Ветровые электростанции вэс

Содержание

Как работает и для чего нужен ветрогенератор: разновидности, конструкция и выбор оборудования

Подключение к магистральной сети электроснабжения до сих пор доступно не всем. Есть немалое число населенных пунктов, до которых линии электропередач не дошли. Да и подключенные поселки и деревни, вследствие общей изношенности линий, испытывают частые перебои с электроснабжением. Кроме того, дачные поселки, выстроенные недавно, зачастую не имеют возможности подключиться к линии, расположенной в солидном отдалении.

Решение вопроса с электроснабжением традиционно возлагается на бензиновые или дизельные электростанции, нуждающиеся в снабжении топливом, капризные и требующие постоянного наблюдения устройства. При этом, есть альтернативные источники, не нуждающиеся в топливе. Одним из них является ветрогенератор.

Что из себя представляет ветрогенератор?

Ветрогенератор — это устройство, использующее энергию ветра для выработки электрического тока. Воздушные потоки, свободно перемещающиеся в атмосфере, имеют гигантскую энергию, причем, совершенно бесплатную. Ветроэнергетика — это попытка извлечь ее и обратить на пользу.

Ветрогенератор представляет собой набор устройств, принимающих, обрабатывающих и подготавливающих для использования энергию. Потоки ветра взаимодействуют с ротором ветряка, заставляя его вращаться. Ротор посредством повышающей передачи (или напрямую) соединяется с генератором, который заряжает аккумуляторные батареи. Заряд через инвертор перерабатывается в стандартный вид (220 В, 50 Гц) и подается на приборы потребления.

На первый взгляд, комплекс устроен довольно сложно. Существуют и более простые конструкции, например, ветряки, питающие насосы. Тем не менее, для сложных приборов требуется полный комплект оборудования, способный обеспечить стабильное и качественное электроснабжение.

Зачем он нужен?

Отличительное свойство электроэнергии состоит в том, что ее можно производить в любых количествах, если позволяет оборудование. Ветрогенератор как раз и относится к таким устройствам — он производит электроэнергию. Таким образом, ветряк представляет собой электростанцию, способную обеспечивать как крупные участки с большим количеством потребителей, так и отдельные дома или приборы.

При этом, ветряк может быть создан самостоятельно и обеспечивать потребности отдельной группы приборов — например, освещения, водоснабжения, вентиляции и т.д. Такая избирательность удобна для сокращения расходов на электроэнергию, обеспечения бесперебойной подачи питания на старых изношенных линиях.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно ветрогенераторы сочетают механическую, электромеханическую и электрическую части. К механической относится ветряк, непосредственно принимающий энергию ветра и преобразующий ее во вращательное движение. Оно передается на электромеханическое устройство — генератор, преобразующий кинетическую энергию вращения в электрический ток. После этого действуют чисто электронные устройства:

  • выпрямитель. Генератор вырабатывает переменный ток, который не годится для заряда аккумуляторных батарей. Для дальнейшего использования его надо выпрямить, для чего используется выпрямительное устройство
  • контроллер заряда. Обеспечивает своевременное переключение аккумуляторных батарей с режима зарядки на режим питания потребителей, чтобы избежать выхода АКБ из строя
  • аккумулятор (АКБ). Накапливает заряд, необходимый для поддержания напряжения в сети при ослаблении ветра
  • инвертор. Преобразует постоянный ток аккумулятора в обычные 220В 50 Гц переменного тока, необходимых для питания стандартных потребителей.

Все перечисленные электронные устройства являются типичным комплектом оборудования, используемым с любым типом ветряка. Изменение конструкции крыльчатки не влияет на состав комплекта, если только не происходит значительного увеличения скорости вращения, требующего изменения параметров генератора.

Виды ветрогенераторов

Используются два основных вида ветряков, имеющих принципиальные различия:

В обоих случаях речь идет об оси вращения ротора. Конструкция различных моделей горизонтальных устройств мало отличается друг от друга, представляя собой подобие бытового вентилятора или пропеллера. Вертикальные устройства обладают намного большим разнообразием типов конструкции, внешне значительно отличаясь друг от друга. Рассмотрим их подробнее:

Горизонтальные ветряки

Горизонтальные конструкции имеют большую эффективность, так как поток ветра они воспринимают только рабочей стороной лопастей. Наибольшее распространение получили трехлопастные крыльчатки, но для небольших конструкций число лопастей может быть увеличено.

Именно горизонтальные конструкции используются для изготовления больших промышленных образцов, имеющих огромный размах лопастей (больше 100 м), которые в объединенном виде образуют довольно производительные электростанции. Государства западной Европы, такие как Дания, Германия, скандинавские страны активно используют ветряки для обеспечения населения энергией.

