Визначення моделі лопаті вітроенергетичної установки для районів із малою швидкістю вітрів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.277896

Ключові слова:

вітроенергетика, лопаті з щілиною, обертова сила вітроколеса, вертикально осьова вітроустановка

Анотація

Об’єктом дослідження є форма лопаті вертикально-осьової установки. Проблема, що вирішується в роботі, полягає у пошуку оптимальної форми лопаті вітроенергетичної установки для роботи за малої швидкості вітру або на ділянках, де його потік є обмеженим. У ході роботи розглянуто взаємодію кожного з варіантів лопатей з потоком вітру в залежності від форми лопаті. За допомогою зменшеної моделі вітроустановки проведено випробування плоскої лопаті, лопаті з «карманом» і лопаті з «карманом» та щілиною. Отримані результати випробувань доводять ефективність спроектованої та виготовленої лопаті з «карманом» та щілиною. Це підтверджено результатами проведеного дослідження, згідно яких за час експерименту кількість обертів вітротурбіни з лопатями, виготовленими з «карманом» та щілиною найбільша. У порівнянні з лопатями плоскої форми збільшення на 20 %, і у порівняні із лопатями з «карманом» збільшення на 10 %. З метою порівняння вітроустановок, які мають лопаті плоскої форми та лопаті з «карманом» та щілиною, проведено експериментальні дослідження і розрахунки коефіцієнта потужності Ср. Вітроколесо з плоскою лопаттю має Ср1=24, з лопаттю, яка має «карман» – Ср2=52,9, з лопаттю, яка має «карман» і щілину – Ср3=58,7. Тому можна вважати, що і потужність, яку розвиває вітроколесо з вище зазначеними лопатями, також найбільша Р3=98 Вт, в порівнянні із двома іншими формами лопатей: плоскою – Р1=32,3 Вт, і з «карманом» – Р2=88,2 Вт. Вона зростатиме протягом часу випробування від нульової швидкості до розвинення сталої швидкості обертання.

Проведені дослідження підтверджують, що вітроколесо, яке має лопаті з «карманом» та щілиною, має найбільшу швидкість обертання на всьому проміжку часу, коли проводилися вимірювання.

Біографії авторів

Олександр Юрійович Юрченко, Сумський державний університет

Аспірант

Кафедра прикладної гідроаеромеханіки

Олег Володимирович Радчук, Сумський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Проєктування технічних систем»

Ганна Володимирівна Барсукова, Сумський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра енергетики та електротехнічних систем»

Марина Юріївна Савченко-Перерва, Сумський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Технології харчування»

Олександр Володимирович Івченко, Сумський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології машинобудування, верстатів та інструментів

