≡× МЕНЮ

• Отопление
• Видеонаблюдение
• Коммуникации
• Связь
• Вентиляция

Ветряные электростанции для частного дома: особенности и характеристика. Автономный свет в умном доме с помощью ветряной электростанции Установка ветряных источников энергии

С давних пор люди догадались о возможности преобразования энергии ветра в механическую энергию. Самим ярким примером может служить ветровая мельница. Ветер вращал лопасти и, посредством несложного механизма, энергия передавалась на ось с вращающимися жерновами. Этот нехитрый механизм позволял перемалывать зерно без особых усилий.

Но затем, появились паровые машины, дизельные и бензиновые двигатели, и о возможности использования энергии ветра, стали забывать.

Но после Второй Мировой войны, в период энергетического кризиса, цены на горючее и энергию подскочили, ученные стали бить тревогу об экологической безопасности планеты, и тогда, идея использования энергии ветра, обрела «второе дыхание». В этой подборке собраны фотографии разных типов ветряных электростанций.

Выгодно ли использование альтернативных источников энергии?

На данный момент стоимость «чистой энергии», в разы превышает стоимость энергии, полученной традиционными методами. (Конечно, сама энергия получается нами бесплатно, но начальные вложения в покупку и установку электростанции очень большие!).

То есть если у вас есть выбор между подключением к поставщику электроэнергии и установкой ветряной электростанции, то рентабельнее будет первый вариант. С другой стороны, если ваш объект размещается вдалеке от линий электропередач и присоединение к ним потребует больших затрат, тогда разумнее будет построить свою ветряную электростанцию для дома.

Но обязательно добавьте еще один, независимый источник энергии (дизельный генератор, солнечные панели)! На случай безветренной погоды или поломки «ветряка», у вас всегда должен быть запасной вариант.

Виды ветряных электростанций, принцип работы

Ветровые электростанции – это группа механизмов, необходимых для улавливания потоков сильного ветра и преобразования механической энергии в электрическую. Различают сотни видов электростанций, использующих силу ветра. Их разделяют по мощности, местоположению, назначению…

Чаще всего используют маленькие установки мощностью в несколько киловатт, но бывают и огромные конструкции вырабатывающие мегаватты энергии. В некоторых европейских странах устраивают целые «фермы» ветровиков. Они производят около 8% всей потребляемой страной энергии.

Для успешного функционирования ветряной электростанции необходимо наличие постоянных и сильных воздушных потоков. Поэтому ветровики размещают на возвышенностях или у больших водоемов.

Возможна ли установка ветровой электростанции возле дома?

Да, теоретически это возможно, но прежде необходимо решить ряд вопросов:

Масса конструкции. Даже самые маленькие ветряные электростанции имеют вес несколько тонн. Для такой установки требуется большой и добротный фундамент. Иначе конструкция перекосится или начнет «проседать».

Цена вопроса. Стоимость самой маленькой установки на 2 kWt – не менее тысячи евро! Начальные вложения будут очень большие.

Трудности при монтаже. «Ветряки» имеют большую массу и размеры. Для их монтажа понадобится спец. техника (манипуляторы, грузовые краны).

Шумовое загрязнение. Вращающиеся лопасти издают характерный свист. Поэтому законодательно запрещена эксплуатация «ветряков» в ночное время вблизи населенных пунктов.

Отсутствие постоянного ветра. Надо понимать, что ветряная электростанция будет производить электроэнергию только при благоприятных погодных условиях. Поэтому нужно иметь резервный источник энергии (солнечные батареи, дизельный или бензиновый генератор).

Бюрократические преграды. Для получения разрешения на строительство ветряной электростанции и выработку собственной электроэнергии, может понадобится долгое время. В европейском законодательстве предусмотрены льготы для граждан, использующих альтернативную энергию.

В нашей стране не предусмотрены такие льготы. И из-за путаницы в законах, зачастую очень тяжело получить разрешение на установку и пользование ветряной электростанцией.

Конечно, такие сложности могут заставить отказаться от приобретения и использования ветряной установки, но не стоит забывать и о преимуществах «ветряков».

Экономичность. Потратив однажды деньги на покупку и установку электростанции, вы получите большое количество бесплатной энергии, которая оправдает вашу покупку уже через несколько лет. В связи с этим вспоминается выражение: «бросать деньги на ветер». Только в нашем случае все происходит наоборот. Ветер приносит нам денежную выгоду.

Независимость от поставщика электроэнергии. Вам не нужно будет проводить к дому ЛЭП, не нужно будет оплачивать возрастающие тарифы.

Экологичность данного вида энергии. В процессе производства энергии, ветровые установки не выделяют ничего в атмосферу.

Автономность установки. Ветряные электростанции почти не требуют технического обслуживания. Большинство процессов автоматизировано. Необходим лишь небольшой контроль, время от времени.