Устройства имеют один недостаток — они нуждаются в наведении на ветер. Для небольших ветрогенераторов проблема решается установкой хвоста наподобие самолетного, который автоматически располагает конструкцию по ветру. Большие модели имеют специальное устройство наведения, контролирующее положение крыльчатки относительно потока.

Вертикальные конструкции

Ветрогенераторы вертикального типа имеют меньшую эффективность, вследствие чего используются для обеспечения энергией лишь отдельных потребителей — частный дом, коттедж, группу приборов и т.д. Для самостоятельного изготовления такие устройства подходят больше всего, так как обладают широким выбором вариантов конструкции, не нуждаются в подъеме на очень высокую мачту (хотя это им и не противопоказано).

Вертикальные роторы могут быть собраны из любых подручных материалов, в качестве образца можно использовать любой тип из множества известных:

  • роторы Савониуса или Дарье
  • более современный ротор Третьякова
  • ортогональные конструкции
  • геликоидные устройства и т.д.

Описывать все типы подробно незачем, так как их количество постоянно увеличивается. Практически все новые разработки базируются на вертикальной оси вращения и предназначены для использования в частных домах или усадьбах. Большинство разработок предлагает собственный вариант решения основной проблемы вертикальных устройств — низкого КПД. Некоторые варианты имеют довольно высокие показатели, но обладают сложным устройством корпуса (например, конструкция Третьякова).

Расчет и выбор

Расчет мощности ветряка сводится к подсчету суммарной мощности потребления осветительными, вспомогательными и бытовыми приборами. Полученное значение увеличивается на 15-20% (запас мощности необходим при возникновении непредвиденных ситуаций), и на основании этих данных рассчитывается или выбирается готовый генератор.

От его параметров ведется построение всего остального комплекта — механические требования ложатся в основу проектирования ветряка, а эксплуатационные параметры — мощность, напряжение, сила тока — используются при создании системы накопления и обработки полученного тока.

Как работает и для чего нужен ветрогенератор: разновидности, конструкция и выбор оборудования
Не знаете для чего нужен ветрогенератор и как извлекать из него пользу? Воспользуйтесь нашими рекомендациями по выбору оборудования для генерации энергии. Изготовление ветряка своими руками.

Преимущества и недостатки

Итак, прежде чем присоединиться к сторонникам бесплатной энергии, нужно осознать, что ветряные электростанции имеют не только преимущества, но и определенные недостатки. Из положительных сторон использования энергии ветра в быту можно выделить следующие:

  • способ абсолютно экологически чистый и не вредит окружающей среды;
  • простота конструкции;
  • легкость эксплуатации;
  • независимость от электросетей.

Домашние мини-генераторы могут, как частично обеспечивать электричеством, так и стать полноценным его заменителем, преобразуясь в электростанции.

Однако не нужно забывать про недостатки, которыми являются:

  • высокая стоимость оборудования;
  • окупаемость наступает не ранее чем через 5-6 лет использования;
  • относительно небольшие коэффициенты полезного действия, отчего страдает мощность;
  • требует наличия дорогостоящего оборудования: аккумулятор и генератор, без которого невозможна работа станции в безветренные дни.

Чтобы не потратить уйму денег впустую, перед покупкой всего необходимого оборудования, следует оценить рентабельность электростанции. Для этого высчитывают среднюю мощность дома (сюда входят мощности всех используемых электроприборов), количество ветреных дней в году, а также оценивают местность, где будут располагаться ветряки.

Типы электростанций

Ветрогенераторы отличаются между собой ориентационной направленностью оси. Выделяют:

  1. Ветрогенератор с горизонтальной осью, ориентированной перпендикулярно воздушному потоку. Конструкция напоминает устройство и принцип работы обычного флюгера. Роторный генератор обладает повышенным КПД, а также имеет более доступную стоимость. Принцип работы основывается на сопротивлении воздушного потока, который посылает импульс, преобразуемый в ток.
  2. Ветрогенератор с вертикальной осью более компактный, однако, отличается дорогой стоимостью. Их конструктивные особенности не зависят от направления ветра, поэтому лопасти выполняются в виде турбин. Отсюда снижается нагрузка на ось, что влияет на мощность. Ортогональные ветрогенераторы наиболее удобны в тех местах, где направление ветра постоянно меняется.

Электростанции могут объединять несколько генераторов, имеющих различные пространственные оси. Обычно это делается в том случае, когда требуется на небольшом участке расположить станцию с достаточно большой мощностью.

