Вітряні електричні станції. Вітряні генератори для домашнього використання. Зауваження під час будівництва своїми руками

Вітро-електричні установки (ВЕУ) перетворюють енергію переміщення атмосферних мас, яка тією чи іншою мірою є в будь-якій точці земної кулі, безпосередньо в електрику. Саме на цьому ґрунтується позитивний економічний та екологічний ефект від використання вітрових турбін.

Переваги вітрової енергетики

Сучасні технологічні рішення дозволяють виробляти вітрові генератори потужністю від кількох кВт до сотень МВт.. Тобто ВЕУ можуть забезпечувати електроенергією як цілі промислові райони, так і окремі житлові котеджі. Окрім суто економічних переваг, вітряна енергетика має ще одну незаперечну перевагу – вона надає значно нижчий тиск на екологію та біосферу Землі. Тому на авторитетному сайті «Альтернативна енергетика» (http://altenergiya.ru/) справедливо підтверджується глибока думка Вернадського В. В., висловлена ще в середині ХХ століття:

...продажу вітряних електростанцій невеликої потужності, які здатні використовувати енергію вітру практично в будь-яких регіонах (навіть там, де недостатньо сили вітру для промислового використання) постійно зростають. Прогнозується, що подібні альтернативні джерела енергії будуть застосовуватися все ширше, як у державному, так і в приватному порядку, доки остаточно не витіснять традиційну енергетику, засновану на органічному паливі.

До економічних плюсів побутової вітряної енергетики (установки, потужністю 3 – 15 кВт) можна віднести такі фактори:

Невичерпність джерела енергії;
Екологічна чистота енергії;
Швидкість зведення вітряної установки;
Короткий термін окупності капітальних вкладень;
Не потрібні спеціальні майданчики для монтажу обладнання.

Недоліком невеликих ВЕУ є практично один фактор — пряма залежність потужності, що виробляється, від напору повітряного потоку, який у більшості регіонів Землі не відрізняються стабільністю. Тому для стабільного та якісного енергопостачання побутової техніки потрібне таке додаткове обладнання, як акумулятори та напівпровідникові випрямні установки..

Вивчення енергетичного потенціалу території

Заглядаючи у майбутнє ХХI століття, безальтернативність шляхів розвитку вітрової енергетики очевидна. Тому в передових країнах проводяться дослідження потенціалу територій щодо використання їх для зведення великих ВЕУ.

Станції альтернативної енергетики зазвичай займають величезні площі. Відповідно в першу чергу звертається увага на такі місцевості, які навіть у далекій перспективі не можуть бути залучені до іншої економічної діяльності:

Пустелі;
Гірські височини;
Шельфові зони;
Прибережні зони морів та океанів та інші.

Зокрема, на популярному інтернет-ресурсі windypower.blogspot.com/p/blog-page_8642.html дається така інформація:

Попередньо проводять дослідження потенціалу місцевості. Анемометри встановлюють на висоті від 30 до 100 метрів, і протягом одного-двох років збирають інформацію про швидкість та напрям вітру. Отримані відомості можуть поєднуватися в карти доступності енергії вітру. Такі картки потенційним інвесторам оцінять швидкість окупності проекту

Потужності промислових вітрових електростанцій

Промислові ВЕУ бувають різної потужності залежно від енергетичного потенціалу конкретної території. Сучасні технологіїдозволяють масово виробляти навіть стандартизоване генераторне устаткування з терміном окупності 3 – 5 років..

На сьогодні найбільша наземна ВЕС розташована на перевалі Техачапі, що у Каліфорнії. Її повна потужність, порівнянна з потужністю великих теплових електростанцій, нині становить 1550 МВт. Надалі планується довести встановлену потужність ВЕС АЛЬТА до 3000 МВТ. На ній використовуються вітрові турбіни 1.5 та 3.0 МВт.

