Как работает современная ветряная электростанция. Как выбрать ветряную электростанцию для дома

Главная / Ремонт

Ветряная электростанция для дома является примером альтернативной энергетики. Это оптимальное решение для объекта, на котором отсутствует централизованная подача электроэнергии, а провести линии электропередач к дому слишком дорого. Станция повышенной мощности позволяет полностью удовлетворить все энергетические потребности. Рассмотрим особенности ветрогенераторов для частного дома, их классификацию, особенности обслуживания и самостоятельную установку.

Количество электроэнергии, вырабатываемой современной электростанций для дома, зависит, прежде всего, от погодных условий, а также от времени года. Как правило,

Если скорость ветра соответствует номинальной скорости преимущественного количества моделей ветряных генераторов — 8 м/сек — то с единицы площади можно получить около 307 Вт.

Ветряная электростанция для дома имеет конструкцию, которая состоит из генератора с аккумуляторной батареей, а также выпрямительного устройства с инвертором, необходимым для преобразования напряжения в стандартные 220 В. Все блоки контролируют используя микропроцессорный контроллер либо другую логическую схему.

Какие бывают

Ветряные генераторы отличаются друг от друга конструкциями , которые делятся на две группы:

с вертикальным и
горизонтальным расположением ротора.

Генераторы вертикального типа считаются менее экономичными. Они имеют большую материалоемкость, но компактные и могут функционировать при широком диапазоне скоростей ветра.

Второй тип характеризуется гораздо высшим КПД и меньшей материалоемкостью . Однако, для ветряных генераторов с горизонтальным расположением ротора требуются мачты большей высоты, поэтому такие ветрогенераторы обладают достаточно сложной механической конструкцией и не так удобны при обслуживании.

По мощности:

Где должен размещаться ветрогенератор

Огромную роль играет место, в котором будет находиться ветряная электростанция.

Не стоит устанавливать ветроэлектростанцию рядом с домами или деревьями, это не позволит получить полную отдачу от используемого ветряка.

Размещая ветрогенератор необходимо принимать во внимание несколько обстоятельств:

Наибольшей силой характеризуется ветер на вершинах холмов, среди степи, возле береговой линии, а также в других местах, где нет различных зданий и больших деревьев.
Следует проинформировать соседей о подключении данной электростанции, чтобы в будущем избежать проблем.
Рекомендуемое расстояние установления ветряка —примерно 300 м от домов соседей.

Не нужно рассчитывать на то, что генератор будет постоянно вырабатывать необходимое количество энергии. Это объясняется тем, что в одном и том же месте скорость ветра может сильно меняться, и это влияет и на количество энергии: если сила ветра колеблется в пределах 10%, то ресурсы производимого электричества может уменьшиться или увеличиться почти на 25%.

Сколько шума производит ветроэлектростанция?

Относительно шумности ветряков следует отметить, что этот недостаток характерен для крупнейших мегаваттных ветряных электростанций. Их лопасти в процессе работы создают инфранизкочастотные колебания. Как правило, их устанавливают на большом расстоянии от населённых пунктов. Ветряки с небольшой мощностью создают низкий шум только при сильном ветре, который не очень превышает естественный фон. Нормой является шум не больше 40 децибел.

Обслуживание ветряной электростанции

Профессиональное обслуживание ветрогенераторов представляет собой целый комплекс работ, к которым относятся:

Обследование электрической станции;
Очистка ветряка от загрязняющих материалов и его помывка;
Косметический ремонт;
Монтаж генератора;
Ремонт деформированных лопастей.

«Умные штуки» помогут сэкономить электричество в доме: .
О том, как диммеры помогают управлять освещением дома дистанционно мы писали .
Еще одно удобство «Умного дома» — для включения и выключения света.

Безопасность

Как и любая другая система, ветряная электростанция может быть небезопасной для человека. В этом случае угрозы связаны с установкой, функционированием и обслуживанием ветряков.

Так, если стопор в генераторе не срабатывает, то он может вращать лопасти до того времени, пока не воспламенится либо же не разрушится. Такие случаи фиксируются довольно редко. В некоторых случаях пожар на гондолах тушится не до конца, поэтому выделяется токсический дым, а также внизу возникает вторичный пожар. Однако, современные модели оснащены специальными автоматическими системами пожаротушения.

На протяжении зимы на лопастях образуется ледяная корка, которая опадает при работе и служит причиной локализованной остановки генератора. Множество моделей имеют большое количество пассивных , останавливающих работу даже при самых незначительных нарушениях.

