По технологии автомата Калашникова

Надёжность, экономичность, технологичность, – все эти условия стали ключевыми при проектировании ветросолнечной энергоустановки конструкции В.В.Перевалова.

Предварительный глубокий анализ практики применения существующих основных схем и конструкций ветряных и солнечных энергоустановок показал, что все они в принципе не могут быть экономичными, поскольку выполнены по принципу «объединения недостатков».

Самый наглядный пример: классический трехлопастный ветряк с горизонтальной осью вращения. Для того, чтобы он работал, ему нужны длинные лопасти, причём, чем длиннее, тем лучше, поскольку снижается индуктивное сопротивление. Но это решение требует огромных опор длиной до ста метров и выше. Соответственно, всё редукторное хозяйство и генерирующее оборудование тоже «возносится» на эту высоту, добавляя массы конструкции. Сам ветряк представляет собой знакопеременную по усилиям консольную конструкцию. В результате, всё это сооружение превращается в сложную многоступенчатую консоль, требующую огромных масс для гашения внешних и автоколебаний (проще говоря, вибраций и грохота, производимого при работе). Ветряк, чутко реагирующий на все колебания скорости ветрового потока, требует, как следствие, сложного многоступенчатого инверторно-регулирующего комплекса.

В итоге, мы имеем современную картину: всё благополучие ветровой электрогенерации в ЕС основывается на «инвестиционных» тарифах в 44 евроцента за кВт*час и «обычных» тарифах в 28 евроцентов за кВт*час. Более того, европейцы сознательно пошли на некоторое увеличение этой неэкономичности, повсеместно внедряя именно трёхлопастные ветряки, несмотря на то, что аэродинамика однозначно отдаёт предпочтение однолопастным, на которых вполне достижима, например, быстроходность 25-30. Но они очень плохо смотрятся, напоминают одноруких инвалидов, в то время как трёхлопастные изящны и легко вписываются в любой пейзаж.

В солнечной электрогенерации, из-за ещё более низкого кпд фотоэлектрических преобразователей, без государственной поддержки ситуация была бы совершенно катастрофической. И эта поддержка осуществляется по совершенно определённым политическим мотивам, разбор которых не входит в рамки данного изложения.

Поэтому для новой конструкции был избран совершенно иной путь проектирования и конструирования.

Если коротко, то это путь создания конструкций аналогичных автомату Калашникова и танка Т-34: каждая из деталей конструкции, может быть, и не является вершиной конструкторского мастерства, но все вместе они образуют конструкцию, способную бороться и побеждать признанных лидеров мирового рынка.

Прежде всего, каждая деталь и агрегат устройства должны выполнять несколько функций, а само количество деталей должно быть сведено к минимуму, особенно это касается узлов вращения (подшипников и сопрягаемых с ними деталей) и сопрягаемых.

Ветроротор представляет собой центробежную турбину с вертикальной осью вращения. Лопатки ротора имеют специально разработанный для данной конструкции профиль, защищенный патентом РФ. Для их расчёта был применён секторальный метод, позволяющий в каждом из положений лопатки ротора получить максимальное возможное усилие. В настоящее время в ЦАГИ реализуется большая программа продувок для уточнения и подтверждения теоретических расчётов, по которым вполне можно рассчитывать на коэффицент использования энергии ветра (КИЭВ) порядка 0,5.

Для получения электроэнергии с помощью ветроротора используются два основных вида генераторов: как тихоходный, снимающий усилие с оси ветроротора, так и быстроходный, использующий диаметр ротора. В настоящее время проводятся работы по разработке генератора непосредственного привода.

Существенным элементом новизны устройства является использование основания ветроротора в качестве маховика. По расчётам, он снимает проблему самых сложных минутных и десятиминутных колебаний скоростей ветра. В результате этого можно пойти на существенное снижение сложности (и, соответственно, цены) инвертора. Более того, в настоящий момент разрабатывается унитарное инверторно-регулирующее устройство с удельной себестоимостью порядка 100 долларов за киловатт.

Направляющий аппарат резко (на четверть) увеличивает мощность ветроротора. Кстати, в ходе испытаний и опыта практической эксплуатации было доказано, что оптимизированный по ветрам направляющий аппарат не только не затеняет ветроротор, но и обеспечивает за счёт эффекта «обратного обтекания» существенное (до 10%) увеличение мощности устройства. Кстати, в 2009 году данный эффект был подтверждён независимыми исследованиями и описан в литературе.

Лопатки направляющего аппарата помимо своей основной функции ещё и обеспечивают рекордную жёсткость и прочность конструкции. Всё это позволяет рассчитывать на успешное прохождение испытаний по методике МО РФ (с обстрелом из стрелкового оружия).

Устройство показывает рекордные характеристики генерации, поскольку объединение ветровой и солнечной электрогенерации происходит без увеличения ометаемой поверхности. Солнечные панели прикреплены к аэродинамическим поверхностям и не выходят за габарит конструкции. В результате, происходит простое суммирование коэффициентов использования энергии ветра и Солнца. Это заставляет авторов устройства предложить интегрирующий показатель – коэффициент использования энергии окружающей среды. Потенциал устройства позволяет рассчитывать на коэффициент до 0,7, то есть с одного квадратного метра ометаемой (освещаемой) поверхности можно получить до 700 Ватт электрической мощности.

Устройство получилось практически бесшумным, поскольку нет колебаний законцовок лопастей, что, кстати, резко снижает и вибронагруженность всей конструкции в целом.

Все узлы и материалы конструкции устройства имеют подтверждённый ресурс в несколько десятков лет при регулярных и квалифицированных регламентных работах. Речь не идёт об аккумуляторной батарее, но даже она в нормальных условиях сможет проработать не менее 3-5 лет.

Разработчики с самого начала работ по созданию ВСЭУ разрабатывают его как «пакетное» устройство, работающее по принципу «включил и забыл».

В настоящее время совместно с ЦАГИ ведётся работа по разработке оптимизированных конструкций мощностью 100 Ватт, 300 Ватт и 1 кВт, а также организованы НИОКР по устройствам мощностью 5 кВт и 10 кВт, которые активно востребованы рынком индивидуального домостроительства.

Устройство запатентовано в России (патент РФ на полезную модель №148242), ведётся работа по получению патента РФ на изобретение, а также запущена процедура международного патентования (РСТ).

Для рыночной эксплуатации устройства создано ООО «Ветрогелиоэнергетика». На сайте фирмы www.valerperevalov.com можно оставить заказ на устройство требуемой мощности и в нужной комплектации (правда, пока только по розничным ценам с учётом инвестиционной составляющей). Кроме того, можно стать инвестором проекта. Все условия подобного сотрудничества обсуждаются в индивидуальном порядке.

В.В.Перевалов