Является ли источником электрического тока ветряной генератор. Ветряные электростанции

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.

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 .

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:

Ротор с лопастями (в зависимости от модели, ветрогенераторы делятся на двухлопастные, трёхлопастные и многолопастные).
Редуктор, проще говоря, коробка передач. Его задача заключается в регулировании скорости между ротором и генератором.
Защитный кожух - его название говорит само за себя, он предназначен для защиты всех составляющих деталей ветряной электростанции от внешнего воздействия.
«Хвост» ветряной установки - нужен для поворота конструкции по направлению ветра.
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.
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:

По направлению оси вращения лопастей (делят на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные более устойчивы к внешним условиям, но у них меньшая выработка электроэнергии) .
По количеству лопастей (в этом случае ветрогенераторы бывают двух-, трёх- и многолопастные).
По использованному материалу (выделяют с жёсткими и парусными лопастями. Основное отличие в том, что парусные стоят дешевле, но они менее прочны);
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.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества ветрогенераторов:

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

Основные недостатки ветряной электростанции:

В определенных режимах или при неправильной установке мачты , ветрогенератор может издавать инфразвук.
Высокая мачта обязательно требует заземления.
Необходимость регулярной профилактики.
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.

Обозначения, которые необходимо знать при использовании формулы:

AEO - электроэнергия, которую вы используете за год.
D – диаметр ротора, который обозначается в метрах.
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:

Вблизи вашей установки не должно быть деревьев , разнообразных построек и прочего, что могло бы помешать максимальной продуктивности работы вашего генератора.
Лучше всего установить ветрогенератор на специально сооружённую конструкцию , которая должна быть на пару метров выше, чем преграды расположенные на расстоянии как минимум 200 метров.
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:

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.
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.
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.
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.
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.
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:

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.
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.
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.

Полезные ископаемые, добываемые из недр земли и используемые человечеством в качестве энергоресурсов, к сожалению, не безграничны. С каждым годом их стоимость увеличивается, что объясняется сокращением уровня добычи. Альтернативным и набирающим обороты вариантом энергоснабжения выступают ветряные электростанции для дома. Они позволяют преобразовывать энергию ветра в переменный ток , что дает возможность обеспечивать все потребности в электричестве любых бытовых приборов. Главное преимущество таких генераторов – это абсолютная экологичность, а также бесплатное пользование электричеством неограниченное количество лет. Какие еще преимущества имеет ветрогенератор для дома, а также особенности его эксплуатации, разберем далее.

Еще древние люди заметили, что ветер может стать отличным помощником в осуществлении множества работ. Ветряные мельницы, позволявшие превращать зерно в муку, не затрачивая собственных сил, стали родоначальниками первых ветрогенераторов.

Ветряные электростанции состоят из определенного количества генераторов, способных получать, преобразовывать и накапливать энергию ветра в переменный ток. Они вполне могут обеспечить целый дом электроэнергией, которая берется из ниоткуда.

Однако, нужно сказать, что затраты на оборудование и их обслуживание не всегда дешевле , нежели стоимость центральных электросетей.

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.

Основные конструктивные элементы

Простота возведения электростанции объясняется примитивностью конструктивных элементов.

Чтобы пользоваться энергией ветра, потребуются такие детали :

ветряные лопасти – захватывают поток ветра, передавая импульс ветрогенератору;
ветрогенератор и контроллер – способствуют преобразованию импульса в постоянный ток;
аккумулятор – накапливает энергию;
инвертор – помогает преобразовывать постоянный ток в переменный.

Использовать силу ветра в своих интересах человечество научилось давно. Если на заре прогресса люди не имели представления о массовом перемещении воздуха по земной поверхности, то использовать силу ветра в качестве тягловой силы научились сразу же с появлением первых кораблей. Логичным продолжением дела использования ветра на благо человека стали ветряные мельницы.

Следующий виток заинтересованности в контроле над воздушными массами и приспособлении их к служению человеку произошел на стыке XIX и XX веков. Тогда появился инструмент, преобразующий силу ветра в энергию, то есть ветряная электростанция. Как и во все времена, поводом к ее созданию послужило стремление экономить. В данном случае традиционные топливные ресурсы, которые, оставаясь популярными, постоянно росли в цене.

С расцветом промышленности ветряные мельницы постоянно модифицировались и к XXI веку приобрели тот узнаваемый вид, который безошибочно отличит от прочих агрегатов даже ребенок.

