Підвищення ефективності вертикально-осьових вітроустановок з використанням концентратора вітрового потоку
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya2(84).2026.070Ключові слова:
вітроенергетична установка, вертикальна вісь, аеродинамічний концентратор, самозапуск, енергоефективність, активне навантаженняАнотація
Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення енергетичної ефективності та покращення пускових характеристик автономних систем генерації, зокрема вертикально-осьових вітроенергетичних установок, в умовах низькопотенційних вітрових потоків (3–5 м/с), характерних для більшості регіонів України. Мета і завдання дослідження полягають у розробці та дослідженні стаціонарного аеродинамічного концентратора вітрового потоку конфузорного типу для зниження порогу самозапуску та збільшення вихідної потужності вітрогенератора. Методи дослідження базуються на експериментальному моделюванні роботи модифікованої електромеханічної системи (ротора Савоніуса з генератором PMG-20) в умовах аеродинамічної труби дозвукових швидкостей при активному електричному навантаженні 230 Ом. Результати досліджень показали, що використання направляючих лопаток дозволяє реалізувати ефект Вентурі, забезпечуючи локальне прискорення повітря на робочих лопатях та екранування лопатей, що рухаються проти вітру. Експериментально підтверджено зниження порогу швидкості самозапуску установки на 30 % (з 2,7 м/с до 1,9 м/с). Встановлено, що при швидкості вітру 4,0 м/с вихідна електрична потужність зростає у 3,6 раза порівняно з базовою конфігурацією ротора. Висновки: застосування розробленої конструкції аеродинамічного концентратора є ефективним науково-технічним рішенням для розширення робочого діапазону та підвищення стабільності генерації вертикально-осьових вітроустановок малої потужності.
Отримано: 28.01.2026. Доопрацьовано: 21.03.2026. Прийнято: 17.04.2026.
Посилання
1. Kudria, S. O., et al. (2020). Atlas of the energy potential of renewable energy sources of Ukraine [Atlas enerhetychnoho potentsialu vidnovliuvalnykh dzherel enerhii Ukrainy]. Kyiv: Institute of Renewable Energy of the NAS of Ukraine. (in Ukrainian).
2. Omelchenko, V. O. (2023). Prospects for the development of wind energy in the conditions of decentralization of the energy system of Ukraine. Renewable Energy [Vidnovluvana enerhetyka], (2), 15–22. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.2.15-22
3. Pope, K., Dincer, I., & Naterer, G. F. (2010). Energy and exergy efficiency comparison of horizontal and vertical axis wind turbines. Renewable Energy, 35(9), 2102–2113. https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.02.013
4. El-Samanoudy, M., Ghorab, A. A. E., & Youssef, S. Z. (2010). Effect of some design parameters on the performance of a Giromill vertical axis wind turbine. Ain Shams Engineering Journal, 1(1), 85–95. https://doi.org/10.1016/j.asej.2010.09.012
5. Torkaman, A., & Ghaffari, S. (2023). Aerodynamic performance enhancement of vertical axis wind turbines using a novel omni-directional guide vane. Energy Conversion and Management, 270, 116245. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116245
6. Sengupta, A. R., Biswas, A., & Gupta, R. (2021). Investigation of guide vane effects on the performance of a vertical axis wind turbine. Renewable Energy, 165, 132–145. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.10.151
7. Korprasertsak, N., & Leephakpreeda, T. (2019). Analysis and optimization of wind boosters for low-speed vertical axis wind turbines. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 189, 150–162. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2019.03.023
8. Manwell, J. F., McGowan, J. G., & Rogers, A. L. (2009). Wind Energy Explained: Theory, Design and Application (2nd ed.). Chichester: John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781119994367
9. Gorobets, V., Trokhaniak, V., Masiuk, M., Spodyniuk, N., Blesnyuk, O., & Marchishina, Y. (2021). CFD modeling of aerodynamic flow in a wind turbine with vertical rotational axis and wind flow concentrator. INMATEH - Agricultural Engineering, 64(2), 159–166. https://doi.org/10.35633/inmateh-64-15
10. Boldea, I. (2006). Variable Speed Generators. Boca Raton: CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781420015119
11. Kozyrskyi, V. V., & Trehub, M. I. (2019). Gearless wind power complexes with an arc-stator generator: Monograph [Beztransmisiini vitroelektrychni kompleksy z duhostatornym heneratorom]. Kyiv: FOP Yamchynskyi O. V. (in Ukrainian).
12. Gorobets, V., Aboltins, A., Rucins, A., Tkachenko, M., Masiuk, M., Trokhaniak, V., Zhurylo, D., Kuvachov, V., & Balian, A. (2025). Parametric optimization of curvilinear confuser-type channel. Engineering for Rural Development, 24, 112–118. https://doi.org/10.22616/ERDev.2025.24.TF141
13. Altan, B. D., & Atılgan, M. (2008). An experimental and numerical study on the improvement of the performance of Savonius wind rotor. Energy Conversion and Management, 49(12), 3425–3432. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2008.08.021
14. Korprasertsak, N., & Leephakpreeda, T. (2016). Analysis and optimal design of wind boosters for Vertical Axis Wind Turbines at low wind speed. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 159, 9–18. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2016.10.007
15. Wong, R. C. W., Chong, W. T., Sukiman, N. L., Poh, S. C., Shiah, Y. C., & Wang, C. T. (2017). Performance enhancements on vertical axis wind turbines using flow augmentation systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 73, 904–921. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.160
16. Irabu, K., & Roy, J. N. (2007). Characteristics of wind power on Savonius rotor using a guide-box tunnel. Experimental Thermal and Fluid Science, 32(2), 580–586. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2007.06.008
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Енергетика і автоматика
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Усі матеріали поширюються на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International Public License, що дозволяє іншим розповсюджувати рукопис із визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
