Закрытая приливная турбина - Shrouded tidal turbine

Закрытая турбина Генератор приливных токов Race Rocks перед установкой на Скалы гонки в южной части Британской Колумбии в 2006 году. Он работает в двух направлениях и доказал свою эффективность в обеспечении интегрированной энергосистемы региона.[1]

В закрытая приливная турбина формируется технология приливных течений турбина заключена в Вентури сформированный саван или воздуховод (вентудук), создающий за турбиной субатмосферу низкого давления. На турбину с кожухом Вентури не распространяются Лимит Бец и позволяет турбине работать с более высоким КПД, чем одна турбина, за счет увеличения объема потока через турбину. Заявленные улучшения различаются: от 1,15 до 4 раз выше выходная мощность [2] чем такая же турбина без кожуха. Предел Бетца в 59,3% эффективности преобразования для турбины с открытым потоком все еще применяется, но применяется к гораздо большему поперечному сечению кожуха, а не к небольшому поперечному сечению турбины.

Принципы

Значительный коммерческий интерес был проявлен к турбинам с закрытым приливным потоком из-за увеличения выходной мощности. Они могут работать в более мелкой воде с медленным движением с меньшей турбиной на участках, где большие турбины ограничены. Расположенные на морском пути или в реках с быстрым течением закрытые турбины подключаются к берегу кабелем для подключения к сети или населению. В качестве альтернативы свойство кожуха, которое создает ускоренную скорость потока через турбину, позволяет использовать приливные потоки, ранее слишком медленные для коммерческого использования, для производства энергии.

Хотя кожух может оказаться непрактичным при ветре, по мере того, как следующее поколение конструкции турбины приливного течения, он приобретает все большую популярность и коммерческое использование. Приливная турбина Tidal Energy Pty Ltd является разнонаправленной, способной смотреть вверх по течению в любом направлении, а турбина Lunar Energy - двунаправленной. Все турбины приливных потоков должны постоянно быть обращены под правильным углом к ​​потоку воды для работы. Tidal Energy Pty Ltd - уникальный корпус с поворотным основанием. Lunar Energy использует широкоугольный диффузор для захвата набегающего потока, который может не совпадать с длинной осью турбины. Кожух также может быть встроен в приливную ограду или заграждение, увеличивая производительность турбин.

Виды кожуха

Не все турбины с кожухом одинаковы - производительность турбины с кожухом зависит от конструкции кожуха. Не все турбины с кожухом прошли независимую проверку заявленных характеристик, так как компании тщательно охраняют свои соответствующие технологии, поэтому приведенные данные о производительности требуют тщательной проверки. Lunar Energy сообщает об улучшении на 15-25% по сравнению с той же турбиной без кожуха.[3] Турбины с кожухом не работают с максимальной эффективностью, если кожух не перехватывает ток под правильным углом, что может возникать в виде вихревых и завихренных токов, что приводит к снижению эффективности работы. При более низком КПД турбины дополнительная стоимость кожуха должна быть оправдана, в то время как при более высоком КПД дополнительная стоимость кожуха меньше влияет на коммерческую прибыль. Аналогичным образом необходимо уравновесить добавленную стоимость поддерживающей конструкции кожуха и полученной производительности. Отклонение (поворот) кожуха и турбины под правильным углом, чтобы они всегда были обращены вверх по потоку, как ветровой носок, может повысить производительность турбины, но могут потребоваться дорогостоящие активные устройства для превращения кожуха в поток. Могут быть предусмотрены пассивные конструкции, такие как плавание закрытой турбины под понтоном на качелях или запуск турбины, как воздушного змея, под водой.[4] Одна конструкция, разработанная Tidal Energy Pty Ltd, пассивно раскручивает турбину с кожухом с помощью поворотного стола с подтвержденным экспертной оценкой повышением эффективности на 3,84 (384%) по сравнению с той же турбиной без кожуха - см. Kirke.[5]

