המרת אנרגיית הרוח היא אחת הדרכים להשיג חשמל זול. ישנם עיצובים רבים של טורבינות רוח. חלקם מיועדים ליעילות מרבית, אחרים אינם יומרניים בשימוש. הקבוצה השנייה כוללת את הרוטור Savonius, שנוצר לפני כ-100 שנה, הוא עדיין משמש בהצלחה לפתרון בעיות טכניות שונות.
היסטוריית הבריאה
סיגורד יוהנס סאבוניוס (1884 - 1931) - ממציא מפינלנד, זכה לתהילה בזכות עבודתו בפיזיקה הקשורה לחקר אנרגיית הרוח. במהלך חייו הוא קיבל מספר פטנטים המשמשים לא רק ליצירת טורבינות רוח, אלא גם בבניית ספינות, וכן במערכות אוורור של קרונות רכבת ואוטובוסים מודרניים.
ממציא נוסף מגרמניה - אנטון פלטנר (1888 - 1861) בתחילת המאה הקודמת המציא אלטרנטיבה למפרש הקלאסי, ויצר את הרוטור שנקרא פלטנר. מהות ההמצאהצומצם לכאלה: גליל מסתובב, שנשב ברוח, קיבל כוח מכוון לכיוון האופקי, העולה על פי 50 מכוח זרימת האוויר. הודות לגילוי זה, נבנו כמה ספינות שמשתמשות בכוחה של הרוח כדי לנוע. שלא כמו סירות מפרש קונבנציונליות, כלי השיט הללו לא היו עצמאיים לחלוטין באנרגיה. נדרשו מנועים כדי לסובב את הרוטור.
בהרהור על המפרש של פלטנר, הגיע סבווניוס למסקנה שניתן להשתמש באנרגיית הרוח גם כדי לסובב אותה. בשנת 1926, הוא פיתח ורשם פטנט על עיצוב של צילינדר פתוח עם להבים בכיוון הפוך בפנים.
קצת פיזיקה
ראשית, קצת תיאוריה. כולם שמו לב שברכיבה על אופניים האוויר יוצר התנגדות משמעותית לתנועה. וככל שהמהירות גבוהה יותר, הערך הזה גבוה יותר. הגורם השני המשפיע על ההתנגדות הוא שטח החתך של הגוף המושפע מזרימת האוויר. אבל יש כמות שלישית, שקשורה לגיאומטריה של הגוף. זה בדיוק מה שמעצבי מרכבי רכב מנסים לצמצם בכל הנוגע לאווירודינמיקה.
לדוגמה, אנו יכולים לומר ששלושה לוחות עם אותו שטח חתך, אך בעלי צורות שונות: קעור, ישר וקמור, יהיו בעלי מקדם גרר שונה מאוד. עבור צורה קמורה, זה יהיה 0.34, עבור ישר - 1.1, עבור קעורה - 1.33. זו הייתה הצורה הקעורה שנלקחה עבור הלהבים של הרוטור Savonius. הוא מוכר כמארח היעיל ביותראנרגיית רוח.
עקרון הפעולה של הרוטור של Savonius
בניגוד למפרש של פלטנר, סאבוניוס הציע לחלק את הגליל לשני חצאים ולהזיז אותם זה ביחס לזה כדי לקבל את הלהבים ואת הרווח ביניהם. המהות של הרעיון של סבוניוס הייתה שזרימת האוויר שפוגעת בלהב אחד לא רק הלכה הצידה לאחר מכן, אלא, במעבר דרך הרווח הצירי, הופנתה ללהב השני, מה שהגביר משמעותית את השפעת הרוח.
עקרון הפעולה הזה מאפשר לרוטור Savonius לעבוד גם ברוח קלה.
ישנן מספר אפשרויות פרופיל:
- הלהבים מקובעים על הציר בצורה כזו שאין ביניהם מרווח אוויר. זוהי הגרסה הפשוטה ביותר מבין התיאורים הרבים של הרוטור סבווניוס.
- הבסיס של להב אחד מוכנס לבסיס של השני. נותר פער משמעותי לאורך קו הציר. אפשרות זו מאפשרת לרוח מחצי אחד של הרוטור לעבור לשני. פרופיל יעיל יותר.
- בדומה לאפשרות השנייה, רק שטח הלהבים גדל על ידי הוספת פלטה ישרה בפנים.
היקף היישום
בשנות ה-60 של המאה הקודמת, רוטורים של Savonius שימשו במערכות אוורור של רכבת. הם הותקנו על גגות הקרונות. במהלך התנועה, הרוטור החל להסתחרר ולהזרים אוויר מהרחוב אל החדר. מערכות דומות הותקנו גם באוטובוסים.