Мы надеемся, что наша статья была интересной и полезной для вас. Что она помогла вам разобраться с основными видами ветряных электростанций, понять принцип их функционирования, оценить все преимущества и недостатки данного вида энергии и возможно даже побудила вас перейти на использование экологически чистой и возобновляемой энергии!

Фото ветряных электростанций

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.

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:

1. Ротор с лопастями (в зависимости от модели, ветрогенераторы делятся на двухлопастные, трёхлопастные и многолопастные).
2. Редуктор, проще говоря, коробка передач. Его задача заключается в регулировании скорости между ротором и генератором.
3. Защитный кожух - его название говорит само за себя, он предназначен для защиты всех составляющих деталей ветряной электростанции от внешнего воздействия.
4. «Хвост» ветряной установки - нужен для поворота конструкции по направлению ветра.
5. Аккумуляторная батарея – её основной целью является накопление электроэнергии. Связано с тем, что погодные условия не всегда благоприятны для ветряной электростанции, а с помощью этой составляющей сохраняется определённый запас энергии.
6. Инверторная установка – предназначена для преобразования постоянного тока в переменный. Это нужно для обеспечения работы домашних электроприборов.

Типы и принцип работы

Ветряные электростанции делят на типы по следующим четырём критериям:

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

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

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

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

Преимущества и недостатки

Основные преимущества ветрогенераторов:

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

Основные недостатки ветряной электростанции:

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

Выбор размера и места для размещения

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

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

Обозначения, которые необходимо знать при использовании формулы:

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

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

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

При размещении ветрогенератора, вам стоит учитывать следующие факторы:

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

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

Обзор цен

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

Более детально о соотношении цен и видах генераторов:

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

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

Эффективность и окупаемость

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

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

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

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

Среди положительных сторон установки стоит отметить следующие:

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

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

С использованием энергии ветра человечество знакомо с незапамятных времен. Когда-то неизвестный изобретатель приладил парус к неказистому плавучему средству, и с его помощью через столетия вся Земля была обследована пытливыми мореплавателями. Ветряные мельницы даже в наше время во многих странах исправно служат человеку.

Но сегодня использование ветра подразумевает, прежде всего, получение электроэнергии. Попытаемся разобраться, насколько это просто, дешево и удобно. Для тех, кто хочет сразу услышать итог, вывод: ветряная электроэнергия никогда не станет дешевле энергии, полученной из других источников: тепловых, атомных или гидроэлектростанций.

Поэтому заниматься ветряными электростанциями для дома имеет смысл только тем, у кого руки чешутся приспособить доставшийся «по случаю» готовый генератор, или энтузиастам экологически чистой энергии, фанатично желающим спасти планету от экологической катастрофы. Других причин использовать ветряную энергию при подведенном питании от внешних электрических сетей просто не придумаешь.

Для начала немного сведений о возможностях использования энергии ветра. При воздействии ветра на лопасти турбины, эффективность отбора энергии (КПД) не может превышать 59%. Это значение получили в своих работах ряд ученых (Ланчестер, Бец, Жуковский) еще в 1920 г. С тех пор оно известно как «предел Беца».

Есть ли смысл считать КПД ветряного генератора , если он приводится в действие дармовым источником неограниченной мощности? Конечно, есть! Зная КПД преобразования, можно оценить необходимую мощность электростанции, а затем - насколько похудеет ваш кошелек после ее приобретения.

Предельная мощность, которую можно «отнять» у ветра, равна площади, на которую он воздействует (площадь обмаха пропеллера), умноженной на скорость ветра в кубе и на упомянутый выше КПД, равный 0,6. Выразив все величины в системе СИ, получим, что 1м2 турбины при скорости ветра 2 м/сек отбирает мощность аж...4,8 Вт. При скорости ветра 8 м/сек (номинальная скорость большинства ветряных генераторов), отбор с единицы площади возрастет до 307 Вт.

Теперь информация к размышлению: реальный КПД для домашних установок нужно брать не более 0,3. Время работы ветряных электростанций при оптимальной скорости ветра колеблется от 10 до 15% в год в климатических условиях стран СНГ.

Поэтому полученную из формулы мощность ветряной электростанции необходимо увеличить еще в 4-5 раз. На практике рекомендуют устанавливать ветряную электростанцию, ориентируясь не столько на технические показатели, сколько на финансовые возможности, по принципу: «Чем больше, тем лучше». С мечтой установить мощную и, одновременно, компактную установку необходимо сразу расстаться. Одно другому противоречит в принципе.

Конструкция ветряной электростанции, в общем случае, состоит из генератора, выпрямительного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора для преобразования напряжения в привычное значение 220В. Контроль и управление всеми блоками и элементами электростанции выполняет микропроцессорный контроллер или более простые логические схемы.

Изучая технические характеристики ветряных электростанций , предпочтение необходимо отдавать тем, у которых скорость начала движение ротора, начальная скорость зарядки аккумуляторов и скорость, при которой они выходят на рабочий режим, минимальны. Чем шире диапазон рабочих скоростей ветра, тем больше вероятность получить энергию. Стоимость в этом случае играет вторичную роль: зачем брать установку дешевле, если она в вашем регионе будет работать несколько дней в году?

