Малка ветроенергетика и ветро-соларни системи

Безшумни и птицебезопасни вятърни електрогенератори

Вятърната енергия е безплатна, но ветрогенераторите все още не се масови в населените места най-малко поради пет причини:

1. Вятърните турбини причиняват дразнещ шум

2. Опасни са за птиците

3. Естетически са неприемливи

4. Имат ниска енергийна ефективност

5. Вятърът в населените места не е достатъчно силен за конвенционалните ветротурбини.

Въпреки посочените пет причини, глобалният растеж на малката ветроенергетика е впечатляващ - около 25% годишно. Този растеж не се дължи на радикално преодоляване на нито една от посочените 5 пречки. Той се дължи изцяло на две преимущества на локалните ветротурбини, които, засега, са достатъчни за бързия растеж на този пазар :

1. Производството на 100% екологична енергия, което се поощрява и материално в редица държави

2. Независимостта от енергийните доставчици

Въпреки различните стимули за развитие и използване на възобновяемите енергийни източници (ВЕИ) в енергетиката, напредъкът на технологиите в тази сфера все още е недостатъчен. Тук няма да коментираме причините за този факт. Все пак ще отбележим, че независимото от горива енергоснабдяване и ограничаването на централизираната енергетика не се харесва, нито на енергийните компании, нито на власт имащите (за децентрализираната енергетика вижте тук). Но във всички случаи има остра нужда от много по-ефективни преобразуватели на възобновяемата енергия в електричество, включително и нови технически решения за малките и големите вятърни турбини. Знаем, че към малките локални ветрогенаратори има и допълнителни ограничения, които не са в сила за големите турбини - а именно за нискък шум и високи естетически показатели. Малките ветрогенератори, именно понеже са малки, се монтират много по-ниско над терена, където вятърът е по-турбулентен и по-слаб. Докато роторите на големите мегаватови машини се монтират на 70-100 метра над терена, където вятърът е значително по-силен.

Трансмисиите и електрогенераторите на вятърните турбини са усъвършенствани столетия заради други машини и агрегати. Затова те имат висока ефективност, за разлика от първичните преобразуватели на кинетичната енергия на вятъра във въртене (или друг вид полезно действие), които все още са ниско ефективни. Те преобразуват само около една трета от енергията на вятъра и затова общата ефективност на наземните ветроелектрогенератори рядко надвишава 30%, а типично е под 25% средногодишно. Именно към усъвършенстването на първичните преобразуватели на ветрената енергия са насочени усилията на предприемачите и изобретателите от B 2 B ^TM мрежата. Както и към цялостната ефективност и балансираност на електропроизводството от ВЕИ, което става чрез изграждане на хибридни електроцентрали на различни ВЕИ.

Главният технически недостатък (номер 4 от горния списък) на известните малки вятърни турбини е тяхната ниска ефективност и невъзможността им да работят при малки ветроскорости (номер 5 от горния списък) и висока турбулентност на ветротеченията. А точно такива са условията в населените места. Поради факта, че масово използваните пропелерни вятърни турбини са енергийно ефективни при сравнително силни ветрове  - около и над 10 m/s, то те лесно и евтино се оптимизират да достигнат максималната си ефективност/производителност именно при тези условия. Това се дължи на масовия търговски трик при рекламирането и продажбата им, при които се посочва максималната мощност, която те развиват, като не винаги се указва, че тя е максимална (номинална) при постоянен силен вятър, а не е за реално работеща турбина в силно променливи ветрови условия. Известно е, че при много силни ветрове конвенционалните турбините спират, за да не се саморазрушат, а при слаби не могат да се завъртят.

Примерно, на пазара се предлага ветрогенератор 1 000 вата. Това означава, че той типично ще произведе 1 000 вата за един час при постоянна скорост на вятъра от 10 м/с. Но при скорост 5 м/с той ще произведе около 120 вата на час. Обаче дори и ветроскорост от 5 м/с далеч не е преобладаващата в повечето населени места. Преобладаващата ветроскорост в такива открити места е около 3.5  m/s. При тази ветроскорост много от конвенционалните пропелерни турбини не произвеждат електричество, а тези които генерират отдават само около 50 вата на час.

Има различни начини за увеличаване на ефективността на вятърните турбини. Тук ще посочим два подхода, които са по български изобретения под патентно закрила:

Първо. Радикалното ново техническо решение са новоизобретените реактивни вятърни турбини. Те се въртят и от допълнителна въртяща сила - именно реактивната. Такава не използват известните пропелерни и вертикално-осеви турбини. Благодарение на реактивната допълнителна въртяща сила и виртуалният дифузорен ефект на реактивните пропелерни лопати, реактивните турбини са много по-ефективни. Те работят при ниски ветроскорости в турбулентна среда, както и при много силни ветрове. Нискошумни са и не застрашават птиците, защото роторите им изглеждат като твърдо тяло при въртетено си и са естетически приемливи. Реактивните турбини, без да са по-скъпи от конвенционалните, са многократно по-ефективни при ниски ветроскорости. Те самостартират и генерират при много по-ниски ветроскорости, в сравнение с познатите ветрогенератори.  Затова те функционират много по-дълго време в рамките на една година и съответно произвеждат много повече електричество, в сравнение с останалите турбини от същия клас. 

