Magnetne vetrne turbine
z vertikalno osjo MVAWT™
Ohranjanje okolja za prihodnjost.
Čista energija v Vašem domu
Splošno
Gibanje zračnih mas imenujemo veter, ki nastane zaradi njihovih toplotnih razlik. Nastane zaradi toplotnih razlik zračnih mas. Ker
je ozračje v zadnjem času vedno bolj aktivno je tudi vetra vedno več in vedno več ga bo. Prav tako bo narasla tudi potreba po
električni energiji. Sodobni človek ni več pripravljen na odpovedovanje, poletja so vedno bolj vroča, v urbanih naseljih pa se
potrebe po električni energiji večajo iz dneva v dan.
Slovenija, kot podpisnica Kyotskega sporazuma in kot aktivna članica EU mora povečati delež obnovljivih virov energije (OVE).
Med katere sodi tudi Izkoriščanje vetra.
Izkoriščanje vetra je vse bolj aktualno tudi pri nas. Tehnologija se je bistveno
posodobila, cene vetrnih turbin so padle, obratovanje vetrnih elektrarn ne
povzroča emisij in so za to okoljsko sprejemljive. Po mnenju strokovne javnosti
je Slovenija zadovoljivo prevetrena.
Slovenija ja v izkoriščanju vetrne energije na samem začetku, medtem ko se v
nekaterih državah, kot so Nemčija, Nizozemska, Danska, Portugalska in Španija
že pojavlja prezasičenost z vetrnimi turbinami.
Najprej je potrebno jasno razložiti kaj so vetrne elektrarne in kako jih delimo.
Če na kratko pojasnimo, nekaj osnovnih pojmov okoli veternih elektrarn.
Poznamo modele, katerih os rotorja je vertikalna (HAWT) in so podobne
otroškim vetrnicam ali letalski elisi, ter horizontalne (VAWT), katerih os je
navpična in so podobne otroškemu vrtiljaku.
Vertikalna vetrna elektrarna (HAWT)
Horizontalna vetrna elektrarna (VAWT)
V začetku razvoja vetrnih elektrarn so bili razvojniki naklonjeni modelom
HAWT, saj so bili dokaj enostavni, predvsem pa jih je bilo mogoče postavljati
tam, kjer je veter dokaj konstanten.
Razvoj v današnjem času je ta model razvil do te mere, da posamezna enota
lahko doseže že kar zavidljive moči in so povsem primerljivi z ostalimi
elektrarnami. Slaba stran teh vrst vetrnih elektrarn je, da se zaradi narave svoje
konstrukcije ne morejo izogniti hrupu, pri svojem delovanju, ter da so zaradi
varnosti v večini primerov postavljene daleč od urbanih naselij. Tovrstne vetrne
elektrarne potrebujejo redne servise in drago vzdrževanje, prav tako je velik
poseg v okolje tudi stolp, ki ga je potrebno postaviti ter cesta, ki jo je potrebno
zgraditi do tam, kjer so taki stroji postavljeni, sicer pa ni kvarnih uplivov na
okolje.
Podjetje Enviro-Energies Holdings
Podjetje Enviro-Energies Holdings, Inc. (www.enviro-energies.com) s koreninami tako v ZDA kot Kanadi, je ekskluzivni nosilec
svetovne licence za izdelavo in distribucijo patentiranih magnetnih vetrnih turbin z vertikalno osjo (MVAWT™ – Magnetic
(MagLev) Vertical Axis Wind Turbines™). Po nekaj letih razvoja in testiranja prototipa MVAWT™ je januarja 2009 Enviro-Energies
vključil v razvojne aktivnosti podjetje Performance Assembly Solutions (PAS) in njegovega manjšinskega lastnika Roush
Enterprises s sedežem v Livonii v ameriški zvezni državi Michigan, ki je izvedel globinsko računsko testiranje pretočne dinamike
in analizo končnih elementov ter priskrbel podporo za inženirske dizajne in izboljšave podjetja Enviro-Energies, njegovo
raziskovanje izvedljivosti proizvodnje in doseganje polne proizvodnje vetrnih turbin MVAWT™. Sodelovanje med PAS-om in
Roushem je močno okrepilo položaj Enviro-Energies pri doseganju njegovega cilja, ki je omogočiti kar največ ljudem, da
izkoristijo in uporabijo vetrno energijo na učinkovit in zanesljiv način tam, kjer živijo, delajo in se zabavajo, pri čemer podjetje
vzporedno ustvarja na tisoče novih delovnih mest v Severni Ameriki.
