Ветровые генераторы с вертикальной осью известны уже не первый год. Обычно они считаются менее эффективными, чем традиционные генераторы с горизонтальной осью. Тем не менее, специалисты американской Sandia Corporation считают, что вертикальные ветрогенераторы идеально подойдут для постройки шельфовых электростанций, если немного доработать проект.
Из-за особенностей аэродинамики, вертикальные ветрогенераторы (VAWT) приходится устанавливать ниже, чем горизонтальные (HAWT) (а внизу ветер слабее), их лопасти быстро изнашиваются, существует проблема медленной работы при сильном ветре и ряд вопросов к динамической стабильности. Дело в том, что в отличие от горизонтальных систем, крутящий момент которых остается постоянным при неизменной силе ветра, лопасти вертикальных генераторов при вращении создают периодические импульсы, что ведет к ускоренному износу ротора и других деталей конструкции. Кроме того, производство изогнутых лопастей большого размера для вертикальных ветрогенераторов связано с трудностями технологического характера (а вот для турбин с горизонтальной осью вращения уже делают лопасти длиной 75 м).
С другой стороны, вертикальные генераторы обладают несколькими преимуществами, особенно ценными в условиях шельфовой электростанции. Во-первых, центр тяжести турбины с вертикальной осью вращения расположен гораздо ниже, что снижает стоимость монтажа генератора. Во-вторых, вертикальные генераторы нечувствительны к направлению ветра, благодаря чему нет необходимости в сложной для обслуживания системе поворота лопастей. Да и сам ротор генератора расположен у основания турбины, а не наверху, как в случае с горизонтальным генератором. Это особенно важно для морских ветроэлектростанций, обслуживать которые пока что приходится с кораблей, с установленными на них специальными подъемными кранами. Наконец, вертикальные генераторы легче сделать очень большими — за счет все той же механической простоты.
Производство лопастей турбин и роторов для вертикальных систем обходится дороже, чем для горизонтальных ветровых генераторов. Но инженеры Sandia Corporation подсчитали, что если строить действительно огромные ветряные генераторы — мощностью 10-20 МВт — то более высокая стоимость турбины и ротора будет окупаться за счет экономии на обслуживании и других расходах.
Sandia Corporation совместно с Министерством энергетики США планируют направить силы и средства на решение инженерных проблем, препятствующих строительству шельфовых ветрогенераторов с вертикальной осью вращения. В частности, начаты исследования в области производства надежных изогнутых лопастей за приемлемые деньги, и роторов, сглаживающих периодические импульсы, создаваемые генератором.
По материалам Sandia National Laboratories