Но узнать что-либо по внешнему виду – это одно, а понять, как это работает, – совсем другое. Восполним этот пробел.

Принцип действия ветряной электростанции

Ветряная , или инвертор, имеет принцип действия, идентичный с другими ветровыми установками: сила ветра вращает лопасти ветряного колеса, которое передает крутящий момент на вал генератора посредством системы передач. В зависимости от конструкции энергия ветра передается также на электрогенератор или водяной насос.

Знакомый с основами физики человек без труда сообразит, что количество вырабатываемой энергии прямо пропорционально величине диаметра ветрового колеса и размеру его лопастей. Чем больше ветра одновременно будет воздействовать на лопасть, тем сильнее происходит отдача в виде электроэнергии.

Одними размерами решение вопроса получения максимальной отдачи не ограничивается. Воздушные потоки на разной высоте ведут себя неодинаково. Вблизи земли их сила снижается, и скорость замедляется из-за с ландшафта, тормозящего перемещение ветра. Чем выше находится ветряное колесо, тем мощнее поток воздуха, попадающий на него.

Конструкция ветровых электростанций

Ошибочно было бы полагать, что внешне инвертор выглядит исключительно как ветряная мельница на менее обширном основании. В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС:

пропеллерные. Вращающийся вал в данном случае расположен горизонтально относительно направления ветра. Лопасть-стабилизатор с обратной стороны ветрового колеса позволяет всей конструкции перемещать его по направлению ветра. Самый экономичный из всех разновидностей ВЭС. Скорость вращения таких агрегатов обратно пропорциональна количеству лопастей, поэтому оптимальное их число – три штуки. Имеют самый высокий КПД (0,48) энергии ветра;
барабанные;
карусельные.

В обоих случаях вал, вращающий лопасти, расположен вертикально. Данный тип инверторов монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).

У таких электростанций вращающий момент существенно выше пропеллерных. КПД колеблется в диапазоне от 0,10 до 0,15.

Массовое применение инверторов в настоящее время является панацеей сразу от нескольких современных болезней цивилизации (о них чуть ниже). В то же время работа ветряных электростанций зависит от множества факторов, на которые человек повлиять не в состоянии.

Проблемы, связанные с работой ветровых электростанций

Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра . Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести инверторы из строя.

Вывод можно сделать только один: за достижение колоссального экономического эффекта от использования воздушных потоков человечество платит зависимостью от их капризов, труднопрогнозируемых и совершенно непредсказуемых по времени. Напрашивается вопрос о целесообразности их использования и монтажа вообще. Зачем людям такой недобросовестный и непунктуальный помощник, к тому же еще и дикий? Ответ заключен в истории цивилизации, которая уже давно просчитала все.

Выгоды и недостатки ветряных электростанций

Достоинства ВЭС

Простота конструкции.
Несложный по строению агрегат способен эксплуатироваться людьми без специального образования. Принцип действия понятен всем освоившим курс физики на уровне школы. Вопросов по работе не возникнет.
Возобновляемость (неиссякаемость) источника энергии.
Получение электроэнергии посредством использования био- или синтетического топлива зависит от наличия этого самого топлива. Малейшие перебои с поставками делают все ТЭЦ бесполезными. Ветер же повсеместно и постоянно напоминает о своем присутствии. Он исчезнет только вместе с воздухом.
Экономичность.
Получение электроэнергии подобным способом является наглядным пособием мечты каждого бизнесмена – получение максимальной прибыли с минимальными вложениями. Мощность одной ВЭС колеблется в диапазоне от 10 до 1000 Вт и эти параметры зависят только от делового чутья ее собственника.
Безальтернативность в особенных случаях.
Районов, не освоенных человеком, на планете практически не осталось, чего нельзя сказать о снабжении этих мест всем необходимым (в первую очередь – энергией). Труднопроходимые горные участки, тайга, Заполярье или пустыня – всюду доставка электроэнергии обычными способами растянется на месяцы, если не годы. Наличие ветряных электростанций решает эту проблему раз и навсегда.
Экологичность.
Любое производство, основанное на переработке топлива в энергию, выбрасывает в атмосферу огромные объемы вредных здоровью примесей. Бичом нашей планеты на протяжении многих лет является возникновение парниковых зон, уничтожающих все живое. Инверторы же не ухудшают экологию и способствуют поддержанию климата и здоровья человека.
Доступность.
Ветер дует везде. Он может иметь разные величины значения относительно уровня моря или иных параметров. Но одно остается неизменным – он есть.
Компактность.
Инверторы имеют небольшой вес. Их легко транспортировать и монтировать как вдали от цивилизации, так и буквально среди урбанистических центров крупнейших мегаполисов, где идет яростная борьба за каждый свободный квадратный метр площади.
Независимость внешняя и внутренняя.
Как бы смешно ни звучало на первый взгляд, наличие развитой сети ветряных электростанций служит снижению зависимости небольших государств от монополистов нефтегазового рынка. Если спроецировать ситуацию на меньший масштаб, то при эксплуатации ВЭС для собственных бытовых нужд хозяин такой ветроустановки менее подвержен риску изменения своего бюджета из-за роста цен на топливо.

