Ветровые электростанции вэс. Крупнейшие ветряные электростанции мира. Преимущества и недостатки ветроэлектростанций
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.
В поисках альтернативных источников энергии человечество шагнуло далеко вперед. Например, все чаще используется сила солнца, создаются ветряные электростанции. Наверное, именно ветер может рассматриваться как оптимальный способ получения электрической энергии - эффективный, и при этом достаточно экономичный.
Ветер, ветер, ты могуч
Ветряная электростанция - это группа специальных генераторов, которые объединены в систему и используют для создания энергии силу ветра. Особенность таких генераторов в их безопасности для окружающей среды. Сегодня больше всего ветряных станций построено в Германии, Дании, при этом в таких странах не только ниже затраты на энергию, они еще экспортируют установки и технологии в другие государства. Работают ветряные электростанции по следующему принципу: под воздействием ветра вращаются лопасти конструкции, а благодаря редуктору приводится в действие электрогенератор. Энергия, которая в результате получается, транспортируется по кабелю.
Как правило, мачты в установках имеют достаточную высоту, а потому используют силу природы по максимуму. При составлении проекта подобной конструкции сначала тщательно исследуется местность, изучаются и его направление при помощи ряда приборов. Уже на основе данных решается, окупится ли установленная ветряная электростанция.
Главное - правильный выбор
Сегодня покупателям предлагаются разнообразные ветряные электростанции для дома.Выбирать их следует в зависимости от того, каковы потребности заказчика. Например, если нужно обеспечить работу техники в сельском хозяйстве, то мощности нужны небольшие. А вот для решения более серьезных задач, например, электрификации зданий и сооружений или монтажа отопительной системы в доме нужны более мощные ветрогенераторы. Заниматься подготовкой местности и непосредственно работами по установке обязательно должны только специалисты.
Прежде чем купить ветрогенератор, нужно учесть ряд нюансов, включая нагрузку в пиковые моменты, средние показатели потребления энергии, скорость ветра. Также стоит помнить, что чем выше мачта, тем сильнее и мощнее ветер будет крутить лопасти турбины. Правда, монтаж таких конструкций дороговат. Оптимальное расположение - на 10 метров выше здания или дерева, находящегося в радиусе примерно 100 метров.
Плюсы
Ветряные электростанции сегодня довольно востребованы, что связано с рядом причин.
- Во-первых, это более выгодно, если сравнивать с другими источниками энергии.
- Во-вторых, запасы силы ветра неисчерпаемы.
- В-третьих, такие мельницы имеют простое устройство, поэтому их монтаж производится довольно быстро. Главное - провести исследования объекта, на котором они будут располагаться.
- В-четвертых, производство электроэнергии таким способом намного дешевле, да и позволяет экономить богатства недр.
- В-пятых, ветряные мельницы обеспечивают электроэнергией стабильно и надежно.
- В-шестых, такие устройства абсолютно безопасны для окружающей среды, что тоже очень важно.
Минусы
С другой стороны, как и любой другой источник энергии, ветряные электростанции (фото показывают, насколько просты их конструкции) имеют и минусы.
- Во-первых, ветер не постоянен, то есть дует он по-разному - то сильно, то слабо. Соответственно, не везде возможно их устанавливать.
- Во-вторых, ветряные конструкции работают довольно шумно, значит, располагать их нужно вдали от жилых объектов.
- В-третьих, такие мельницы могут стать помехой для радио- и телеприборов. Правда, в той же Европе с этим недостатком смирились, и сегодня здесь уже действуют больше 26 000 ветряных электростанций.
- Еще один минус - подобные установки могут навредить летящим птицам, поэтому возводить их нужно там, где нет мест их миграции и гнездования.
Что купить?
Современные ветряные электростанции для дома представлены в широком ассортименте. Они отличаются производительностью и рассчитаны на разную силу и скорость ветра. Например, установки мощностью в 400-6400 Вт вполне достаточно для обеспечения энергией небольших хозяйств, магазинов, ресторанов, которые находятся в удалении от основных источников энергии. Если нужно обеспечить электричеством несколько домов или небольшой поселок, то нужны станции большей мощности, в среднем 18000-26 500 Вт. Такие же установки целесообразно монтировать рядом с большими производствами и коммерческими объектами. На самые простые ветряные электростанции для дома цена начинается от 700 000 рублей, более дорогие установки стоят около трех миллионов рублей.
