Ветряная электрическая станция. Ветряные генераторы электроэнергии для домашнего использования. Замечания при строительстве своими руками

Ветро-электрические установки (ВЭУ) преобразовывают энергию перемещения атмосферных масс, которая в той или иной мере имеется в наличии в любой точке земного шара, непосредственно в электричество. Именно на этом основывается положительный экономический и экологический эффект от использования ветровых турбин.

Преимущества ветровой энергетики

Современные технологические решения позволяют производить ветровые генераторы мощностью от нескольких КВт до сотен МВт . То есть ВЭУ могут обеспечивать электроэнергией, как целые промышленные районы, так и отдельные жилые коттеджи. Кроме чисто экономических преимуществ ветряная энергетика имеет еще одно неоспоримое преимущество – она оказывает значительно более низкое давление на экологию и биосферу Земли. Поэтому на авторитетном сайте «Альтернативная энергетика» (http://altenergiya.ru/) справедливо подтверждается глубокие мысли Вернадского В. В., высказанные еще в средине ХХ века:

…продажи ветряных электростанций небольшой мощности, которые способны использовать энергию ветра практически в любых регионах (даже там, где недостаточно силы ветра для промышленного использования), постоянно возрастают. Прогнозируется, что подобные альтернативные источники энергии будут применяться все шире, как в государственном, так и частном порядке, пока окончательно не вытеснят традиционную энергетику, основанную на органическом топливе

К экономическим плюсам бытовой ветряной энергетики (установки, мощностью 3 – 15 КВт) можно отнести следующие факторы:

Неисчерпаемость источника энергии;
Экологическая чистота энергии;
Быстрота возведения ветряной установки;
Короткий срок окупаемости капитальных вложений;
Не требуется специальных площадок для монтажа оборудования.

Недостатком небольших ВЭУ является практически один фактор — прямая зависимость вырабатываемой мощности от напора воздушного потока, который в большинстве регионов Земли не отличаются стабильностью. Поэтому для стабильного и качественного энергоснабжения бытовой техники требуется такое дополнительное оборудование, как аккумуляторы и полупроводниковые выпрямительные установки .

Изучение энергетического потенциала территории

Заглядывая в будущее ХХI столетие, безальтернативность пути развития ветровой энергетики очевидна. Потому в передовых странах проводятся исследования потенциала территорий на предмет использования их для возведения крупных ВЭУ.

Станции альтернативной энергетики обычно занимают большие площади. Соответственно в первую очередь обращается внимание на такие местности, которые даже в далекой перспективе не могут быть вовлечены в другую экономическую деятельность:

Пустыни;
Горные возвышенности;
Шельфовые зоны;
Прибрежные зоны морей и океанов, и другие.

В частности, на популярном интернет ресурсе windypower.blogspot.com/p/blog-page_8642.html дается такая информация:

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного-двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта

Мощности промышленных ветровых электростанций

Промышленные ВЭУ бывают самой разной мощности в зависимости от энергетического потенциала конкретной территории. Современные технологии позволяют массово производить даже не стандартизированное генераторное оборудование со сроком окупаемости 3 – 5 лет .

На сегодня самая крупная наземная ВЭС расположена на перевале Техачапи, что в Калифорнии. Ее полная мощность, соизмеримая с мощностью крупных тепловых электростанций, уже ныне составляет 1550 МВт . В дальнейшем планируется довести установленную мощность ВЭС АЛЬТА до 3000 МВТ. На ней используются ветровые турбины 1.5 и 3.0 МВт.

Державы, которые владеют большими шельфовыми зонами, активно развивают шельфовою ветроэнергетику. В этой области лидируют Дания и Великобритания. Такие ВЭУ устанавливаются в 10 – 50 км от берега в море с небольшими глубинами и отличаются большой эффективность, потому что там дуют постоянные морские ветра. Самой большой ВЭС среди эксплуатируемых в шельфовых зонах мира является великобританская станция London Array с рабочей мощность в 630 МВт.

Развиваются также такие экзотические типы ВЭС, как плавающие и парящие. Пока что это установки с одним или не большой группой генераторов мощностью по 40 – 100 КВт каждый. Но со временем планируется довести мощность агрегатов на плавающих электростанциях до 6.3 МВт. В частности к таким мощностям уже вплотную подошли датские и итальянские фирмы.

ВЭС для обеспечения электричеством коттеджей и объектов малого бизнеса и цены на них.

Для того, чтобы полностью покрыть нужды загородного дома, не большой фермы, ресторана или маркета, достаточно иметь установку мощностью в 20 или даже меньше КВт. Для жилого дома, например, номинальная мощность генератора выбирается с расчета 1КВт на 12 м2 площади, если зимняя температура не опускается ниже 18С при среднесуточной скорости ветра 6.3 м/с и более.

