Economic justification for the use of a vertical axis wind power plant in wind conditions of Russia
- Authors: Khozyainov B.P.1, Svistunova T.N.1
-
Affiliations:
- T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University
- Issue: Vol 24, No 6 (2020)
- Pages: 1285-1296
- Section: Power Engineering
- URL: https://medbiosci.ru/2782-4004/article/view/382220
- DOI: https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-6-1285-1296
- ID: 382220
Cite item
Full Text
Abstract
The purpose of the study is to provide an economic justification of the application efficiency of vertical axis wind-driven power plants using the principle of differential blade drag under low natural wind speeds from 1 to 15 m/s. The estimated cost is determined by the resource-index method. Calculations are made in two stages: at the first stage a statement is compiled where the consumption of resources for the design volume of work is determined according to the state unit estimate standards collections; at the second stage a local resource estimate is made, and the resource consumption in natural units is converted to cost estimates (in the prices of 2000 year). Local estimates are made using the GRAND-SMETA software package. All costs of construction materials for the wind turbine and supporting structure were assumed at the commercial cost, which was translated to the budget cost of October 2019 using deflators. The transition indices from the prices of 2000 to the prices of 2019 are applied to the cost of materials and machinery operation (without remuneration of engine-drivers) as well as to the amount of labour remuneration for installers and engine-drivers. The cost of the installation set calculated by the strength at 20 m/s natural speed is 1643.591 thousand rubles. This allowed to determine the cost of 1 kWh, which depends on the service life and the average annual wind speed. At a wind speed of 4 m/s the cost is 7.12 rub/kWh; at a wind speed of 8 m/s it is 2.19 rub/kWh. At wind speeds from 5 m/s to 11 m/s with equal exposure time intervals, the average cost of 1 kWh will be within 3.14 rub/kWh. Conducted studies have confirmed the effective use of the proposed vertical axis wind power plant under conditions of low natural wind speeds in Russia. The installation is proved to be competitive in comparison with the traditional methods of energy generation.
Keywords
About the authors
B. P. Khozyainov
T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University
Email: khozyainov-bp@mail.ru
T. N. Svistunova
T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University
Email: svtnick2007@rambler.ru
References
- Driss Z., Mlayah O., Driss S., Maaloul M., Abid M. S. Study of a small incurved savonius wind rotor: experimental validation // International Journal of Mechanics and Applications. 2015. Vol. 5. № 2. С. 31–36. https://doi.org/10.5923/j.mechanics.20150502.01
- Wahyudi B., Soeparman S., Hoeijmakers H.W.M. Optimization design of Savonius diffuser blade with moving deflector for hydrokınetıc cross flow turbıne rotor // Energy Procedia. 2015. № 68. С. 244–253. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.03.253
- Driss Z., Mlayeh O., Driss S., Maaloul M., Abid M.S. Numerical study of an unconventional Savonius wind rotor with a 75° bucket arc angle // American Journal of Mechanical Engineering. 2015. Vol. 3. No. 3A. Р. 15–21. https://doi.org/10.12691/ajme-3-3A-3
- Tian Wenlong, Song Baowei, Van Zwieten J.H., Pyakurel P. Computational fluid dynamics prediction of a modified Savonius wind turbine with novel blade shapes // Energies. 2015. Vol. 8. No. 8. Р. 7915–7929. https://doi.org/10.3390/en8087915
- Al-Faruk А., Sharifian A. Geometrical optimization of a swirling Savonius wind turbine using an open jet wind tunnel // Alexandria Engineering Journal. 2016. Vol. 55. Issue 3. Р. 2055–2064. https://doi.org/10.1016/j.aej.2016.07.005
- Kludzinska K., Tesch K., Doerffer P. Investigation of the aerodynamics of an innovative vertical-axis wind turbine // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Vol. 530. No. 4. Р. 739–754. https://doi.org/10.1088/1742-6596/530/1/012007
- Моди Ф. Характеристики ветродвигателя Савониуса // Современное машиностроение. 1989. № 10. С. 139–148.
- Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии / пер. с англ. Под ред. В.А. Коробкова. М.: Энергоатомиздат, 1990. 392 с.
- Горелов Д.Н. Экспериментальное исследование энергетических характеристик двухъярусного ротора Савониуса // Теплофизика и аэромеханика. 2005. Т. 12. № 4. С. 693–696.
- Стребков. Д.С., Харитонов В.П., Муругов В.П., Сокольский А.К. Ветроэнергетика России // Сельский механизатор. 1996. № 2. С. 21–22.
- Редчиц Д.А. Аэродинамика трехлопастного ротора Савониуса // Вестник двигателестроения. 2009. № 3. С. 71–76.
- Поляков П.Ю., Васильчук Д.Ф. Экспериментальное исследование и разработка математической модели ветродвигателя с вертикальной осью вращения // Альтернативная энергия и экология. 2008. № 9. С. 53–58.
- Сабинин Г.Х. Теория идеального ветряка // Труды Центрального АэроГидродинамического Института. Вып. 32. М.: Типо-Литография В.Т.У. им. Т. Дунаева, 1927. 27 с.
- Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. М.: Энергоатомиздат,1983. 200 с.
- Хозяинов Б.П. Пути достижения лидерства в ветроэнергетике // Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 22-24. С. 59–67. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.059-067
- Хозяинов Б.П. Экспериментальные и аналитические исследования вертикально-осевой ветроэнергетической установки // Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 22-24. С. 51–58. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.051-058
- Хозяинов Б.П. Анализ влияния массы вертикальноосевой ветротурбины на эффективность ее работы // Промышленная энергетика. 2020. № 2. С. 60–65. https://doi.org/10.34831/EP.2020.99.69.008
- Хозяинов Б.П. Влияние геометрических параметров на эффективность работы вертикально-осевой ветроэнергетической установки // Промышленная энергетика. 2020. № 1. С. 44–50. https://doi.org/10.34831/EP.2020.39.11.008
- Пат. № 2502893, Российская Федерация, МПК F03D 3/04. Способ регулирования величины вращающего момента, угловой скорости вращения вертикально-осевой ветротурбины / Б.П. Хозяинов, Д.Б. Хозяинов, М.Б. Лобанова. № 2012137350; заявитель и правообладатель Б.П. Хозяинов. Заявл. 31.08.2012; опубл. 27.12.2013. Бюл. № 36.
- Пат. 2722792, Российская Федерация, МПК F03D 3/00. Ветротурбина с воздухонесущими конструкциями и изменяющимися габаритами лопастей / Б.П. Хозяинов, Д.Б. Хозяинов, М.Б. Лобанова; заявитель и правообладатель Б.П. Хозяинов. № 2019129662. Заявл. 19.09.2019; опубл. 03.06.2020. Бюл. № 16.
Supplementary files


