Проекты

Зависимость энергетической эффективности ветрогенераторов от конфигурации их лопастей

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Энергетика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Энергетика
Авторы работы: ГБОУ «Московская международная школа»
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

Топливные ресурсы планеты в целом и различных регионов в частности весьма ограниченны. Экологическая составляющая становится всё более и более важной. Большинство современных ветрогенераторов несовершенны: обладают относительно невысокой энергоэффективностью, имеют недостатки в виде сильной вибрации и пр. Ветрогенераторы нуждаются в дополнительном развитии.

Классические ветрогенераторы не в полной мере удовлетворяют всё возрастающим требованиям: к примеру, они занимают довольно большие площади, а также вызывают серьёзные вибрации в почве. Это приводит к необходимости новых конструктивных решений. Наиболее очевидным путём развития ветрогенераторов является изменение конфигурации лопастей. Таким образом, предлагается добиться увеличения энергоэффективности ветрогенераторов, их ресурса работы, универсальности, а также уменьшения вибраций.

Цель

Найти решения проблем современных ветрогенераторов путём моделирования различных конфигураций лопастей и исследования их работы

Задачи

  1. Смоделировать основные конфигурации лопастей ветрогенераторов
  2. Сравнить их характеристики
  3. Исследовать способы наиболее эффективного применения каждой из конфигураций

Описание

Работа посвящена поиску наиболее перспективных конфигураций лопастей ветрогенератора, их моделированию, сравнительному анализу их работы, выявлению преимуществ и недостатков и поиску мест наиболее выгодного применения каждой из конфигураций.

Модель в разобранном виде

В ходе эксперимента собрана экспериментальная установка, имитирующая работу горизонтально-осевого ветрогенератора с лопастным модулем гибридной конфигурации. Установка приведена в действие при помощи бытового фена для волос мощностью ~ 1000 Вт. При этом показания приборов фиксировались на двух режимах мощности вентилятора.

Опытная установка

Был проведён эксперимент, имитирующий воздействие ветра на ветрогенератор и выработку электроэнергии при различной скорости ветра.

Результаты работы/выводы

Собранная экспериментальная установка несмотря на перспективную конфигурацию лопастного модуля обладает крайне низкими мощностью и коэффициентом полезного действия (КПД). Причина столь низких показателей, предположительно, кроется в слабой мощности собственно используемого генератора. В перспективе планируется заменить генератор на более мощный, а приборы – на более точные.

Перспективы использования результатов работы

Ветрогенератор, разработанный путём многократной последовательной модернизации всех составляющих данной модели, сможет быть использован для решения мелкомасштабных бытовых задач, в которых необязательны высокая мощность и КПД источника питания. Например, для подзарядки различных устройств: мобильных телефонов, компактных аудиоплееров и т. п.