Стоимость электростанции для бытовых нужд и малого бизнеса зависит от номинальной мощности электрогенератора и составляет около 50 тыс. рублей на 1 КВт для ВЭС до 3 КВт, 40 тыс. рублей/КВт – для ВЭС до 10 КВт и около 30 тыс. рублей/КВт – для ВЭС свыше 10 КВт.

Окупаемость автономной электростанции составляет в пределах 5 – 7 лет, так 1 КВт установленной номинальной мощности генератора за год может выработать столько энергии, которая эквивалентна сжиганию 2 тонн высококачественного угля . В частности ВЭУ «ЭСО-0020» номинальной электрической мощностью 20 кВт, представленная на сайте «Учебные материалы ВГУЭС (http://abc.vvsu.ru/) имеет следующие параметры:

Себестоимость электроэнергии – 0.02 долл. / КВтч;
Годовая выработка эл. энергии — более 70000 КВтч;
Срок окупаемости – до 7 лет;
Срок службы – 20 лет.

Видео

Содержание:

Ветер у всех народов всегда воспринимался как проявление божественной силы. Эта сила очевидна, и в некоторых случаях – огромна. По мере развития человечество, кроме своего почитания божеств воздушной стихии научилось использовать ее для собственных нужд. Парус у всех народов стал основой движения на воде, появились мельницы-ветряки. На непродолжительный по историческим меркам срок, с началом использования тепла как основы для работы большинства механизмов, использование ветра сократилось.

Но в наше время с появлением экологических проблем интерес к использованию силы ветра возрождается быстро и мощно. Современные технические решения позволяют эффективно преобразовать энергию воздушных потоков в электричество. Хотя и более дорогое в сравнении с другими технологиями, которые используются на основных типах электростанций. Их три – тепловые, атомные и гидроэлектростанции. Сегодня ветряные электростанции нашли свою нишу на рынке электроэнергии. Более подробно расскажем об этом и не только далее в статье.

Из истории в современность

Археологические исследования информируют о том, что несколько тысячелетий тому назад вавилонские умельцы создавали ветряные машины для превращения болот в сельскохозяйственные угодья. Эти механизмы применялись для вычерпывания воды и осушения почвы. Аналогичные машины на своих рисовых полях применяли китайцы примерно в те же времена. А первые мельницы-ветряки появились еще у древнеегипетских предпринимателей. Со временем мельницы появились и в Европе, и восточнее примерно в XII веке.

Развитие электрических технологий не могло не натолкнуть инженеров на идею заменить жернова мельницы электрогенератором. Это и произошло в тридцатые годы прошлого века. Проблемы, существующие на топливных рынках, а также аварии на атомных электростанциях стимулировали развитие ветряных электростанций. Сегодня их число быстро увеличивается, о чем свидетельствует статистика, приведенная ниже:

Однако стихия непредсказуема. А для воздушной стихии существует такое определение, как полный штиль. Это значит, что даже в открытом море, где воздух находится в постоянном движении, бывает так, что ветер исчезает. Поэтому ветряная электростанция эффективна только в том месте, где штиль случается как можно реже. Такие места наиболее распространены вблизи морского побережья, на холмах, в горах, и в некоторых специфических местностях.

Как устроена и как работает

Основой ветряной электростанции является крыльчатка (турбина). Наиболее эффективная конструкция – крыльчатка с тремя лопастями пропеллерного типа, установленная высоко над поверхностью земли. Работу электростанции с такой крыльчаткой иллюстрирует изображение ниже:

Для получения максимальной эффективности специальные механизмы управляют положением ротора и лопастей. Их автоматически подбирают в соответствии с направлением и силой ветра. Существуют и другие конструкции крыльчаток, так называемые барабанные. Например, такие, для которых направление ветра не имеет значения. В основном это результат творчества отдельных энтузиастов.

Главный недостаток всех непропеллерных моделей – более низкий КПД. У электростанции с пропеллерной крыльчаткой КПД чуть меньше 50%. А главным недостатком всех без исключения ветряных электростанций является сам ветер. Его сила подвержена частым изменениям. В результате обороты крыльчатки изменяются, а вместе с этим меняется вырабатываемая электрическая мощность. Поэтому для сопряжения генератора ветряной электростанции с электросетью необходимо дополнительное электрооборудование.

