ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2020-6-1285-1296ipolytech-455Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGЭкономическое обоснование использования вертикально-осевой ветроэнергетической установки в условиях ветрового режима РоссииEconomic justification for the use of a vertical axis wind power plant in wind conditions of RussiaХозяиновБ. П.KhozyainovB. P.

Хозяинов Борис Петрович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры строительных конструкций,водоснабжения и водоотведения

650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28

Boris P. Khozyainov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of BuildingStructures, Water Supply and Sanitation

28 Vesennaya St., Kemerovo 650000

khozyainov-bp@mail.ruСвистуноваТ. Н.SvistunovaT. N.

Свистунова Татьяна Николаевна, кандидат экономических наук, доцент, доцент кафедры производственного менеджмента

650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28

Tatyana N. Svistunova, Cand. Sci. (Economics), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Production Management

28 Vesennaya St., Kemerovo 650000

svtnick2007@rambler.ruКузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. ГорбачеваРоссияT.F. Gorbachev Kuzbass State Technical UniversityRussian Federation20201201202124612851296Copyright © Хозяинов Б.П., Свистунова Т.Н., 20212021Хозяинов Б.П., Свистунова Т.Н.Khozyainov B.P., Svistunova T.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/455

Цель - экономически обосновать эффективность использования вертикально-осевых ветроэнергетических установок, использующих принцип дифференциального лобового сопротивления лопастей, в условиях малых природных скоростей ветра от 1 до 15 м/с. Сметная стоимость определена ресурсно-индексным методом. Расчеты выполнены в два этапа: 1 - составлена ведомость, в которой определен расход ресурсов на проектный объем работ по сборникам государственных элементных сметных норм; 2 – составлена локальная ресурсная смета, расход ресурсов в натуральных измерителях переведен в стоимостные (в ценах 2000 г.). Локальные сметные расчеты составлены с помощью программного комплекса ГРАНД-СМЕТА. Все расходы на материалы для изготовления ветротурбины и поддерживающей конструкции принимались по коммерческой стоимости, которая переводилась с помощью дефляторов на бюджетную стоимость октября 2019 г. К стоимости материалов и эксплуатации машин (без оплаты труда машинистов), к сумме оплаты труда рабочих монтажников и машинистов использовались индексы перехода от цен 2000 г. к ценам 2019 г. Стоимость комплекта установки, рассчитанной по прочности на природную скорость 20 м/с, составила 1643,591 тыс. руб., что позволило определить стоимость 1 кВт·ч, зависящую от срока эксплуатации и среднегодовой скорости ветра. При скорости ветра 4 м/с стоимость составила 7,12 руб/кВт·ч; при скорости ветра 8 м/с – 2,19 руб/кВт·ч, соответственно. При скоростях ветра от 5 м/с до 11 м/с при равных промежутках времени воздействия средняя стоимость 1 кВт·ч будет в пределах 3,14 руб/кВт·ч. Проведенные исследования подтвердили эффективное использование предлагаемой вертикально - осевой ветроэнергетической установки в условиях малых природных скоростей ветра (являющейся конкурентоспособной в сравнении с традиционными способами выработки энергии) на территории России.

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.