Держави, які мають великі шельфові зони, активно розвивають шельфову вітроенергетику. У цій галузі лідирують Данія та Великобританія. Такі ВЕУ встановлюються в 10 - 50 км від берега в морі з невеликими глибинами і відрізняються великою ефективністю, тому що там дмуть постійні морські вітри. Найбільшою ВЕС серед експлуатованих у шельфових зонах світу є великобританська станція London Array з робочою потужністю 630 МВт.

Розвиваються також такі екзотичні типи ВЕС, як плаваючі та ширяючі. Поки що це установки з однією чи не великою групою генераторів потужністю по 40 – 100 кВт кожен. Але згодом планується довести потужність агрегатів на електростанціях, що плавають, до 6.3 МВт. Зокрема до таких потужностей вже впритул підійшли данські та італійські фірми.

ВЕС для забезпечення електрикою котеджів та об'єктів малого бізнесу та ціни на них.

Для того, щоб повністю покрити потреби заміського будинку, невеликої ферми, ресторану або маркету, достатньо мати установку потужністю 20 або навіть менше КВт. Для житлового будинку, наприклад, номінальна потужність генератора вибирається з розрахунку 1КВт на 12 м2 площі, якщо зимова температура не опускається нижче за 18С при середньодобовій швидкості вітру 6.3 м/с і більше.

Вартість електростанції для побутових потреб та малого бізнесу залежить від номінальної потужності електрогенератора і становить близько 50 тис. рублів на 1 кВт для ВЕС до 3 кВт, 40 тис. рублів/кВт – для ВЕС до 10 кВт і близько 30 тис. рублів/кВт – для ВЕС понад 10 кВт.

Окупність автономної електростанції становить у межах 5 – 7 років, так 1 кВт встановленої номінальної потужності генератора за рік може виробити стільки енергії, яка еквівалентна спалюванню 2 тонн високоякісного вугілля. Зокрема, ВЕУ «ЕСО-0020» номінальною електричною потужністю 20 кВт, представлена на сайті «Навчальні матеріали ВГУЕС (http://abc.vvsu.ru/) має такі параметри:

Собівартість електроенергії – 0.02 дол./кВтч;
Річний виробіток ел. енергії - понад 70000 кВтч;
Термін окупності – до 7 років;
Термін служби – 20 років.

Відео

Зміст:

Вітер у всіх народів завжди сприймався як вияв божественної сили. Ця сила очевидна, і в деяких випадках величезна. У міру розвитку людство, окрім свого шанування божеств повітряної стихії, навчилося використовувати її для власних потреб. Вітрило у всіх народів стало основою руху на воді, з'явилися вітряки. На нетривалий за історичними мірками термін, з початком використання тепла як основи роботи більшості механізмів, використання вітру скоротилося.

Але в наш час з появою екологічних проблем інтерес до використання сили вітру відроджується швидко та потужно. Сучасні технічні рішення дозволяють ефективно перетворити енергію повітряних потоків на електрику. Хоча й дорожче, порівняно з іншими технологіями, які використовуються на основних типах електростанцій. Їх три – теплові, атомні та гідроелектростанції. Сьогодні вітряні електростанції знайшли свою нішу на ринку електроенергії. Докладніше розповімо про це і не лише далі у статті.

З історії до сучасності

Археологічні дослідження інформують про те, що кілька тисячоліть тому вавілонські умільці створювали вітряні машини для перетворення боліт на сільськогосподарські угіддя. Ці механізми застосовувалися для вичерпування води та осушення ґрунту. Аналогічні машини на своїх рисових полях застосовували китайці приблизно в ті часи. А перші вітряки з'явилися ще у давньоєгипетських підприємців. Згодом млина з'явилися і в Європі, і на схід приблизно в XII столітті.