Альтернативные виды
Как мы уже сказали, ветряная мельница - достаточно шумная установка, однако сейчас предлагаются генераторы, которые работают не так мощно. Например, бесшумный ветрогенератор - это идеальное решение для небольших и средних по размерам объектов, ферм, магазинов, если они располагаются в удаленных районах. Сегодня большой популярностью пользуются вертикальные установки ввиду своей эффективности и простоты монтажа. Преимущества такой системы следующие:
- тихая работа без вибраций;
- устойчивость к сильному ветру;
- защита корпуса алюминиевым покрытием от молнии;
- не имеет значения направление ветра.
Бесшумные домашние ветряные электростанции просты в уходе, монтаже, поскольку здесь нет мелких деталей. Немаловажно, что и вред птицам нанесен не будет, поскольку дизайн установок таков, что ландшафт не будет нарушен. Еще один интересный вариант - парусный генератор. Конечно, он не отличается привлекательным дизайном, зато может выработать энергию даже при слабом ветре. Подобные ветряные электростанции хороши тем, что благодаря парусу они быстро подстраиваются под движение сил природы, значит, и выработка энергии происходит стабильно. Конструкции абсолютно экологичны, имеют низкую стоимость, работают без шума и вибраций, а это говорит о том, что у них есть будущее.
Каковы перспективы?
В целом, экологическая ситуация в мире такова, что природные ресурсы постепенно истощаются, и в скором времени такое решение, как ветряные мельницы, станет самой настоящей реальностью во всем мире. Не случайно жители многих стран постепенно приходят к тому, чтобы установить подобные конструкции и на своем участке. В России, по мнению специалистов, достаточно потенциальных возможностей для того, чтобы активно развивалась ветроэнергетика. Правда, пока этот процесс идет медленными темпами ввиду отсутствия достаточного финансирования. В случае если ситуация изменится, а государство будет уделять достаточно внимания этому способу получения энергии, в скором времени и наша страна перейдет на альтернативные решения. На сегодняшний день ветряные электростанции в России представлены в республиках Калмыкия и Башкортостан, Чувашия, Коми, в Калининградской, Саратовской, Оренбургской, Ростовской, Мурманской, Астраханской областях, а также в Чукотском автономном округе. Однако специалисты утверждают: в скором времени география расположения ветряков станет значительно шире.
Как сделать ветряную электростанцию?
Стремление сэкономить на тратах на энергию и привнести что-то новое приводит к тому, что народные умельцы начинают делать ветряки своими руками. В самом простом виде он представляет собой две половинки цилиндра, которые раздвинуты в сторону от центральной оси. Если увеличить количество лопастей в конструкции до четырех, то мощность и тяговые характеристики прибора станут намного выше. Ветряная электростанция своими руками делается при помощи нижеописанных материалов и составляющих.
- Для создания барабана нам потребуются фанера и кровельное железо (или листовой пластик подходящего размера). Ротор должен быть легким, поэтому не стоит брать слишком толстые материалы.
- Для «щек» барабана нам потребуются древесина и пластмасса (или легкий металл), при этом места стыков следует обработать масляной краской.
- Для изготовления крестовин понадобятся стальные полосы или древесина.
- Ось сделаем из стальной трубы, диаметр которой составляет 30 мм, а длина - 2 м.
- Для оси нам также нужны шарикоподшипники одинакового размера.
Этапы монтажа
Итак, самодельная ветряная электростанция делается так. Сначала привариваем крестовины ротора к оси (если используется дерево, то его нужно приклеить или монтировать при помощи штифтов). Лопасти соединяются посредством болтов, при этом важно, чтобы до оси от них было одинаковое расстояние. После сборки барабана места стыков нужно обработать при помощи густой масляной краски. Теперь создаем станину: для этого нам нужны металлические или на которые затем мы монтируем шарикоподшипники. Перекосов следует избегать, поскольку ротор будет медленно вращаться. Теперь мы ветряную станцию опять покрываем краской, а на нижнем конце оси крепим шкивы разного диаметра. Перекидываем ремень через шкив и подсоединяем его к генератору тока, например, автомобильному. Подобная ветроэнергетическая установка рассчитана на скорость ветра примерно 9-10 м/с при выработке мощности в 800 Вт.