Віталій Миколайович Колодненко, Сумський національний аграрний університет

Старший викладач

Кафедра транспортних технологій

Денис Іванович Фесенко, Сумський державний університет

Аспірант

Кафедра технології машинобудування, верстатів та інструментів

Посилання

  1. Yurchenko, O. Y., Barsukova, H. V., Tymoshenko, H. A. (2022). Development of a wind turbine blade for areas with low wind speed. Bulletin of Sumy National Agrarian University. The Series: Mechanization and Automation of Production Processes, 2 (48), 94–100. doi: https://doi.org/10.32845/msnau.2022.2.14
  2. Sabadash, S., Savchenko-Pererva, M., Radchuk, O., Rozhkova, L., Zahorulko, A. (2020). Improvement of equipment in order to intensify the process of drying dispersed food products. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (11 (103)), 15–21. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.192363
  3. Sukmanov, V., Radchuk, O., Savchenko-Pererva, M., Budnik, N. (2020). Optical piezometer and precision researches of food properties at pressures from 0 to 1000 MPa. Journal of Chemistry and Technologies, 28 (1), 68–87. doi: https://doi.org/10.15421/082009
  4. Savchenko-Pererva, M. Yu., Yakuba, O. R. (2015). Improving the efficiency of the apparatus with counter swirling flows for the food industry. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (10 (75)), 43–48. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.43785
  5. Barsukova, H. V., Savchenko-Pererva, M. Y. (2020). Reducing the technogenic load on the environment due to the technical solution for the disposal of iron sulphate. Journal of Chemistry and Technologies, 28 (2), 168–176. doi: https://doi.org/10.15421/082018
  6. Savchenko-Pererva, M., Radchuk, O., Rozhkova, L., Barsukova, H., Savoiskyi, O. (2021). Determining heat losses in university educational premises and developing an algorithm for implementing energy-saving measures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (8 (114)), 48–59. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.245794
  7. Yurchenko, O. Yu., Barsukova, H. V. (2021). Suchasna sytuatsiia enerhetyky ukrainy: haluzi, vidsotky, konkurentospromozhnist. Fundamental and applied research in the modern world. Boston: BoScience Publisher, 660–663.
  8. Xu, X., Wei, Z., Ji, Q., Wang, C., Gao, G. (2019). Global renewable energy development: Influencing factors, trend predictions and countermeasures. Resources Policy, 63, 101470. doi: https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2019.101470
  9. Potić, I., Joksimović, T., Milinčić, U., Kićović, D., Milinčić, M. (2021). Wind energy potential for the electricity production – Knjaževac Municipality case study (Serbia). Energy Strategy Reviews, 33, 100589. doi: https://doi.org/10.1016/j.esr.2020.100589
  10. Lu, X., McElroy, M. B. (2017). Chapter 4 – Global Potential for Wind-Generated Electricity. Wind Energy Engineering, Academic Press, 51–73. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809451-8.00004-7
  11. McKenna, R., Pfenninger, S., Heinrichs, H., Schmidt, J., Staffell, I., Bauer, C. et al. (2022). High-resolution large-scale onshore wind energy assessments: A review of potential definitions, methodologies and future research needs. Renewable Energy, 182, 659–684. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.10.027
  12. Kudelin, A., Kutcherov, V. (2021). Wind ENERGY in Russia: The current state and development trends. Energy Strategy Reviews, 34, 100627. doi: https://doi.org/10.1016/j.esr.2021.100627
  13. Rozhkova, L., Savchenko-Pererva, M., Radchuk, O., Sabadash, S., Kuznetsov, E. (2022). Innovative Hybrid Power Plant Design. Advances in Design, Simulation and Manufacturing V. Vol. 2: Mechanical and Chemical Engineering. Poznan 299–308. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-06044-1_29
  14. Rotter, Ch. (2019). Collapse of Wind Power Threatens Germany’s Green Energy Transition. WUWT. Available at: https://www.netzerowatch.com/collapse-of-wind-power-threatens-germanys-green-energy-transition/
  15. Fried, L., Shukla, Sh., Sawye, S. (2017). Growth Trends and the Future of Wind Energy. Chapter 26 – Global Wind Energy Council. Wind Energy Engineering, 559–586. Available at: https://www.oreilly.com/library/view/wind-energy-engineering/9780128094297/xhtml/chp026.xhtml
  16. Ueckerdt, F., Pietzcker, R., Scholz, Y., Stetter, D., Giannousakis, A., Luderer, G. (2017). Decarbonizing global power supply under region-specific consideration of challenges and options of integrating variable renewables in the REMIND model. Energy Economics, 64, 665–684. doi: https://doi.org/10.1016/j.eneco.2016.05.012
  17. Bhattacharya, S., Wang, L., Liu, J., Hong, Y. (2017). Chapter 13 – Civil Engineering Challenges Associated With Design of Offshore Wind Turbines With Special Reference to China. Wind Energy Engineering. Academic Press, 243–273. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809451-8.00013-8
