту потужності вторинної вітротурбіни до її коефіцієнту гальмування. Приведено теоретичне значення ккд установки ТГ-750, яку Голубенко М.С. отримав на етапі проектування. За отриманими в процесі дослідної експлуатації вітроенергетичної установки ТГ-750 даними побудовано графіки залежностей коефіцієнта потужності первинної та вторинної вітротурбіни та їх коефіцієнта гальмування. Розраховано залежність ефективності аеродинамічного мультиплікування від швидкохідності та виконано порівняння отриманих результатів з теоретичними значеннями. Реальний ккд виявився дещо нижчим від теоретичного, що пояснюється наявністю в установці, крім аеродинамічних процесів, суто механічних – тертя, вібрації тощо. Ефективність перетворювання вітрової енергії в електричну в установках з аеродинамічним мультиплікуванням виявляється вищою, ніж у класичних вітротурбінах. Зроблено висновки про підтвердження теоретичних результатів результатами, отриманими в процесі дослідної експлуатації ТГ-750 та перспективність вивчення та впровадження установок подібного типу.
Посилання
1. Zheng R, Song Y, Fang H. Reliability analysis of wind turbines considering seasonal weather effects. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part O: Journal of Risk and Reliability. 2024;239(2):289-297. DOI:https://doi.org/10.1177/ 1748006X241235727
2. Ranjan R, Kumar S, Ghosh SK, Kumar M. Experimental and statistical analysis of wear on gear material. Lubrication Science. 2023;1‐11. DOI:https://doi.org/10.1002/ls.1650.
3. W. Wu, V. S. Ramsden, T. Crawford and G. Hill, "A low speed, high-torque, direct-drive permanent magnet generator for wind turbines," Conference Record of the 2000 IEEE Industry Applications Conference. Thirty-Fifth IAS Annual Meeting and World Conference on Industrial Applications of Electrical Energy (Cat. No.00CH37129), Rome, Italy, 2000, pp. 147-154 vol.1, DOI:https://doi.org/10.1109/IAS.2000.881049.
4. Голубенко Н.С. Ветровая электрическая турбогенера-торная установка ТГ-750 / Н.С. Голубенко, В Е. Олишевская, С.Д. Курдюков, Г.С. Олишевский, С.С. Курдюков // Наука та інновації. 2008. 4, №6: 71-77. DOI:https://doi.org/10.15407/scin4.06.071.
5. Son, Yoon-Gyu, and all. Test results of an inverter system for 750kW gearless wind turbine. Proceedings of the Korean Society for New and Renewable Energy Conference, 2005, Spring Conference of the Korean Society for New and Renewable Energy 2005.6 p.59-63.
6. Стрункін Г.М. Оцінювання маси основного обладнання вітроенергетичної установки з аеродинамічним мультиплікуванням на базі асинхронного генератора з фазним ротором. // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. 2025. №2. С.49-55. DOI:https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-288-2-49-55.
7. Ветроэлектрический генератор: Пат. 1457, Класс 88-с. СССР; заявл. 14.01.1924; опубл. 31.07.1926.
8. Красовский Н.В. Схема ветряного двигателя с аэродинамической передачей для мощностей 100-3.000 кв / Н.В. Красовский // Известия ОГИН. Москва. Ан СССР. 1939. №5: 15.
9. Вітродвигун: Патент 49970 Україна, МПК F03D 1/00; заявл. 30.03.2002; опубл. 15.10.2002, Бюл. № 10.
10. Голубенко Н.С. Тенденции развития ветроэнергетики и безмультипликаторные ветровые установки / Голубенко Н.С., Довгалюк С.М., Фельдман А.М., Цыганов В.А. // Нетрадиционная энергетика ХХІ века: Материалы IV международной конференции (Крым, Гурзуф, 2003). 2003: 68-74.
11. Миргород В.Ф., Ранченко Г.С., Голубенко Н.С. Моделирование динамических режимов ветроэнергетической установки большой мощности. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2006. № 4(30). С. 96–99.
12. Alekseevskiy, Dmitriy, et al. "Procedure for the Synthesis of Models of Electrotechnical Complexes." Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 6, no. 9, 2018: 48-54, DOI:https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150483.
13. Андриенко П.Д. Повышение единичной мощности и эффективности ВЭУ с аэродинамической мультипликацией/П. Д. Андриенко, В. П. Метельская, И. Ю. Немудрый // Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ": сб. науч. тр. Темат. вып.: проблемы автоматизированного электропривода. Харьков: НТУ "ХПИ". 2013. № 36 (1009): С. 394-395.
14. Strunkin, H. (2024). Simulation of the operation of a voltage inverter as part of an autonomous wind power plant with aerodynamic multiplication based on an asynchronous generator with a phase rotor. Technologies and Engineering, 25(6): 69-79. DOI:https://doi.org/10.30857/2786-5371.2024.6.7.
15. Strunkin H., "Simulation of the operation of an autonomous wind power plant with aerodynamic multiplication based on an asynchronous generator with a phase rotor with excitation from a voltage-source inverter," Turk J Electr Power Energy Syst., 2025; 5(2), 142-151. DOI:https://doi.org/10.5152/ tepes.2025.24034.
16. Strunkin G. Wind turbines with aerodynamic multiplication. Retrospective review. // Śląskie Wiadomości Elektryczne, 2.2025, p. 9-12.
17. Morgan, L. and Leithead, W.: Aerodynamic modelling of a novel vertical axis wind turbine concept, Journal of Physics: Conference Series, 2257. DOI:https://doi.org/10.1088/1742-6596/ 2257/1/012001, 2022.
18. Morgan, L., Leithead, W., & Carroll, J. (2024). On the use of secondary rotors for vertical axis wind turbine power take off. Wind Energy, 27(6): 569-582. DOI:https://doi.org/10.1002/we.2901.
19. Голубенко Н.С. Аэродинамические особенности безмультипликаторной турбогенераторной схемы ветроэлектрической установки большой мощности // Нетрадиционная энергетика ХХI века: материалы IV междунар. конф., Крым, Гурзуф. 2003. С. 125–132.
20. Anderson, C. (2020). Wind Turbines: Theory and Practice. Cambridge: Cambridge University Press.
21. Стрункін Г.М. Застосування пристроїв силової електроніки. Дніпро. Середняк Т. К., 2024: 408. ISBN 978-617-8139-59-9. DOI:https://doi.org/ 10.5281/zenodo.15256472.