Целесообразность покупки для дома

Как видим, ветровой генератор – достаточно дорогое удовольствие. Его стоит устанавливать только в том случае, когда:

  • имеется подходящая местность;
  • в регионе преобладают сильные ветра;
  • нет другого альтернативного источника электричества.

В других случаях ветряные электростанции не дадут желаемого результата, став лишней тратой немалых денег. Наиболее оптимальным считается вариант комплиментации генераторов. К примеру, их использование является единственным источником энергии в регионе, а продолжительность ветренных дней минимальна. Для этого используют дизельные или бензиновые генераторы в качестве основного источника электричества, а ветряными пользуются только тогда, когда это позволяет стихия (в качестве переменного источника питания). Солнечные батареи также идеальны для тандема получения электричества альтернативным способом.

Также ветрогенераторам можно выделить определенную роль, к примеру, выполнять функцию отопления. Накопленная незначительная мощность вполне способна нагреть батареи, экономя при этом деньги.

Расчет размера и места размещения

Чтобы произвести расчет нужного количества генераторов для электростанции ветряного типа, учитывают:

  • необходимую мощность;
  • количество ветряных дней;
  • особенности месторасположения.

Итак, для того, чтобы установка ветрогенератора была оправданной затратам, нужно определить количество ветряных дней в году, а также их преобладающее направление. Приморские районы и площадки в горах имеют наиболее выгодное месторасположение, поскольку здесь сила ветра превышает 60-70 м/с, а этого вполне достаточно, чтобы отказаться от местного электричества.

На равнинной территории ветер отличается равномерностью потока, однако его силы порой недостаточно для полного обеспечения частного дома. Установка вблизи посадок и лесов нерентабельна вовсе, поскольку энергия ветра расходуется и задерживается в большей степени на деревьях.

Поток ветра имеет увеличение мощности прямопропорциональную отдалению от поверхности земли. Соответственно, чем мачта ветряка выше, тем больший импульс она сможет захватить. Однако, чем дальше она удалена от земли, тем большего укрепления требует. Вспомогательные опоры не всегда могут полностью удержать ветряк. При сильном порывистом ветре вероятность падения высокой мачты намного больше, нежели мачты, установленной на уровне 5-7 метров.

Наиболее оптимальное удаление мачты от земли – 10-15 метров. Ее крепление осуществляется при помощи двух способов:

  1. Бетонирование основы – выкапывают четыре глубоких, но небольших в диаметре ямы, в которые погружают растяжки ветряка и бетонируют. Процесс трудоемкий и затратный, но самый надежный. При сильном ветре мачта останется неподвижной, и единственной порчей ее может стать слом лопастей.
  2. Металлические растяжки – при помощи металлического троса ветряк закрепляют перпендикулярно поверхности земли, при этом хорошо натягивают трос, закрепляя его концы в грунт.

От выбора способа закрепления мачты зависит продолжительность эксплуатации электростанции в целом.

Также важно позаботиться о рабочей площадке, на которой собственно и будут располагаться генераторы. Площадка должна быть равноудалена от любых строений на величину, кратную трем размерам мачты. Если планируется устанавливать электростанцию, конструктивные элементы которой изготавливались под заказ, установку лучше доверить специалистам.

Наличие специального оборудования, а также опыта проведения подобных работ убережет ветровую электростанцию от преждевременных поломок.

Производители

Отечественные производители ветрогенераторов, которые закрепились на рынке и зарекомендовали себя с лучшей стороны:

  • «Ветро-Свет»;
  • «Rkraft»;
  • «СКБ Искра»;
  • «Сапсан-Энергия»;
  • «Ветроэнергетика».

Эти организации не только производят изготовление по индивидуальному заказу, но и предоставляют услуги по расчету и проектированию ветровых электростанций на любой вкус, выбрать наиболее подходящее оборудование, основываясь на личных замерах, расчетах и показателях желаемой мощности.

Среди зарубежных производителей особой популярностью пользуются модели следующих производителей:

  • Китай: Ming Yang, Sinovel, Goldwind;
  • Дания: Vestas;
  • Испания: Gamesa;
  • Индия: Suzion;
  • США: GE Energy;
  • Германия: Siemens, Enercon.

Зарубежные производители отличаются повышенным уровнем качества, который достигается за счет наличия высокотехнологического оборудования. Однако, установка таких электростанций предполагает наличие дорогостоящего ремонта, запчастей для которого в отечественных магазинах не найти.

Интересное мнение: профессор Довиденко рассказывает, почему в России не торопятся строить ветрогенераторы

Своими руками

С каждым годом интерес к ветрогенераторам растет, заставляя людей отказываться от привычных энергоресурсов и переходить на альтернативные. Их высокая и для многих недоступная стоимость всего комплекта наталкивает на мысль о создании ветряка своими руками. Самодельный электрогенератор обойдется потребителю в 3-5 тыс рублей, 90% суммы которой отводится на качественный аккумулятор, способный длительное время держать заряд.

