Для работы электронасоса, телевизора, освещения или других маломощных электроприборов на дачном участке ветроэнергетическую установку можно сделать собственноручно, если есть некоторые познания в электротехнике.
Электростанции ветряные: планирование и типы ветряных электростанций
Ветряные электростанции (ВЭС) – устройства специальной конструкции, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую. С каждым днем они становятся популярнее. Использующие природные, а главное, возобновляемые источники энергии, удобные и простые ветроэлектростанции, так называемые ветряки, являются прекрасной альтернативой традиционным электростанциям, особенно в частных домах.
Ветряные мельницы, а точнее принцип их действия, были незаслуженно забыты в двадцатых годах прошлого века. Впрочем, силу ветра не использовали и тогда для получения электрической энергии. Она приводила в действие жернова мельниц, использовалась в качестве движителя для парусных судов, позднее запускала насосы для закачки воды в резервуары, то есть превращалась в механическую энергию.
Ветроэнергетика начала стремительно развиваться в конце шестидесятых годов прошлого, XX столетия. В это время стало катастрофически не хватать традиционных энергоносителей, кроме того, они резко поднялись в цене, все острее становились экологические проблемы, связанные с их использованием.
Способствовал использованию альтернативных источников электроэнергии, в том числе силы ветра, и технический прогресс. Появились новые высокопрочные и достаточно легкие материалы, позволяющие возводить башни до 120 м высотой и огромные лопасти.
Ветра, дующие во многих регионах планеты, в состоянии вращать турбины электростанции с достаточной скоростью, чтобы обеспечивать энергией частные дома, небольшие фермы или школы в сельской местности.
Но в любой бочке меда найдется хотя бы одна ложка дегтя. Ветер невозможно подчинить, он не дует всегда, тем более в одном направлении и с одинаковой скоростью. Технический прогресс не стоит на месте. Если сегодня ветряные электростанции для частного дома, вырабатывающие сотни киловатт электроэнергии, уже не являются большой редкостью, то завтра, может быть, повседневностью станут и станции мощностью в десятки мегаватт. Во всяком случае, уже есть ветроэлектростанции, мощность которых составляет 5 мВт и больше.
Принцип работы
Практически все ветровые установки имеют общий принцип работы. Под действием воздушного потока лопасти приходят в движение и, связанные специальным приводом с ротором, вызывают его вращение. Сам ротор помещен внутрь статорной обмотки, и в результате вращения происходит образование электрического тока. Лопасти ВЭС обладают особенными аэродинамическими свойствами, поэтому турбина вращается с высокой скоростью.
Каждая лопасть с одной стороны ровная, а с другой – закругленная. Когда воздух проходит закругленную сторону, на этом участке создается вакуум, засасывающий лопасть и уводящий ее в сторону. За счет этой энергии возникает общий крутящий момент. В этом состоит основной принцип работы станций.
Полученное электричество накапливается в аккумуляторной батарее. Количество произведенной энергии зависит от скорости вращения лопастей и от скорости воздушного потока. Частота произведенного электрического тока такая же как в домашней сети, поэтому энергия, полученная от ветровой электростанции, вполне пригодна для питания приборов и оборудования. Однако, полученный переменный ток не может сразу аккумулироваться, для этого он должен быть преобразован в постоянный ток. Подобное преобразование выполняется специальными электронными устройствами, расположенными в турбине.
Зарядка аккумуляторной батареи управляется контроллером. По мере накопления заряда, лопасти замедляют вращение, а при разрядке они вновь начинают крутиться. Такой режим работы дает возможность поддерживать заряд АКБ на заданном уровне.
Принцип работы
Как уже говорилось, ВЭС имеют роторную или крыльчатую конструкцию. Роторные станции, как правило, имеют устройства с вертикальной осью вращения. Они во многом удобнее, чем крыльчатые, так как не издают при работе сильный шум и не требовательны к установке по направлению ветра. При этом, роторные конструкции менее эффективны и могут использоваться на небольших частных станциях.
Крыльчатые устройства способны выдавать максимальный эффект. Они используют получаемую энергию намного эффективнее, чем роторные образцы, но нуждаются в правильном ориентировании по отношению к потоку, что означает присутствие дополнительных приспособлений или оборудования.