Mnogi proizvajalci vetrnih turbin z vertikalno osjo (VAWT), ki jih danes srečamo na trgu, so prehodili pot poskusov posnemanja
dizajnov z velikim številom vrtljajev na minuto, kakršne je mogoče videti pri sorodnih vetrnih turbinah s horizontalno osjo,
podobnih propelerjem (HAWT). Medtem, ko generiranje električne energije z velikim številom vrtljajev poteka na bolj
podeželskih območjih, se je Enviro-Energies osredotočil na vgrajevanje svojih patentiranih MagLev tehnologij v VAWT-e z
manjšim številom vrtljajev, s čimer je ustvaril vrhunski produkt za mestno, predmestno in podeželsko rabo. Medtem, ko je
nameščanje HAWT-ov (in nekaterih VAWT-ov z velikim številom vrtljajev) na stolpe namenjeno izkoriščanju vetrov, ki pihajo
naravnost – takšen tip prevladuje na podeželju –, pa na splošno ni pametno nameščati takšnih dizajnov na strehe stavb, saj v
stavbi in okrog nje nastajajo zvočne in druge vibracije kot tudi učinki vrtinčastih vetrov na vrhu strehe, ki na splošno negativno
vplivajo na količino proizvedene električne energije. Enviro-Energies je prepoznal vse večjo potrebo potrošnikov in podjetij po
praktično neslišnem in brezvibracijskem izkoriščanju energije vrtinčastega vetra na vrhu streh stavb ter struktur vseh oblik in
velikosti. S proizvajanjem elektrike na osnovi magnetno spodbujenega dviganja zraka pri majhnem številu vrtljajev in visokem
navoru ter delovanjem, ki domala ne zahteva vzdrževanja, bodo MVAWT™ v naslednjih desetletjih v celoti zadovoljevale
omenjeno potrebo potrošnikov in podjetij. MVAWT™ so idealne za uporabo na stanovanjskih, poslovnih in industrijskih objektih.
Podjetje Roush Enterprises



Pred vstopom na trg je Enviro-Energies skupaj z Roush Enterprises (www.roush.com) in njegovim sestrskim podjetjem
Performance Assembly Solutions s sedežem v mestu Livonia v ameriški zvezni državi Michigan vložil veliko virov in
namenil mnogo mesecev za poglobljeno simuliranje toka fluida (natančno analizo izhodne moči), dinamometrične
meritve (testiranje generatorja/alternatorja) in analizo končnih elementov (strukturna trpežnost/integriteta).
Roush Enterprises je svetovno znano podjetje za dizajn, inženiring in proizvodnjo z več kot 90.000 kvadratnimi metri
poslovnih površin in več kot 2.500 zaposlenimi. Tehnologija Enviro-Energies v povezavi z desetletji izkušenj Roush
Enterprises je ustvarila neprekosljivo linijo izdelkov, ki jih je mogoče desetletja uporabljati varno, zanesljivo in
učinkovito, ne da bi jih bilo potrebno vzdrževati.
Proizvodni modeli MVAWT™ 2,5 kW, 5 kW in 10 kW so prišli na trg v 3. četrtletju leta 2009, modeli moči 30 - 50 kW pa v
3. četrtletju leta 2010. Dizajni Skyliner™ moči 1 - 2 MW (1000 - 2000 kW) bodo lansirani na trg v letu 2011.
