sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2024-21-2-232-241GWOSLMsibadi-1818Research ArticleТРАНСПОРТTRANSPORTАнализ возможности применения энергии ветра для автономного обогрева салона автомобиляUse possibility analysis for wind energy in autonomous car interior heatinghttps://orcid.org/0000-0001-7465-3360ЛысенкоЕ. А.LysenkoE. A.

Лысенко Евгений Алексеевич – канд. техн. наук, доц. кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» 

Scopus Author ID: 57190747837, Researcher ID: KEI-1385-2024

644050, г. Омск, пр. Мира, д. 11 

Evgeniy A. Lysenko. Cand. of Sci., Associate Professor of the Hydromechanics and Transport Machines Department

644050 Scopus Author ID: 57190747837, Researcher ID: KEI-1385-2024

Omsk, Prospekt Mira, 11

lysenkojo@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5262-008XЩербаВ. Е.ShcherbaV. E.

Щерба Виктор Евгеньевич – д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Гидромеханика и транспортные машины»

Scopus Author ID: 7006190048, Researcher ID: D-5093-2014

644050, г. Омск, пр. Мира, д. 11 

Viktor E. Shcherba. Dr. of Sci., Professor, Head of the “Hydromechanics and Transport Machines Department

Scopus Author ID: 7006190048, Researcher ID: D-5093-2014

Omsk, Prospekt Mira, 11

scherba_v_e@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6109-7449ПавлюченкоЕ. А.PavlyuchenkoE. A.

Павлюченко Евгений Александрович – канд. техн. наук, доц. кафедры «Гидромеханика и транспортные машины»

Scopus Author ID: 55956907000, Researcher ID: N-4395-2013

644050, г. Омск, пр. Мира, д. 11 

Evgeniy A. Pavlyuchenko. Cand. of Sci., Head of the Hydromechanics and Transport Machines Department

Scopus Author ID: 55956907000, Researcher ID: N-4395-2013

Omsk, Prospekt Mira, 11

hystonru@mail.ruОмский государственный технический университет (ОмГТУ)РоссияOmsk State Technical University (OmSTU)Russian Federation202407052024212232241Copyright © Лысенко Е.А., Щерба В.Е., Павлюченко Е.А., 20242024Лысенко Е.А., Щерба В.Е., Павлюченко Е.А.Lysenko E.A., Shcherba V.E., Pavlyuchenko E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1818Введение

Введение. При движении автомобилей в зимний период по междугородним трассам могут возникнуть проблемы в том случае, если магистрали заметены снегом в результате обильных снегопадов, которые могут длится несколько суток и более и движение в этот период становится невозможным. Анализ статистических данных по погодным явлениям в зимний период показал, что во многих регионах закрытие трасс из-за продолжительных снегопадов может достигать пятнадцати процентов. В этом случае существенную помощь в улучшении ситуации и повышении безопасности может оказать автономный источник энергии, которую он получает за счет использования свойств внешней среды. В работе рассмотрено техническое решение и проведен теоретический анализ его характеристик, нацеленный на решение проблемы автономного питания энергией салона автомобиля в тяжелых погодных условиях.

Материалы и методы

Материалы и методы. В работе представлено техническое решение и теоретический анализ его характеристик, нацеленное на решение проблемы автономного питания энергией салона автомобиля в тяжелых погодных условиях.

Результаты

Результаты. По результатам информационного поиска предложена конструкция компактной ветроэнергетической установки малой мощности. Выполнен расчет потерь теплоты салона автомобиля, характеристик компактной ветроэнергетической установки и определена вырабатываемая мощность, необходимая для обогрева салона автомобиля в экстремальной ситуации.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Установлено, что представленная конструкция ветроэнергетической установки малой мощности может быть использована в качестве прототипа для разработки промышленного образца автономного источника энергии для обогрева автомобиля в экстремальных условиях. Подобные установки могут быть применены в других отраслях, например, туризме, сельском хозяйстве, геологоразведке.