Достоинства самодельного создания ветрогенератора велики. Обладая простыми навыками можно построить мини электростанцию, которая сможет в незначительной степени разгрузить основную линию электропитания. Наиболее легким вариантом является ветряк с вертикальной вращательной осью. Она не требует создания опоры и высокой мачты, легко и просто монтируется, а также обладает неплохими характеристиками. Рассчитать ее мощность также не составит труда, а сколько гордости вызовет ветровая электростанция, созданная самостоятельно.

Таким образом, какая бы мощность не была у ветровой электростанции, стоимость ее оставляет желать лучшего. Безупречная экологичность и безопасность для здоровья конкурируют с заоблачной стоимостью самой конструкции. В том случае, когда альтернативных источников энергоснабжения не наблюдается, ветровая электростанция, какой бы она марки не была, способна обеспечить дом электричеством. Многие люди, которым недоступно пользование привычными энергоресурсами, дабы удешевить стоимость ветрогенератора, присваивают ему второстепенную роль, отдавая предпочтение бензиновым или дизельным аналогам. С незначительными задачами и расходами электричества они справляются на ура, при этом не стоят как половина автомобиля.

Планирование

Исследование скорости ветра

Ветровые электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.

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 (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.

Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветровых электростанций, так как эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.

Высота

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.

Экологический эффект

При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Современные ветровые электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.

Типы ветровых электростанций

Наземная

Наземная ветровая электростанция в Испании. Построена по вершинам холмов. Наземная ветряная электростанция возле Айнажи, Латвия.

Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более.

Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Альта, расположенная в штате Калифорния, США. Полная мощность — 1550 МВт.

Прибрежная

Строительство прибрежной электростанции в Германии.

Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Шельфовая

Шельфовые ветровые электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:

  • их практически не видно с берега;
  • они не занимают землю;
  • они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания) с установленной мощностью 630 МВт. 6 сентября 2018 года в 19 км от берегов Великобритании в Ирландском море на северо-западе Англии запущена в эксплуатацию оффшорная ветряная электростанция Walney Extension. Суммарная мощность её ветряков составляет 659 МВт. В 2020 году планируется завершить строительство ветряных электростанции East Anglia One мощностью 714 МВт и Hornsea Project One мощностью 1,2 ГВт, в 2022 году — электростанции Hornsea Project Two мощностью 1,4 ГВт.

Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.

Плавающая

Строительство первой плавающей электростанции. Норвегия. Май 2009 года.

Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Компания в 2017 году довела мощность турбины до 6 МВт, а диаметр ротора — до 154 метра.

Парящая

Парящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым.

Текущим рекордсменом считается «Парящая ветровая турбина Altaeros» (Altaeros Buoyant Airborne Turbine (BAT)), которая будет установлена на высоте 1000 футов (304,8 м) над землей. Этот пилотный проект промышленного масштаба будет находиться на высоте 275 футов выше, чем текущий рекордсмен — Vestas V164-8.0-MW. Последний совсем недавно установил свой прототип в Датском национальном центре тестирования больших турбин (Danish National Test Center for Large Wind Turbines) в Остерильде (Østerild). Высота расположения оси Vestas 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту более 720 футов (220 метров). У Altaeros мощность турбины 30 кВт. этого достаточно для обеспечения энергией 12 домов. Для поднятия на такую высоту Altaeros использует невоспламеняемую надувную оболочку, наполненную гелием. Проводником для произведенной энергии служат высокопрочные канаты.

Горная

Кордайская ВЭС на юго-востоке Казахстана

Первая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году. Высота площадки — 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International» мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт. В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветряных электростанций.

В феврале 2015 года в Восточных Карпатах у города Старый Самбор запущена в работу первая в Западной Украине горная ВЭС «Старый Самбор 1» мощностью в 13,2 МВт. Общая мощность 79,2 МВТ. Она представлена ветротурбинами VESTAS V-112 датского производства номинальной мощностью 6,6 МВт. Высота площадки 500 — 600 м над уровнем моря, среднегодовая скорость ветра 6,3 м/сек.

> Панорамы ВЭС

ВЭС Лиллгрунд (англ.)русск. 110 МВт, Швеция

ВЭС в России

Основная статья: Список ветряных электростанций России

На 2018 год общая мощность ВЭС в стране исчислялась 134 МВт.

Крупнейшим ветроэнергетическим комплексом обладает Крымская энергосистема.

