Исследование установки вертикально-осевых ветряных турбин на верхних этажах высотных зданий

Введение. В настоящее время быстро развивается отрасль строительства высотных и сверхвысотных зданий. Нехватка невозобновляемых источников энергии и ухудшение состояния окружающей среды — две основные проблемы, которые присутствуют в каждой стране. Именно поэтому интенсивно развивается ветроэнергетика, которая способна не только остановить стремительное ухудшение экологической ситуации, но и позволит повысить доступность энергоснабжения и значительно сократит дефицит энергии. Целесообразно использование энергии ветра для обеспечения чистыми возобновляемыми источниками энергии высотных зданий путем установки ветряных турбин с вертикальной осью на верхних этажах зданий. Цель работы — подтвердить, что ветряные турбины с вертикальной осью больше подходят для установки на верхних этажах высотных зданий в городах из-за их уникальных преимуществ (простая конструкция, простота обслуживания, адаптация к сложной и изменчивой ветровой среде, длительный срок службы), обеспечивающих безопасную и экологически чистую зеленую энергию для городов.
Материалы и методы. Для исследования была использована небольшая ветровая турбина с вертикальной осью. Эффективность различных ветровых турбин измерялась путем изменения силы и направления ветра при одинаковых условиях окружающей среды для определения, может ли ветротурбина с вертикальной осью работать безопасно, стабильно и эффективно в сложной и изменчивой ветровой среде города. В свою очередь, доказано, что для обеспечения городов экологически чистой энергией ветряные турбины с вертикальной осью больше подходят для установки на верхних этажах высотных зданий, чем ветряные турбины с горизонтальной осью.
Результаты исследования. Изменяя силу и направление ветра, было установлено, что вертикально-осевые ветровые турбины имеют хорошую и стабильную эффективность работы и могут обеспечить постоянный источник чистой энергии для городского развития более безопасным и стабильным способом.
Обсуждение и заключение. Ветряные турбины с вертикальной осью идеально приспособлены к сложной и меняющейся ветровой обстановке на верхних этажах высотных зданий и могут эксплуатироваться безопасно и эффективно, внося положительный вклад в снижение энергетической нагрузки и улучшение состояния окружающей среды. 

1. Яньбин Ц., Чжи Л. Проектирование ветряной турбины с вертикальной осью. Machinery. 2012;39:36–39. URL: http://www.jixiezazhi.com/index.aspx?menuid=5&type=articleinfo&lanmuid=52&infoid=7753&language=cn (дата обращения: 29.01.2023).

2. Вэй Ч. Динамика ветротурбины с вертикальной осью типа H. Ланьчжоу: Ланьчжоуский университет Цзяотон; 2021. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=1021137285.nh&DbName=CMFD2022 (дата обращения: 21.01.2023).

3. Сяомин Ж., Чжин М., Чжуанмин К. Основной состав и аэродинамические характеристики ветрогенераторов с вертикальной осью, подключенных к сети. Журнал солнечной энергетики. 2007:28–31. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=TYNZ200702013&DbName=CJFQ2007 (дата обращения: 21.01.2023).

4. Юньфэн С. Проектирование и эксперимент ветротурбины с вертикальной осью. Сельскохозяйственный университет Внутренней Монголии; 2008. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=2008131823.nh&DbName=CMFD2008 (дата обращения: 21.01.2023).

5. Сюнь Н. Исследование системы управления ветроэнергетикой с двойным питанием, основанной на адаптивном наблюдателе скорости. Центрально-Южный университет; 2009. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspxFileName=2009239374.nh&DbName=CMFD2010 (дата обращения: 19.01.2023).

6. Байлин Ф., Цзюньпэн В., Гоолян В. и др. Влияние числа лопастей на аэродинамические характеристики вентилятора с малой вертикальной осью. Научно-технический бюллетень. 2021;37:58–63. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=KJTB202105012&DbName=DKFX2021 (дата обращения: 20.01.2023).

7. Дин В. Исследование и проектирование автономной маломасштабной ветро-солнечной гибридной электростанции система генерации. Университет Наньхуа; 2022. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=1023450690.nh&DbName=CMFDTEMP (дата обращения: 20.01.2023).

8. Юаньсин Ч. Исследование динамических напряженных характеристик лопаток ветротурбин под воздействием пневматической нагрузки. Технологический университет Внутренней Монголии; 2021. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=1021805608.nh&DbName=CDFD2022 (дата обращения: 19.01.2023).

9. Синьчэнь В. Проектирование ветроэнергетической системы с вертикальной осью на основе Matlab_Simulink. Сямыньский университет; 2008. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=2009079413.nh&DbName=CMFD2009 (дата обращения: 20.01.2023).

10. Хуэйли В. Проектирование и оптимизация конфигурации мощности малой ветровой и солнечной дополнительной системы выработки электроэнергии. Университет Цзянсу; 2021. URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=1021684282.nh&DbName=CMFD2022 (дата обращения: 20.01.2023).