Все виды действуют по одному принципу — поток ветра раскручивает подвижную часть, которая передает вращение на генератор, вследствие чего в системе образуется электроток. Он заряжает аккумуляторы, от которых питаются инверторы, преобразующие полученный ток в стандартное напряжение и частоту, подходящие для приборов потребления.
Для обеспечения большого числа потребителей отдельные ветрогенераторы соединяются в систему, образуя станции — ВЭС.
Ветряк для частного дома — деньги на ветер. Весь расклад по цифрам в рублях и киловаттах.
Вопрос ветроэнергетики в наше инновационное время интересует очень многих. Те, кто хоть раз посещал Европейские страны на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки.
Сотни генераторов встречаются по пути.
Наблюдая такую картину, многие начинают верить, что получение эл.энергии при помощи ветра, весьма перспективное и выгодное занятие. Мудрые европейцы ошибаться то не могут.
При этом, почему-то игнорируется факт, что в других местах той же Европы, подобных ветроэлектростанций практически нет. С чего бы это?
Вот именно об этом, когда, где и как ветряки использовать выгодно, а когда нет, и пойдет речь в статье.
Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.
Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.
К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.
Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.
Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.
Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.
Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.
Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.
Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.
Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!
К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.
Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.
Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:
- и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности
У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.
И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.
Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.
И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.
Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.
Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!
Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.
А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.
При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.
Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.
Еще о чем стоит серьезно задуматься – это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.
Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).
Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.
О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.
Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.
4-я причина – высокая цена. Не ведитесь на цены продавцов в прайс листах. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
Поэтому цены всегда умножайте на 2, даже при выборе так называемых готовых комплектов.
Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.
Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.
Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.
Пятая причина, неразрывно связана с первыми четырьмя. Это срок окупаемости затрат.
Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.
Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.
Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.
И все это без учета эксплуатационных затрат. А если прикинуть, что средний срок службы хорошего ветряка – около 20лет, то получается, что он окончательно и безвозвратно поломается еще до того, как выйдет на окупаемость.
При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.
Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.
И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.
Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.
Безусловно, электроэнергия с каждым годом дорожает. К примеру 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Давайте проведем примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.
Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.
Как мы уже выяснили ранее, стоимость такой модели около 200тысяч. Но с учетом всех доп.расходов, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.
То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэфф. установленной мощности (он для маленьких ветряков не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите 75квт.
Даже если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. Если и предположить что электричество от ТЭС подорожает в 4 раза, то случится такое не завтра, и даже не через 5 лет.
Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного?
Ветрогенератор в нынешних российских условиях – это убыточный агрегат.
Чтобы хоть как-то обосновать его применение, цена электроэнергии уже сегодня должна доходить до 30 рублей за 1 квт.
Использование ветряка может быть обосновано в двух случаях:
- у вас поблизости нет внешних электросетей или вам не дают к ним подключаться
При этом, устанавливаться ветряк должен в районе со средне годовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с. Только в этих случаях ветроустановка будет хорошей альтернативой.
Фактически, в таких условиях вы просто вынуждены выбрать из всех зол наименьшее. При этом, не верьте в суперэффективность других моделей вертикальной или шарообразной формы, собранных на неодимовых магнитах.
Конечный результат будет всегда один. Энергия, которую производит ветряк, зависит только от:
- скорости ветра
- площади, которую описывают лопасти
Поэтому, если вы уже подключены к электросети, не ищите себе лишних приключений и головных болей. Выгоды никакой вы не найдете, по крайне мере на сегодняшний день.
Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.
Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.
В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.
У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.
Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.
Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.
А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!
Сервисное обслуживание по гарантии
Гарантию на товары, представленные на нашем сайте, предоставляет производитель. Как правило, гарантийный срок составляет от 1 года до 3 лет в зависимости от категории.
Чтобы отремонтировать товар по гарантии:
- отправьте заявку через форму обратной связи на нашем сайте;
- в заявке укажите причину (фото, видео обоснование);
- дождитесь ответа менеджера;
- сдайте товар на гарантийное обслуживание по адресу: г. Москва, ул. Угрешская, 31 к.1 (1 этаж, 1-МИГ)
Срок технического осмотра и ремонта товара может составить до 50 календарных дней.