Какую ветряную электростанцию станцию выбрать

На сегодняшний день на рынке представлен огромный ассортимент ветряных электростанций. Однако выделяют несколько наиболее популярных вариантов:

Американская станция «Windtronics» от компании «Honeywell Wind Turbine»;
Генератор «Eddy».

Специалисты не советуют устанавливать чисто ветряную систему, поэтому в большинстве случаев станция состоит из ветрогенератора с солнечными панелями, инвертера и контроллера заряда, а также аккумулятора.

Цена на малую систему может колебаться в пределах от 90 тысяч до 2,5 миллиона рублей.

Стоимость электростанции зависит от её мощности.

Ветровые электростанции для дома своими руками

Ветрогенератор должен состоять из пяти частей:

Генератор;
Лопасти;
Установка, превращающая ветер в энергию;
Башня для поднятия установки и «ловли» ветра;
Батареи с электронной системой управления.

Для изготовления домашнего генератора можно использовать старый мотор от компьютера с ленточным приводом. Магниты постоянного тока отлично работают.

Для лопастей в домашних условиях подбираются трубы ПВХ. Лучше брать те, которые изготовлены из пластикового материала. Необходимо следить, чтобы размер диаметра был 1/5 от длины трубы. После того как возле её основания будет срезан небольшой квадрат, а в углу просверлено отверстие, следует сгладить края деталей.

Дальше нужно на крепком диске сделать отверстия и с помощью болтов закрепить лопасти. Турбину можно установить на деревянной подставке, предварительно рассчитав её длину. В качестве башни для установки можно использовать железную трубу с небольшим диаметром, а основание сделать из фанеры. С целью защиты дерева от гнили его следует покрыть краской.

Электронную систему управления также можно сделать собственными руками или же купить. Затем все части следует собрать в одно целое и запустить в работу.

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

Описание

Монтаж ветряной электростанции на дачном участке или в личном доме дает множество преимуществ, которые имеет автономное электроснабжение. Это устройство, предназначенное для улавливания, преобразования и накапливания ветровой энергии, обеспечивает человеку такое необходимое благо, как бесплатная возобновляемая электроэнергия. Работа по сборке собственной ветряной электростанции не отличается сложностью и реализуема при небольших затратах на материалы, главное в этом деле желание, а результат оправдывает затраченные на его достижение средства.

Принцип работы

Принцип работы домашней ветроэлектростанции предельно прост. Ветер потоком воздуха воздействует на лопатки воздушного колеса, приводя его в движение. По сути это детский с пропеллером. Но, лопасти с колесом в этом случае исполняют роль ветряного двигателя, так как вращают соединенный посредством передачи с ним генератор электричества, который вырабатывая ток, заряжает АКБ. Батареи, наполнившись электроэнергией, получают возможность отдавать ее в преобразованном инвертором виде всем домашним электроприборам.

Наиболее эффективны ветрогенераторы, у которых лопасти имеют горизонтальное положение по отношению к потоку воздуха. Существенное влияние на КПД всего агрегата оказывает радиус, описываемый его лопатками, так чтобы этот показатель был оптимален, описываемая ими окружность должна быть в диаметре не меньше 2,5 метра.

Количество лопаток также оказывает влияние на работу ветродвигателя, так чем их меньше, тем быстрее скорость вращения ротора, максимальная достигается при использовании одной лопасти с противовесом.

Нормальная работа ветростанции возможна при скорости ветра от 3 м/с, из-за чего при выборе ее как источника электропитания частного дома необходимо принимать в расчет среднюю за год скорость ветра в месте размещения жилища.

Преимущества и недостатки

Плюсы ветрогенераторных установок:

Благодаря автономности и возобновляемому источнику энергии, основные затраты являются единовременными и приходятся на покупку и монтаж оборудования, эксплуатационные же издержки не критичны.
Автоматическая работа всех узлов и агрегатов без вмешательства человека, так как энергия сама приносится ветром.
Возможность выбора генератора с низким уровнем шума при работе.
Работа всех агрегатов и элементов такой системы возможна практически при любых условиях климата.
Большинство деталей такой установки работает в режиме пониженного износа, что обеспечивает долгий срок их службы без ремонта или замены.