Теперь пришло время прицениться к продукции фирм, предлагающих готовые комплекты оборудования. О самодельных ветряных электростанциях здесь вообще не будем говорить. Даже лучшие образцы промышленного изготовления имеют КПД не более 30%, а самодельные конструкции из подсобных материалов смогут производить разве что шум.

Все разнообразие конструкций ветряных генераторов можно свести к двум большим группам: с горизонтальным расположением ротора генератора и генераторы с ротором вертикального типа.

Горизонтальные генераторы флюгерного типа обладают более высоким КПД, меньшей материалоемкостью. Но требуют применения мачт большей высоты, имеют сложную механическую часть и неудобны в обслуживании. Станции вертикального типа менее экономичны, они имеют большую материалоемкость, но работают в большем диапазоне скоростей ветра и более компактны.

Рассмотрим по одному образцу из наиболее интересных представителей ветряных электростанций каждой группы. Наибольший интерес из электростанций с горизонтальным расположением ротора представляет безредукторный контурный генератор «Windtronics» .

В нем аэродинамическое сопротивление снижено за счет особой конструкции турбины, в которой на концах лопастей закреплены сильные постоянные магниты, а по ободу смонтировано 68 статорных катушек. При таком решении ротор одновременно является и генератором электрической энергии. Специальные закрылки на лопастях позволяют турбине начать движение при скорости ветра 0,2 м/сек. На сегодня это значение является рекордным для генераторов.

При скорости 0,9 м/сек. турбина начинает вырабатывать электричество. Другие типы генераторов при этих значениях скорости ветра даже не могут сдвинуться с места. Вес изделия около 110 кг, диаметр 1,8 метра, уровень шумов - не более 35 дБ.

Благодаря жесткой конструкции, турбина выдерживает скорость ветра до 62,6 сек. Годовая производительность от 1500 до 2750 кВт/ч электроэнергии. Американской фирмой «Honeywell Wind Turbine» в комплекте с турбиной поставляется вся необходимая электроника, рассчитанная на подключение 2 генераторов или солнечной дополнительной панели. Серьезным и единственным недостатком ветряной электростанции является ее цена - 5750 долларов при номинальной мощности генератора всего 1,5 кВт.

Многообещающим представителем электростанций с генератором вертикального типа можно считать турбины «Eddy» компании «Urban Green Energy» . Генераторы очень компактны, почти бесшумны и могут монтироваться даже в городских условиях. При весе генератора 95 кг он занимает площадь чуть больше 2,5 м2.

Турбину можно смонтировать за час, а служит она до 20 лет. Генератор выдерживает ветровые нагрузки до 193 км/час и вырабатывает, в зависимости от модификации, от 2000 до 4000 кВт/ч энергии в год. Главным недостатком является высокая начальная скорость ветра для турбины - 3,2 м/сек. Информации о стоимости генератора пока нет.

Ветряной генератор «Eddy»

Оригинальная форма турбины, напоминающая лепестки розы, натолкнула архитекторов на идею создать электростанцию в виде дерева, на ветвях которого смонтировано от 3 до 12 турбин, Проект получил название «Power Flowers» - «цветочное дерево» и привлек широкое внимание общественности, создав неплохую рекламу генераторам «Eddy» и фирме UGE.

Ветряная электростанция «Power Flowers» с генераторами «Eddy»

О различных конструкциях и моделях электростанций можно очень долго говорить, но объединяет их одно: очень высокая цена. Из анализа предложений фирм можно вывести некую удельную стоимость 1кВт мощности оборудования. Она составляет приблизительно 2000 долларов без монтажных работ. Добавив еще около 500 долларов на монтаж и наладку, мы получим усредненную величину затрат на оборудование, которое произведет вам 2000-3000кВт/ч электрической энергии за год.

По оценкам специалистов, электроэнергия, полученная от экологически чистых источников, дороже обычной в 3-4 раза. При использовании маломощных ветряных электростанций, стоимость энергии может на порядок (в 10 раз) превышать полученную из традиционных источников. Это связано с большими разовыми затратами на оборудование и работами по установке, наладке и обслуживанию ветряных электростанций.

Для того, что бы скрыть этот факт, часто используют утверждение, что с ростом цены на энергоносители экологически чистые источники станут рентабельными. При этом игнорируется то соображение, что с ростом расценок на энергию будет расти и стоимость оборудования, которое обладают значительной материалоемкостью. И перспектив к сокращению подобной «вилки» не предвидится даже в отдаленном будущем.

Если есть непреодолимое желание установить ветряную электростанцию, то сначала необходимо познакомиться с архивом сводок погоды за несколько последних лет в вашем регионе. Подобная информация сейчас доступна в сети и сразу прояснит реальные возможности по использованию ветровой энергии.

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.