Експериментальне дослідження характеристик вертикально-осьової вітротурбіни зі стаціонарним конфузором при зміні активного опору навантаження
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya4(86).2026.057Ключові слова:
: вітротурбіна з вертикальною віссю обертання, концентратор вітрового потоку, електричне навантаження, електромеханічний комплекс, енергетична ефективність, аеродинамічна трубаАнотація
Проведені експериментальні дослідження вертикально-осьової вітротурбіни, які показали ефективність використання концентратора вітрових потоків для підвищення потужності вітротурбін такого типу. Встановлено, що дослідження умов обтікання вітрогенератора в аеродинамічній трубі з концентратором дали змогу суттєво знизити поріг початку обертання ротора. Вивчено вплив концентратора на підвищення потужності вітрогенератора та показано, що величина потужності для умов стаціонарного вітрового потоку в аеродинамічній трубі може збільшуватись до 4 разів. Показано важливість електромеханічного узгодження системи «генератор–навантаження» для реалізації максимального енергетичного потенціалу вітрової установки. Визначено, що для досліджуваного комплексу вітротурбіна-концентратор оптимальним є опір електричного кола 100 Ом, який забезпечує оптимальний баланс між швидкісними характеристиками ротора та відбором потужності. Заниження опору кола призводить до надмірного електромагнітного гальмування і зменшення кількості обертів ротора, тоді як завищення опору спричиняє роботу генератора в режимі, наближеному до холостого ходу, та недовикористання його корисної потужності. Показано, що використання випрямного моста Ларіонова на базі діодів Шотткі зменшує комутаційні втрати напруги до мінімальних значень, що є необхідною умовою для початку генерації електроенергії на пускових стадіях обертання ротора вітротурбіни. Результати проведених експериментальних досліджень для різних режимів роботи системи вітротурбіна-концентраторр вітрового потоку показують перспективність використання такої конструкції вітрогенератора для подальшої розробки промислових зразків ВЕУ малої і середньої потужності.
Отримано: 15.06.2026. Доопрацьовано: 12.08.2026. Прийнято: 20.08.2026
Посилання
1. Omelchenko, V. (2023). Prospects for the development of wind energy in the conditions of decentralization of the energy system of Ukraine [Perspektyvy rozvytku vitroenerhetyky v umovakh detsentralizatsii enerhosystemy Ukrainy]. Vidnovluvana enerhetyka, (2), 15–22.
2. Kulyk, V., Pobilun, V., & Lyzhychko, B. (2019). Analysis of the efficiency of wind power plants in the Carpathian region [Analiz efektyvnosti vykorystannia vitroenerhetychnykh ustanovok v umovakh Karpatskoho rehionu]. Vidnovluvana enerhetyka, (2), 15–23.
3. Balduzzi, F., et al. (2020). The potential of building-integrated wind energy in urban environments. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 130, 109956.
4. 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
5. Eriksson, S., Bernhoff, H., & Leijon, M. (2008). Evaluation of different turbine concepts for wind power. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12(5), 1419–1434.
6. Altan, B. D., & Atilgan, 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
7. Alom, N., & Saha, U. K. (2021). Performance analysis of a Savonius wind turbine with a deflector system. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 212, 104586.
8. Wong, R. C. W., et al. (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
9. Shchur, I. Z. (2018). Electromechanical systems of renewable energy [Elektromekhanichni systemy vidnovluvalnoi enerhetyky]. Lviv: Lviv Polytechnic Publishing House.
10. Boldea, I. (2006). Variable Speed Generators. Boca Raton: CRC Press.
11. 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
12. 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.
13. Gorobets, V., et al. (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.
14. Gorobets, V., et al. (2025). Parametric optimization of curvilinear confuser-type channel. Engineering for Rural Development, 24, 112–118.
15. Hassan, A., et al. (2021). A Review of MPPT Techniques for PMSG Based Wind Energy Conversion Systems. International Journal of Renewable Energy Research, 11(4), 1560–1570.
16. Zhao, Z., et al. (2022). Efficiency Optimization Control of PMSG-Based Wind Power Generation System. IEEE Access, 10, 34567–34578.
17. Hrebenikov, V. V., & Hamulia, M. Y. (2019). Electromechanical systems with permanent magnets: monograph [Elektromekhanichni systemy z postiinymy mahnitamy]. Kyiv: Institute of Electrodynamics of the NAS of Ukraine.
18. Torkaman, H., & Keyhani, A. (2020). Special Issue on Design and Control of PM Machines. IEEE Transactions on Energy Conversion, 35(1), 120–122.
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.