Не лишена ветроустановка и своих специфических недостатков:

Во-первых, при некоторых режимах, иногда при неверном монтаже мачты, от нее может идти инфразвук.
Во-вторых, из-за высоты мачты, как и для большинства высотных сооружений, в обязательном порядке необходимо ее заземлять.
В-третьих, так как это все-таки работающая система, с движущимися частями, она периодически требует профилактических работ.
При ураганном ветре, бурях и прочих нарушениях погоды возможна поломка, отдельных агрегатов станции.

Виды

Ветрогенераторы подразделяются на виды по нескольким параметрам:

В зависимости от направленности оси, вокруг которой крутятся лопасти ветроустановки, бывают двух типов: горизонтальными и вертикальными. Первые имеют лучший КПД, а вторые более стабильны по отношению к непогоде.
По количеству лопаток на ветряном колесе: двухлопастные, трехлопастные и агрегаты с множеством лопаток.
В зависимости от применяемых материалов лопастей: жесткий и парусный вариант. Первые, более устойчивы к воздействию ураганов и бурь, а вторые на порядок дешевле.
По возможности регулировки положения лопастей: с постоянным и регулируемым шагом лопаток. Первый проще и надежнее в эксплуатации, а возможность использовать преимущества второго есть только у профессионалов.

Современные ветроустановки не требуют сверхмощных порывов ветра. Их конструкция продумана не хуже велосипеда, так что для обеспечения энергией обычного дома хватает ветра со скоростью 2-5 м/с.

Конструктивные особенности

Решив приобрести или самостоятельно построить такой агрегат необходимо учесть все особенности такой конструкции:

Бытовые приборы никогда не будут работать напрямую от энергии самого ветрогенератора, они могут ее потреблять только опосредованно, то есть после того как энергия ветра и механическая энергия вращения лопастей генератора перейдет и накопится в заряженной батарее аккумуляторов. В домашних условиях, как правило, используются АКБ, имеющие номинальное напряжение 12 или 24 вольт;
Так как аккумуляторы выдают постоянное напряжение, для его конвертации в обычную для бытовых сетей переменную синусоидальную форму понадобится на выходе использовать инвертор;
Напряжение, вырабатываемое ветряной машиной предназначено только для заправки через преобразующие устройства самих АКБ.
При погодных условиях, кода силы ветра недостаточно для вращения лопастей, или его вообще нет, генерации новой энергии, естественно, не происходит и электроснабжение, будет осуществляться, только до исчерпания емкости накопленной АКБ электроэнергии за то время пока ветромашина генерировала ток, это особенно важно контролировать, если это единственный источник электричества.

Для обеспечения эффективности работы генератора, как одного из элементов домашней электростанции, необходимо правильно рассчитать соотношение мощности между всеми источниками потребления в доме и силой конкретного инвертора с домашней аккумуляторной станцией. Стабильная работа всей системы возможна только в том случае если генератор вырабатывает ток, сила которого обеспечивает зарядку батарей.

Рассчитывая среднее значение электропотребления, рекомендуется ориентироваться на сумму мощностей всех домашних электроприборов с учетом порядка их включения и времени работы. Сравнив полученные расчеты с показаниями электросчетчика за месяц, можно определить наиболее близкую к реальному потреблению цифру.

Как правило, для электропитания среднестатистического жилища, достаточно инвертирующего агрегата силой в 3 кВт. Выбирать его необходимо по следующим параметрам:

Форме сигнала, получаемого на выходе: меандр или синусоида; Первый, характерен для дешевых моделей и приводит к перегреву питаемых электроагрегатов. Такой ток не может быть использован в качестве питания лазерных принтеров и некоторых устройств с микропроцессорами. Поэтому его использование даже в домашних условиях сопряжено с некоторыми ограничениями и мерами предосторожности. Второй, генерируемый дорогостоящими агрегатами, характеризуется малой степенью гармонических колебаний и оптимален для функционирования любых устройств энергопотребления.
Величине рабочего напряжения и емкости батарей;
Напряжение на выходе должно отвечать потребностям электропотребляющих приборов;
Устойчивость к перепадам нагрузки, например, при включении в сеть мощных электродвигателей;
Расход электричества во время отсутствия нагрузки;
Возможности включения режима сна и наличие в комплекте зарядного прибора.

От общей емкости всех элементов аккумуляторной станции напрямую зависит время автономного функционирования домашней электросети. В качестве таких элементов, эксплуатируемых с инвертором, используются особые АКБ повышенной герметичности и безопасности, поэтому их можно располагать в любом помещении.