Introduction

Introduction. When driving cars in winter on intercity routes, problems may arise if the highways are covered with snow as a result of heavy snowfalls, which can last for several days or more, and movement during this period becomes impossible. An analysis of statistical data on weather events in winter has shown that in many regions, the closure of trails as a result of prolonged snowfalls can reach up to fifteen percent. In this case, an autonomous energy source, which it receives through the use of environmental properties, can provide significant assistance in improving the situation and increasing safety. The paper considers the technical solution and carries out a theoretical analysis of its characteristics aimed at solving the problem of autonomous power supply of the car interior in severe weather conditions.

Materials and methods

Materials and methods. The paper presents a technical solution and a theoretical analysis of its characteristics aimed at solving the problem of autonomous power supply of the car interior in severe weather conditions.

Results

Results. Based on the results of the information search, the design of a compact low-power wind power plant is proposed. The calculation of the heat loss of the car interior, the characteristics of a compact wind power plant was performed and the generated power required to heat the car interior in an extreme situation was determined.

Discussion and conclusions. It has been established that the presented design of a low-power wind power plant can be used as a prototype for the development of an industrial design of an autonomous energy source for heating a car in extreme conditions. Similar installations can be used in other industries, for example, tourism, agriculture, and geological exploration.

автомобильбезопасность движенияветроэнергетическая установкаавтономный источник энергииветряная турбинапогодные условияобщая безопасностьобогрев в экстремальных условияхаварийное энергоснабжениеcartraffic safetywind power plantautonomous power sourcewind turbineweather conditionsgeneral safetyheating in extreme conditionsemergency power supplyReferencesГолубев В.Н., Петрушина М.Н., Фролов Д.М. Межгодовые вариации строения снежного покрова на территории России // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2009. № 3. С. 20–24.Golubev V.N., Petrushina M.N., Frolov D.M. Interannual variations of the snow cover structure on the territory of Russia., D.M. Frolov. Moscow university geography bulletin. 2009; 3: 20–24. (in Russ.)Shuangze Han Linkage of the preceding winter mid-latitude Eurasian atmospheric circulation with the spring northern East Asian snow cover // Atmospheric Research, 2023. Vol. 293. 109626, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.106926.Shuangze Han Linkage of the preceding winter mid-latitude Eurasian atmospheric circulation with the spring northern East Asian snow cover. Atmospheric Research. 2023; Vol. 293. 109626, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.106926.Barry R.G., Fallot J.-M., Armstrong R.L. Twentieth-century variability in snow-cover conditions and approaches to detecting and monitoring changes: status and prospects // Progress in Physical Geography. 1995. Vol. 19, N 4. P. 520 – 532.Barry R.G., Fallot J.-M., Armstrong R.L. Twentieth-century variability in snow-cover conditions and approaches to detecting and monitoring changes: status and prospects. Progress in Physical Geography. 1995; Vol. 19, N 4: 520 – 532.Fallot J.-М., Barry R.G., Hoagstratc D. Variations of mean cold season temperature, precipitation and snow depth during the last 100 years in the former Soviet Union (FSU) // Hydrological Sciences Journal. 1997. Vol. 42. N 3. P. 301–327.Fallot J.-M., Barry R.G., Hoagstratc D. Variations of mean cold season temperature, precipitation and snow depth during the last 100 years in the former Soviet Union (FSU). Hydrological Sciences Journal. 1997; Vol. 42. N 3: 301-327.Komtnami Y., Endo I., Niwano S., Ushioda S. Viscous compression model for estimating the depth of new snow // Annals of Glaciology. 1998. Vol. 26. P. 77–82.Komtnami Y., Endo I., Niwano S., Ushioda S. Viscous compression model for estimating the depth of new snow.Annals of Glaciology. 1998; Vol. 26: 77–82.Lehntng St., Bartelt P., Brown B. et al. Snowpack model calculations for avalanche warning based upon a network of weather and snow stations // Cold Regions Science and Technology. 