Podatki simulacije toka fluida (CFD), ki jih je zbralo podjetje Roush Enterprises
Analiza strukturne integritete končnih elementov modelov MVAWT™, ki jo je opravilo podjetje Roush Enterprises
Dejavniki učinkovitosti turbin MVAWT™
Pet ključnih dejavnikov, ki prispevajo k učinkovitosti vetrnih turbin MVAWT™:
1. Patentirana magnetna levitacija
2. Magnetni in tuljavni mehanizmi
3. Dizajn kril
4. Sistem razsmernika
5. Izkoriščanje učinka strehe
Prednosti turbin MVAWT™
 Krila turbin MVAWT™ lahko istočasno zajamejo vetrno energijo iz katerekoli smeri, tako zgoraj kot spodaj. Montira se
jih lahko pod katerimkoli kotom. To dvoje je ključno za vrhnji del strehe, kjer lahko veter piha iz več smeri. Mnogi VAWT
in spiralni dizajni so neučinkoviti pri izrabi dviganja zraka na stavbah z ravnimi strehami. Enviro-Energies je razvil vetrne
turbine MVAWT™, s katerimi je odpravil to pomanjkljivost.
 Patentirana MagLev tehnologija podjetja Enviro-Energies omogoča veliko zmanjšanje trenja, vibracij in hrupa. Turbine
VAWT se že dolgo otepajo z obrabljenostjo in okvarami, uporaba MagLev sistema pa ti dve težavi ublaži ter prepreči
prenos vibracij in hrupa v stavbo.
 Alternatorji/generatorji turbin MVAWT™ z osnim prenosom pri nizkih vrtljajih omogočajo doseganje visoke moči že pri
nizkih vrtljajih. Mnogi VAWT in spiralni dizajni potrebujejo za dosego nominalne izhodne moči 100 - 300 vrtljajev na
minuto. Za dosego višjih vrtljajev se morajo visoki VAWT dizajni odpovedati večjemu navoru, zato so ob neoptimalnih
pogojih izpostavljeni nenadnim padcem izhodne moči. Vetrne turbine MVAWT™ dosežejo nominalno izhodno moč pri
približno 50 vrtljajih na minuto in imajo višji navor, zato v neoptimalnih pogojih dalj časa ohranjajo izhodno moč.
 Za turbine MVAWT™ ni treba postavljati stolpov. Nastavljive platforme MVAWT™ omogočajo nastavitev turbin proti
vetru pod številnimi koti, so stroškovno ugodne, imajo manjšo maso kot stolpi, poleg tega pa njihova montaža vzame
manj časa.
 Tuljavni sistem z variabilnim uporom omogoča turbinam MVAWT™ povečanje magnetnega upora skladno s povečanjem
hitrosti vetra, zato se zniža spodnja meja efektivne hitrosti vetra za generiranje elektrike. Zaradi tega turbine MVAWT™
ne potrebujejo mehanskih zaviralnih sistemov za močan veter, pri katerih obstaja nevarnost, da se zlomijo.
Magnetna levitacija MVAWT™
 Vetrne turbine MVAWT™ uporabljajo patentirane sisteme magnetne levitacije (MagLev) podjetja Enviro-Energies.
 Sistemi MagLev so vgrajeni tako v krilih kot v generatorju turbin MVAWT™.
 Sistem MagLev kril zmanjšuje pritisk na nosilce turbine MVAWT™ in hkrati absorbira vibracije, ki bi jih potencialno
utegnilo ustvarjati vrtenje kril; tako se močno zmanjša možnost prenosa vibracij na streho in stavbo.
 Sistem MagLev generatorja razbremenjuje nosilce, obenem pa pomaga dodatno eliminirati vsak zvok ali vibracijo.
 Zaradi sistemov MagLev, vgrajenih v turbinah MVAWT™, se nosilci obnašajo kot vodila, kar jim omogoča, da se izognejo
velikemu trenju in pritisku.
Magnetni in tuljavni mehanizmi
 En magnetni (permanentni magnet “rare earth” N50) in tuljavni mehanizem turbine MVAWT™ ustvari 5 kW in več
izhodne moči. Mehanizmi so prilagojeni za montažo v skladu s potrebami, glede na izbrana krila, vetrovne pogoje na
mestu montaže in proizvodne potrebe kupca.
 En mehanizem se uporablja v manjših dizajnih turbin MVAWT™, medtem ko so večdelni mehanizmi namenjeni uporabi
v večjih MVAWT™ dizajnih.
