Η μετατροπή της αιολικής ενέργειας είναι ένας τρόπος για να αποκτήσετε φθηνή ηλεκτρική ενέργεια. Υπάρχουν πολλά σχέδια ανεμογεννητριών. Μερικά από αυτά έχουν σχεδιαστεί για μέγιστη απόδοση, άλλα είναι ανεπιτήδευτα στη χρήση. Η δεύτερη ομάδα περιλαμβάνει τον ρότορα Savonius, που δημιουργήθηκε πριν από περίπου 100 χρόνια, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται με επιτυχία για την επίλυση διαφόρων τεχνικών προβλημάτων.
Ιστορία της Δημιουργίας
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - εφευρέτης από τη Φινλανδία, κέρδισε φήμη για το έργο του στη φυσική που σχετίζεται με τη μελέτη της αιολικής ενέργειας. Κατά τη διάρκεια της ζωής του, έλαβε αρκετές πατέντες που χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τη δημιουργία ανεμογεννητριών, αλλά και στη ναυπηγική βιομηχανία, καθώς και σε συστήματα εξαερισμού σύγχρονων σιδηροδρομικών αυτοκινήτων και λεωφορείων.
Ένας άλλος εφευρέτης από τη Γερμανία - ο Anton Flettner (1888 - 1861) στις αρχές του περασμένου αιώνα σκέφτηκε μια εναλλακτική λύση στο κλασικό πανί, δημιουργώντας τον λεγόμενο ρότορα Flettner. Η ουσία της εφεύρεσηςπεριορίστηκε στο εξής: ένας περιστρεφόμενος κύλινδρος, που φυσούσε ο άνεμος, δέχθηκε δύναμη κατευθυνόμενη προς την οριζόντια κατεύθυνση, που υπερέβαινε 50 φορές τη δύναμη της ροής του αέρα. Χάρη σε αυτή την ανακάλυψη, κατασκευάστηκαν πολλά πλοία που χρησιμοποιούν τη δύναμη του ανέμου για να κινηθούν. Σε αντίθεση με τα συμβατικά ιστιοφόρα, αυτά τα σκάφη δεν ήταν εντελώς ενεργειακά ανεξάρτητα. Χρειάζονταν κινητήρες για την περιστροφή του ρότορα.
Σκεφτόμενος το πανί του Flettner, ο Savonius κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η αιολική ενέργεια θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την περιστροφή του. Το 1926, ανέπτυξε και κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το σχέδιο ενός ανοιχτού κυλίνδρου με αντίθετα κατευθυνόμενες λεπίδες μέσα.
Λίγη φυσική
Πρώτον, λίγη θεωρία. Όλοι παρατήρησαν ότι όταν οδηγείτε ένα ποδήλατο, ο αέρας δημιουργεί σημαντική αντίσταση στην κίνηση. Και όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα, τόσο μεγαλύτερη είναι αυτή η τιμή. Ο δεύτερος παράγοντας που επηρεάζει την αντίσταση είναι η περιοχή διατομής του σώματος που επηρεάζεται από τη ροή του αέρα. Υπάρχει όμως και μια τρίτη ποσότητα, η οποία σχετίζεται με τη γεωμετρία του σώματος. Αυτό ακριβώς προσπαθούν να μειώσουν οι σχεδιαστές αμαξωμάτων αυτοκινήτων όσον αφορά την αεροδυναμική.
Για παράδειγμα, μπορούμε να πούμε ότι τρεις πλάκες με την ίδια περιοχή διατομής, αλλά με διαφορετικά σχήματα: κοίλες, ευθείες και κυρτές, θα έχουν πολύ διαφορετικό συντελεστή οπισθέλκουσας. Για ένα κυρτό σχήμα, θα είναι 0,34, για ένα ευθύ - 1,1, για ένα κοίλο - 1,33. Ήταν το κοίλο σχήμα που λήφθηκε για τα πτερύγια του ρότορα Savonius. Αναγνωρίζεται ως ο πιο αποτελεσματικός οικοδεσπότηςαιολική ενέργεια.
