Повышение энергоэффективности дорожной инфраструктуры путем использования ветровой тяги от транспортного потока

Введение. Современное развитие транспортной сети сопровождается постоянным ростом энергопотребления и увеличением нагрузки на инфраструктуру. Одним из направлений повышения энергоэффективности является использование вторичных энергетических ресурсов, образующихся в процессе движения транспортных средств. Воздушная тяга, возникающая при перемещении автомобилей, традиционно не используется в практических целях, хотя обладает значительным энергетическим потенциалом.

Развитие технологий микрогенерации, ветровых турбин малой и средней мощности, а также конструкций с вертикальной осью вращения создаёт предпосылки для внедрения систем, способных улавливать воздушные потоки в пределах дорожного полотна. Рассматриваемая система ветровой генерации, основанная на турбинах с боковым и центральным размещением, является возможным решением, обеспечивающим выработку электроэнергии без изменения привычной транспортной схемы движения.

Целью работы является анализ конструкции и принципа действия системы генерации электроэнергии, использующей воздушную тягу от транспортного потока, а также оценка её применения в составе объектов дорожной инфраструктуры.

Условия, материалы и методы.

В качестве исходного материала использовано описание конструкции ветровой генерационной системы, включающей два типа турбин:

• 1.    Боковая турбина - размещается вдоль обочины дороги.

• 2.    Центральная турбина - устанавливается в зоне разделительной полосы между Агротехника и энергообеспечение. - 2025. - № 4 (49)                      И⁷³

встречными потоками.

Методологическая основа исследования включает:

• -    анализ аэродинамических характеристик воздушного потока, возникающего от

движения транспортных средств;

• -    изучение конструктивных схем турбин с вертикальной осью;

• -    оценку особенностей движения воздуха в ограниченных каналах;

• -    системный анализ перспектив внедрения в существующую дорожную инфраструктуру.

Конструкция и принцип работы системы. Боковая турбина включает корпус, воздушный канал с входным, центральным и выходным отверстиями, лопастной блок и электрогенератор [1]. Воздушный поток, создаваемый движущимися транспортными средствами, направляется внутрь канала, проходит через область расположения лопастей и вызывает вращение вала.

Рисунок 1 - Схема боковой турбины дорожного типа

Центральная турбина содержит два противоположных воздушных канала, обеспечивающих одновременную работу от потоков, возникающих на обеих сторонах дороги [2-4]. Такая конфигурация позволяет стабилизировать направление вращения и повышать эффективность преобразования энергии.

Каждый канал включает:

• -    входное отверстие, ориентированное против направления движения транспорта;

• -    выходное отверстие, совпадающее с направлением воздушного потока;

• -    центральное окно, в котором размещена рабочая часть турбины.

Рисунок 2 - Конструкция центральной турбины с двумя воздушными каналами

Аэродинамические особенности. Воздушный поток, возникающий при движении транспортных средств, характеризуется следующими свойствами [5,6]:

- высокая скорость при малых расстояниях от поверхности автомобилей;

• -    направленность, совпадающая с вектором движения;

• -    наличие турбулентных зон и пульсаций давления.

Корпус турбины формирует направляющий канал, уменьшающий хаотичность движения воздуха и улучшая условия вращения лопастей.

Рисунок 3 – Расположение турбин

Результаты и обсуждение. Анализ конструкции дорожных турбин показывает, что система позволяет использовать ранее не вовлекаемый в энергетический цикл ресурс. По оценкам, мощность воздушного потока, создаваемого легковыми автомобилями на скорости выше 70 км/ч, может достигать значений, достаточных для вращения маломощных турбин.

Использование центральных турбин обеспечивает более равномерное распределение нагрузки и повышает эффективность работы при высокой транспортной загрузке [7,8]. Кроме того, их размещение на разделительной полосе снижает воздействие турбулентных выбросов на обочину и способствует стабильности аэродинамического канала.

Применение боковых турбин рационально на участках с односторонним движением или при наличии ограничений по установке оборудования в центре дороги.

Система может использоваться для:

• -    питания дорожного освещения;

• -    энергоснабжения датчиков интеллектуальных транспортных систем;

• -    обеспечения автономной работы камер наблюдения;

• -    формирования локальных энергокомплексов на участках трасс.

Таким образом, технология представляет собой перспективное направление повышения энергоэффективности транспортной инфраструктуры без значительных конструктивных вмешательств.

Вывод. В результате проведённого анализа можно сделать вывод, что рассмотренная система ветровой генерации, использующая воздушную тягу от движения транспортных средств, является эффективным и перспективным решением для получения электрической энергии на дорогах. Конструкции турбин и направляющие каналы обеспечивают стабильную работу системы на дорогах различного типа без нарушения транспортного потока, повышая аэродинамическую эффективность и устойчивость турбин. Применение такой системы позволяет снижать нагрузку на традиционные источники энергоснабжения дорожной инфраструктуры, обеспечивая при этом автономность работы её элементов. Внедрение подобных технологий способствует повышению экологичности и энергоэффективности автомобильных дорог.