 Standardiziranost magnetnih in tuljavnih mehanizmov omogoča stroškovno učinkovito izdelavo in nižje stroške na strani
kupca.
MagLev, magnetni in tuljavni mehanizmi





Magnetni mehanizmi so nameščeni na vrtečem se delu turbine
MVAWT™, medtem ko so tuljavni mehanizmi nameščeni na
generatorju, kar omogoča proizvodnjo elektrike.
Modri pravokotniki so magneti.
Rumeni obroči so tuljave.
Obroči spodaj so spodnji MagLev set.
MagLev set kril nad generatorjem na tej sliki ni prikazan.
Dizajn kril
- Turbine MVAWT™ proizvajajo energijo pri nizkih obratih in visokem
navoru, da se ne ustvarjajo hrup in vibracije ter ni potrebno
vzdrževanje. Nizke obrate in visok navor omogoča oblika turbinskih
kril.
Unikatna oblika kril vetrnih turbin MVAWT™ v kar največji meri
zajema dodatno energijo vetra, ki jo ustvarja učinek strehe. Krila
imajo namreč večino površine na spodnjem delu, da lahko zajemajo
veter, ki se tipično pojavlja na vrhu strmih streh in na robovih ravnih
streh. Oblika kril turbine MVAWT™ to doseže, ne da bi bila turbina
prikrajšana za izkoriščanje aerodinamičnega dviga.
Prikazana krila vetrne turbine MVAWT™, imajo na spodnjem delu nesorazmerno veliko površino, če jo primerjamo s površino
zgornjega dela, da čim bolj izkoristijo veter, ki se pojavlja zaradi učinka strehe, pri čemer ne zavirajo aerodinamičnega dviga.
Sistem razsmernika
Sistem razsmernika turbine MVAWT™ opravlja številne funkcije:
 Določa, koliko vleka mora imeti turbina, in sicer na osnovi vrtilne hitrosti in izhodne napetosti, kar se izračuna s
posebnim programiranjem izhodnih karakteristik (navora, števila vrtljajev idr.) turbin MVAWT™.
 Povečuje in zmanjšuje upor, ne da bi zaviral navor ali gonilno silo, medtem ko se povečuje in zmanjšuje energija vetra,
ki jo zajemajo krila turbine MVAWT™.
 Zajema celoten razpon izhodne napetosti turbine MVAWT™, pri čemer se izgubi malo ali nič energije.
 Pretvarja 3-fazni izmenični tok, ki ga ustvarja turbina, v enosmerni tok, nato pa slednjega pretvarja nazaj v izmenični
tok, primeren za pošiljanje v omrežje.
 Električno energijo, ki jo ustvarja turbina MVAWT™, pošilja direktno v omrežje.
 Zanj so pridobljeni vsi varnostni certifikati (CSA, ANSI/UL), ki veljajo v Severni Ameriki in državah EU.
Izkoriščanje učinka strehe
 Ko se hitrost vetra poveča, se njegov energijski potencial poveča po kubični stopnji. Strehe stavb igrajo glavno vlogo pri
povečevanju hitrosti vetra in količine njegove energije.
 Če se hitrost vetra, ki piha naravnost v stavbo, poveča z 21 na 24 km/h (15 %), ko zadene ali prečka streho stavbe
(učinek strehe), se njegov energijski potencial poveča za 54 %; kadar se zaradi učinka strehe hitrost vetra poveča za 25
%, pa se njegov energijski potencial poveča za 95 %.
 Enviro-Energies je ugotovil, da izkoriščanje učinka strehe ključno prispeva k temu, da so turbine MVAWT™ učinkovita,
uspešna in unikatna rešitev za uporabo na stanovanjskih, poslovnih in industrijskih objektih.
Učinek strehe
• Učinek strehe so raziskali in definirali na Delft University of Technology. Podprt je s številnimi študijami, ki so potrdile
obstoj in značilnosti vetrov, ki nastanejo zaradi učinka strehe, naj gre za strmo ali ravno streho.