Η αρχή λειτουργίας του ρότορα Savonius
Σε αντίθεση με το πανί του Flettner, ο Savonius πρότεινε να χωριστεί ο κύλινδρος σε δύο μισά και να μετακινηθούν το ένα σε σχέση με το άλλο για να πάρει τις λεπίδες και το διάστημα μεταξύ τους. Η ουσία της ιδέας του Savonius ήταν ότι η ροή του αέρα που χτυπούσε τη μία λεπίδα δεν πήγαινε απλώς στο πλάι μετά από αυτό, αλλά περνώντας μέσα από το αξονικό διάκενο επανακατευθυνόταν στη δεύτερη λεπίδα, γεγονός που αύξησε σημαντικά την επίδραση του ανέμου.
Αυτή η αρχή λειτουργίας επιτρέπει στον ρότορα Savonius να λειτουργεί ακόμα και με ελαφρύ άνεμο.
Υπάρχουν πολλές επιλογές προφίλ:
- Οι λεπίδες είναι στερεωμένες στον άξονα με τέτοιο τρόπο ώστε να μην υπάρχει κενό αέρα μεταξύ τους. Αυτή είναι η απλούστερη έκδοση από τις πολλές περιγραφές του ρότορα Savonius.
- Η βάση της μιας λεπίδας εισάγεται στη βάση της άλλης. Παραμένει σημαντικό κενό κατά μήκος της γραμμής του άξονα. Αυτή η επιλογή επιτρέπει στον άνεμο από το ένα μισό του ρότορα να μετακινηθεί στο άλλο. Πιο αποτελεσματικό προφίλ.
- Όπως και η δεύτερη επιλογή, μόνο η περιοχή των λεπίδων αυξάνεται προσθέτοντας μια ευθεία πλάκα στο εσωτερικό.
Πεδίο εφαρμογής
Στη δεκαετία του '60 του περασμένου αιώνα, οι ρότορες Savonius χρησιμοποιήθηκαν σε συστήματα εξαερισμού σιδηροδρόμων. Τοποθετήθηκαν στις οροφές των βαγονιών. Κατά τη διάρκεια της κίνησης, ο ρότορας άρχισε να περιστρέφεται προς τα πάνω και να αντλεί αέρα από το δρόμο στο δωμάτιο. Παρόμοια συστήματα εγκαταστάθηκαν και σε λεωφορεία.
Σήμερα, η κύρια εφαρμογή του ρότορα είναι μέσαανεμογεννήτριες κάθετου άξονα. Υπάρχουν πολλά παρόμοια σχέδια που συνδυάζουν δύο παράγοντες:
- κάθετος άξονας περιστροφής;
- ανεπιτήδευτο προς την κατεύθυνση της ροής του ανέμου.
Εκτός από τις κάθετες ανεμογεννήτριες, υπάρχουν συσκευές με οριζόντιο άξονα. Διακρίνονται από μεγάλη επιστροφή με την ίδια δύναμη ανέμου. Δομικά, μοιάζουν με τα πτερύγια των ελίκων του αεροσκάφους, που βρίσκονται σε οριζόντιο άξονα και έχουν μια ουρά οδηγό για ευθυγράμμιση με τον άνεμο.
Πλεονεκτήματα της ανεμογεννήτριας Savonius
Παρά το γεγονός ότι οι κάθετοι αξονικοί ρότορες των ανεμογεννητριών χάνουν σε απόδοση σε σχέση με τους οριζόντιους αξονικούς ρότορες, εξακολουθούν να έχουν μια σειρά από αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα:
- Εργαστείτε σε οποιαδήποτε κλιματική ζώνη. Λόγω της μικρής εγκάρσιας περιοχής τους, δεν φοβούνται τους ανέμους τυφώνων.
- Μην απαιτούνται πρόσθετες συσκευές για την κυκλοφορία τους. Λόγω του κοίλου σχήματος των πτερυγίων, η εκτόξευση πραγματοποιείται σε ελάχιστες τιμές ανέμου-0,3 m/s. Η γεννήτρια φτάνει τις βέλτιστες τιμές με ταχύτητα ροής αέρα 5 m/s.
- Λόγω του χαμηλού επιπέδου θορύβου έως και 20 dB, ο ανεμόμυλος μπορεί να εγκατασταθεί σε κοντινή απόσταση από το περίβλημα, κάτι που είναι σημαντικό για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χαμηλής ισχύος και την απώλεια ρεύματος στα καλώδια.
- Μην απαιτείτε συγκεκριμένη κατεύθυνση ανέμου. Αρχίζουν να λειτουργούν από τη ροή του αέρα που πηγαίνει υπό οποιαδήποτε γωνία.