Ветряная мельница для дома
Чтобы обеспечить бытовые потребности в электрической энергии максимально полноценно, мощность ветряной мельницы для средней семьи из четырех человек должна составлять не меньше 10 кВт. В таких ситуациях целесообразно установить целую систему, в состав которой входят несколько ветряков, вырабатывающих небольшую мощность. Энергия в них аккумулируется на общей батарее, при этом, если необходимо, можно установить еще дополнительные генераторы, а также увеличить количество и емкость батарей.
Чтобы энергоснабжение объекта было стабильным и не зависело от внешних причин, специалисты рекомендуют создать автономный энергетический комплекс. Он будет включать в себя ветряную электростанцию, а также резервные источники энергоснабжения в виде дизельного и бензинового генераторов, а также солнечных батарей. Если сила ветра будет достаточной, а энергия будет вырабатываться в нужном количестве, то дизельную установку можно и отключить. Если вдруг силы, которая будет производиться ветряной мельницей, не будет хватать, то автоматически запустится резервный источник электроснабжения.
Как достичь эффективности?
Чтобы установленная ветряная станция была монтирована правильно и приносила желаемые плоды, нужно соблюсти несколько условий.
- Ветер в местности должен быть стабильным практически в течение всего года.
- На объекте должно быть достаточно места, чтобы установить ветряк.
- Узнать, разрешают ли местные власти подобные установки.
Кроме того, целесообразно использовать подобные системы, если вы тратите на электроэнергию слишком много средств, а возможности подключиться к питающей сети просто нет. Еще нужно готовиться к тому, что придется потратить на ветряную установку немало средств. Зато вы получите экологически чистую неисчерпаемую энергию.
Неисчерпаемая энергия, которую несут с собой воздушные массы, всегда привлекала внимание людей. Наши прадеды научились запрягать ветер в паруса и колеса ветряных мельниц, после чего он два столетия бесцельно носился по необозримым просторам Земли.
Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.
Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.
Что такое ветрогенератор?
Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.
Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).
Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.
Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.
В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.
Основные виды ветрогенераторов и их особенности
Существует две разновидности ветрогенераторов:
- С горизонтальным расположением ротора.
- С вертикальным ротором.
Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).
Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).
К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов. Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.
Роторные колеса вертикальных ветряков
Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.
Как рассчитать и подобрать ветрогенератор?
Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем. Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.
Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.
Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.
Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт. При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.
Выбор ветрогенератора. Ориентировочные цены
Цены на вертикальные отечественные ветрогенераторы мощностью 1,5-2,0 кВт находятся в диапазоне от 90 до 110 тысяч рублей. Комплектация при такой цене включает только генератор с лопастями, без мачты и дополнительного оборудования (контроллер, инвертор, кабель, аккумуляторы). Полнокомплектная электростанция вместе с монтажом обойдется дороже на 40-60%.
Стоимость более мощных ветроустановок (3-5 кВт) составляет от 350 до 450 тысяч рублей (с дополнительным оборудованием и монтажными работами).
Ветряк своими руками. Забава или реальная экономия?
Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.
Генератор
Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.
В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.
Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.
В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров. С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.
Мотор-колесо – готовый генератор для самодельной ветряной электростанции
Винт
Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.
Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.
Самодельные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения работают от пропеллерного винта. Домашние умельцы собирают его из труб ПВХ диаметром 160-250 мм. Монтаж лопастей выполняется на круглой стальной пластине с посадочным отверстием для вала генератора.
Устройство, принцип работы и эксплуатация ветряных электростанций
Кто-нибудь из вас сможет объяснить, что за явление ветер? Наверное, нет. Однако все знают, что это такое. С физической точки зрения, ветер является сложным природным процессом. Сложно представить, но в последнее время ветер оценивается и с экономической точки зрения. Причём интерес к использованию энергии ветра постоянно увеличивается. Ветряная энергия дешёвая и возобновляется. Благодаря этому ветер стал привлекателен с точки зрения строительства станций, его использующих. К категории возобновляемых источников энергии относятся течение воды, приливы и отливы, солнечное излучение. Энергия ветра используется в ветряных электростанциях и имеет свои особенности. Ветер сегодня используется в первую очередь для получения электроэнергии. Здесь стоит отметить, что ветряная электроэнергия дороже той, которая вырабатывается на атомных, тепловых или гидростанциях. Однако в ряде регионов с сильными ветрами хорошо использовать ветряки в сочетании с традиционными источниками энергии. А также ветряные электростанции пригодятся там, где нет централизованных электросетей.