Крупнейшая электростанция — Ульяновская ВЭС находится в Ульяновской области, её мощность составляет 35 МВт.

Зеленоградская ВЭУ, расположенная в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области имела суммарную мощность в 5,1 МВт. Состояла из ВЭУ датской компании SЕАS Energy Service A.S. (1 новая мощностью 600 кВт и 20 отработавших 8 лет в Дании мощностью 225 кВт каждая). Эксплуатировалась в течение 20 лет, в 2018 году вместо неё введена Ушаковская ВЭС (6,9 МВт).

Мощность Анадырской ВЭС составляет 2,5 МВт.

Мощность ВЭС Тюпкильды (Башкортостан) составляет 2,2 МВт.

Заполярная ВЭС, находящаяся около города Воркута в Коми, имеет мощность 1,5 МВт, построена в 1993 году. Состоит из шести установок АВЭ-250 российско-украинского производства мощностью 250 кВт каждая.

Около Мурманска строится опытная демонстрационная ВЭУ мощностью 250 кВт. В селе Пялица, в мае 2014 года, открыта первая в Мурманской области ветровая электростанция. Так же до 2016 года предусматривается дальнейшее введение ветропарков в Ловозерском и Терском районах области.

Ссылки

  • Роторный ветрогенератор своими руками: материалы, особенности сборки и установки
  • Изготовление лопастей для ветрогенератора из ПВХ труб, алюминия, стекловолокна
  • Самодельный ветрогенератор: особенностью конструирования, монтажа и эксплуатации
  • журнал membrana: Ветровые турбины убивают летучих мышей без единого прикосновения
  • Ветряная электростанция дома: благо или блажь?

Ветряные электростанции – это наиболее альтернативный вариант экономии электрической энергии на сегодняшний день.

Очень часто, такие установки можно встретить на дачных участках.

Люди используют их в тех местах, где загородные участки удалены от основных электрических сетей. Но это не единственная причина. Большинство людей используют ветроэлектростанции в целях экономии и автономности.

Ветряные электростанции имеют свои особенности, которые необходимо знать потенциальным покупателям, иак как от их компетентности зависит продуктивность работы ветрогенератора.

Главный стимул приобретения ветряного генератора – это, несомненно, его целесообразность. Одним из главных критериев при достижении данной цели являются требования к ветру. Известно, что среднегодовая скорость ветра около 4.0-4.5 м/с., этого показателя более чем достаточно для того, чтобы домашняя ветряная электростанция была выгодна в использовании, то есть давала возможность экономить электроэнергию.

Для того, чтобы оценить скорость ветра в вашем регионе, вы можете воспользоваться картой ветров. Если у вас возникло желание измерить скорость ветра с максимальной точностью, вам стоит приобрести специальный прибор, который вам в этом поможет.

В состав этого изобретения входит деталь, которая носит название анемометр. С помощью неё к вам поступает сигнал равносильный скорости ветра. Также, вам пригодится прибор, который считывает сигналы, которые подаёт анемометр. Существуют и другие приспособления этого типа.

Для того, чтобы данные получились как можно точными, такие приборы нужно устанавливать высоко, чтобы внешние факторы, такие как деревья, различные постройки и прочее, не искажали результаты прибора.

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:

  1. Ротор с лопастями (в зависимости от модели, ветрогенераторы делятся на двухлопастные, трёхлопастные и многолопастные).
  2. Редуктор, проще говоря, коробка передач. Его задача заключается в регулировании скорости между ротором и генератором.
  3. Защитный кожух — его название говорит само за себя, он предназначен для защиты всех составляющих деталей ветряной электростанции от внешнего воздействия.
  4. «Хвост» ветряной установки — нужен для поворота конструкции по направлению ветра.
  5. 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.
  6. Инверторная установка – предназначена для преобразования постоянного тока в переменный. Это нужно для обеспечения работы домашних электроприборов.

Типы и принцип работы

Ветряные электростанции делят на типы по следующим четырём критериям:

  1. По направлению оси вращения лопастей (делят на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные более устойчивы к внешним условиям, но у них меньшая выработка электроэнергии) .
  2. По количеству лопастей (в этом случае ветрогенераторы бывают двух-, трёх- и многолопастные).
  3. По использованному материалу (выделяют с жёсткими и парусными лопастями. Основное отличие в том, что парусные стоят дешевле, но они менее прочны);
  4. По способу управления лопастями (существуют с фиксированным и изменяемым шагом лопастей. Специалисты рекомендуют фиксированный шаг лопастей, так как изменяемый вызывает затруднения в использовании).

