Первые промышленные ВЭУ были сконструированы в Дании в 1890 году. Вертикально-осевые ВЭУ были изобретены позже горизонтально-осевых пропеллерных (ротор Савониуса - в 1929 г., ротор Дарье был запатентован во Франции в 1925 г. и в США в 1926 г.) [1]. До недавнего времени главным недостатком вертикально-осевых ветроэнергетических установок (ветрогенераторов) ошибочно считалась невозможность получить быстроходность больше единицы (для горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ быстроходность может быть больше пяти). К недостаткам также относили неравномерность крутящего момента, зависимость частоты вращения ветроколеса от скорости ветра и большую пусковую скорость ветра (около 15 м/с) [2].

Эти положения, верные только для тихоходных роторов с различным сопротивлением лопастей движению, привели к неправильным теоретическим выводам о малом коэффициенте использования энергии ветра (КИЭВ) у вертикально-осевых ветроэнергетических установок по сравнению с горизонтально-осевыми ветроустановками. В результате этот тип ветроэнергетических установок почти 40 лет вообще не разрабатывался. И только в 60-х – 70-х годах прошлого века сначала канадскими, а затем американскими и английскими специалистами было экспериментально доказано, что эти выводы неприменимы к роторам Дарье, использующим подъемную силу лопастей. Быстроходность этих роторов достигает 6:1 и выше, а коэффициент использования энергии ветра уже в настоящее время на уровне горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ [2]. Вместе с тем, эксплуатация горизонтально-осевых ветроустановок выявила ряд неучитываемых ранее недостатков. Например, горизонтально-осевые ветроэнергетические установки могут значительно уменьшать вырабатываемую электроэнергию при частой смене направления ветра [3]. При быстром изменении направления ветра, ветроколесо должно четко отслеживать эти изменения, но практически невозможно эффективно ориентировать ветроколесо при изменении направления ветра из-за запаздывания действия механизмов ориентации.

Ветроэнергетические установки с горизонтальной осью вращения обеспечивают стабильную мощность, снимаемую с ветроколеса, при скорости ветра не меньше номинальной. Однако практика использования автономных электростанций показывает, что реально вырабатываемая электроэнергия оказывается меньше расчетной, потери энергии могут достигать 50% [3]. Причиной этого является уменьшение мощности, а соответственно и энергии, передаваемой ветроколесом при изменении направления ветра даже при достаточной его скорости.

Интересная схема ветряка своими руками из бочки. Gwindoline - vertical axis wind turbine, Barrel wind turbine
К сожалению, автор не выложил на своем сайте схемы DIY в AutoCAD своего бочкового ветрогенератора.
http://www.youtube.com/watch?v=vCcHKikC8I4

Читатели нашего журнала хорошо знакомы с работами недавно ушедшего из жизни старейшего энтузиаста технического творчества Александра Сергеевича Абрамова - неутомимого изобретателя и талантливого популяризатора техники. Журнал неоднократно рассказывал о деятельности А. С. Абрамова: на страницах «М-К» публиковались проекты двигателей необычных схем, механизмов, основанных на нетрадиционном взаимодействии деталей в обычных на первый взгляд процессах. Но более всего конструктора привлекали идеи преобразования энергии из одного вида в другой.

Вплоть до своих последних дней (Александр Сергеевич дожил до 96 лет!) неутомимый изобретатель конструировал всё новые и новые механизмы, а также искал пути применения известных, но незаслуженно забытых. В частности, его весьма удивляло и огорчало, что инженерами, занимающимися разработками ветродвигателей, почему-то игнорируются самые простые, экономичные и перспективные ветряки - ветрогенераторы с вертикальной осью.

 

 

Легче всего построить небольшой дешевый ветрогенератор (ветряк), изготовив ветроколесо из металлической бочки - стальной или алюминиевой, например, из под машинного масла, топлива, мебельного лака, клея и т.п.

Ротор вертикальных ветрогенераторов типа "бочка", Савониус, в отличие от горизонтальных ветряков, не может иметь быстроходность выше скорости ветра, и быстроходность концов его лопастей может быть максимум Z1 (в иностранной литературе принято быстроходность обозначать буквой лямбда, в русской - буквой Z). Хотя у ротора Дарье быстроходность может достигать и Z3. У самодельного пропеллерного ветяка может быть и Z5,  современные коэффициенты быстроходности лежат в диапазоне от 6 до 12, поэтому и мультипликатор нужен с меньшим передаточным числом при прочих равных условиях. Это связано с тем что лопасти у вертикального ветряка проваливаются под давлением, а не используют подъемную силу как в пропеллере, и, следовательно, чем быстрей ветер, тем быстрей лопасть поворачивает ветром.

Конструкцию этих ветроагрегатов придумал шведский инженер Сигурд Джоханес Савониус в 1922 году. Ветроколесо Савониуса представляет собой от двух и более полуцилиндров, закрепленных вокруг оси вертикальной вращения.
Главное достоинство ветроколеса Савониуса заключено в том, оно непрерывно вращается в одну и туже сторону, независимо от направления ветра. К тому же он прост в изготовлении, а тому недорог.