Сайт ВКТУ им. Д. Серикбаева

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИРОТОРНОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Авторы

Name Affiliation
Максат Тустыкбаев

Сатпаев университет

Бахыт Абсадыков

Сатпаев университет

Ерлан Аскаров

Международный транспортно-гуманитарный университет

Выпуск:

Том 1, № 2, 2026

Страницы:

189-201

Просмотров:

10

Ключевые слова:

ветроэнергетическая установка, малая распределенная энергетика, автономное электроснабжение, бироторная турбина, предел Беца, цифровой двойник, изолированная микросеть, накопители энергии, коэффициент использования энергии ветра

Аннотация

В работе представлен анализ путей повышения эффективности автономных систем электроснабжения малой мощности посредством выбора оптимальной аэродинамической и электромеханической схемы ветроэнергетических установок. На основе обзора литературы и теоретических концепций, развивающих классический предел Беца, рассматриваются методы преодоления сложностей эксплуатации в изолированных микросетях при турбулентных и слабых ветрах, а также подходы к оценке деградации аккумуляторных батарей. Обосновывается потенциальная возможность достижения коэффициента использования энергии ветра до 81,4% в двухступенчатых турбинах. Научная новизна заключается в комплексном анализе и концептуальном выделении соосной контрвращающейся бироторной компоновки как наиболее перспективного решения для малой распределенной энергетики. Практическая значимость работы состоит в систематизации данных о потенциале внедрения технологии цифрового двойника для оптимизации аэродинамических характеристик, предиктивного мониторинга и интеллектуального управления накопителями, что концептуально переводит ветротурбины в класс высоконадежных систем.

