По оценкам, малая ветровая генерация может обеспечить от 25% до 45% потребностей населения в электроэнергии в США и Канаде. Жители обычно используют от 3 до 5 кВт электроэнергии в месяц, поэтому ветрогенератор должен будет поддерживать однофазную потребность в 5 кВт/месяц. Эти же ветряные генераторы можно масштабировать для поддержки малых предприятий, работающих с трехфазной мощностью до 3 МВт (10 10,000 кВт). Крупные ветряные электростанции в настоящее время обеспечивают электроэнергией сети Небраски, Калифорнии, Колорадо, а также ряда мест по всей стране. Однако требования к электроснабжению в жилых домах должны быть гораздо более простыми в установке, обеспечивая поддержку одного жилого дома по разумной цене за установку.

Бытовые ветряные электростанции (генераторы) нуждаются в красивом внешнем виде и бесшумной работе ветрогенератора. С сырой
цены на нефть постоянно движутся вверх и вниз, движимые жадными нефтяными спекулянтами по всему миру, движимые как нефтяными компаниями, так и производителями нефти, нам необходимо разумно переходить к ветровой и солнечной энергетике по всему миру. Прогнозируется, что стоимость маломасштабной ветровой энергии будет конкурентоспособной по сравнению с ископаемым топливом уже к 2010 году. Сокращая производство электроэнергии из нефти, мы уменьшаем зависимость от нефти от нефтяных картелей; мы сокращаем выбросы углекислого газа; минимизируем финансовые последствия деятельности нефтяных спекулянтов; и мы создаем высокотехнологичные рабочие места, снижаем выбросы CO2 и одновременно добиваемся более чистого мира. Но мы не можем просто переключиться в одночасье, как требуют некоторые зеленые люди. Делать это нужно вдумчиво и методично.

Традиционные ветряные мельницы более сложны и часто используют хвостовые балки для направления ветра, но делают ветряные турбины с горизонтальной осью или HAWT менее эффективными при улавливании энергии ветра.

Расположение любой ветряной турбины имеет решающее значение для ожидаемой от нее электрической мощности. В идеале между ветряной турбиной и преобладающим направлением ветра, которое варьируется в США, Канаде и во всем мире, не должно быть никаких препятствий. В городских условиях некоторая ветровая турбулентность неизбежна, если только турбина не расположена значительно выше окружающих зданий. Это должно быть сбалансировано с местными строительными нормами и правилами. В большинстве случаев турбулентность от окружающих зданий в той или иной степени влияет на ветряную турбину. Это основная причина выбора ветряной турбины с вертикальной осью (VAWT), поскольку конструкции вертикальных ветрогенераторов не обязательно должны быть направлены против ветра всякий раз, когда направление ветра меняется, чтобы продолжать производить электроэнергию. И наоборот, ветряная турбина с горизонтальной осью, HAWT, должна физически вращаться в направлении ветра каждый раз, когда направление ветра меняется, тратя ценные ресурсы и увеличивая ненужный вес, техническое обслуживание и стоимость ветрогенератора.

Правильно спроектированный VAWT производит на 20–40% больше энергии, чем обычный ветрогенератор HAWT аналогичного размера, при той же скорости ветра в течение установленного периода времени. Правильно спроектированный VAWT всегда на 100% ориентирован на ветер, поскольку генератору энергии VAWT не требуется плавник, чтобы направлять его против ветра, как того требуют все генераторы HAWT. Причины, по которым жители, строители и окружные комиссары возражают против ветровых турбин, включают их визуальное воздействие, шум и вибрацию типичного ветрогенератора HAWT. Тем не менее, правильно спроектированный ветрогенератор VAWT работает бесшумно и может быть спроектирован в художественной манере, поэтому владелец, застройщик и уполномоченные по строительству с гораздо большей вероятностью запросят ветрогенератор VAWT, установленный в жилом доме или на малом предприятии.

Ветряная турбина Мэрайи Виндспайр: VAWT

Одной из наиболее художественных, уникальных и высокоэффективных ветряных турбин с вертикальной осью, VAWT, является Mariah Windspire®, которая состоит из четырех простых секций, хотя многие системы ограничиваются только ротором и генератором. Windspire работает с вертикальной ветряной турбиной, установленной отдельно от всех других ветряных турбин. Он был спроектирован как целостная система, а не как набор различных изготовленных деталей. Он включает в себя ротор, работающий при любом направлении ветра, встроенный в турбину генератор, встроенный инвертор мощности, опорный узел турбины и систему беспроводного мониторинга. Преимущество Windspire заключается в том, что он был спроектирован с нуля для оптимизации каждой секции, чтобы обеспечить прочность и максимальную эффективность системы при минимальных затратах на киловатт-час. У Windspire нет хвостовой балки, которая вызывает боковое напряжение в верхней части большинства турбин.

В роторе Windspire® используется высокоэффективная конструкция гиромельницы с большой площадью охвата для максимального улавливания энергии ветра. Он уникален и художественен, имеет высокий и узкий профиль, который притягивает взгляд и, что более важно, эффективно и мгновенно действует при изменении направления ветра. Ротор имеет несколько секций аэродинамического профиля для уменьшения деформации и передачи напряжений, вызванных ветром, на высокопрочный центральный вал. Конструкция ротора была разработана на основе обширного аэродинамического компьютерного моделирования с целью максимального преобразования энергии ветра в электроэнергию. Это было выполнено ведущим мировым экспертом по конструкциям роторов Дарье, а другой эксперт-механик выполнил динамическое моделирование вибрации, чтобы минимизировать вибрацию конструкции, вызванную гармониками ветра.