- Ο απλός σχεδιασμός μειώνει το κόστος συντήρησης.
- Δεν είναι επικίνδυνο για τα πουλιά που αντιλαμβάνονται τη δομή ως σύνολο και δεν προσπαθούν να πετάξουν μέσα από τις λεπίδες.
Τα μειονεκτήματα των κάθετων ανεμογεννητριών περιλαμβάνουν σχετικά χαμηλή απόδοση, υψηλότερο κόστος για οικοδομικά υλικά, μεγάλα μεγέθη που απαιτούνται για την επίτευξη της απαιτούμενης ισχύος.
Πώς να φτιάξετε μια ανεμογεννήτρια με τα χέρια σας
Η κατασκευή μιας συσκευής που θα παρείχε πλήρως ηλεκτρική ενέργεια σε μια εξοχική κατοικία φαίνεται απίθανο. Ωστόσο, η κατασκευή ενός μικρού ανεμόμυλου για την παραγωγή δωρεάν ηλεκτρικής ενέργειας που διασφαλίζει τη λειτουργία συσκευών χαμηλής ισχύος (αντλία άρδευσης, οδοφωτισμός μπροστά από το σπίτι, άνοιγμα αυτόματων πυλών) είναι στη δύναμη κάθε τεχνίτη. Για αυτό θα χρειαστείτε:
- 3 φύλλα αλουμινίου με μήκος πλευράς 33cm, πάχος περίπου 1mm;
- σωλήνα αποχέτευσης 15 cm διάμετρο και 60 cm μήκος;
- 4 εκ. σωλήνας νερού;
- ηλεκτρική γεννήτρια (μπορεί να χρησιμοποιηθεί το αυτοκίνητο);
- εξαρτήματα (χάλυβας γωνίες, βίδες με αυτοκόλλητο, παξιμάδια, μπουλόνια).
Οδηγίες μαγειρέματος
Για να φτιάξετε έναν απλό ρότορα Savonius χρειάζεστε:
- Κόψτε 3 δίσκους με διάμετρο 33 cm από φύλλα αλουμινίου.
- Κόψτε ένα σωλήνα νερού με διάμετρο 15 cm κατά μήκος του άξονα για να κάνετε 2 κενά για τις λεπίδες. Στη συνέχεια κόψτε κάθε κομμάτι στη μέση. Έτσι, θα λάβετε 4 ίδιες λεπίδες, μήκους 30 cm.
- Ανοίξτε μια τρύπα στο κέντρο των δίσκων μέσω της οποίας μπορείτε να εισάγετε ένα σωλήνα νερού 4 cm.
- Συνδέστε και τους τρεις δίσκους με ένα σωλήνα και μεταξύ τουςεισάγετε λεπίδες. Δύο ανάμεσα σε δύο δίσκους. Οι λεπίδες πρέπει να είναι προσανατολισμένες έτσι ώστε η γωνία μεταξύ των αξόνων τους να είναι 90 μοίρες. Αυτό θα επιτρέψει ακόμη και σε έναν ελαφρύ αέρα να περιστρέφει τη γεννήτρια.
- Χρησιμοποιήστε γωνίες και βίδες με αυτοκόλλητο για να στερεώσετε τις λεπίδες στις ζάντες αλουμινίου.
- Πιέστε τον άξονα της γεννήτριας στο κάτω μέρος του σωλήνα, που είναι ο άξονας.
Η ανεμογεννήτρια είναι έτοιμη. Απομένει μόνο να επιλέξετε έναν τόπο εγκατάστασης που είναι επαρκώς ανοιχτός σε ρεύματα αέρα. Εάν δεν έχει αρκετό άνεμο, τότε μπορείτε να φτιάξετε έναν ψηλό ιστό, πάνω από τον οποίο τοποθετήστε τη γεννήτρια.
Προκατασκευασμένες κάθετες ανεμογεννήτριες
Με την ανάπτυξη της εναλλακτικής ενέργειας, αυξάνεται η ζήτηση για προϊόντα αυτόνομης παροχής ρεύματος. Επί του παρόντος, υπάρχουν στην αγορά ανεμογεννήτριες ρωσικής κατασκευής, η τιμή των οποίων ξεκινά από 60 χιλιάδες ρούβλια.
Αυτές οι μονάδες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον ιδιωτικό τομέα, καλύπτοντας ανάγκες ηλεκτρικής ενέργειας από 250 W έως 250 kW.