Недостатки ВЭС

Недостатки ветровых электростанций носят больше субъективный, нежели объективный характер, тем не менее их нужно учитывать в каждом конкретном случае монтажа установок.

Зависимость от ветра.
Ветер иногда может отсутствовать, или его сила будет недостаточна. Это приведет к полной остановке подачи электричества и к связанным с этим проблемам.
Стартовая стоимость.
Оборудование ВЭС стоит денег, и одномоментная перестройка хозяйства под получение электричества из воздуха затратна. Помимо самих станций, требуются накопители энергии – аккумуляторы, которые имеют ограниченный срок эксплуатации.
Шум вблизи жилых объектов.
Шум присутствует вблизи домов, но он создает дискомфорт только в случае одновременной работы большого количества ВЭС. В основном шумят мощные электростанции.
Изменение природного ландшафта.
С точки зрения эстетики, конечно, обилие мачт с вращающимися лопастями не добавляет красоты окружающей природе. Вопрос в том, что внешне уродует природу сильнее.
Радио- и телепомехи.
Случаи препятствий работе теле- и радиоприемников зафиксированы, их статистика постоянно изучается.
Большие площади.
Если установка компактных ВЭС выгодна в городе, полностью заменить биотопливо в сельской местности возможно лишь в случае массового использования инверторов. Для этого необходима их установка в больших количествах, что приводит к использованию больших площадей.

Как видно из предоставленной информации, существенных достоинств ветровые электростанции имеют гораздо больше, чем недостатков. Взвесив все, произведя все необходимые расчеты и убедившись в необходимости использования ВЭС, задаешься вопросом, где же взять эти самые ветроустановки.

Производители ветряных электростанций

Основные игроки на этом рынке из Европы. Это Германия (Repower, Siemens, Nordex, Enercon – эта компания занимает второе место в мире), Дания (Vestas – мировой лидер рынка), Испания (Ecotechnia, Gamesa).

В число мировых лидеров также входят США (GeneralElectric) Япония (Mitsubishi), Индия (Suzlon).

Все эти компании производят оборудование, имеющее мощность от 0,5 до 6 000 кВт.

В России одними из крупных частных производителей ВЭС являются ООО «Ветро Свет», ООО «Сапсан-Энергия», «ЛМВ Ветроэнергетика», ООО «СКБ Искра», ООО «ЭнерджиВинд» и др. Также их производство ведется и на промышленных мощностях предприятий ВПК.

Вы хотите знать ?

Если вы любите самые современные решения в интерьере, в том числе и в освещении, то эта вам понравится.

Вам необходимо полностью осмыслить проблему экологии на нашей планете? Полезный материал по ссылке.

География применения ветряных электростанций

Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.

В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.

Северная и Южная Америка повсеместно использует энергию ветра на протяжении десятилетий и в сфере фермерского хозяйства активно вытесняет традиционные виды получения электричества. В США сосредоточена пятая часть всей энергии мира, получаемой из ветра.

В последние годы Россия активно включилась в процесс сооружения ВЭС, и на сегодняшний момент можно говорить о запуске таких заслуживающих внимания объектов, как:

Тюлкильды (Башкортостан).
Калмыцкая ВЭС (Калмыкия).
Зеленоградская ВЭУ (Калининградская область).
Крым. На Крымском полуострове находятся 5 (3 из них – крупнейшие в стране) ВЭС.
Достойны упоминания ВЭС, установленные в Мурманске и Республике Саха.

