Сама идея использования ветра для бытовых нужд человечества насчитывает более тысячи лет.
На сегодняшний день в Евросоюзе поставлена задача добиться к 2010 году использование 30% электроэнергии, получаемой от возобновляемых источников (в Германии сейчас – 27%, в Дании – 20%, в Англии – 17%, России – 0,1%). Специалисты Всероссийского института электрификации сельского хозяйства - одного из профильных научных учреждений, наиболее серьезно занимающихся нетрадиционной энергетикой, - считают, что потенциал ветроэнергетики в несколько раз превышает сегодняшние потребности страны в электроэнергии.
Для эффективной работы даже самых совершенных современных лопастных ветряков, вырабатывающих электричество, необходима скорость ветра более шести метров в секунду. Такой средней скоростью ветра Россия похвастаться может разве что на Дальнем Востоке и Сахалине, на остальной территории скорость ветра крайне редко достигает 4,5 м/с, что не обеспечивает условий эксплуатации сегодняшних ветряков.
Крайне перспективной в этом свете видится эксплуатация вихревых эффектов в конструкции ветряков «ЭУС-2-60М», что позволит не только вырабатывать энергию на ветрах со скоростью 2,5–3,5 м/с, но и даст возможность работы от восходящих тепловых потоков, а также снизит влияние низкочастотных шумовых составляющих при работе данной ветроустановки.
Впоследствии, в числе многочисленных практических применений вихревого эффекта, была предложена идея создания ветряка, эффективность работы которого усиливалась бы за счет дополнительного завихрения ламинарного потока воздуха. Идея была простая, ведь основная проблема обычных лопастных ветряков - либо слишком слабые, либо слишком сильные ветры. При небольших ветрах лопастные ветряки просто не работают, в случае же штормовых - их лучше не только останавливать, а класть вместе с мачтами на землю.
Для ветряка «ЭУС-2-60М», использующего вихревой эффект, не нужны ни сильный ветер, ни высокая мачта, ни система ориентации на ветер, а входящий поток контролируется простым регулируемым воздухозаборником. Причем эти ветряки можно устанавливать модульно - друг на друга, повышая мощность до необходимой, независимо от силы ветра.
Само устройство «ЭУС-2-60М» представляет собой следующую конструкцию: вихревая ветроустановки содержит корпус, вытяжное устройство, направляющие аппараты, каждый из которых выполнен в виде по крайней мере двух коаксиально установленных в корпусе полых элементов в форме усеченных гиперболоидов вращения с разделяющими вертикальными перегородками, изогнутыми по оси спирали, и ветроколеса, выполненного в форме тела вращения с жесткими профилированными лопастями и установленного над вытяжными цилиндрическими каналами, образованными внутренними торцами вертикальных профилированных перегородок каждого направляющего аппарата. Радиусы вытяжных цилиндрических каналов каждой пары соседних направляющих аппаратов выбираются в соответствии с установленной зависимостью, при использовании которой снижаются потери энергии воздушного потока внутри ветроустановки. Ветроустановка «ЭУС-2-60М» содержат автоматическую систему управления, с помощью которой производится регулирование размеров проходных сечений каналов направляющих аппаратов, а соответственно, и числа оборотов ротора электрогенератора.
Наиболее близким патентным аналогом заявленного изобретения является ветроустановка, которая содержит вытяжную башню с кольцевым воздухозаборником у основания, направляющий аппарат, выполненный в виде нескольких сооснорасположенных полых элементов в форме усеченных гиперболоидов вращения с вертикальными спиралеобразными перегородками, ветроколесо, установленное на выходе направляющего аппарата, и вытяжное приспособление.
Ветроустановка «ЭУС-2-60М» содержит автоматическую систему управления, в состав которой входят датчики числа оборотов, установленные на каждом ветроколесе-роторе (или на общем приводном валу при использовании одного электрогенератора), блок преобразования сигналов управления, соединенные с датчиками, и исполнительные механизмы перемещения полых элементов и оснований направляющих аппаратов. Основания, образующие вихревые каналы, и остальные полые элементы выполнены с возможностью вертикального перемещения и соединены с исполнительными механизмами системы автоматического управления.
Вихревая установка способна автоматически подстраиваться под реальную скорость набегающего воздушного потока при расчетных значениях числа оборотов ротора электрогенератора, что обеспечивает преобразование энергии с высокой эффективностью при более широком диапазоне скоростей ветра.