• Enviro-Energies sodeluje s podjetji, ki se ukvarjajo s pridobivanjem podatkov, da posreduje lastnikom stanovanjskih,
poslovnih in industrijskih objektov rezultate simulacij toka fluida (CFD), ocen dviganja vetra in anemometričnih meritev
na strehah njihovih objektov, ki omogočajo natančno opredelitev učinka strehe, na kateri je predvidena montaža vetrne
turbine, hkrati pa dajejo tudi zgoščen pregled, kako sta na opazovani strehi tipično porazdeljena hitrost in smer vetra.
Učinki strehe na izhodno moč turbine MVAWT™
Tri obarvana območja/krivulje na diagramu označujejo različne rezultate,
pridobljene za predproizvodne modele turbine MVAWT™ 5 kW,
izpostavljene vetru iz različnih smeri.
Rumeno območje predstavlja meritve na turbini, ko se prevladujoči veter
upira v stran strehe, na kateri je nameščena turbina.
Oranžno območje predstavlja meritve na turbini, ko se prevladujoči veter
upira v eno od strani strehe, pravokotnih na stran, na kateri je nameščena
turbina.
Rdeča krivulja predstavlja meritve na turbini, ko se prevladujoči veter upira
v stran strehe, nasprotno strani, na kateri je nameščena turbina.
Rezultate za proizvodne modele turbine MVAWT™ je pridobil Roush Enterprises, objavljeni pa so bili avgusta 2009 (za modele
2,5 kW, 3 kW, 5 kW in 10 kW) ter septembra in oktobra 2010 (za modele 30 kW in 50 kW).
Učinek strme strehe
Streha poveča prostornino zraka, ki doseže turbino. Večja je količina zraka, ki
pride na določeno mesto, večja je hitrost vetra.
Učinek ravne strehe
•
Slika prikazuje simulacijo toka fluida (CFD).
•
Različne barve označujejo učinek strehe na energijo vetra na
različnih predelih strehe.
•
Na stičišču zelenega, rumenega in oranžnega območja na
sprednjem robu se srečujejo prevladujoči vetrovi.
Študija dviganja vetra bo pokazala smer vetrov na strehi in mesto na strehi, kjer
je najbolje namestiti turbino MVAWT™.
Izhodna moč MVAWT™ 10 kW (brez učinka strehe)
1.
2.
3.
Izhodna moč MVAWT™ 10 kW (učinek strehe +10 %)
Ne glede na kapaciteto kril pri zelo močnem vetru izhodna moč ne preseže nominalne moči sistema razsmernika (12 kW).
Na grafu je prikazano gibanje izhodne moči brez upoštevanja učinka strehe.
Štiri krivulje predstavljajo krila štirih različnih dimenzij, povezana z generatorjem moči 10 (največ 15) kW.
Življenjska doba vetrnih turbin je minimalno 25 let, pri tem pa je zanimivo, da ni letnih vzdrževalnih stroškov, kar je logičen
zaključek, če razumemo , da se rotor in stator ne dotikata. Edino delo, ki ga ima lastnik z vetrnimi turbinami je , da pozimi očisti
sneg, ko le ta zapade.
Vse vetrne turbine so tudi 100 % razgradljive po tem, ko odslužijo svojo življensko dobo, saj so v veliki
večini izdelane iz konstrukcijskega jekla in podobnih legur, ki jih je preprosto pretopiti in ponovno
uporabiti, zato so tudi po tej plati te naprave nekaj posebnega.
Vse vetrne turbine so tudi opremljene z napravo, ki HAWK, ki jih barani vse do hitrosti vetra 241 km/h,
kar še dodatno poveča varnost.
Vetrni stroji podjetja E-E so inovativni v vseh pogledih, prav za to so tudi tako zanimivi, kot investicija, saj omogočajo preprosto
postavitev, skoraj nikakršnih stroškov vzdrževanja, pri tem pa so maksimalno zanesljivi v svojem obratovanju.