При выборе электростанци,й целесообразно было бы знать, в чём заключается принцип работы ветрогенератора. Принцип действия установки предельно прост. Конструкция состоит из хвостовика с лопастями, закреплёнными на металлической мачте, которые вращаются при помощи ветра и крутят ротор генератора.

Перед подачей тока в аккумуляторный отсек, он проходит через преобразователь, где происходит преобразование переменного тока в постоянный до напряжения в 220 Вольт с частотой в 50 герц и снабжает дом электричеством в безветренную погоду.

Современному ветрогенератору нет необходимости в сильном ветре. Его конструкция столько продумана, что для частного дома достаточно скорости ветра до 4 – 5 м/c.

Основные преимущества ветрогенераторов:

  1. Затраты уходят на установку и профилактику прибора. Больше расходов не требуется, так как конструкция не нуждается в топливе для работы.
  2. Вам не нужно контролировать и вмешиваться в работу ветряка, так как выработка энергии происходит всегда, когда есть ветер.
  3. В зависимости от типа генератора, он не будет производить лишний шум.
  4. Приспособлению подходит большинству климатических условий.
  5. Износ деталей незначителен.

Основные недостатки ветряной электростанции:

  1. В определенных режимах или при неправильной установке мачты, ветрогенератор может издавать инфразвук.
  2. Высокая мачта обязательно требует заземления.
  3. Необходимость регулярной профилактики.
  4. Вероятность повреждения приспособления при ураганах и т.д.

Выбор размера и места для размещения

Размер ветряной электростанции является очень важным вопросом для потенциальных покупателей. Для того, чтобы определиться с размерами, вам нужно внимательно изучить – сколько энергии вы потребляете в течение одного месяца? Полученную цифру необходимо умножить на 12 месяцев.

Затем, вам нужно воспользоваться формулой: AEO = 1.64 * D*D * V*V*V.

Она даст возможность рассчитать приблизительное количество электроэнергии, которую вы сможете получить с помощью домашней установки.

Обозначения, которые необходимо знать при использовании формулы:

  1. AEO — электроэнергия, которую вы используете за год.
  2. D – диаметр ротора, который обозначается в метрах.
  3. V – среднегодовая скорость ветра, обозначается в м/сек.

Таким образом, эти подсчёты помогут определить, какой размер генератора вам нужен, в зависимости от вашего расхода электроэнергии.

Задумываясь о приобретении ветряной электростанции для дома, нужно максимально точно изучить все детали связанные с конструкцией, так как от этого зависит то, насколько ваша цель будет удовлетворена.

При размещении ветрогенератора, вам стоит учитывать следующие факторы:

  1. Вблизи вашей установки не должно быть деревьев, разнообразных построек и прочего, что могло бы помешать максимальной продуктивности работы вашего генератора.
  2. Лучше всего установить ветрогенератор на специально сооружённую конструкцию, которая должна быть на пару метров выше, чем преграды расположенные на расстоянии как минимум 200 метров.
  3. Рекомендуется размещать ветроэлектростанции на расстоянии около 30-40 метров от жилых домов, так как они создают определённый шум, который приносит дискомфорт.

Также, вы должны учитывать, что вы не сможете постоянно получать одинаковый результат от вашей ветряной электростанции, так как природные условия меняются, в одном и том же месте могут быть разные порывы ветра, соответственно, и количество получаемой вами энергии будет динамично.

Обзор цен

В большинстве случаев, цена на ветряные электростанции зависит от их мощности. В бытовых условиях вполне достаточно генераторов с мощностью от 5 до 50 кВт.

Более детально о соотношении цен и видах генераторов:

  1. Ветрогенераторы с мощностью 3 кВт /48V – примерная стоимость 93 000,00р. Подобные могут быть использованы не только в качестве дополнительного источника электроснабжения, но и основного. Такие модели в состоянии обеспечить электроэнергией коттедж.
  2. Ветрогенераторы с мощностью 5 кВт /120V – приблизительно 220 100,00 р. Такая конструкция сможет обеспечить энергией целый дом. Вы сможете одновременно включать достаточно большое количество бытовых электрических приборов.
  3. Ветрогенераторы с мощностью 10 кВт/240V – цены в пределах 414 000,00 р. Его достаточно для обеспечения энергией фермерского хозяйства или нескольких домов. Помимо бытовых приборов вы без проблем сможете использовать, к примеру, электрические строительные инструменты весь день. Такие электрогенераторы часто используются для супермаркетов, чтобы обеспечить постоянную работу отделов и видеонаблюдения.
  4. Ветрогенераторы с мощностью 20 кВт/240V – цена такого устройства 743 700,00р. Электростанции такого типа являются очень мощными. Они в состоянии обеспечить электроэнергией целую водонапорную систему. В бытовых условиях он сможет более чем полностью обеспечить энергией огромный дом.
  5. Ветрогенераторы с мощностью 30 кВт/240V – стоимость в пределах 961 800,00 р. Эта модель является настолько мощной, что сможет обеспечить электрической энергией пятиэтажный дом.
  6. Ветрогенераторы с мощностью 50 кВт/380V – приблизительная цена около 3 107 000,00р. Эта модель не рациональна для использования в бытовых условиях, так как она настолько мощна, что сможет с лихвой обеспечить энергией несколько многоэтажных домов.