Более дешевыми, но менее удобными для использования в жилом помещении являются стандартные автомобильные источники питания. Они имеют конструкцию, накладывающую ограничения даже по току.

Что касается самой электрогенерирующей машины, то агрегата силой в 1 кВт, хватит для подзарядки АКБ, обеспечивающих током инверторный преобразователь мощностью до 3 кВт.

Выбор источника тока

Самым сложным и дорогостоящим элементом любой ветряной электростанции является генератор тот самый агрегат всей системы, где зарождается ток. Лучшим вариантом для самостоятельного конструирования представляется электродвигатель с током постоянного напряжения 60-100 вольт. Он не нуждается в переделке конструкции, и совместим для работы с зарядной аппаратурой машинных батарей.

Использование машинного источника тока имеет свои трудности, ведь она требует номинальной частоты вращения при работе около 1800-2500 об/мин, что нереально для ветрового колеса, конечно, если не использовать повышающих редукторов.

Неплохим выбором, требующим, однако, доработки конструкции, может быть двигатель асинхронного типа, в котором используются неодимовые магниты. Но для его доработки требуются токарный станок и профессионал для работы на нем. Поэтому этот вариант не очень подходит для самоделковых.

Ветряной генератор своими руками

Необходимые материалы и инструменты

Материалы:

ПВХ трубка сечением 150 и длиною 600 мм;
алюминиевый лист 300х300 мм толщиной от 2 до 2,5 мм;
железный профиль замкнутого типа 80х40 мм, метровой длины;
трубы одна сечением 25 мм и длиною 300 мм, вторая – 32 мм и длиною от 4 до 6 м;
кабель с медным сердечником для подключения к генератору нагрузки;
сам двигатель постоянного тока 500 об/мин;
шкив для него сечением 120-150 мм;
как минимум одна батарея на 12 вольт;
инвертор 12/220 вольт.

Необходимые инструменты:

агрегат для сварки;
комплект гаечных ключей;
сверла по металлу;
электрическая дрель;
полотно для резки по металлу;
болты сечением 6 мм с гайками.

Пошаговое руководство

ПВХ труба разрезается на 4 части, каждая из которых подрезается по диагонали, так чтобы получить с одной из сторон сужение до 20-25 мм – это лопасти будущего пропеллера.
Их закрепляют на шкиве с шагом 1200 на болтах с гайками, который устанавливается на вал электродвигателя.
К широкой стороне металлопрофиля на дистанции 1/3 от края приваривается трубка на 25.
Со стороны ее короткого плеча монтируется двигатель, а с противоположной − алюминиевый лист, который будет направлять флюгерную конструкцию в сторону набегающего потока воздуха.
Вся конструкция вставляется трубкой 25 в трубу 30 мм, по отношению к которой и будет происходить вращение.
К двигателю подводится кабель, после чего мачта из трубы на 30 мм, монтируется в грунт на растяжки, с водруженным на нее флюгерным механизмом и генератором.
Электрическую базу станции желательно разместить в отдельном помещении, для этого к установленным там аккумуляторам через заряжающее реле подводят кабель от генератора. А уже от батареи после преобразования инвертором разводят ток к потребителям в доме.

Покупка готового

Цены

Цены на такие системы, как правило, прямо пропорциональны их мощности, с удвоением которой удваивается и стоимость всего оборудования электростанции.

Например, ветрогенераторная станция мощностью 3 кВт/48 вольт стоит около 100,000 рублей. А ее аналог производительностью 5 кВт/120 вольт имеют цену приблизительно 220,000 рублей.

Исходя из этого правила, агрегаты на 10 кВт/240 вольт и 20 кВт/240 вольт продаются по цене 413,000 и 750,000 рублей соответственно.

Где купить

Приобрести такие системы можно, как в специализированных магазинах и компаниях, так и заказать с доставкой и монтажом через интернет.

Критерии выбора

Основным критерием при покупке ветрогенератора после его цены, является необходимая в конкретном случае мощность установки.

Для бытовых нужд достаточно агрегата мощностью от 3 кВт, и даже если использовать все возможности вряд ли в домашних условиях получится полностью загрузить станцию топового класса мощностью 20 кВт:

Генераторы на 3 кВт/48 вольт это неплохая замена обычным электросетям.
Устройство от 5 кВт/120 вольт обеспечит энергией одновременно почти все приборы в доме.
Агрегаты от 10 кВт/240 вольт подходят для питания нескольких жилых строений, а также для мощных электрических инструментов и механизмов.
Установка мощностью 20 кВт/240 вольт снабдит энергией самый большой частный дом с запасом на несколько пристроек, и даже уличное освещение.