1999. Vol. 30, N 1–3. P. 145–157.Lehntng St., Bartelt P., Brown B. et al. Snowpack model calculations for avalanche warning based upon a network of weather and snow stations. Cold Regions Science and Technology. 1999; Vol. 30, N 1–3: 145–157.Lindsay Matthews, Jean Andrey, Christopher Fletcher, Yaasiin Oozeer The development of climate services to inform decisions about winter maintenance at different timescales // Climate Services. 2021. Vol. 22. 100232. https://doi.org/10.1016/j.cliser.2021.100232.Lindsay Matthews, Jean Andrey, Christopher Fletcher, Yaasiin Oozeer The development of climate services to inform decisions about winter maintenance at different timescales. Climate Services. 2021; Vol. 22: 100232. https://doi.org/10.1016/j.cliser.2021.100232.Jianzhao Song, Zhong Zhang, Yunye Mu, Xingyu Wang, Haipeng Chen, Qingze Pan, Yang Li Enhancing envrionmental sustainability via interval optimization for low-carbon economic dispatch in renewable energy power systems: Leveraging the flexible cooperation of wind energy and carbon capture power plants // Journal of Cleaner Production. 2024. Vol. 442. 140937. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.140937.Jianzhao Song, Zhong Zhang, Yunye Mu, Xingyu Wang, Haipeng Chen, Qingze Pan, Yang Li Enhancing envrionmental sustainability via interval optimization for low-carbon economic dispatch in renewable energy power systems: Leveraging the flexible cooperation of wind energy and carbon capture power plants. Journal of Cleaner Production. 2024; Vol. 442: 140937. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.140937.Mohammad Al-Khayat, Majed AL-Rasheedi A new method for estimating the annual energy production of wind turbines in hot environments // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2024. Vol. 195. 114343. https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114343.Mohammad Al-Khayat, Majed AL-Rasheedi A new method for estimating the annual energy production of wind turbines in hot environments. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2024; Vol. 195: 114343. https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114343.Qiang Gao, Alva Bechlenberg, Bayu Jayawardhana, Nesimi Ertugrul, Antonis I. Vakis, Boyin Ding Techno-economic assessment of offshore wind and hybrid wind–wave farms with energy storage systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2024; Vol. 192: 114263. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.114263.Qiang Gao, Alva Bechlenberg, Bayu Jayawardhana, Nesimi Ertugrul, Antonis I. Vakis, Boyin Ding Techno-economic assessment of offshore wind and hybrid wind–wave farms with energy storage systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2024; Vol. 192: 114263. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.114263.Кулаков А.В. Ветроэнергетика в России: проблемы и перспективы развития // Энергосовет. 2011. № 5 (18). С. 37–38.Kulakov A.V. Wind energy in Russia: problems and prospects of development. Energosovet. 2011; 5 (18): 37–38. (in Russ.)Isabel C. Gil García, Ana FernándezGuillamón, M. Socorro García-Cascales, Ángel MolinaGarcía Multi-factorial methodology for Wind Power Plant repowering optimization: A Spanish case study // Energy Reports. 2024. Vol. 11. P.179–196. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.11.044.Isabel C. Gil García, Ana FernándezGuillamón, M. Socorro García-Cascales, Ángel MolinaGarcía Multi-factorial methodology for Wind Power Plant repowering optimization: A Spanish case study. Energy Reports. 2024; Vol. 11. 2024; 179–196. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.11.044.Соломин Е.В., Холстед Р.Л. Технические особенности и преимущества ветроэнергетических установок // Альтернативная энергетика и экология. М.: НИИЭС, 2010. № 1. С. 36–41.Solomin E.V., Holsted R.L. Solomin E.V., Halstead R.L. Technical features and advantages of wind power. Al’ternativnaya energetika i ekologiya. Moscow: NIIES, 2010; 1: 36–41. (in Russ.)Mustafa Tevfik Kartal, Ugur Korkut Pata, Sinan Erdogan, Mehmet Akif Destek Facing the challenge of alternative energy sources: The scenario of European Union countries based on economic and environmental analysis // Gondwana Research. 2024. Vol. 128. P. 127–140. https://doi.org/10.1016/j.gr.2023.10.019.Mustafa Tevfik Kartal, Ugur Korkut Pata, Sinan Erdogan, Mehmet Akif Destek Facing the challenge of alternative energy sources: The scenario of European Union countries based on economic and environmental analysis. Gondwana Research. 