Актуальность решения этой проблемы связана с установкой вышек сотовой связи с автономным питанием в труднодоступных районах.

Целью данной работы является проектирование и исследование опытного образца и последующее создание промышленного варианта ветрового электрогенератора (ВЭГ) с вертикальной осью вращения для обеспечения энергией вышек сотовой связи.

Задачи работы:

- провести сравнительный анализ с существующими ВЭГ и рассмотреть возможность обеспечения вышки сотовой связи другими альтернативными источниками получения энергии;

- разработать структурную схему ВЭГ;

- выполнить расчёт энергетического баланса;

- выполнить расчет геометрических параметров основных функциональных устройств, входящих в ВЭГ;

- выполнить анализ проведённых расчётов и осуществить выбор рекомендуемых исходных данных для проектирования опытного и промышленного образца ВЭГ;

- определить технические характеристики ВЭГ;

- определить технические параметры оборудования, входящего в состав установки;

- провести проектирование, изготовление и исследование сначала опытного, а затем промышленного образцов ВЭГ.

Проведённый анализ развития ветроэнергетики в мире показал, что ветроэнергетика использует для выработки энергии кинетическую энергию ветра, которая в 80 раз превышает совокупное энергопотребление населением Земли. Это говорит о том, что энергия ветра может стать потенциальной альтернативой в частичном замещении традиционных источников выработки электроэнергии. Согласно оценкам Всемирной ветроэнергетической ассоциации (WWEA), в 2010 году установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭГ) в мире составит порядка 160 ГВт.

Ветроэнергетика является одним из наиболее быстро растущих секторов энергетики, в том числе в секторе возобновляемых источников. За последние 10 лет средние темпы роста мировой установленной мощности ВЭГ равнялись примерно 29% в год, а на конец 2006 года установленная мощность составила порядка 74 ГВт или около 1,85% от совокупной установленной мощности объектов генерации электроэнергии (порядка 4 тыс. ГВт).

Совокупный потенциал генерации электроэнергии с использованием энергии ветра на территории России оценивается в 80000 млрд. кВт/ч в год. Технический потенциал сопоставим по величине с совокупным и составляет 6218 млрд. кВт/ч в год.

Проведённый сравнительный анализ с существующими ВЭГ, а также с другими альтернативными источниками получения энергии для обеспечения вышек сотовой связи показал перспективность использования вихревых ВЭГ с вертикальной осью. Это связано с низкой стартовой скоростью, отсутствием вибраций, бесшумной работой, высокотехнологичным изготовлением, сборкой и современным дизайном.

Выполненные энергетические и аэродинамические расчёты позволили спроектировать опытный образец ВЭГ, разработать технологию его изготовления, оценить параметры и определить конструкцию последующего промышленного образца.

Полученные результаты расчета представлены в виде графических зависимостей мощности на валу турбины от диаметра на входе в профилированный канал направляющего воздуховода и от скорости ветра на входе в направляющий воздуховод. А также зависимостей оборотов турбины от скорости ветра и расхода воздуха от скорости для получения электрической мощности 5 кВт.

Выполнено профилирование проточной части подводящего канала, рабочего колеса турбины и профилирование лопаток рабочего колеса в трех сечениях. Проведён подбор инвертора и аккумуляторов.

Найден срок окупаемости установки для вышек сотой связи с потребляемой электрической мощностью равной 5 кВт., составляющий 2,7 – 3,0 года.