При покупке домашней электростанции, стоит знать о том, что в большинстве случаев цены указаны за полную комплектацию, но вы можете самостоятельно добавить или исключить определённые составляющие. Это подлежит вашему личному усмотрению.

Эффективность и окупаемость

Ветряные электростанции для дома являются альтернативным решением при экономии электроэнергии. Они получили достаточно широкое распространение.

Для того, чтобы обеспечить энергией целый дом, достаточно использовать один ветрогенератор и при этом не ограничивать себя, экономя на электроэнергии.

Выгодно и то, что для получения такого эффекта достаточно минимальной скорости ветра от 1,8 до 4,5 метра в секунду.

Но погодные условия не всегда подходят для ветрогенератора, поэтому вам нужно приобрести резервный генератор, который обеспечит запас энергии. Это даст возможность повысить продуктивность вашей домашней ветряной электростанции.

Среди положительных сторон установки стоит отметить следующие:

  1. Потратив большую сумму на электрогенератор, вам больше не потребуется тратить денежные средства, так как топливо для работы прибора не нужно. То есть уже за несколько лет ваше приобретение сможет окупиться.
  2. Производительность ветрогенератора не зависит от времени года или других погодных условий, его работа не прекращается даже зимой, что несомненно является плюсом, так как в зимнее время года расход энергии больше чем в другие. Этот факт несомненно свидетельствует о его эффективности и окупаемости.
  3. Износ деталей генератора незначительный, учитывая регулярную профилактику ветрогенератора, которая является необходимой. При правильной и грамотной установке, а также эксплуатации ветряной электростанции для дома, она сможет прослужить вам более тридцати лет, что несомненно является значительным плюсом.

Срок полной окупаемости ветряных электростанций составляет приблизительно 5-7 лет, а далее вы сможете использовать электроэнергии абсолютно бесплатно.

Ветроэнергетика: достоинства и недостатки

Ветроэнергетика изначально относится к категории «альтернативных» источников энергии. Что отличает альтернативные источники энергии от традиционных? Они наносят меньший вред окружающей среде, выгодны в использовании, возобновляемы, а некоторые даже неисчерпаемы. Ветроэнергетика неисчерпаема так же, как ветер.

Ветроэнергетика древних людей

Ветроэнергетику применяли ещё древние люди. Египтяне в третьем тысячелетии до н. э. изобрели парус. Позже, во втором веке до н.э., персы придумали ветряные мельницы. Таким образом, они превратили энергию движения воздуха в механическую энергию, и, сами того не зная, положили начало ветроэнергетике. В наши дни эта отрасль получила новый виток развития.

Ветроэнергетика: подводные камни не пугают

Сегодня с помощью ветрогенераторов из ветра получают электроэнергию. Конструкция представляет собой мачту, наверху которой находится генератор и подключенный к нему пропеллер. Зародившись в 1890 году в Дании, и будучи забытым в середине 20-го века, этот способ вновь обрел жизнь в конце 20 столетия. Поводами для этого стали нефтяной кризис 70-х годов и авария на чернобыльской АЭС. Теперь с каждым годом число ветряных электростанций растёт. Однако, пока на их долю приходится только 3% всей электроэнергии в мире. У этого вида энергетики есть свои особенности, которые мешают его повсеместному использованию. В то же время, некоторые страны активно развиваются в данном направлении, используя неоспоримые достоинства ветроэнергетики.

Достоинства ветроэнергетики

Преимуществом этого метода получения энергии является то, что его работа не производит выбросов в атмосферу. Более того, для кручения лопастей ветрогенератора не требуется никакого топлива. Таким образом, для конвертации энергии достаточно построить ветроустановки в тех местах, где в течение года часто гуляет ветер. Для производства тока достаточно скорости воздушных масс от 3м/с. При сильных порывах, больше 25м/с, специальная тормозная система останавливает ветрогенератор.

Возведение такой установки занимает всего неделю, что позволяет быстро разворачивать сети генераторов. Хотя такие комплексы и занимают большие площади, эти же территории могут безопасно использоваться для сельскохозяйственных нужд. Угодья могут находиться непосредственно у основания мачты, а жилые постройки – не ближе 300 метров, шум от ветряков на таком расстоянии не превышает фоновый. Поломка одной установки не влияет на работу всей станции, поэтому, если аварии и происходят, они не сильно сказываются на общей мощности.