2024; Vol. 128: 127– 140. https://doi.org/10.1016/j.gr.2023.10.019.Шишкин Н.Д., Ильин Р.А. Исследование параметров механических ветротеплогенераторов для автономного теплоснабжения различных потребителей // Промышленная энергетика. 2020. № 1. С. 51–55. DOI: 10.34831/EP.2020.36.92.009.SHishkin N.D., Il’in R.A. Investigation of parameters of mechanical wind-heat generators for autonomous heat supply of various consumers. Industrial power engineering. 2020; 1: 51–55. DOI: 10.34831/EP.2020.36.92.009. (in Russ.)Харитонов В.П. Основы ветроэнергетики: монография. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010. 338 с. ISBN 978-5-85941-382-9.Kharitonov V.P. Fundamentals of wind power engineering: monograph. Moscow: GNU VIEHS, 2010: 338. (in Russ.)Хозяинов Б.П. Влияние геометрических параметров на эффективность работы вертикально-осевой ветроэнергетической установки // Промышленная энергетика. 2020. № 1. С. 44–50. DOI: 10.34831/EP.2020.39.11.008.Hozyainov B.P. Influence of geometrical parameters on the efficiency of a vertical-axis wind turbine. Industrial power engineering. 2020; 1: 44–50. DOI: 10.34831/EP.2020.39.11.008. (in Russ.)Абдрахманов Р.С., Назмеев Ю.Г., Якимов А.В. Об эффективности использования ветроэнергетики в регионах РФ с умеренными скоростями ветра // Известия РАН. Энергетика. 2001. N 5. С.93–102.Abdrakhmanov R.S., Nazmeev Y.G., Yakimov A.V. On the efficiency of wind energy utilization in the regions of the Russian Federation with moderate wind speeds. Izvestia RAN. Energetics. 2001; 5: 93–102. (in Russ.)Аванесова Т.И., Мокряк А.В. Экономическая оценка использования ветровых энергетических установок в Камчатской области // Вестник КамчатГТУ. 2006. Вып.5. С.139–148.Avanesova T.I., Mokryak A.V. Economic evaluation of wind power plants utilization in Kamchatka region. Vestnik KamchatGTU. 2006; Vyp.5: 139–148. (in Russ.)Автономные ветровые энергоустановки с аккумуляторами тепла / О.С. Попель, С.Е. Фрид, Д.В. Ефимов, А.М. Анисимов // Альтернативная энергетика и экология. 2008. № 11. С.78–85.Popel’ O.S., Frid S.E., Efimov D.V., Anisimov A.M. Autonomous wind power installations with the heat accumulators (in Russian). Al’ternativnaya energetika i ekologiya. 2008; 11: 78–85. (in Russ.)Быков Е.Н., Елистратов В.В. Ветроэнергетическая установка со спиральными лопастями для малой ветроэнергетики // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2007. № 5–6. С.111–114.Bykov E.N., Elistratov V.V. Wind power plant with spiral blades for small wind power engineering. Power engineering: research, equipment, technology. 2007; 5–6: 111–114. (in Russ.)Вашкевич К.П., Маслов Л.А., Николаев В.Г. Опыт и перспективы развития ветроэнергетики в России // Малая энергетика. 2005. N 1–2 (2–3). С.56–66.Vashkevich K.P., Maslov L.A., Nikolaev V.G. Experience and prospects of wind energy development in Russia. Malaya energetika. 2005; N 1–2(2–3): 56–66. (in Russ.)Котляров С.Н., Кузьмина М.С., Котлярова А.А. Оценка температуры выдыхаемого воздуха у спортсменов с бронхиальной астмой // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. № 8–3 (62). С. 125–127. https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.62.025.Kotlyarov S.N., Kuz’mina M.S., Kotlyarova A.A. Measurement of exhaled air temperature among athletes with bronchial asthma. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal). 2017; 8–3 (62): 125–127. (in Russ.) https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.62.025.Капля Е.В. Корреляционный анализ скоростей ветра по данным нескольких лет // Письма в международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2014. № 4. С. 20–22.Kaplya E.V. Correlation analysis of wind speeds based on data of several years. Alternativnaya Energetika i Ekologiya (alternative energy and ecology). 2014; 4: 20–22. (in Russ.)Капля Е.В. Обобщение логистического закона распределения в статистическом анализе динамики направления ветра // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 6. С. 669–675.Kaplya E.V. Generalization of the logistic law of distribution in the statistical analysis of wind-direction dynamics. Izvestiya Rossijskoj akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2016; T. 52. no 6^ 669–675. (in Russ.)

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