Обычно это аккумуляторы с инверторами. Генератор сначала заряжает аккумуляторы, и для этого процесса равномерность силы тока неактуальна. Передача электричества в сеть выполняется инвертором, который преобразует заряд, накопленный в аккумуляторе. Дополнительным плюсом пропеллерной конструкции можно считать ее управляемость. Если сила ветра становится чрезмерной, угол атаки лопасти делается минимальным. В результате ветровая нагрузка на турбину падает.

Но не всегда удается уберечь ветряную электростанцию от поломки. На побережье случаются ураганы, которые ломают крыльчатку. Такие случаи продемонстрированы далее.

Современная ветряная электростанция – это огромное сооружение. Поэтому воздействие сильного ветра на него весьма заметно. Хорошее наглядное представление о масштабах такой электростанции дает изображение, показанное далее.

Высота, на которой размещается электрогенератор, в среднем равна пятидесяти метрам. Чем выше, тем сильнее и стабильнее дует ветер. Для получения наибольшей мощности устанавливаются десятки электрогенераторов. Из наземных ветряных электростанций наиболее мощная расположена в США. Ниже предоставлена краткая информация о ней.

Самое большое число электростанций построено на побережье. Они называются прибрежными. Но поскольку земля прибрежных территорий дорогая, целесообразнее строить на мелководьях морского шельфа. Такие электростанции называются шельфовыми. Однако из-за дороговизны строительства мощность крупнейшей в мире шельфовой электростанции, построенной у берегов Англии, составила 630 мВт, что более чем в 2 раза меньше, чем у наземного аналога.

Дальнейшим развитием электростанций морского базирования стали плавающие ветряные электростанции. Но они самые большие и дорогие, и по этой причине, по сути, единичные. Скорее всего, они никогда не станут основными при получении электричества от силы морского ветра. Для получения более высоких экономических показателей используется ветер на высоте более ста метров. При этом используется специальная конструкция на основе аэростата, называемая парящей ветряной электростанцией.

Но поскольку грузоподъемность аэростата ограничена, максимальная мощность электростанции соответствует по своей массе мощности в 30 кВт. Она сможет обеспечить несколько домов. Их количество будет зависеть от режима потребления электроэнергии. Недостатком парящей электростанции является ее рискованность. Она может быть унесена сильным ветром, и воспрепятствовать этому проблематично.

Экологические проблемы ветряных электростанций

У крыльчаток имеется один непреодолимый недостаток. Они излучают инфразвук. А он пагубно влияет на все живые организмы, в том числе и на человека. Если электростанция расположена вдали от жилья, как, например, шельфовая или горная, человеческий фактор снимается. Но воздействие на экосистему остается. Насколько инфразвук от ветряных электростанций проблематичен, свидетельствует одна из жительниц Германии:

В этой стране ветряки устанавливают повсеместно, где только позволяет территория. Отказавшись от атомных электростанций, Германия наиболее активно из всех стран строит ветряные электростанции. Появление таких новостроек принуждает людей, живущих по соседству, переезжать на новые места жительства. Но их дома никто не желает покупать. Поэтому появляются проблемы в обществе. Так что оптимальное место для ветряных электростанций – это морской шельф.

В последнее время проблема обеспечения электроэнергией становится действительно актуальной. Ученые всего мира прилагают усилия для решения задачи. Благодаря разработкам сегодня активно используются генераторы, вырабатывающие электрический ток, достаточный для дома. Особо мощные установки могут обеспечить электроэнергией большой коттедж и даже предприятие.

Принцип работы

Домашний ветряк отличается простотой конструкции . Так, на металлической мачте установлен хвостовик с несколькими лопастями, при вращении которых осуществляется включение ротора, что приводит к выработке тока. Он подается на батареи, снабжающие жилье электричеством при отсутствии ветра. Предварительно ток пропускается через преобразователь, что делает его не переменным, а постоянным. Электричество поступает в инвертор, где напряжение становится 220 В. Благодаря наличию аккумуляторных батарей ветряк питает жилище даже при слабом ветре или полном штиле.

Принцип работы ветряного генератора соответствует принципу работы автомобиля. Разница состоит лишь в том, что в последнем случае ротор вращает колеса.

Следует отметить, что для современных ветровых генераторов сильный ветер не нужен. Работа ветряка стала возможной благодаря наличию соответствующих металлов. Такая конструкция обеспечивает дом электроэнергией, даже если скорость ветра составляет всего 4 м/с.

Преимущества ветровых электростанций

Ветряки для дома пользуются огромной популярностью. Цена подобной не слишком мощной установки составляет примерно 2 тыс. долларов , однако вы будете экономить на электричестве в течение всей жизни. Естественно, это не единственное преимущество ветровой электростанции.