Ветряная ферма Сан Горгонио Пасс (San Gorgonio Pass). Фото: Jan Tångring/commons.wikimedia.org (CC-PD-Mark)

Недостатки ветроэнергетики

Тогда как положительные стороны использования ветроэлектростанций довольно очевидны, недостатки их не сразу заметны. В первую очередь, такие электростанции менее продуктивны, в отличие от традиционных ТЭС, ГЭС и АЭС. Это обусловлено тем, что источник энерги- ветер – непостоянен. Сегодня его скорости достаточно, завтра может быть штиль, а послезавтра – шторм, и ветряки придется отключать, иначе они вообще могут разлететься на части. Эта особенность требует дорогостоящих решений при подключении ВЭС к единым энергосистемам, в том числе, использования аккумуляторов.

Не так уж она экологична…

Кроме того, ветроустановки не абсолютно экологичны, как это может показаться на первый взгляд. Проблемой является переработка использованных лопастей, срок службы которых 20-25 лет. Ученые находятся в состоянии поиска экологичного способа утилизации композитных материалов, из которых производят лопасти, но пока их в основном сжигают. Такой метод приводит к выбросам газов в атмосферу и необходимости захоронения несгораемого остатка. Конечно же, эти последствия сказываются на окружающей среде.

Большую роль в этом сыграло государство, приняв решение сократить выбросы углекислого газа в атмосферу и запретив строительство атомных электростанций.

Пиролиз нам поможет

Недавно специалисты стали рассматривать применение пиролиза для переработки лопастей – нагревание без доступа кислорода. Такой метод позволит использовать полученные вещества для изготовления строительных материалов.

Ветроэнергетика, как угроза животному миру

Ветряки могут оказывать влияние на животный мир. Есть мнение, что они изменяют пути миграции птиц, а вибрация, создаваемая ими при работе, отпугивает мелких животных, которые восприимчивы даже к незначительным колебаниям. Ветряки оказывают влияние и на человека: некоторые люди имеют повышенную чувствительность к инфразвуку, создаваемому лопастями генераторов, который воздействует на вестибулярный аппарат. В связи с этим могут появиться неприятные симптомы такие, как головокружение, нарушение сна, тошнота и другие неврологические расстройства.

Ветроэнергетика, как потенциальный онкоген

Однако ученые склоняются к мнению, что неприятные симптомы возникают у людей, обеспокоенных близостью установок. Некоторые специалисты считают, что так называемый «синдром ветрогенератора» является ярким примером ноцебо-эффекта – отрицательной реакции на явление из-за негативной информации о нём. Относительно мощных ветряков также есть некоторые опасения: магнитное поле, создаваемое ими в радиусе 2 км, может увеличить риск развития онкологических заболеваний.

Какие страны активно внедряют ветроэнергетику?

Главным энтузиастом в развитии ветроэнергетики стала страна-родоначальник – Дания. С 2000 года датчане увеличили долю ветряной электроэнергии с 12% до 42%. К тому же, датчане -одни из лидеров по количеству оффшорных ВЭС. Такие ВЭС располагаются в воде вблизи морских берегов, где ветер более постоянен. Конечно же, большую роль в этом сыграло государство, приняв решение сократить выбросы углекислого газа в атмосферу, а также запретив строительство атомных электростанций.

Помимо Дании, в Европе большое внимание ветроэнергетике уделяют Германия, Португалия, Испания, Ирландия, Голландия. Лидерами же по суммарной мощности установленных генераторов являются Китай, США и Индия. Во всех случаях резкий подъем этой отрасли обусловлен инициативой правительств.

Кстати, в стране тюльпанов в январе этого года все поезда национальной компании NS перешли на электропитание от ветрогенераторов. Изначально голландцы рассчитывали сделать это в 2018 году, но постоянно увеличивающееся количество станций позволило осуществить переход на год раньше.

Ветроэлектростанция возле Палм-Спрингс, Калифорния. Фото: Kit Conn / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)

Несомненно, любая человеческая деятельность влияет на окружающую среду, и поэтому главное – найти способы максимально сократить негативное воздействие. Ученые находятся в состоянии поиска решений для минимизации побочных эффектов ветроэнергетики. К тому же, предстоит провести множество исследований, которые определят, как будет реагировать организм человека и животных на такое соседство. Так как многие страны динамично продвигаются в этом направлении, несомненно, нас ждут новые открытия и ответы на вопросы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.