Уникальный и художественный генератор Windspire был разработан нашей собственной командой и послужил катализатором всей системы. После нескольких лет работы над высокоэффективной технологией генератора с постоянными магнитами с воздушным сердечником компания Mariah Power была основана в 2005 году с интеграцией генератора в ветряную турбину. Технология генератора уникальна по нескольким причинам: во-первых, она сводит к минимуму потери, вызванные магнитным полем, за счет использования специальной конструкции ротора и статора, что приводит к очень высокому КПД (до 98%). Во-вторых, он не имеет зубчатых колес и обеспечивает плавное вращение. В-третьих, и, возможно, самое главное, он наиболее эффективно работает при низкой скорости ветра. Это противоположность большинства ветрогенераторов и позволяет Windspire улавливать больше энергии в более низком, более распространенном диапазоне скоростей ветра.

Инвертор с компьютерным управлением разработан специально для Windspire и встроен непосредственно в турбину. Он использует программный алгоритм отслеживания пиковой мощности для управления скоростью ротора и максимизации выработки энергии в широком диапазоне скоростей ветра. Инвертор защищает Windspire, тормозя вращение турбины при обнаружении высокой скорости ветра. Инвертор оснащен встроенным беспроводным модемом ZigBee, который передает информацию о выработке электроэнергии непосредственно на ваш компьютер. Запатентованное программное обеспечение Winspire WindSync™ используется для мониторинга энергетических показателей Windspire из дома или офиса. Инвертор электроэнергии Windspire протестирован и сертифицирован по стандартам UL 1741 и IEEE 1547.

Ветряная турбина Mariah Windspire использует собственную прочную, спроектированную опору, предназначенную для поддержки вертикальной турбины Windspire в широком диапазоне скоростей ветра. В опоре предусмотрена система шарикоподшипников увеличенного размера со смазанными на весь срок механическими подшипниками, обеспечивающими работу без технического обслуживания. Даже конструкция стойки обеспечивает структурное гашение вибраций для плавной работы. Изготовленный из высокопрочной стали и шарнирно закрепленный в основании, Windspire можно поднять быстро и легко, а стандартная установка выполняется всего за три часа. Для установки не требуется никакого тяжелого оборудования, что делает установку дома или офиса очень выгодной.

Простая установка для дома или бизнеса	Шпиль Виндшпиля, Бизнес
Полевые испытания в суровых условиях	Шпиль Виндшпиля, Дом

Преимущества турбинной технологии Mariah Windspire перед традиционными ветряными турбинами

Mariah Power — компания, занимающаяся ветровыми технологиями, которая постоянно совершенствует свою технологию ветряных турбин. Команда инженеров-электриков и механиков Windspire сосредоточена на улучшении качества конструкции и производительности преобразования энергии Windspire. Более 100 Windspires участвовали в различных программах полевых испытаний в разных местах США. Благодаря этой программе Windspire смогла определить, где можно улучшить конструкцию турбины в широком диапазоне сухих и влажных климатических условий, холодного и жаркого климата, и в результате появилась высоконадежная ветряная турбина, работающая практически без технического обслуживания в большинстве ветровых ситуаций, встречающихся в США, Канада и Южная Америка. Мэрайя обновила полевые подразделения новыми технологиями, поскольку решения стали доступны через дилеров Mariah Power. Ниже приводится список основных технологических усовершенствований, внесенных в ветряные турбины Mariah Windspire:

Чтобы увеличить срок службы и устранить модальные нарушения Windspire, Мэрайя Пауэр устранила проблемы, связанные с истиранием и коррозией:

– Были разработаны более жесткие, прямые вертикальные валы, что увеличило толщину опорной плиты;

– Разработан новый метод зажима для устранения истирания вертикальной стойки;

– Модернизированная внешняя отделка для повышения защиты от атмосферных воздействий и коррозии;

– Добавлено защитное покрытие с максимальной устойчивостью к брызгам морской соли для открытых стальных компонентов.

Чтобы повысить электрическую надежность, выходную мощность и безопасность, компания Mariah Power постоянно ищет улучшения в конструкции инверторов:

– Переработан электрический трансформатор для снижения рабочей температуры во время преобразования энергии.

– Добавлено измерение температуры для максимизации выходной мощности (мощности).

– Улучшено управление аппаратным и программным обеспечением для лучшего управления выходной мощностью в зависимости от скорости ветра.

Улучшения ротора Mariah Power Windspire для повышения качества и устранения проскальзывания аэродинамических профилей:

– Разработаны новые аэродинамические крылья для повышения эффективности преобразования ветра;

— Улучшены сварочные соединения;

— повышенный класс колец и крепежных элементов;

– Переработана и улучшена система зажима аэродинамического профиля для более прочной механической поддержки.

Сотрудничая с MasTech Manufacturing, Mariah Power улучшила качество производства, чтобы постоянно соответствовать спецификациям, что является критически важным требованием при производстве больших объемов:

– использовать отливки для кованых сборных деталей;

– Для изготовления компонентов используются сертифицированные AWS сварщики;

– Сертифицированный ASQ инженер по качеству управляет процессом обеспечения качества;

– Калибры-пробки и кольца используются во время функциональных испытаний и проверок качества.