FIZIKALNI PODATKI:
Dimenzije krila: višina x premer
Dimenzije generatorja: višina x premer
(premer osnovne plošče 1,1 m)
Dimenzije sestavljene turbine:
višina x premer
Masa krila:
Masa generatorja:
Skupna masa turbine:
Največja stranska obremenitev*:
Največji navor**:
2,5 kW MVAWT
1,5 m x 3,0 m
0,47 m x 1,0 m
5 kW MVAWT
2,4 m x 4,3 m
0,60 m x 1,0 m
10 kW MVAWT
3,1 m x 6,1 m
0,80 m x 1,0 m
2,25 m x 3,0 m
3,35 m x 4,3 m
4,1 m x 6,1 m
109 kg
502 kg
611 kg
214 kg
3598 Nm
244 kg
628 kg
872 kg
305 kg
5998 Nm
435 kg
942 kg
1.377 kg
781 kg
12.600 Nm
* Pri hitrosti vetra 193 km/h in zaklenjenem položaju turbine MVAWT™. Stranska obremenitev je precej manjša, kadar je MVAWT™ v gibanju.
** Pri največji izhodni moči razsmernika.
OBRATOVALNI PODATKI:
Nominalna izhodna moč:
Največja izhodna moč:
Začetna hitrost vetra:
Spodnja efektivna hitrost vetra:
Zgornja efektivna hitrost vetra:
Nominalni temperaturni razpon:
Elektromagnetna zavora za zaščito pred
preveliko hitrostjo
Trajni magnet generatorja, Stopnja
hrupa
2.500 W
4.000 W
1,6 – 3,2 km/h
6,4 km/h
193 km/h*
-43 do +60 ºC
5.000 W
6.000 W
1,6 – 3,2 km/h
6,4 km/h
193 km/h*
-43 do +60 ºC
Da
10.000 W
13.800 W
1,6 – 3,2 km/h
6,4 km/h
193 km/h*
-43 do +60 ºC
< 20 dB
*241 km/h z vgrajeno opremo za visoko hitrost vetra (HAWK™ – High Airspeed Wind Kit).
PODATKI O OMREŽNEM RAZSMERNIKU
Nominalna izhodna moč:
Največja izhodna moč:
Nominalni temperaturni razpon:
Razpon vhodne napetosti:
Izhodna napetost:
Izhodna frekvenca:
Certifikati:
Preglednica izhodne moči turbine:
kW / Hitrost vetra
3.600 W
4.000 W
6.000 W
6.000 W
-25 do +60 ºC
50 – 580 V
240 V, 208 V ali 277 V
60 Hz (dostopna 50 Hz)
CE, UL1741, EEE1547
12.600 W
13.800 W
Odstotek povečanja hitrosti vetra pri vetrnih
turbinah MVAWT™ glede na učinek strehe
n brez učinka strehe
n 10%
n 20%
n 30%
n 40%
Vetrne turbine Skyliner™ MVAWT™ 1 MW – 2 MW
1 – 2 MW dostopne leta 2010. Primer določitve velikosti na visoki stavbi. Vetrne turbine Skyliner™ MVAWT™ merijo od 12 m
(višina) x 48 m (premer) do 18 m (višina) x 60 m in več (premer). Pred določitvijo velikosti in montažo se opravi simulacija toka
fluida (CFD), da se zagotovi ustrezno delovanje.
Ekskluzivni uradni in pooblaščeni zastopnik za države :
Slovenija, Hrvaška, Bosna in Hercegovina, Srbija, Črna Gora,
Makedonija, Kosovo, Albanija, Avstrija, Madžarska,
Bolgarija, Romunija, Grčija, Ciper in Egipt.
Ask Global d.o.o.
Rimska cesta 125
3311 Šempeter v Savinjski dolini, Slovenija, EU
http://www.ask-global.eu
e-mail: [email protected]
telefon: +386 (0)59 949 772
telefaks: +386 (0)1 300 70 13
mobilni telefon: +386 (0)41 795 470
Zastopnik za območje:
Turbine podjetja Enviro-Energies MVAWT™ so zaščitene s patentom ZDA št. 7303369. Tukaj vsebovane informacije se lahko
spremenijo brez vnaprejšnjega obvestila. (C) Copyright 2009 Enviro-Energies. Vse pravice pridržane.