License

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Использованные источники

  1. Global Wind Energy Council. (2025). Global Wind Report 2024–2025. GWEC Market Intelligence. https://gwec.net/
  2. Бабина, Л. В. (2012). Анализ ветроустановок для электростанций малой мощности. Научный журнал КубГАУ, 78(04), 1–10. https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-vetroenergeticheskih-ustanovok-dlya-elektrostantsiy-maloy-moschnosti // Babina, L. V. (2012). Analiz vetroustanovok dlya elektrostantsiy maloy moshchnosti [Analysis of wind turbines for low-power power plants]. Nauchnyj zhurnal KubGAU, 78(04), 1–10. https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-vetroenergeticheskih-ustanovok-dlya-elektrostantsiy-maloy-moschnosti (In Russ.)
  3. Болотов, А. В., & Болотов, С. А. (2018). Опыт эксплуатации вертикально-осевых ветроэнергетических установок. Энергетика и экология, (2), 45–52. // Bolotov, A. V., & Bolotov, S. A. (2018). Opyt ekspluatatsii vertikal'no-osevykh vetroenergeticheskikh ustanovok [Experience in operating vertical-axis wind power plants]. Energetika i ekologiya, (2), 45–52. (In Russ.)
  4. Ершин, Ш. А., & Ершин, Ч. Ш. (2015). Аэродинамика многороторных ветродвигателей карусельного типа: монография. КазНУ. // Ershin, Sh. A., & Ershin, Ch. Sh. (2015). Aerodinamika mnogorotornykh vetrodvigateley karusel'nogo tipa: monografiya [Aerodynamics of multi-rotor carousel-type wind turbines: Monograph]. KazNU. (In Russ.)
  5. Массель, Л. В., & Массель, А. Г. (2019). Разработка цифрового двойника ветровой электростанции: постановка задачи и проектирование. Информатизация и системы управления в промышленности, (1), 15–22. https://doi.org/10.25729/ESI.2019.13.1.002 // Massel', L. V., & Massel', A. G. (2019). Razrabotka tsifrovogo dvoynika vetrovoy elektrostantsii: postanovka zadachi i proektirovanie [Development of a digital twin of a wind power plant: Problem statement and design]. Informatizatsiya i sistemy upravleniya v promyshlennosti, (1), 15–22. https://doi.org/10.25729/ESI.2019.13.1.002 (In Russ.)
  6. Михненков, Л. В. (2002). Ветроэнергетическая установка планетарного типа. Научный вестник МГТУ ГА, (49), 110–113. https://cyberleninka.ru/article/n/planetarnaya-vetroenergeticheskaya-ustanovka // Mikhnenkov, L. V. (2002). Vetroenergeticheskaya ustanovka planetarnogo tipa [Planetary-type wind power plant]. Nauchnyj vestnik MGTU GA, (49), 110–113. https://cyberleninka.ru/article/n/planetarnaya-vetroenergeticheskaya-ustanovka (In Russ.)
  7. Agrawal, V. V. (2010). Design and aero-acoustic analysis of a counter-rotating wind turbine [PhD thesis, Purdue University]. https://hammer.purdue.edu/articles/thesis/Design_and_aero-acoustic_analysis_of_a_counter-rotating_wind_turbine/2115160
  8. Betz, A. (1920). Das Maximum der theoretisch möglichen Ausnutzung des Windes durch Windmotoren [The maximum theoretically possible utilization of wind by wind motors]. Zeitschrift für das gesamte Turbinenwesen, (26), 307–309. (In Germ.)
  9. Chantharasenawong, C. (2008). Axial momentum theory for turbines with coaxial counter rotating rotors. In Commemorative International Conference of KMUTT (pp. 12–18).
  10. Chronis, T., et al. (2022). Application of global optimization algorithms to multi-rotor systems. Renewable Energy, 185, 412–425. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.12.064
  11. Cioni, S., et al. (2024). Wake dynamics of wind turbines in unsteady streamwise flow conditions. Journal of Fluid Mechanics, 980, A15. https://doi.org/10.1017/jfm.2024.57
  12. Habib, M. A., et al. (2023). Comparison between horizontal and vertical axis wind turbine. Energy Conversion and Management, 276, 116521. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116521
  13. Kumar, Y., et al. (2023). Digital twin for battery management systems in autonomous wind systems. Energies, 16(8), 3510. https://doi.org/10.3390/en16083510
  14. Neagoe, M., et al. (2023). Comparative analysis of torque-adding wind energy conversion systems with a counter-rotating vs conventional electric generator. Energies, 16(5), 2134. https://doi.org/10.3390/en16052134
  15. Newman, B. G. (1986). Multiple actuator-disc theory for wind turbines. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 24(3), 215–225. https://doi.org/10.1016/0167-6105(86)90022-9
  16. Niu, S., et al. (2022). Comparative study of contra-rotating permanent magnet vernier and wound-field flux-switching machines. Energies, 15(4), 1423. https://doi.org/10.3390/en15041423
  17. Tarasiuk, O., et al. (2025). Autonomous power supply system for consumers. Machinery & Energetics, 16(1), 9–20. https://doi.org/10.31548/machinery2025.01.009
  18. Evrard, A.-S., & Ecotière, D. (2024). Health effects of wind turbine noise: Fact or fiction? Reflex Science.
  19. Oštrina, D., et al. (2023). Noise modeling in the context of the cumulative impact of two neighboring wind farms. Applied Sciences.
  20. Oukara, A., et al. (2024). Multi-rotor wind turbines: A review. Extrica.
  21. Donnelly, O., et al. (2024). Operation and maintenance cost comparison of offshore wind turbines. Wind Energy Science, 9.
  22. ГОСТ Р 54418.2-2014 (МЭК 61400-2:2006). (2015). Технические требования к малым ветроэнергетическим установкам. Стандартинформ. // GOST R 54418.2-2014 (MEK 61400-2:2006). (2015). Tekhnicheskie trebovaniya k malym vetroenergeticheskim ustanovkam [Technical requirements for small wind turbines]. Standartinform. (In Russ.)
  23. Умнов, В. (2018). Энергоснабжение Арктики и удаленных регионов. Nordic Ecobusiness Centre. // Umnov, V. (2018). Energosnabzhenie Arktiki i udalennykh regionov [Energy supply of the Arctic and remote regions]. Nordic Ecobusiness Centre. (In Russ.)

Том 1, № 2, 2026

Tustykbayev, М., Absadykov, B., & Askarov, Е. (2026). ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF A BI-ROTOR WIND POWER INSTALLATION FOR AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEMS. EKTU Journal of Engineering Sciences, 1(2), 189-201. https://doi.org/10.51885/3134-8009_JES_2026_2_6