Преимущества

  • Кожух подходящей геометрии может увеличить скорость потока через турбину в 3-4 раза по сравнению со скоростью открытого или набегающего потока.
  • Больше генерируемой энергии означает большую отдачу от инвестиций.
  • Количество подходящих сайтов увеличивается, поскольку сайты, которые раньше были слишком медленными для коммерческой разработки, становятся жизнеспособными.
  • Там, где большие громоздкие турбины не подходят, небольшие закрытые турбины могут быть установлены на морском дне в мелководных реках и устьях, обеспечивая безопасное плавание по водным путям.[6]
  • Турбина, спрятанная в кожухе, с меньшей вероятностью может быть повреждена плавающими обломками.
  • Биообрастание также уменьшается, поскольку турбина затенена от естественного света на мелководье.
  • Повышенные скорости, проходящие через турбину, эффективно обдувают горловину кожуха и турбину, поскольку организмы не могут прикрепляться к ним с повышенной скоростью. [7]
  • Описано одним производителем как «экологически безопасное»,[8] турбины приливных потоков не влияют на морскую жизнь или окружающую среду и оказывают незначительное влияние на внешний вид или не оказывают его вообще.

Недостатки

  • Большинство закрытых турбин являются направленными, хотя одним исключением является версия у южного острова Ванкувер в Британской Колумбии.[9] Однонаправленные фиксированные кожухи не могут эффективно улавливать поток - для того, чтобы кожух давал максимальную эффективность для использования как приливов, так и отливов, их нужно наклонять, как ветряную мельницу на шарнире или поворотной платформе, или подвешивать под понтоном на морских качелях швартовка, позволяющая турбине всегда смотреть вверх по течению, как ветровой носок.
  • Нагрузки закрытой турбины в 3-4 раза выше, чем у турбины с открытым или свободным потоком, поэтому необходима прочная система крепления. Однако эта монтажная система должна быть спроектирована таким образом, чтобы предотвратить распространение турбулентности на турбину или возникновение волн высокого давления вблизи турбины и возможность отстройки. Оптимизация опор и / или включение конструктивных опор в геометрию кожуха выполняет две функции: поддержку турбины и обеспечение чистой выгоды в 3-4 раза большей выходной мощности.

Достижения

Типичная турбина с кожухом не может использовать значительную часть увеличенного массового потока внутри кожуха. Отбор мощности можно дополнительно улучшить, разместив другой соосный ротор, сделав его закрытой двухроторной турбиной. Интересно, что такие турбины могут работать в нескольких конфигурациях: (а) режим турбина-турбина (оба ротора действуют как турбина и извлекают энергию из потока) и (б) режим турбина-вентилятор (первый ротор извлекает энергию из потока, тогда как второй ротор уменьшает застой потока, передавая потоку энергию) [10]. Теоретический анализ таких конфигураций показал значительное увеличение мощности в обоих этих режимах с повышенной эксплуатационной гибкостью, в зависимости от условий входящего потока.

Рекомендации

  1. ^ «Проект приливной энергии Race Rocks». Корпорация Clean Current Power Systems. Архивировано из оригинал на 2008-07-05. Получено 2008-07-09.
  2. ^ «Опубликованная статья Брайана Кирка« События в гидротурбинах » (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-09-13. Получено 2013-04-28.
  3. ^ «Лунная энергия». Лунная энергия. Получено 2013-04-28.
  4. ^ «Подводный электрический змей». Uekus.com. Получено 2013-04-28.
  5. ^ ООО "Приливная энергия". Tidalenergy.net.au. Получено 2013-04-28.
  6. ^ "Зеленая сила". Зеленая сила. 2012-01-23. Получено 2013-04-28.
  7. ^ "Кандидатская диссертация Брайана Кирка" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-09-13. Получено 2013-04-28.
  8. ^ "Что такое гидрокинетическая энергия?". Tidal Energy Pty Ltd. Получено 2014-02-02.
  9. ^ Гарри Флетчер. "развернут в Race Rocks". Racerocks.com. Получено 2013-04-28.
  10. ^ Кумар, Ведант; Саха, Сандип (2019-04-01). «Теоретическая оценка производительности двухроторных ветряных турбин с кожухом на основе теории приводных дисков». Возобновляемая энергия. 134: 961–969. Дои:10.1016 / j.renene.2018.11.077. ISSN  0960-1481.