Выводы, полученные на основании обработки данных, позволяют прогнозировать активный рост использования ВЭС в нашей стране.

Тенденция последних лет по наращиванию мощностей ВЭС неопровержимо наводит на следующие выводы: энергия ветра будет востребована в еще большем объеме, и к этому нужно быть готовым заранее.

Именно поэтому страны мира тратят все больше бюджетных средств. Вложение денег в эту отрасль – гарантия того, что в мире не остановится производство, когда иссякнут природные ресурсы. При использовании ВЕУ отсутствует загрязнение биосферы

– устройства специальной конструкции, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую. С каждым днем они становятся популярнее. Использующие природные, а главное, возобновляемые источники энергии, удобные и простые ветроэлектростанции, так называемые ветряки, являются прекрасной альтернативой традиционным электростанциям, особенно в частных домах.

Использование энергии ветра

Ветряные мельницы, а точнее принцип их действия, были незаслуженно забыты в двадцатых годах прошлого века. Впрочем, силу ветра не использовали и тогда для получения электрической энергии. Она приводила в действие жернова мельниц, использовалась в качестве движителя для парусных судов, позднее запускала насосы для закачки воды в резервуары, то есть превращалась в механическую энергию.

Ветроэнергетика начала стремительно развиваться в конце шестидесятых годов прошлого, XX столетия. В это время стало катастрофически не хватать традиционных энергоносителей, кроме того, они резко поднялись в цене, все острее становились экологические проблемы, связанные с их использованием.

Способствовал использованию альтернативных источников электроэнергии, в том числе силы ветра, и технический прогресс. Появились новые высокопрочные и достаточно легкие материалы, позволяющие возводить башни до 120 м высотой и огромные лопасти.

Ветра, дующие во многих регионах планеты, в состоянии вращать турбины электростанции с достаточной скоростью, чтобы обеспечивать энергией частные дома, небольшие фермы или школы в сельской местности.

Но в любой бочке меда найдется хотя бы одна ложка дегтя. Ветер невозможно подчинить, он не дует всегда, тем более в одном направлении и с одинаковой скоростью. Технический прогресс не стоит на месте. Если сегодня ветряные электростанции для частного дома, вырабатывающие сотни киловатт электроэнергии, уже не являются большой редкостью, то завтра, может быть, повседневностью станут и станции мощностью в десятки мегаватт. Во всяком случае, уже есть ветроэлектростанции, мощность которых составляет 5 мВт и больше.

Преимущества и недостатки ветроэлектростанций

Ветряные электростанции обладают кроме использования бесплатной энергии ветра и независимости от внешних источников электроэнергии еще несколькими весомыми преимуществами. Не существует экологической проблемы хранения и утилизации отходов, да и сам способ получения энергии один из самых экологичных. Не говоря уже о том, как эстетично выглядит ветряк на фоне неба, достоинством его можно считать, что установка может быть как стационарной, так и передвижной.

Кроме того, сегодня уже можно подобрать ВЭС подходящей модели и мощности или использовать установку, сочетающую использование нескольких источников энергии, традиционных и альтернативных. Это может быть дизель- или солнечно-ветряная электростанция.

ВЭС имеют и недостатки. Во-первых, они шумные настолько, что крупные установки в ночное время приходится отключать. Во-вторых, создают зачастую помехи для воздушных сообщений или радиоволн. В-третьих, их нужно размещать на поистине огромных площадях. И есть еще один существенный недостаток лопастных конструкций – их нужно отключать во время массовых сезонных перелетов птиц.

Типы ветроэлектростанций

По функциональности электростанции ветряные можно разделить на стационарные и передвижные, или мобильные. Мощные стационарные установки требуют проведения целого комплекса подготовительных работ, но они в аккумуляторных батареях способны накапливать достаточное для использования в безветренную погоду количество электроэнергии.

Передвижные электростанции проще по конструкции, неприхотливы, их легко устанавливать и просто эксплуатировать. Обычно они используются для питания электроприборов или в путешествиях.

По конструкции различают крыльчатые и роторные ветроэлектростанции.

По месту установки ВЭС бывают:

наземные. Они устанавливаются на возвышенностях и наиболее распространены на сегодняшний день;
прибрежные. Строятся в прибрежной зоне морей и океанов, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры;
оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
плавающие. Они тоже располагаются примерно на таком же расстоянии от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе.