Энергия ветра использовалась ещё в древнем Вавилоне за несколько тысяч лет до нашей эры. Этот древний город находился на пике развития в шестом веке д. н. э. И в этот период было сделано немало значимых открытий. К примеру, появился аппарат для осушения болот. Крестьяне в Древнем Египте использовали энергию ветра в мельницах для помола муки. Между тем в древнем Китае воду с рисовых полей откачивали механизированными устройствами с лопастями, вращаемыми ветром. На европейском континенте первые механизмы, работающие от ветряной энергии, появились в XII столетии нашей эры.
При этом настоящий рывок в использовании энергии ветра произошёл только в прошлом веке. Появились ветряные электростанции, в которых ветер не просто вращал лопасти, а вырабатывал электричество, необходимое для работы самых разных устройств. Благодаря этому популярность «ветряков» резко возросла. Они стали появляться около частных домов и промышленных объектов. После этого вышло уже несколько поколения ветряных станций. В первую очередь они стали появляться в прибрежных районах, где дует сильный ветер. Давайте, рассмотрим, что же представляют собой ветряные электростанции.
Принцип работы и конструкция
Ветряная электростанция имеет достаточно простой принцип работы. Ветер вращает ротор с лопастями, который подключён к валу генератора. В некоторых случаях он подключается напрямую, но чаще через систему передач. Сегодня также существуют конструкции ветрогенераторов, где ветер не вращает лопасти, а давит на тарелку с поршнем. Объём вырабатываемой электроэнергии в ветряной электростанции зависит от диаметра лопастей и скорости вращения ветра.
Чем сильнее ветер крутит лопасти, тем больше будет вырабатываемое электричество. Но выработка электричества зависит не только скорости ветра. Высота, на которую подвешивается ветрогенератор, также оказывает большое влияние. Ближе к земле сила ветра снижается, а скорость становится медленнее, поскольку мешают элементы ландшафта. Поэтому ветряное колесо должно устанавливаться, как можно выше.
Существуют 3 основных разновидности ветряных электростанций:
- Пропеллерные;
- Барабанные;
- Карусельные.
В пропеллерных установках вал находится в горизонтальном положении относительно ветра. У них имеется специальный стабилизатор, находящийся на оборотной стороне ветрового колеса. Он служит для перемещения конструкции по ходу ветра. Такой вариант является наиболее экономичным из всех ветряных электростанций. Скорость вращения в этих установках зависит от числа лопастей. В большинстве случаев из 3. КПД пропеллерных электростанций составляет 48%.
В случае барабанных и карусельных ветряных электростанций вал с лопастями находится в вертикальной плоскости. Этот тип установок используют в тех случаях, когда неважно направление ветра. Вращающий момент у таких аппаратов больше, чем у пропеллерных установок. Но КПД ниже (10─15%). С одной стороны всё выглядит неплохо, но с другой, работа ветрогенераторов сильно зависит от внешних факторов, на которые мы не можем повлиять.
Основной проблемой является непостоянство ветра. Поэтому в своей работе ветряные электростанции обязательно должна учитывать этот фактор. Поэтому кроме самого ветрогенератора в их составе есть аккумуляторы для накопления энергии, инвертор для управления их зарядом, а также инвертор для преобразования напряжения. То есть, практически все те же вспомогательные компоненты, что и в гелиосистемах.
Проблема при эксплуатации ветряных электростанций также заключается в том, что слишком сильный ветер может вывести установку из строя.
Но, несмотря на это, ветряные установки выгодно использовать для получения электроэнергии в некоторых регионах нашей планеты. При этом идеальным вариантом является тот, когда ветрогенератор функционирует в связке с бытовой электросетью или топливным генератором. Тогда электричество будет постоянно, даже когда на улице штиль. Немало случаев, когда ветряки используют вместе с солнечными батареями.
Развитие ветряной энергетики в мире и в России
Лидерами по строительству ветряных электростанций являются развитые страны. Впереди планеты всей Германия и в целом европейские страны. Ветряные электростанции есть в скандинавских странах и в южной Европе. В азиатском регионе лидером по использовании энергии ветра является Китай. У них многие проекты по строительству зданий предусматривают монтаж в них ветряных генераторов.
В Америке как Южной, так и Северной уже несколько десятилетий ветряные электростанции используются для обеспечения электричеством жилых домов и фермерских хозяйств. Здесь им удалось потеснить традиционные источники энергии. В США получают примерно 1/5 всей ветряной энергии на планете.