Подобная конструкция считается наиболее экологически чистой. Соответственно, во время ее эксплуатации выброс ядовитых паров в атмосферу не производится. Более того, нет никакого вреда для окружающей среды.
Домашние ветряные генераторы не нуждаются в топливе. Чтобы осуществлялась выработка электроэнергии , достаточно порывов ветра.
Такие электростанции считаются долговечными, поскольку для их производства используются только современные материалы, не подвергающиеся коррозии.
Отдельно стоит упомянуть простоту установки ветрогенератора, ведь это можно сделать самостоятельно, используя подходящие генераторы и несколько аккумуляторных батарей. Нужно помнить о том, что самодельные изделия могут работать хуже, чем заводские электростанции. Соответственно, очень важно подобрать генератор с определенными техническими параметрами, который действительно сможет обеспечить дом электроэнергией.
Еще одно преимущество ветровых электростанций – это высокий КПД. Естественно, ветрогенераторы не являются вечными двигателями, но они близки к этому понятию. Так, для получения тока дополнительные затраты не нужны.
Современные модели ветрогенераторов значительно превосходят своих предшественников. При их функционировании нет ощутимой вибрации или сильного шума. Несмотря на огромный размах лопастей, колебаний практически нет.
При установке простого ветряного генератора не нужно получать соответствующее разрешение. Естественно, это касается лишь бытовых устройств, у которых мачта невысокая, а размах лопастей средний.

Недостатки ветряных электростанций

Изучив преимущества подобных устройств, многие люди задаются вопросом, почему электростанции не установлены повсеместно. Естественно, это объясняется рядом важных недостатков .

Главный минус – отсутствие гарантии выработки необходимого количества электроэнергии, чтобы отопить жилье зимой. Наверняка решить эту проблему можно, установив несколько ветрогенераторов либо одну действительно мощную конструкцию, однако это обойдется довольно дорого, что в итоге окажется невыгодно.
Другой недостаток касается необходимости наличия большой площади. Если речь идет о коттедже, который стоит на участке размером в 30–50 соток, то это не проблема. На скромном дачном участке поставить ветрогенератор сможет не каждый. Более того, считается, что устанавливать конструкцию можно минимум в 20 м от ближайшей постройки. В противном случае из-за электромагнитного поля домашние приборы будут плохо работать.
Распространение ветряков сдерживается их ценой. Подобное изделие средней производительности обойдется в 5–10 тыс. долларов. Стоимость самых дешевых разновидностей начинается с 1–2 тыс. Естественно, качественная электростанция этого стоит, а значит, такая цена не должна смущать.

Применение ветрогенераторов

Подобные установки отличаются по своей мощности . Соответственно, они способны обеспечить электроэнергией один небольшой дом либо целый поселок. Стоит отметить, что ветровые генераторы устанавливаются не только для того, чтобы питать жилище энергией, но и для экономии. Другими словами, люди используют электроэнергию из общей сети и ту, которая вырабатывается ветрогенератором.

Если говорить об установке конструкции, то согласно требованиям безопасности ветрогенератор мачтового типа монтируют на приличном расстоянии от жилища. Сегодня в продаже встречаются мини-генераторы с незначительной мощностью. Такую конструкцию можно поставить на крышу жилища.

Разновидности ветряных электростанций

Выбор ветрогенератора

При выборе подобной конструкции необходимо обратить внимание на 3 важных фактора :

средняя скорость ветра;
средний уровень потребления электроэнергии в течение месяца;

Специалисты напоминают, что чем выше мачта, тем меньше необходимая скорость ветра для раскрутки вертушки. Соответственно, цена на такую конструкцию будет очень высокой.

Оптимальная высота должна превышать самую высокую постройку, расположенную в радиусе 100 м, примерно на 10 м .

Действительно ли ветрогенератор выгоден?

Многие люди говорят о том, что в случае, когда средняя скорость ветра составляет 4 м/с, электроэнергия, полученная посредством ветряного генератора, будет довольно дорогой. Чтобы убедиться в этом или опровергнуть, необходимо посчитать выработку оборудования за год и 20 лет. При этом нужно учесть, что стоимость ветрогенератора составляет минимум 150 тыс. рублей . Соответственно, использование ветряка будет действительно оправданным при отсутствии сетевой электроэнергии. Если жилище подключено к сети, ставить мощную электростанцию с целью экономии не следует.

Если электроэнергия не была подведена, а средняя скорость ветра превышает 4–5 м/с , следует задуматься об установке ветрогенератора. Особенно это актуально при учете постоянного увеличения цены на электроэнергию. При желании можно объединиться с соседями и приобрести действительно мощную электростанцию. В таком случае стоимость установки будет не слишком высокой, и вы действительно обеспечите жилье электроэнергией.