Розвиток електричних технологій не міг не наштовхнути інженерів на ідею замінити жорна млина електрогенератором. Це і сталося у тридцяті роки минулого сторіччя. Проблеми на паливних ринках, а також аварії на атомних електростанціях стимулювали розвиток вітряних електростанцій. Сьогодні їхня кількість швидко збільшується, про що свідчить статистика, наведена нижче:

Проте стихія непередбачувана. А для повітряної стихії існує таке визначення як повний штиль. Це означає, що у відкритому морі, де повітря перебуває у постійному русі, буває отже вітер зникає. Тому вітряна електростанція ефективна тільки в тому місці, де штиль трапляється якомога рідше. Такі місця найбільш поширені поблизу морського узбережжя, на пагорбах, у горах та в деяких специфічних місцевостях.

Як влаштована та як працює

Основою вітряної електростанції є крильчатка (турбіна). Найбільш ефективна конструкція – крильчатка з трьома лопатями пропелерного типу, встановлена високо над поверхнею землі. Роботу електростанції з такою крильчаткою ілюструє зображення нижче:

Для отримання максимальної ефективності спеціальні механізми керують положенням ротора та лопатей. Їх автоматично підбирають відповідно до напряму та сили вітру. Існують і інші конструкції крильчаток, так звані барабанні. Наприклад, такі, котрим напрям вітру немає значення. Здебільшого це результат творчості окремих ентузіастів.

Головний недолік усіх непропелерних моделей – нижчий ККД. У електростанції з пропелерною крильчаткою ККД трохи менше 50%. А головним недоліком усіх без винятку вітрових електростанцій є вітер. Його сила піддається частим змінам. В результаті обороти крильчатки змінюються, а разом з цим змінюється електрична потужність, що виробляється. Тому для сполучення генератора вітряної електростанції з електромережею необхідне додаткове електроустаткування.

Зазвичай, це акумулятори з інверторами. Генератор спочатку заряджає акумулятори і для цього процесу рівномірність сили струму неактуальна. Передача електрики в мережу виконується інвертором, який перетворює заряд накопичений в акумуляторі. Додатковим плюсом пропелерної конструкції можна вважати її керованість. Якщо сила вітру стає надмірною, кут атаки лопаті стає мінімальним. Внаслідок цього вітрове навантаження на турбіну падає.

Не завжди вдається вберегти вітряну електростанцію від поломки. На узбережжі трапляються урагани, які ламають крильчатку. Такі випадки продемонстровано далі.

Сучасна вітряна електростанція – це величезна споруда. Тому вплив сильного вітру на нього дуже помітний. Хороше наочне уявлення масштабах такої електростанції дає зображення, показане далі.

Висота, на якій розміщується електрогенератор, у середньому дорівнює п'ятдесяти метрам. Чим вище, тим сильніше та стабільніше дме вітер. Для отримання максимальної потужності встановлюються десятки електрогенераторів. З наземних вітряних електростанцій найпотужніша розташована у США. Нижче надано коротку інформацію про неї.

Найбільше електростанцій побудовано на узбережжі. Вони називаються прибережними. Але оскільки земля прибережних територій дорога, доцільніше будувати на мілководдях морського шельфу. Такі електростанції називаються шельфовими. Однак через дорожнечу будівництва потужність найбільшої у світі шельфової електростанції, побудованої біля берегів Англії, склала 630 мВт, що більш ніж у 2 рази менше, ніж у наземного аналога.

Подальшим розвитком електростанцій морського базування стали плаваючі вітряні електростанції. Але вони найбільші та найдорожчі, і з цієї причини, по суті, поодинокі. Найімовірніше, вони ніколи не стануть основними при отриманні електрики від сили морського вітру. Для отримання вищих економічних показників використовується вітер на висоті понад сто метрів. При цьому використовується спеціальна конструкція на основі аеростату, яка називається вітряною електростанцією, що парить.

Але оскільки вантажопідйомність аеростата обмежена, максимальна потужність електростанції відповідає за своєю масою потужності 30 кВт. Вона зможе забезпечити кілька будинків. Їхня кількість залежатиме від режиму споживання електроенергії. Недоліком електростанції, що ширяє, є її ризикованість. Вона може бути віднесена сильним вітром і перешкодити цьому проблематично.