  18. Dai, H., Fujimori, S., Silva Herran, D., Shiraki, H., Masui, T., Matsuoka, Y. (2017). The impacts on climate mitigation costs of considering curtailment and storage of variable renewable energy in a general equilibrium model. Energy Economics, 64, 627–637. doi: https://doi.org/10.1016/j.eneco.2016.03.002
  19. Msuya, R., Kainkwa, R., Mgwatu, M. (2017). Design of a Small Scale Wind Generator for Low Wind Speed Areas. Tanzania Journal of Science, 43 (1), 136–150. doi: https://tjs.udsm.ac.tz/index.php/tjs/article/view/294
  20. Peimani, H. (2021). Appropriate Technologies for Removing Barriers to the Expansion of Renewable Energy in Asia: Vertical Axis Wind Turbines. ADBI Working Paper 1250. Tokyo: Asian Development Bank Institute. Available at: https://www.adb.org/sites/default/files/publication/696291/adbi-wp1250.pdf
  21. Adeyeye, K. A., Ijumba, N., Colton, J. S. (2021). Multi-Parameter Optimization of Efficiency, Capital Cost and Mass of Ferris Wheel Turbine for Low Wind Speed Regions. Energies, 14 (19), 6217. doi: https://doi.org/10.3390/en14196217
  22. Gielen, D., Boshell, F., Saygin, D., Bazilian, M. D., Wagner, N., Gorini, R. (2019). The role of renewable energy in the global energy transformation. Energy Strategy Reviews, 24, 38–50. https://doi.org/10.1016/j.esr.2019.01.006
  23. Akbari, R., Izadian, A. (2021). Modelling and Control of Flywheels Integrated in Wind Turbine Generators. 2021 IEEE International Conference on Electro Information Technology (EIT), 9491886, 106–114. doi: https://doi.org/10.1109/eit51626.2021.9491886
  24. Jauch, C. (2021). Grid Services and Stress Reduction with a Flywheel in the Rotor of a Wind Turbine. Energies, 14 (9), 2556. doi: https://doi.org/10.3390/en14092556
  25. Tanasheva, N. K. (2021). Numerical simulation of the flow around a wind wheel with rotating cylindrical blades. Eurasian Physical Technical Journal, 18 (1), 51–56. doi: https://doi.org/10.31489/2021no1/51-56
  26. Syuhada, A., Maulana, M. I., Syahriza, Sani, M. S. M., Mamat, R. (2020). The potential of wind velocity in the Banda Aceh coast to the ability to generate electrical energy by horizontal axis wind turbines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 788 (1), 012082. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/788/1/012082
  27. Li, J., Li, Z., Jiang, Y., Tang, Y. (2022). Typhoon Resistance Analysis of Offshore Wind Turbines: A Review. Atmosphere, 13 (3), 451. doi: https://doi.org/10.3390/atmos13030451
  28. Wong, K. H., Chong, W. T., Sukiman, N. L., Poh, S. C., Shiah, Y.-C., Wang, C.-T. (2017). Performance enhancements on vertical axis wind turbines using flow augmentation systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 73, 904–921. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.160
  29. Chyzhma, S. N., Molchanov, S. V., Zakharov, A. Y. (2018). Criteria for choosing the type of windmills for mobile wind-solar power plants. Vestnyk Baltyiskoho federalnoho unyversyteta ym. Y. Kanta. Seriia: Fyzyko-matematycheskye y tekhnycheskye nauky, 1, 53–62. Available at: https://journals.kantiana.ru/eng/vestnik/3930/10941/
  30. Pytel, K., Gumula, S., Dudek, P., Bielik, S., Szpin, S., Hudy, W. et al. (2019). Testing the performance characteristics of specific profiles for applications in wind turbines. E3S Web of Conferences, 108, 01015. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910801015
  31. Kern, L., Seebaß, J. V., Schlüter, J. (2019). The Potential of Vertical Wind Turbines in the Context of Growing Land use Conflicts and Acceptance Problems of the Wind Energy Sector. Zeitschrift für Energiewirtschaft, 43, 289–302. doi: https://doi.org/10.1007/s12398-019-00264-7
  32. Bashir, M. B. A. (2021). Principle Parameters and Environmental Impacts that Affect the Performance of Wind Turbine: An Overview. Arabian Journal for Science and Engineering, 47 (7), 7891–7909. doi: https://doi.org/10.1007/s13369-021-06357-1
  33. Zhang, L., Zhao, X., Wang, H., Liu, Y. (2018). Study on the Real time and Efficient Adjustment Law for H-Type Vertical Axis Wind Turbine. Journal of Mechanical Engineering, 54 (10), 173–181. doi: https://doi.org/10.3901/jme.2018.10.173
  34. Li, Z., Yu, X., Han, R. (2017). Modeling and wake characteristics analysis of a new vertical axis wind generation system. IECON 2017 – 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 8590–8595. doi: https://doi.org/10.1109/iecon.2017.8217509
Визначення моделі лопаті вітроенергетичної установки для районів із малою швидкістю вітрів

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-04-29

Як цитувати

Юрченко, О. Ю., Радчук, О. В., Барсукова, Г. В., Савченко-Перерва, М. Ю., Івченко, О. В., Колодненко, В. М., & Фесенко, Д. І. (2023). Визначення моделі лопаті вітроенергетичної установки для районів із малою швидкістю вітрів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (122), 44–52. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.277896

Номер

Том 2 № 8 (122) (2023): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Oleksandr Yurchenko, Oleg Radchuk, Hanna Barsukova, Marina Savchenko-Pererva, Oleksandr Ivchenko, Vitaliy Kolodnenko, Denys Fesenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.