Люди с древних времен использовали энергию ветра. Так и сегодня для получения электроэнергии применяются специальные ветряные установки. Подобные электростанции особенно эффективны в тех областях, где постоянно наблюдается сильный ветер.

Подробности Опубликовано: 03.11.2015 20:46

Рост цен на электроэнергию вынуждает многих пользователей задуматься – как можно сэкономить , и есть ли разумная альтернатива потреблению энергии из общей сети? Для многих выходом из положения становится покупка или строительство собственными руками ветряка для дома. Тем более, что современные ветрогенераторы являются не только эффективным методом обеспечения электроэнергией удаленных от центральных сетей населенных пунктов, но и способом существенно снизить затраты на коммунальные услуги и сделать свое домохозяйство более энергонезависимым.

Давайте рассмотрим, какой именно ветрогенератор лучше подобрать для дома, на какой объем энергии мы можем рассчитывать и что нужно знать для его установки.

Разновидности ветряков

Ветрогенераторы (еще их называют ветрогенераторными установками, ветровыми электрогенераторами, ветростанциями, просто ВЭУ, ветряными станциями и т.п.) - это, по своей сути, ветровые электростанции (ВЭС). Так называют ветровую электроустановку, оборудование и сооружения которой функционально связаны между собой и образуют единый комплекс, который производит электроэнергию из кинетической энергии подвижных воздушных масс. Проще говоря, это системы, которые позволяют использовать ветер в качестве источника возобновляемой энергии.

Необходимо помнить, что разреженность воздуха также влияет на работу ветроустановки, однако при действии постоянных ветров, например, на морском побережье, этот недостаток не является существенным. Важно иметь ввиду, что работа домашних ветряков влияет на телевизионную сеть и может вызывать помехи для приемной антенны.

Устройство ветряка и состав оборудования ветровой электростанции, изображение ataba.com.ua

Если в районе расположения ВЭС преобладают слабые ветра, оптимальным решением станет объединение нескольких установок в сеть с общим аккумуляторным узлом. В противном случае, необходимо настроить работу ветряков так, чтобы каждое отдельное устройство обслуживало свою «долю» нагрузки, а для экономии электроэнергии, следует распределить потребителей в доме: разной группе бытовых приборов должна соответствовать определенная силовая линия.

Как подсказывает опыт многих европейских стран, для многоквартирных домов целесообразнее установить несколько ветряков (пример ) небольшой производительности, которые будут генерировать электроэнергию и сохранять ее в общий аккумулятор, чем приобретать одну крупногабаритную ветроустановку.

Как подсчитать мощность ветрогератора для дома

Для ориентировочного расчета мощности домашней ВЭС нужно вычислить среднемесячное потребление электроэнергии, учитывая перечень всех используемых бытовых электроприборов, их мощность и время работы (таблица, которая показывает среднее потребление бытовой техники, находится ). Стоить отметить, что чаще всего в магазинах продаются ветровые электростанции для частного пользования мощностью от 2 до 10 кВт.

На многих информационных ресурсах указывается, что для полноценного обеспечения бытовых нужд семье из 3 - 4-х человек потребуется мощность ветрогенератора не менее чем 10 кВт. Однако в каждом конкретном случае, нужно исходить из определенных энергопотребностей, которые могут быть достаточно индивидуальным показателем.

Одним из дополнительных положительных моментов использования ветряков в домашних условиях является также возможность продажи избытков электроэнергии государству. О том, как поставлять «лишнее» электричество в центральную электросеть и подробную информацию об актуальных на сегодня «зеленых» тарифах можно найти в .

Не стоит забывать о безопасности: удары молний, результатом попадания которых может стать возгорание ветряка, обледенение лопастей, недостаточная прочность несущих конструкций или фундамента ветроустановки – могут нанести ущерб не только самому устройству, но и причинить вред здоровью человека. Поэтому, не лишним будет позаботиться об оснащении генератора различными защитными системами.

В конечном счете, при выборе типа ветрогенератора, поисках проверенного производителя, расчетах его мощности и решении других вопросов, может возникнуть множество «подводных камней», ответы на которые в полном объеме ни одна статья дать не сможет. К счастью, уже сегодня современные технологии позволяют установить ветряк где угодно, причем специальными техническими знаниями для этого обладать вовсе не обязательно, а эффективность и экологичность такого источника чистой энергии уже не вызывает сомнений. В любом случае, консультация с опытным специалистом станет мудрым решением.

Смотрите еще интересные материалы:

Новости партнеров:

Please enable JavaScript to view the