Екологічні проблеми вітрових електростанцій

У крильчаток є один непереборний недолік. Вони випромінюють інфразвук. А він згубно впливає на всі живі організми, в тому числі і людину. Якщо електростанція розташована далеко від житла, наприклад, шельфова або гірська, людський фактор знімається. Але вплив на екосистему лишається. Наскільки інфразвук від вітряних електростанцій є проблематичним, свідчить одна з мешканок Німеччини:

У цій країні вітряки встановлюють повсюдно, де лише дозволяє територія. Відмовившись від атомних електростанцій, Німеччина найактивніше з усіх країн будує вітряні електростанції. Поява таких новобудов примушує людей, які мешкають по сусідству, переїжджати на нові місця проживання. Але їхні будинки ніхто не бажає купувати. Тому виникають проблеми у суспільстві. Отже, оптимальне місце для вітряних електростанцій – це морський шельф.

Останнім часом проблема забезпечення електроенергією стає справді актуальною. Вчені всього світу докладають зусиль для вирішення завдання. Завдяки розробкам сьогодні активно використовуються генератори, що виробляють електричний струм, достатній для дому. Особливо сильні установки можуть забезпечити електроенергією великий котедж і навіть підприємство.

Принцип роботи

Домашній вітряк відрізняється простотою конструкції. Так, на металевій щоглі встановлено хвостовик з кількома лопатями, при обертанні яких здійснюється включення ротора, що призводить до вироблення струму. Він подається на батареї, що забезпечують житло електрикою за відсутності вітру. Попередньо струм пропускається через перетворювач, що робить його не змінним, а незмінним. Електрика надходить в інвертор, де напруга стає 220 В. Завдяки наявності акумуляторних батарей вітряк живить житло навіть при слабкому вітрі або повному штилі.

Принцип роботи вітряного генератора відповідає принципу роботи автомобіля. Різниця полягає лише в тому, що в останньому випадку ротор обертає колеса.

Слід зазначити, що з сучасних вітрових генераторів сильний вітер не потрібний. Робота вітряка стала можливою завдяки наявності відповідних металів. Така конструкція забезпечує будинок електроенергією, навіть якщо швидкість вітру становить лише 4 м/с.

Переваги вітрових електростанцій

Вітряки для дому користуються величезною популярністю. Ціна подібної не надто потужної установки складає приблизно 2 тис. доларівОднак ви будете економити на електриці протягом усього життя. Звичайно, це не єдина перевага вітрової електростанції.

Подібна конструкція вважається найбільш екологічно чистою. Відповідно, під час її експлуатації викид отруйної пари в атмосферу не проводиться. Більше того, немає жодної шкоди для довкілля.
Домашні вітряні генератори не потребують палива. Щоб здійснювалося вироблення електроенергії, достатньо поривів вітру.
Такі електростанції вважаються довговічними, оскільки для їх виробництва використовуються тільки сучасні матеріали, корозії, що не піддаються.
Окремо варто згадати простоту установки вітрогенератора, адже це можна зробити самостійно, використовуючи відповідні генератори та кілька акумуляторних батарей. Потрібно пам'ятати, що саморобні вироби можуть працювати гірше, ніж заводські електростанції. Відповідно дуже важливо підібрати генератор з певними технічними параметрами, який дійсно зможе забезпечити будинок електроенергією.
Ще одна перевага вітрових електростанцій – це високий ККД. Звичайно, вітрогенератори не є вічними двигунами, але вони близькі до цього поняття. Так для отримання струму додаткові витрати не потрібні.
Сучасні моделі вітрогенераторів значно перевершують своїх попередників. При їхньому функціонуванні немає відчутної вібрації або сильного шуму. Незважаючи на величезний розмах лопат, коливань практично немає.
При встановленні простого вітряного генератора не потрібно отримувати відповідну роздільну здатність. Звичайно, це стосується лише побутових пристроїв, у яких щогла невисока, а розмах лопатей середній.

Недоліки вітрових електростанцій

Вивчивши переваги подібних пристроїв, багато людей запитують, чому електростанції не встановлені повсюдно. Звичайно, це пояснюється рядом важливих недоліків.