По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые.

Крыльчатые ВЭС

Уже привычными стали крыльчатые ВЭС, которые лидируют на рынке ветроэнергетики. На высокой мечте устанавливается лопастной механизм с горизонтальной осью вращения, преимущественно трехлопастной, и его мощность зависит от размаха лопастей. Максимальной скорости вращения такой агрегат достигает, когда лопасти перпендикулярны ветровому потоку, поэтому в его конструкции предусмотрено устройство автоматического поворота оси вращения в виде крыла стабилизатора на малых и электронной системы управления рысканием на более мощных станциях.

Различаются между собой крыльчатые ветроэлектростанции в основном количеством лопастей. Они могут быть многолопастными, двухлопастными, даже с одной лопастью и противовесом.

Роторные ВЭС

Роторные, или карусельные, электростанции ветряные имеют вертикальную ось вращения и не зависят от направления ветра. Это важное преимущество, если используются приземные рыскающие воздушные потоки. Минусом ВЭС такой конструкции является использование многополюсных генераторов, которые работают на малых оборотах и не имеют широкого распространения.

Эти установки тихоходны и, как следствие, не создают большого шума. Кроме того, их достоинством является простота электрических схем, которые не нарушаются при случайных резких порывах ветра.

Специалисты считают, что роторные ВЭС наиболее перспективны для большой ветроэнергетики. Правда, чтобы раскрутить такую установку, к ней нужно приложить внешнюю энергию. Только когда она достигнет определенных аэродинамических показателей, сама переходит в режим генератора из режима двигателя.

Комбинированная система «ветро-дизель»

Недостаток ветроагрегатов - неравномерная подача электроэнергии – в крупных сетях компенсируется большим количеством установок.

Также компенсировать этот недостаток можно, используя комбинированные системы, в которых есть специальные устройства, распределяющие нагрузки между ветроэнергетической установкой (ВЭУ) и дизелем. Поэтому автономные сети небольшой мощности от 0,5 до 4 МВт в паре с дизелем могут надежно и равномерно функционировать.

Современное оборудование, с помощью которого экономится около 65 % жидкого топлива в год, позволяет всего за несколько секунд при необходимости подключить дизель или отключить его.

Бытовые и промышленные ВЭС

Бытовые ветроэнергетические установки имеют мощность от 250 Вт до 15 кВт, могут работать в комплексе с солнечными батареями, с аккумулятором или без него.

Электроэнергия, вырабатываемая бытовыми ВЭС, достаточно дорогая, но часто бывает, что других ее источников просто нет.

Бытовые ветряные электростанции в России производятся с генератором постоянного тока, который заряжает аккумуляторные батареи емкостью до 800 А/ч. От таких батарей в доме могут работать все бытовые приборы: телевизор, электрочайник и др.

Процесс зарядки батарей после отключения нагрузки может быть достаточно долгим, в зависимости от силы ветра и мощности генератора.

Зарубежные бытовые ВЭС на российском рынке тоже есть, они достаточно дороги, но выдают, как правило, меньше половины номинальной мощности.

Промышленные ВЭС отличаются значительно большей мощностью и объединяются, как правило, в единые сети.

Частные ветряные электростанции в основном имеют мощность от 3 до 5, реже 10 кВт. Если среднегодовая скорость ветра в регионе достигает 3-4 м/с, то такая ВЭС может обеспечить электроэнергией средний загородный дом, СТО или небольшое кафе.

Основные характеристики ВЭС

Номинальная мощность является основным показателем, который характеризует все электростанции, ветряные не исключение. Она определяется мощностью, которую вырабатывает генератор при средней скорости ветра 12 м/с, и зависит от типа станции.

Следующим важным показателем является номинальное напряжение ВЭС, которое вырабатывает генератор. Это может быть как 220 В, так и 12 В, и 24 В.

От мощности турбины зависит электрическая мощность генератора. Поскольку мощность турбины тем выше, чем больше ее диаметр и, следовательно, прочней мачта, то этот показатель важен при выборе и расчете конструкции мачты.

Ветроустановка имеет еще несколько характеристик. Важна ее производительность – это количество электроэнергии, которое устройство вырабатывает в год. Необходимо при выборе ВЭУ знать максимальную скорость ветра, которую выдерживает турбина, и его минимальную (пусковую) скорость, при которой она начинает вращаться. Играют роль при выборе и частота вращения турбины, и количество лопастей.