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.

Получение электроэнергии с помощью ветровых электростанций всегда интересовало человечество. Энергию ветра принято относить к возобновляемым видам, так же как солнечную, внутренних вод, термальную и биомассы. Потенциал этой энергии на земном шаре в 30 раз перекрывает сегодняшние потребности. Строительство установок, получающих электричество при преобразовании энергии потока воздуха, считается перспективным направлением во всем мире, несмотря на низкий КПД - 20-30%.

Устройство и основные виды ветрогенераторов

Схема, по которой собирается ветровая электростанция для получения электричества, достаточна проста. Энергия ветра преобразуется с помощью ветрогенератора и выпрямительно-зарядного устройства (контроллера) в постоянный электрический ток, обычно 12/24/48 вольт. Ток идет на подзаряд аккумуляторной батареи (по принципу автомобильной), затем подается на инвертор, где постоянный ток преобразуется в переменный 220-230В.

На сегодняшний день реально работают три вида ветрогенераторов:

С вертикально-ориентированной осью вращения;

С горизонтальной, ориентированной перпендикулярно потоку воздуха;

С горизонтальной, ориентированной параллельно потоку.

Ветровая электростанция с вертикальным ветрогенератором наиболее проста при изготовлении и монтаже: не нужно ориентироваться на направление ветра, поэтому нагрузка на конструкцию гораздо меньше. Лопасти у этих устройств выпускаются в виде чаш, турбин или S-образные.

При горизонтальной оси вращения энергия ветра преобразуется в силу сопротивления или подъемную. Количество лопастей у этих устройств может быть от одной до пятидесяти.

В рамках основной классификации существует много разнообразных, конструктивно соединенных, либо совершенно новых изобретений.

Ветровые электростанции для дома: целесообразность выбора

Проект электроснабжения строящегося (или реконструируемого) дома должен решать три проблемы:

Надежность получения электроэнергии;

Обеспечение необходимой мощности потребления;

Задействование необходимого количества источников получения электричества.

В городской черте, где развита электросеть, вопрос надежности получения электричества стоит только лишь для отдаленных районов, либо районных городов и поселков. Ветровая электростанция для дома в этих случаях нецелесообразна: отключения происходят лишь при авариях в сети и ликвидируются максимум за сутки. Как дополнительный источник обычно выбирается дизельная (бензиновая) или газовая мини электростанция.

При обустройстве коттеджа в отдаленном районе или строительстве фермы, где нет близко проложенной ЛЭП, встает вопрос о стабильной схеме получения электроэнергии. Обычно проблема решается так: дизельная (или бензиновая) электростанция, а в качестве альтернативного источника (с целью удешевления стоимости единицы мощности) успешно реализуются проекты применения энергии ветра или солнца.

Ветровая электростанция должна обеспечивать необходимый запас мощности для реального потребления. В этом случае не обойтись без мощной аккумуляторной батареи и надежного инвертора. В качестве альтернативного источника используется дизельный генератор.

Преимущества и недостатки получения электричества от ветроустановки

При среднестатистическом домовом потреблении (освещение, отопление, бытовая техника) достаточно мощности от 500вт до 1000/1500 вт. При установке ветрогенератора необходимо помнить, что чем выше вырабатываемая им мощность, тем больше размер лопастей и, соответственно, выше цена.

Обычно выделяют следующие недостатки ветровых электростанций:

Большие единовременные начальные вложения, отсюда сравнительно высокая стоимость единицы электроэнергии;

Зависимость установки от наличия дней, когда скорость ветра оптимальна (шесть - семь метров в секунду), именно при таких показателях установка выходит на паспортную (проектную) мощность;

Автономная ветровая электростанция может работать только при наличии аккумуляторной батареи большой емкости и при мощном инверторе, а в качестве дополнения в безветренные дни нужен дизель-генератор, что значительно удорожает проект;

Большой срок окупаемости: в среднем от семи до десяти лет.

Требования к выбору места для монтажа мачты

Для работы ветрогенератора любой мощности необходим ветер. Для России в среднем считается, что ветер дует только лишь в течение 270-280 дней в году. Приморские и горные участки имеют другую статистику, более благоприятную. Именно там и идет основное освоение силы ветра, как даровой энергии.