Головний мінус - відсутність гарантії вироблення необхідної кількості електроенергії, щоб опалити житло взимку. Напевно, вирішити цю проблему можна, встановивши кілька вітрогенераторів або одну дійсно потужну конструкцію, проте це обійдеться досить дорого, що в результаті виявиться невигідно.
Інший недолік стосується необхідності наявності великої площі. Якщо йдеться про котедж, який стоїть на ділянці розміром 30–50 соток, то це не проблема. На скромній дачній ділянці поставити вітрогенератор зможе не кожен. Більше того, вважається, що встановлювати конструкцію можна щонайменше за 20 м від найближчої споруди. Інакше через електромагнітне поле домашні прилади погано працюватимуть.
Поширення вітряків стримується їхньою ціною. Подібний виріб середньої продуктивності коштуватиме 5–10 тис. доларів. Вартість найдешевших різновидів починається з 1–2 тис. Звичайно, якісна електростанція цього варта, а отже, така ціна не повинна бентежити.

Застосування вітрогенераторів

Подібні установки відрізняються за своєю потужністю. Відповідно, вони здатні забезпечити електроенергією один маленький будинок або ціле селище. Вітрові генератори встановлюються не тільки для того, щоб живити житло енергією, але і для економії. Іншими словами, люди використовують електроенергію із загальної мережі та ту, яка виробляється вітрогенератором.

Якщо говорити про встановлення конструкції, то згідно з вимогами безпеки вітрогенератор щоглового типу монтують на пристойній відстані від житла. Сьогодні у продажу зустрічаються міні-генератори із незначною потужністю. Таку конструкцію можна поставити на дах житла.

Різновиди вітряних електростанцій

Вибір вітрогенератора

При виборі такої конструкції потрібно звернути увагу на 3 важливі фактори:

середня швидкість вітру;
середній рівень споживання електроенергії протягом місяця;

Фахівці нагадують, що чим вища щогла, тим менша необхідна швидкість вітру для розкручування вертушки. Відповідно, ціна на таку конструкцію буде дуже високою.

Оптимальна висота має перевищувати найвищу споруду, розташовану у радіусі 100 м, приблизно на 10 м.

Чи справді вітрогенератор вигідний?

Багато людей говорять про те, що у випадку коли середня швидкість вітру становить 4 м/с, електроенергія, отримана за допомогою вітряного генератора, буде досить дорогою. Щоб переконатися в цьому чи спростувати, необхідно порахувати вироблення обладнання за рік та 20 років. При цьому слід врахувати, що вартість вітрогенератора складає мінімум 150 тис. рублів. Відповідно, використання вітряка буде справді виправданим за відсутності мережної електроенергії. Якщо житло підключено до мережі, ставити потужну електростанцію з метою економії не слід.

Якщо електроенергія не була підведена, а середня швидкість вітру перевищує 4-5 м/сслід задуматися про встановлення вітрогенератора. Особливо це актуально з урахуванням постійного збільшення ціни електроенергію. За бажання можна об'єднатися із сусідами та придбати справді потужну електростанцію. У такому разі вартість установки буде не надто високою, і ви справді забезпечите житло електроенергією.

Люди з давніх часів використовували енергію вітру. Так і сьогодні для отримання електроенергії використовуються спеціальні вітряні установки. Подібні електростанції особливо ефективні у тих областях, де спостерігається сильний вітер.

Подробиці Розміщено: 03.11.2015 20:46

Зростання цін на електроенергію змушує багатьох користувачів задуматися – як можна заощадити, і чи є розумна альтернатива споживанню енергії із загальної мережі? Для багатьох виходом із стану стає покупка або будівництво власними руками вітряка для дому. Тим більше, що сучасні вітрогенератори є не лише ефективним методом забезпечення електроенергією віддалених від центральних мереж населених пунктів, але й у спосіб суттєво знизити витрати на комунальні послуги та зробити своє домогосподарство більш енергонезалежним.