היום, היישום העיקרי של הרוטור נמצאטורבינות רוח בציר אנכי. ישנם מספר עיצובים דומים המשלבים שני גורמים:
- ציר סיבוב אנכי;
- חוסר יומרה לכיוון זרימת הרוח.
בנוסף לטורבינות רוח אנכיות, ישנם מכשירים בעלי ציר אופקי. הם נבדלים על ידי חזרה גדולה עם אותו כוח רוח. מבחינה מבנית, הם דומים להבים של מדחפים של מטוסים, הממוקמים על ציר אופקי ובעלי זנב מנחה להתיישרות עם הרוח.
היתרונות של טורבינת הרוח של Savonius
למרות העובדה שרוטורים צירים אנכיים של טורבינות רוח מאבדים מיעילותם לרוטורים צירים אופקיים, עדיין יש להם מספר יתרונות שאין להכחישה:
- עבוד בכל אזור אקלים. בשל השטח הרוחבי הקטן שלהם, הם לא מפחדים מרוחות הוריקן.
- אין צורך במכשירים נוספים לצורך השקתם. בשל הצורה הקעורה של הלהבים, ההשקה מתרחשת בערכי רוח מינימליים - 0.3 מ' לשנייה. הגנרטור מגיע לערכים אופטימליים במהירות זרימת אוויר של 5 מ' לשנייה.
- בשל רמת הרעש הנמוכה של עד 20dB, ניתן להתקין את טחנת הרוח בסמיכות למגורים, דבר שחשוב לייצור חשמל בצריכת חשמל נמוכה ואיבוד זרם בחוטים.
- אין צורך בכיוון רוח ספציפי. הם מתחילים לעבוד מזרימת האוויר העוברת בכל זווית.
- עיצוב פשוט מפחית את עלויות התחזוקה.
- לא מסוכן לציפורים שתופסות את המבנה כמכלול ואינן מנסות לעוף דרך הלהבים.
החסרונות של טורבינות רוח אנכיות כוללים יעילות נמוכה יחסית, עלויות גבוהות יותר עבור חומרי בניין, גדלים גדולים הנדרשים להשגת ההספק הנדרש.
איך להכין טורבינת רוח במו ידיכם
ליצור מכשיר שיספק לבית כפרי לחלוטין חשמל נראה לא סביר. עם זאת, יצירת טחנת רוח קטנה לייצור חשמל חינם המבטיח את פעולתם של מכשירים בעלי הספק נמוך (משאבת השקיה, תאורת רחוב בחזית הבית, פתיחת שערים אוטומטיים) היא בסמכותו של כל בעל מלאכה. לשם כך תזדקק ל:
- 3 יריעות אלומיניום באורך צד של 33 ס"מ, בעובי של כ-1 מ"מ;
- צינור ניקוז בקוטר 15 ס"מ ובאורך 60 ס"מ;
- 4 ס"מ צינור מים;
- גנרטור חשמלי (ניתן להשתמש במכונית);
- אביזרים (זוויות פלדה, ברגים עם הקשה עצמית, אומים, ברגים).
הוראות בישול
כדי ליצור רוטור פשוט של Savonius אתה צריך:
- גזרו 3 דיסקים בקוטר של 33 ס"מ מיריעות אלומיניום.
- חתכו צינור מים בקוטר של 15 ס"מ לאורך הציר כדי ליצור 2 ריקים ללהבים. לאחר מכן חותכים כל חלק לרוחב האמצע. כך, תקבלו 4 להבים זהים באורך 30 ס"מ.
- קדחו חור במרכז הדיסקים שדרכו ניתן להכניס צינור מים בגודל 4 ס"מ.
- חבר את כל שלושת הדיסקים עם צינור, וביניהםלהכניס להבים. שניים בין שני דיסקים. הלהבים חייבים להיות מכוונים כך שהזווית בין הצירים שלהם תהיה 90 מעלות. זה יאפשר אפילו לרוח קלה לסובב את הגנרטור.
- השתמש בפינות ובברגים עם הקשה עצמית כדי לקבע את הלהבים על חישוקי אלומיניום.
- לחץ על פיר הגנרטור לתוך החלק התחתון של הצינור, שהוא הציר.
מחולל הרוח מוכן. נותר רק לבחור אתר התקנה פתוח מספיק לזרמי אוויר. אם אין מספיק רוח, אז אתה יכול לעשות תורן גבוה, שעליו למקם את הגנרטור.
טורבינות רוח אנכיות מוכנות
עם הפיתוח של אנרגיה חלופית, יש ביקוש הולך וגובר למוצרי אספקת חשמל אוטונומית. נכון לעכשיו, יש בשוק טורבינות רוח מתוצרת רוסית, שמחירן מתחיל מ-60 אלף רובל.
ניתן להשתמש ביחידות אלה במגזר הפרטי, ועונות על צרכי חשמל מ-250 ואט עד 250 קילוואט.