Чем выше мачта, тем большую скорость развивает воздушный поток. Обычно ветряки монтируют на высоте не менее четырех метров от уровня дома (в среднем от четырнадцати до двадцати четырех метров). Площадка для установки выбирается на расстоянии от дома минимально кратной трем к высоте мачты. Устройство монтируется либо на бетонное основание (что достаточно дорого и трудоемко), либо с помощью растяжек.

Для монтажа ветрогенератора, изготовленного на производстве, привлекаются специализированные организации. Обычно это или сам завод-изготовитель, или дистрибьюторы иностранных фирм. Специалисты предлагают схему ветровой электростанции, выбирают место установки мачты, монтируют оборудование и производят запуск.

Ветровая электростанция своими руками

В последнее время, когда удорожание электроэнергии происходит с пугающим население постоянством, увеличивается интерес к ветровым электростанциям в России. Ветровая мини электростанция (ветряк) проектируется, изготавливается народными умельцами и монтируется без помощи специалистов.

Самой простой в изготовлении считается ветровая электростанция с установкой, имеющей вертикальную вращательную ось. Она не требует усиленной мачты, легко рассчитывается, легко монтируется и, самое главное, низка в цене. Удорожание происходит за счет аккумуляторной батареи нужной емкости и надежного инвертора.

Ветряк, изготовленный для вращения на горизонтальной оси, требует тщательного крепления лопастей (их центрирования), но выглядит более элегантно и изысканно. Его детали дороже в изготовлении, а дополнительное оборудование такое же, как и у вертикальной установки.

Ветровые электростанции своими руками сегодняшние умельцы предпочитают делать полностью, с нуля. Генератор разрабатывается на основе асинхронного двигателя, плюс выпрямитель и аккумуляторная батарея из автомобиля. Если ограничиться таким набором, то вырабатываемой электроэнергией можно нагревать воду в бойлере, запитывать водяной насос (согласовав питающее напряжение).

С инвертором небольшой мощности можно даже включать освещение и другие несложные электроприборы, не требующие качественных характеристик тока (компьютер, телевизор подключать можно только с инвертором, имеющим на выходе необходимые характеристики по синусоидальности, частоте и др.).

Основные зарубежные производители ветровых электростанций: сравнительная стоимость установок

Использование, а соответственно и изготовление ветрогенераторов для получения электричества было освоено впервые в Дании еще в конце девятнадцатого века. Отсутствие своих энергоносителей заставляет многие страны идти по пути освоения энергии воздушных потоков и возводить как мощные (сотни мегаватт) ВЭУ, так и ветровые электростанции для дома. Ниже приведен список наиболее известных фирм, поставляющих свою продукцию всему миру.

Зарубежные производители ветрогенераторов:

Дания Vestas - доля рынка 12,7%;

Китай Sinovel, Goldwind, Guodian United Power, Ming Yang - доля рынка 28,7% в совокупности всех фирм;

Испания Gamesa - доля рынка 8 %;

Германия Enercon, Siemens - совокупная доля рынка 14,1%;

США GE Energy - доля рынка 7,7%;

Индия Suzion - доля рынка 7,6%.

Самыми дешевыми считаются китайские установки. В зависимости от мощности их можно приобрести по цене от 18-20 тысяч рублей. Следует отметить, что такие установки (мощность от 100-200 Вт) не подлежат ремонту и обычно не комплектуются мачтой. Ветроэлектростанции среднего ценового сегмента из Китая считаются надежными, служат более 15 лет.

Датские, испанские, немецкие установки более качественные, их монтаж и запуск давно освоили специализированные организации, но они дороги. От 1000$ до 2000-2500$ при мощности от 200 Вт.

Ветровые электростанции в России: цены и производители

В последние 20 лет отмечен возросший интерес к производству оборудования для ветроэлектростанций. Отечественные производители разработали и успешно поставляют потребителям недорогие устройства. В среднем их можно приобрести от 40-45 тыс. руб. при мощности от 300 Вт.

Ниже приведен список отечественных производителей, освоивших производство и выпускающих собственные модели ветровых электростанций:

- "РесурсПромАльянс" в Челябинске;

- "Стройинжсервис" в Рыбинске;

RKraft в Москве;

- «Энерго-Экологические Системы» НПП в Москве;

ЛМП «Ветроэнергетика» в Хабаровске;

- «Сапсан-Энергия» в Москве;

- «ГРЦ Вертикаль» в Миассе;

- «СКБ Искра» в Москве;

- «Ветро-Свет» в С-Петербурге.