В России последние годы тоже идёт процесс строительства ветряных электростанций. Можно отметить несколько регионов, где они построены:
- Башкортостан (станция Тюлкильды);
- Калмыкия (Калмыцкая ВЭС);
- Калининградская область (Зеленоградская ветряная станция);
- Крым. На полуострове есть 5 станций, из которых очень крупные;
- Мурманск;
- Республика Саха-Якутия.
Производители и цены
Основными поставщиками ветряных электростанций на рынке являются компании из европейских стран и США.
- Германия. Сименс, Repower, Enercon (второй производитель в мире по объёмам производства), Nordex;
- Дания. Vestas (один из лидеров рынка);
- Испания. Фирмы Gamesa и Ecotechnia;
- США. GeneralElectric;
- Индия (Suzlon);
- Япония. Митсубиси.
Большинство из этих производителей выпускают ветряные электростанции мощностью от 500 до 6 тысяч киловатт.
В нашей стране можно выделить несколько следующих производителей ветряных электростанций:
- ООО «Ветро Свет»;
- ООО «Сапсан-Энергия»;
- «ЛМВ Ветроэнергетика»;
- ООО «СКБ Искра»;
- ООО «ЭнерджиВинд».
Небольшой объём оборудования для преобразования энергии ветра выпускается на заводах военно-промышленного комплекса.
Примерные цены на ветряные электростанции вы можете посмотреть в таблице ниже.
| Мощность, кВт | Напряжение на выходе, Вольт | Сфера использования | Цена, тыс. руб. |
|---|---|---|---|
| Мощность, кВт | Напряжение на выходе, Вольт | Сфера использования | Цена, тыс. руб. |
| 3 | 48 | Основной или вспомогательный источник питания в небольших домах | 90-100 |
| 5 | 120 | Основной или вспомогательный источник питания в больших коттеджах | 230-250 |
| 10 | 240 | Может использоваться для обеспечения энергией небольших фермерских хозяйств, супермаркетов | 400-450 |
| 20 | 240 | Может обеспечить электричеством небольшую насосную станцию | 700-800 |
| 30 | 240 | Такой агрегат может обеспечить электричеством пятиэтажный дом | 900-1000 |
| 50 | 380 | Используется на промышленных объектах | 3000-3500 |
Ветряные электростанции (ВЭС) представляет собой несколько ветроэлектрических установок, которые собраны в едином месте и объединены в одну сеть.
С применением энергии ветра люди знакомы еще с древних времен. Сегодня использование ветра подразумевает получение электроэнергии. ВЭС возводят в местах с высокой скоростью ветра. Заранее нужно провести исследование местности. Обычных метеорологических данных будет мало для сооружения ВЭС. Необходимо в течение нескольких лет изучать скорость и направление ветра. Ветряные электростанции устанавливают на холмах или возвышенностях, а генераторы- на башнях, высота которых от тридцати до шестидесяти метров. Особое внимание уделяется деревьям и кустарникам, которые могут оказать влияние на ветер.
Конструкция ветряной электростанции состоит из генератора, выпрямительного приспособления, аккумуляторной батареи и инвертора.
Существует 6 типов ветряных электростанций:
1) Наземная;
Наземный тип ветряных электростанция на сегодня является самым востребованным. Для сооружения требуется дорога до строительной площадки и подъёмная техника.
2) Прибрежная;
Прибрежная ВЭС строится недалеко от берега моря либо океана. На побережье дует бриз, который движется с воды на сушу.
3) Шельфовая;
Шельфовые ВЭС сооружают на море, приблизительно 10-50 метров от моря. Преимущество таких конструкций в том, что с берега они еле видны, а также они весьма эффективны, поскольку на море постоянно дует ветер.
4) Плавающая;
Плавающие устанавливают прямо в море глубиной сто метров. Высота стальной башни- 65 метров.
5) Парящая;
Парящие ВЭС расположены высоко над землей.
6) Горная.
Горная, соответственно, в горной местности.
В целом отметим, что проектирование и установка ветровой электростанции требует не только тщательного и долгого изучения климата местности, но и больших денежных затрат. Такая электроэнергия стоит дорого благодаря тому, что она получена из чистого источника. Также высокая стоимость обусловлена большими затратами на необходимое оборудование для строительства. Немалых денег требует и обслуживание ветряных электростанций в зависимости от их типа.