Ветряные электростанции в России
В России, за последние десятилетие, построено и пущено в эксплуатацию лишь несколько ветряных электростанций.
В Башкортостане установлены четыре ветряных электростанции мощностью по 550 кВт.
В Калининградской области, смонтировано 19 установок. Мощность парка ветряных электростанций составляет ~5 МВт.
На Командорских островах возведены две ветротурбины по 250 кВт.
В Мурманске вошла в строй ветроустановка мощностью 200 кВт.
Но совокупная мощность ветроэлектростанций России не превысила в 2004 году 12 МВт.
Российская Федерация — это страна с большой территорией, расположенной в разных климатических зонах, что определяет высокий потенциал использования ветряных электростанций. Технический потенциал составляет более 6200 миллиардов киловатт часов, или в 6 раз превышает всё современное производство электроэнергии в нашей стране.
Средние цены
Стоимость ветровых электростанций зависит от:
- Типа ветряного генератора;
- Мощности установки;
- Комплекта поставки и оснащенности установки;
- Страны и компании производителя.
Если рассматривать цены на приведенные выше агрегаты, то стоимость электростанций ООО «ГРЦ-Вертикаль» будет находиться в диапазоне от 200000,00 до 600000,00 рублей, в зависимости от мощности.
Ветровые генераторы компании Blue Planet Wind обойдутся покупателю в сумму от 70000,00 до 700000,00 рублей, в зависимости от мощности.
Стоимость отечественных и зарубежных установок с одинаковыми характеристиками лежит в одном ценовом диапазоне, поэтому при выборе устройства следует руководствоваться личными предпочтениями к бренду товара, фирме и стране производителю устройств.
Мощности промышленных станций
Ветроэнергетика как отрасль основывается на применении мощных производственных ветровых турбин, которые могут обеспечить энергией в больших масштабах. Все ветрогенераторы имеют схожую конструкцию:
- опорная башня или мачта;
- гандола
- генератор турбины.
Размеры таких станций могут достигать в высоту до 190 метров в и весят до 6000 тонн. Одна из самых габаритных установок в мире — Enercon E-126, имеет размах лопасти 128 метров.
Расчет лопастного ветрогенератора
Мощность устройства можно рассчитать по следующей формуле:
P – расчетная мощность, кВТ;
r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м;
v – средняя скорость, м/с;
Большое значение в конструировании имеет размер лопасти, форма, материал из которого изготовлена.
Расчет мультипликатора
Самый мощный ротор может дать около 400 оборотов в минуту, но для эффективной работы, число оборотов должно быть в 2,5 раза больше. Для этого устанавливаются мультипликаторы — промежуточные звенья между ротором и генератором, которое повышает частоту вращения вала. Чтобы обеспечить эффективную работу генератора, нужен мультипликатор с большим коэффициентом повышения.
Мачта
Мачта — один из важнейших элементов конструкции ветрогенератора. Высота мачты зависит от места установки. Основные правила установки:
- Мачта ветрогенератора должна находиться не ближе, чем на 150 метров от насаждений и жилых построек, а лучше на расстоянии от 2,5 километров.
- Нижний край лопасти должен находится не ниже, чем 10 метров от верхушки деревьев.
Чтобы ветрогенераторы работали в полную мощность, минимальная высота их установки начинается от 25 метров. Чаще всего высота мачты 70-110 метров
По типу опоры различают:
- на растяжках;
- коническая;
- сварная;
- гидравлическая.
Мачта устанавливается на фундамент, от которого зависит надежность конструкции. Для начало выкапывают котлован и слоями укладывают щебень и песок. После утрамбовки устанавливают основу мачты и заливают бетоном. После заливки, фундаменту нужно время отстояться 4-5 недель. Только после этого продолжается работа по установки мачты.
Вертикальные ветрогенераторы имеет другую конструкцию. Для них не требуются высокие опоры, а мачта представляет собой разборную конструкцию высотой до 6 метров, которая монтируется на крыше зданий.