Второ. Новоизобретените вертикално-осеви и хоризонтално-осеви реактивни вятърни турбини работят ефективно самостоятелно при слаби и средно силни ветрове. Без да се увеличава тяхната единична мощност електрпроизводството им нараства, благодарение на новоизобретените конструкции ветроускорители, които се поставят под ротора на турбините. На самите ветроускорители има възможност да се монтират фотоволтаични панели и да се получи хибридна ветро-фотоволтаична система. Тя има предимството, че произвежда по-равномерни и по-големи количества електричество ежедневно и сезонно, в сравнение с отделни фотоволтаични и вятърни системи. А вместо конвенционалните фотоволтаици на ветроускорителите могат да се монтират когенерационни панели. Те, освен електричество, произвеждат и топлина. Вятърните турбини (реактивни или не), с или без фотоволтаици на ветроускорителите са много по-ефективни, защото ветроускорителите са стационарни евтини нескъпи съоръжения, които не оскъпяват значимо вятърните турбини.

Сравнение на работещи конвенционална и реактивни пропелерни хоризонтално осеви турбини без ветроускорители вижте на това видео: http://www.youtube.com/profile?user=miscbeep#p/u/14/bWoLchq3EME  А на първия ред на долните снимки са новоизобретени хеликални ертикално-осеви турбини за урбанизирани територии и за покриви на сгради, включително и за ПЛЮС енергийни сгради. Те са напълно безшумни, имат лек самостарт, лесна и евтина поддръжка, работят при много ниски и много високи ветроскорости, видими са за птиците, евтини са, имат висока годишна използваемост и са естетически приемливи. По-ефективни, но по.обемисти от тях са торнадо турбините, които са показани на втория ред на долните снимки. Те могат да бъдат и с прозрачни лопати. Видео на новоизобретена вертикална безшумна турбина с прозрачни лопати за слаби и средни ветрове вижте тук. Такива са предпочитани в хибридните инсталации с фотоволтаични панели, за да не засенчват панелите.

На двете снимки на най-долния ред виждате ветро-фотоволтаични електроцентрали, които могат да се използват и в населени места, защото са ниско шумни и работят при слаби и турбулентни ветрове. Пирамидалната структура под турбините има две функции: първата е поддържане на фотоволтаиците в оптимален наклон за максимален добив на електроенергия и втората - да ускорява и насочва вятъра към ротора на хибридната електроцентрала. Това може да увеличи добива на електричество с над 30%, в сравнение със случая на турбина без усилвател на вятъра. Една патентована  ветро-фотоволтаични електроцентрали може да видите и на това видео  http://www.youtube.com/watch?v=KNptaLkgjYI   За подобряване баланса на електросистемата с ВЕИ, електрическите автомобили могат да изпразват акумулаторите си (включително и ако акумулаторите им са маховични или други видове не електрически) в обществената елмрежа, Но няма да имат ток за движение. Хибридните plug-in коли по български патенти (вижте http://www.tonchev.org/hcarbg.html ) имат и тази възможност, без да рискуват потенциала за движение. На долните снимки виждате шосейни/магистрални ветро-фотоволтаични електроцентрали с универсално приложение - за електразахранване на електро и хибридни коли, както и за публичната електромрежа.

Вижте видео http://www.youtube.com/watch?v=oAwwQz8uHWw  на магистрална електрозарядна електроцентрала, използваща 100% чиста и напълно възобновяема енергия от вятъра и слънцето. Тя е предназначена за зареждане на всички транспортни средства, ползващи електрическа тяга, като електро коли и plug-in хибридни коли. Излишъкът на електроенергия се отдава на електрическата мрежа и/или се използва за производство на водород за водородни коли или за енергоакумулация.

Новоизобретени реактивни пропелерни лопати на реактивни вятърни и хидрокинетични турбини

Новоизобретените лопати са уникални. Те нямат краища, поради което се елиминират индуктивните енергийни загуби от завихрянето на флуда след краищата на лопатите. Намалява се шумът от лопатите и кавитацията (във вода). Затова новопатентованите лопати са много по-ефективни от всички известни пропелерни лопати.

Показаните и други подобни безшумни и естетични турбини се слагат и на ПЛЮС енергийните сгради, в паркове и дворове.

Кинетична склуптура от три хеликални вертикално-осеви турбини със съпротиветелно-реактивни лопати вижте на това видео: http://www.youtube.com/watch?v=AOJmNplqQ0w   Други реактивни турбини в действие може да видите на видеклипове в линка www.b2b.bg/new.html

На тези страници са описани главните иновативни направления на работата на B 2 B ^TM  мрежата.  Свързаните с това конкретни патенти може да видите на www.tonchev.org , а официалните публикации на резюмета на патентите вижте тук

Допълнителна информация за патентованите турбини и други машини, работещи на ВЕИ може да намерите тук