капитальные затратыстоимостьэффективная работаветротурбинамощностьвертикальная осьcapital expenditurescostefficient operationwind turbinepowervertical axisReferencesDriss 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.20150502.01Driss 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;5(2):31–36.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.2015.03.253Wahyudi B, Soeparman S, Hoeijmakers HWM. Optimization design of Savonius diffuser blade with moving deflector for hydrokınetıc cross flow turbıne rotor. Energy Procedia. 2015;68:244–253. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.03.253Driss 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-3Driss Z, Mlayeh O, Driss S, Maaloul M, Abid MS. Numerical study of an unconventional Savonius wind rotor with a 75° bucket arc angle. American Journal of Mechanical Engineering. 2015;3(3A):15–21. https://doi.org/10.12691/ajme-3-3A-3Tian 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/en8087915Tian Wenlong, Song Baowei, Van Zwieten JH, Pyakurel P. Computational fluid dynamics prediction of a modified Savonius wind turbine with novel blade shapes. Energies. 2015;8(8):7915–7929. https://doi.org/10.3390/en8087915Al-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.2016.07.005Al-Faruk А, Sharifian A. Geometrical optimization of a swirling Savonius wind turbine using an open jet wind tunnel. Alexandria Engineering Journal. 2016;55(3):2055– 2064. https://doi.org/10.1016/j.aej.2016.07.005Kludzinska 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/10.1088/1742-6596/530/1/012007Kludzinska K, Tesch K, Doerffer P. Investigation of the aerodynamics of an innovative vertical-axis wind turbine. Journal of Physics: Conference Series. 2014;530(4):739–754. https://doi.org/10.1088/1742-6596/530/1/012007Моди Ф. Характеристики ветродвигателя Савониуса // Современное машиностроение. 1989. № 10. С. 139–148.Modi F. Characteristics of Savonius wind turbine. Sovremennoe mashinostroenie. 1989;10:139–148. (In Russ.)Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии / пер. с англ. Под ред. В.А. Коробкова. М.: Энергоатомиздат, 1990. 392 с.Twidell Dzh, Weir A. Renewable energy sources, 1990, 392 р. (Russ. ed.: Vozobnovlyaemye istochniki energii. Moscow, Energoatomizdat, 1990, 392 р.)Горелов Д.Н. Экспериментальное исследование энергетических характеристик двухъярусного ротора Савониуса // Теплофизика и аэромеханика. 2005. Т. 12. № 4. С. 693–696.Gorelov DN. Experimental study of power characteristics of two-tier Savonius rotor. Teplofizika i aeromekhanika = Thermophysics and Aeromechanics. 2005;12(4):693–696.Стребков. Д.С., Харитонов В.П., Муругов В.П., Сокольский А.К. Ветроэнергетика России // Сельский механизатор. 1996. № 2. С. 21–22.Strebkov DS, Haritonov VP, Murugov VP, Sokol'skij AK. Russian wind power engineering. Selskiy Mechanizator. 1996;2:21–22. (In Russ.)Редчиц Д.А. Аэродинамика трехлопастного ротора Савониуса // Вестник двигателестроения. 2009. № 3. С. 71–76.Redchic DA. Aerodynamics of Savonius three-bladed rotor. Vestnik dvigatelestroeniya. 2009;3:71–76.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.Polyakov PYu, Vasil'chuk DF. Experimental study and development of a mathematical model of a wind turbine with a vertical axis of rotation. Al'ternativnaya energetika i ekologiya = Alternative Energy and Ecology. 2008;9:53–58. (In Russ.)Сабинин Г.Х. Теория идеального ветряка // Труды Центрального АэроГидродинамического Института. Вып. 32. М.: Типо-Литография В.Т.У. им. Т. Дунаева, 1927. 27 с.Sabinin GH. The theory of ideal wind turbine. Trudy Central'nogo AeroGidrodinamicheskogo Instituta = Proceedings of Central Aerohydrodynamic Institute. Issue 32. Moscow: Tipo-Litografiya V.T.U. imeni T. Dunaeva; 1927, 27 р. (In Russ.)Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. М.: Энергоатомиздат,1983. 200 с.Shefter YaI. Using wind energy. Moscow: Energoatomizdat; 1983, 200 р. (In Russ.)Хозяинов Б.П. Пути достижения лидерства в ветроэнергетике // Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 22-24. С. 59–67. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.059-067Khozyainov BP. The ways to achieve leadership in wind energy. Al'ternativnaya energetika i ekologiya = Alternative Energy and Ecology. 2018;(22-24):59–67. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.059-067Хозяинов 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.2018.22-24.051-058Khozyainov BP. Experimental and analytical studies of vertical axis wind turbines. Al'ternativnaya energetika i ekologiya = Alternative Energy and Ecology. 2018;(22-24):51–58. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.051-058Хозяинов Б.П. Анализ влияния массы вертикальноосевой ветротурбины на эффективность ее работы // Промышленная энергетика. 2020. № 2. С. 60–65. https://doi.org/10.34831/EP.2020.99.69.008Hozyainov BP. Analysis of the effect of vertical axis wind turbine weight on turbine operation efficiency. Promyshlennaya energetika. 2020;2:60–65. (In Russ.) https://doi.org/10.34831/EP.2020.99.69.008Хозяинов 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.2020.39.11.008Hozyainov BP. Influence of geometric parameters on vertical axis wind turbine efficiency. Promyshlennaya energetika. 2020;1:44–50. (In Russ.) https://doi.org/10.34831/EP.2020.39.11.008Пат. № 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.Hozyainov BP, Hozyainov DB, Lobanova MB. Control method of the magnitude of vertical axis wind turbine torque and angular rotation speed. Patent RF, no. 2502893; 2013. (In Russ.)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.Hozyainov BP, Hozyainov DB, Lobanova MB. Wind turbine with air-carrying structures and variable dimensions of blades. Patent RF, no. 2722792; 2020. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.