Расчет энергии ветра
Энергия ветра — это кинетическая энергия потока воздуха. Этот показатель измеряется в джоулях. Рассчитать можно по следующей формуле:
P = r · V3 · S/2, где r – показатель плотности воздуха (1,225 кг/м3), V – значение, отражающее с какой скоростью движется поток (м/с), S – площадь потока (м2).
При расчете важно учитывать потери и КПД генератора.
Для получения точных результатов, нужно знать показатели местности. Где предполагается поставить ветрогенератор.
Компоненты устройства
Очень важно при покупке домашних ветроэлектростанций знать её компоненты, это вам даст возможность быть более компетентными в этом вопросе и подобрать наилучшую модель для своего дома.
В состав ветряной электростанции входит:
- Ротор с лопастями (в зависимости от модели, ветрогенераторы делятся на двухлопастные, трёхлопастные и многолопастные).
- Редуктор, проще говоря, коробка передач. Его задача заключается в регулировании скорости между ротором и генератором.
- Защитный кожух — его название говорит само за себя, он предназначен для защиты всех составляющих деталей ветряной электростанции от внешнего воздействия.
- «Хвост» ветряной установки — нужен для поворота конструкции по направлению ветра.
- Аккумуляторная батарея – её основной целью является накопление электроэнергии. Связано с тем, что погодные условия не всегда благоприятны для ветряной электростанции, а с помощью этой составляющей сохраняется определённый запас энергии.
- Инверторная установка – предназначена для преобразования постоянного тока в переменный. Это нужно для обеспечения работы домашних электроприборов.
Ветровая электростанция — стоит ли покупать? Рентабельность
Поскольку электростанция на заднем дворе должна производить электроэнергию бесплатно, за что вам придется дорого платить в других случаях — трудно считать инвестиции в строительство невыгодными.
Однако фактическая способность ветряной электростанции генерировать энергию зависит от климатических условий, особенно от ветровых условий (более длительные периоды без ветра снижают производительность турбины).
Предполагается, что электростанции мощностью 5 кВт способны вырабатывать от 4000 до почти 9 000 кВт электроэнергии в год. Это позволяет в среднем сэкономить 50 000-60 000 рублей в год, мы видим, что инвестиции окупаются примерно через 10 лет и только после этого они начинают приносить прибыль. Точные цены вы можете посчитать сами. Умножив расход электричества за месяц на цены по тарифам.
Однако следует помнить, что приведенные выше предположения являются лишь теорией. На практике эксплуатация бытовой электростанции может принести гораздо меньше преимуществ (особенно если мы живем в районе с низкой интенсивностью ветра).
При реализации проекта такого типа не следует предполагать, что он будет единственным источником электроэнергии. Частные ветряные электростанции следует рассматривать скорее как вспомогательные системы.
Ветряные электростанции обладают кроме использования бесплатной энергии ветра и независимости от внешних источников электроэнергии еще несколькими весомыми преимуществами. Не существует экологической проблемы хранения и утилизации отходов, да и сам способ получения энергии один из самых экологичных. Не говоря уже о том, как эстетично выглядит ветряк на фоне неба, достоинством его можно считать, что установка может быть как стационарной, так и передвижной.
Стоимость строительства ветропарка: 1,3,5 кВт
Как уже упоминалось — для того, чтобы электростанция работала эффективно, она должна иметь достаточную мощность.Поэтому, например, мы представляем турбину мощностью 5 кВт, оснащенную пятью батареями.
Самый большой расход — покупка генератора. На который можно потратить около 500 тыс рублей в зависимости от производителя. Есть практически готовые решения за эту сумму вместе с корпусом и вентилятором. Прочие расходы: преобразователи, батареи и монтажные материалы, контроллеры составят ещё 50-70 тысяч.
Таким образом, мы видим, что строительство дворового ветропарка обойдется более чем в 500 тыс рублей, что в является довольно значительными расходами.
Электростанция на 3 кВт будет определенно дешевле. Строительство такой электростанции будет лишь незначительно превышать сумму в 250-300 тыс рублей. Корпус с генератором стоят приблизительно 185 000.
Станция на 1 кВт. Корпус, вентилятор и генератор обойдутся в 80 000 рублей. С расходниками, контроллером и работой выйдет примерно 120-150 т.р.
Загрузка...