Давайте розглянемо, який вітрогенератор краще підібрати для будинку, на який обсяг енергії ми можемо розраховувати і що потрібно знати для його встановлення.

Різновиди вітряків

Вітрогенератори (ще їх називають вітрогенераторними установками, вітровими електрогенераторами, вітростанціями, просто ВЕУ, вітряними станціями тощо) - це, по суті, вітрові електростанції (ВЕС). Так називають вітрову електроустановку, обладнання та споруди якої функціонально пов'язані між собою та утворюють єдиний комплекс, який виробляє електроенергію з кінетичної енергії рухомих повітряних мас. Простіше кажучи, це системи, які дозволяють використовувати вітер як джерело відновлюваної енергії.

Необхідно пам'ятати, що розрідженість повітря також впливає на роботу вітроустановки, проте при дії постійних вітрів, наприклад, на морському узбережжі цей недолік не є суттєвим. Важливо мати на увазі, що робота домашніх вітряків впливає на телевізійну мережу і може спричинити перешкоди для приймальної антени.

Влаштування вітряка та склад обладнання вітрової електростанції, зображення ataba.com.ua

Якщо в районі розташування ВЕС переважають слабкі вітри, оптимальним рішенням стане об'єднання кількох установок у мережу із загальним акумуляторним вузлом. В іншому випадку, необхідно налаштувати роботу вітряків так, щоб кожен окремий пристрій обслуговував свою частку навантаження, а для економії електроенергії, слід розподілити споживачів у будинку: різній групі побутових приладів повинна відповідати певна силова лінія.

Як підказує досвід багатьох європейських країн, для багатоквартирних будинків доцільніше встановити кілька вітряків (приклад) невеликої продуктивності, які генеруватимуть електроенергію та зберігатимуть її в загальний акумулятор, ніж купуватимуть одну великогабаритну вітроустановку.

Як підрахувати потужність вітрогератора для будинку

Для орієнтовного розрахунку потужності домашньої ВЕС необхідно обчислити середньомісячне споживання електроенергії, враховуючи список всіх використовуваних побутових електроприладів, їх потужність і час роботи (таблиця, яка показує середнє споживання побутової техніки, знаходиться ). Найчастіше в магазинах продаються вітрові електростанції для приватного користування потужністю від 2 до 10 кВт.

Багато інформаційних ресурсах вказується, що з повноцінного забезпечення побутових потреб сім'ї з 3 - 4-х людина знадобиться потужність вітрогенератора щонайменше 10 кВт. Однак у кожному конкретному випадку потрібно виходити з певних енергопотреб, які можуть бути досить індивідуальним показником.

Одним із додаткових позитивних моментів використання вітряків у домашніх умовах є також можливість продажу надлишків електроенергії державі. Про те, як постачати «зайву» електрику в центральну електромережу та докладну інформацію про актуальні на сьогодні «зелені» тарифи можна знайти в .

Не варто забувати про безпеку: удари блискавок, результатом попадання яких може стати спалах вітряка, зледеніння лопатей, недостатня міцність несучих конструкцій або фундаменту вітроустановки - можуть завдати шкоди не тільки самому пристрою, а й завдати шкоди здоров'ю людини. Тому не зайвим буде подбати про оснащення генератора різними захисними системами.

Зрештою, при виборі типу вітрогенератора, пошуках перевіреного виробника, розрахунках його потужності та вирішенні інших питань може виникнути безліч «підводних каменів», відповіді на які в повному обсязі жодна стаття дати не зможе. На щастя, вже сьогодні сучасні технології дозволяють встановити вітряк де завгодно, причому спеціальними технічними знаннями для цього мати зовсім не обов'язково, а ефективність та екологічність такого джерела чистої енергії вже не викликає сумнівів. У будь-якому випадку консультація з досвідченим фахівцем стане мудрим рішенням.

Дивіться ще цікаві матеріали:

Новини партнерів:

Please enable JavaScript to view the