Принцип работы и устройство ВЭС

На ветряной электростанции поток воздуха вращает колесо с лопастями, с которого крутящий момент передается на другие механизмы. Чем больше размеры колеса, тем больший поток воздуха оно захватывает и, следовательно, быстрее вращается.

Если говорить языком физики, линейная скорость ветра преобразовывается в угловую скорость вращения оси генератора, который, в свою очередь, преобразовывает вращательное движение в электрическую энергию, передавая ее через контроллер на аккумуляторы. На выходе из устройства электроэнергия уже пригодна к бытовому использованию.

То есть, малая электростанция ветровая состоит из турбины, лопастей, хвоста (поворотного механизма), мачты с тросами-растяжками, аккумуляторов, контроллера их заряда и инвертора, который преобразовывает напряжение 12 В в 220 В.

Кроме этих устройств промышленная ВЭС содержит еще системы слежения за направлением ветра и его скоростью, состоянием ветрогенератора и защиты от грозовых разрядов. Кроме того, с нагрузками большего масштаба мачта не справляется, и ее заменяют башней, в которой располагается все дополнительное оборудование.

Проектирование ВЭС

Главный показатель, который позволяет принять решение об использовании ветроэлектростанции, - это среднегодовая скорость ветра, которая должна быть не меньше 5 м/с. Правда, сегодня уже существуют легкоразгоняемые ВЭС, предназначенные для электроснабжения частных домовладений, которые начинают работу с минимальной скорости воздушного потока в 3,5 м/с.

Для определения этого показателя используются специальные карты ветров.

В различных климатических зонах России были проведены измерения скорости ветра, чтобы определить, насколько эффективны там ветровые электростанции. Ветряные установки и станции уже действуют в Калининградской области, на Командорских островах, в Мурманске, Республике Саха (Якутии), в Башкортостане.

Принимая решение об установке ветроэнергетической установки или частной ВЭС, стоит для начала обратиться к специалистам, чтобы провести исследования направления и силы ветра с помощью анемометров и построить карты доступности его энергии. По этим данным рассчитывается и разрабатывается проект ВЭУ или станции из нескольких установок, ее технические и геометрические параметры.

Промышленную ВЭС достаточно большой мощности без инвесторов не построить, а грамотно выполненные расчеты и составленный проект позволят определить срок окупаемости проекта и привлечь дополнительные финансы.

Частные ветряные электростанции

По существенно заниженным данным статистики, не учитывающим отдельно стоящие удаленные здания и сооружения, около 30 % частных хозяйств в сельской местности, куда прокладка электрических сетей невозможна по экономическим причинам, не имеют электроснабжения. Не везде даже стоят генераторы на жидком топливе. И это в XXI веке!

Исследования показали, что ветроэнергетические станции различной мощности можно устанавливать во многих районах севера и Крайнего Севера, на Сахалине и Камчатке, в Нижнем Поволжье, Сибири, Карелии и на Северном Кавказе.

На выбор установки влияют потребности заказчика. Если нужно обеспечить работу сельхозтехники, с такой задачей справится маломощный ветрогенератор. Если же нужно электрифицировать целое здание, наладить уличное освещение, обеспечить отопление дома, нужно выполнять проект ветряной электростанции.

Кроме среднемесячной скорости ветра и его направления нужно рассчитать среднемесячное потребление и пиковую нагрузку электроэнергии. Такие расчеты при желании несложно выполнить самостоятельно.

Существует еще один показатель, который влияет на стоимость оборудования и монтажа ВЭУ. Это высота мачты. Чем сооружение выше, тем больше скорость ветра и тем дороже оно обходится. Оптимальной, по утверждению специалистов, является высота мачты на 10 большая, чем самое высокое дерево или здание в радиусе 100 м.

Ветряная электростанция своими руками

Для работы электронасоса, телевизора, освещения или других маломощных электроприборов на дачном участке ветроэнергетическую установку можно сделать собственноручно, если есть некоторые познания в электротехнике.

Сегодня в Европе растут капиталовложения в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников.

Конструкция ветроэлектростанций постоянно совершенствуется, улучшаются аэродинамические и электрические показатели, снижаются потери.

Ветряные электростанции для дома, по оценкам экономистов, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.