Для существующих в настоящее время ветроустановок рабочий диапазон скоростей ветра составляет от 6–15 м/с до 20–25 м/с. Наша установка за счет, в первую очередь, модульного построения направляющих аппаратов, при условии согласования их по расходу потоков воздуха, возможности использования восходящих тепловых воздушных потоков и автоматического регулирования проходного сечения направляющих аппаратов, позволяет расширить рабочий диапазон скоростей ветра от 2–3 м/с до 60 м/с и более, а также повысить коэффициент использования ветра.
Установка «ЭУС-2-60М» может применяться на местности, где преимущественно скорость ветра не велика и не стационарна во времени, что особенно актуально для большей части территории России.
Анализ Российского энергетического рынка показывает, что потребление энергии в России на сегодняшний день составляет около 1 млрд. тонн условного топлива (ТУТ) в год, из них невозобновляемые источники составляют 99,9% (нефть, газ и пр.), при переработке которых образуются окислы вредных веществ (NOx, CO, CH), нанося невосполнимый ущерб окружающей среде.
Наиболее оптимальным решением проблемы на местах является использование автономных энергосистем на основе возобновляемых источников энергии. Исследования, проведенные в рамках международных и Российских программ энергосбережения и ресурсосбережения, показывают, что потенциал нетрадиционных возобновляемых источников энергии может перекрыть всю потребность энергоснабжения страны. Так, технический потенциал ветроэнергетики составляет 2,0 млрд. ТУТ в год.
В течение последних пяти лет рост установленной мощности ветроэнергетических установок (ВЭУ) в мире составил около 30% к предыдущему году. Динамика развития за последние двадцать лет такова. В 1985 году общая установленная мощность ВЭУ составила – 1,1 ГВт, в 1990 году – 2,0 ГВт, 1995 году – 4,9 ГВт, 2000 году – 17,8 ГВт, в 2002 году – 31,1 ГВт. Страны-лидеры по установленной мощности ВЭУ и их доля в мировой энергетике на уровне 2002 года характеризуется следующими данными: Германия – 12 ГВт или 36,8% Испания – 4,8 ГВт или 15,4% США – 4,7 ГВт или 15,1% Дания – 2,9 ГВт или 9,3% Индия – 1,7 ГВт или 5,5%.
Вся средняя полоса России расположена в умеренной «ветровой зоне» со среднегодовыми скоростями ветра около 4–5 м/сек, где проживает около 90% потенциальных потребителей.
По данным Американской Ассоциации Энергии Ветра, стоимость строительства ветровой электростанции сегодня дошла до $1 млн. на 1 МВт – это примерно столько же, сколько стоит 1 МВт на АЭС. По эффективности денежных вложений дешевле ВЭС только электростанции на газе ($600 тыс. на 1МВт). Но надо учесть, что за газ нужно платить, а за ветер – нет. И нет проблем с отработанным ядерным топливом (или угольным шлаком). За последние двадцать лет мировая стоимость ветровой энергии сократилась с 40 до 5 центов за киловатт и приблизилась к мировым ценам на электричество, добытое традиционным путём. Учитывая, что в случае подтверждения опытными образцами заявленных характеристик нашей установки будет эффективнее сегодняшних ветровых электростанций, существует перспектива выхода на иностранные рынки, что сулит высокую прибыль.
Преимущества над ними «ЭУС-2-60М» можно увидеть из таблицы: вышлем по запросу rossmi@ya.ru.
Потеснив на рынке ветряки лопастной конструкции, «ЭУС-2-60М» может претендовать на удовлетворение потребности в электроэнергии 20 млн. граждан России, которые по данным Минтопэнерго живут без электрообеспечения (в случае финансирования государством хотя бы для 5% от этого числа (1 млн. граждан) установку «ЭУС-2-60М» на 1 ГВт•ч/сутки, т.е. на каждого гражданина 1 кВт•ч/сутки, необходимо будет установить 300МВт пиковой мощности «ЭУС-2-60М»), также «ЭУС-2-60М» может представлять интерес для владельцев частных домов взамен дизель-генераторов, так как эксплуатация «ЭУС-2-60М» обходится в разы дешевле и разница в цене (в среднем на 700 долл.) достаточно быстро окупается за счет переменной части приведенных затрат. Благодаря использованию энергии восходящих потоков воздуха «ЭУС-2-60М» может найти применение в городских «высотках», экономя деньги жильцов, заменяя экологически небезопасные электростанции. Применение большого числа модулей «ЭУС-2-60М» способно существенно повышать рентабельность практически любого предприятия.