Для чего нужен ветрогенератор
Ветрогенератор, ветровой электрогенератор, ветрогенераторная установка, ветровая электрическая установка (ВЭУ), ветряная электростанция для дома, ветровая электростанция (ВЭС)… Названия – разные, суть – одна: ветровая установка преобразовывает кинетическую энергию движущегося воздуха в электрическую.
Правда, делает она это «грубо» и нестабильно и сильно зависит от скорости ветра и имеет скачки напряжения на выходе.
Поэтому нужен набор дополнительных приспособлений. В частности, ветровая установка включает в себя аккумуляторную батарею (АКБ). Ее задача состоит не только в накоплении энергии, а и в выравнивании волнообразных периодов значительной выработки и потребления.
Еще один очень важный элемент – инвертор. Он преобразует ток с переменным напряжением в постоянный. Кроме того, контроллер защищает аккумулятор от чрезмерной зарядки, а автоматика управляет процессами и выполняет функции защиты от аварийных ситуаций.
Ветрогенератор подсоединяют при помощи электрических кабелей, а на высоту (туда, где ветер дует с приемлемой скоростью) поднимают при помощи мачты.
Все перечисленные выше компоненты – необходимы и обязательны. Кроме того, для увеличения стабильности обеспечения здания энергией в комплектацию ряда современных моделей входит бензогенератор, сетевое зарядное устройство или фотоэлектрический модуль (по сути солнечная панель для преобразования в электроэнергию солнечного излучения).
Но они необходимы в тех случаях, когда ВЭУ используют в качестве основного источника энергии. Если же ветрогенератор сам играет роль запасного игрока, необходимости в помощи ему нет.
Самый эффективный ветрогенератор: вертикальный или горизонтальный
Выделяют два основных вида ветрогенераторов – с горизонтальной и вертикальной осями вращения ротора:
- Первые отличаются более высокой производительностью, расширенными возможностями регулировки, хорошей работоспособностью при низкой скорости ветра.
- Вторые – легче монтировать, а при малых ветрах они работают еще эффективнее. Правда, средняя производительность таких приборов в стандартных условиях хуже. Но у них есть очень важное для жилых районов преимущество: эти ветрогенераторы меньше шумят.
Ветряк с вертикальными лопастями – явление редкое, но все равно достойное внимания.
Кроме того, встречаются ветроустановки с редуктором (его еще называют мультипликатором). Они обладают более высокой производительностью, но сокращенным сроком службы. Так что практически все домашние ветроустановки используют прямой привод генератора. Тем более, у них ниже уровень шумности.
Также различают ВЭУ с ветроколесом пропеллерного, барабанного и карусельного типа. Два последних варианта отличаются излишней громоздкостью.
Небольшие конструкции, которые не вызывают сильной вибрации, можно устанавливать на крыше.
Поэтому все современные ветрогенераторы для дома имеют пропеллерное, или крыльчатое ветроколесо. Его лопасти расположены перпендикулярно к несущему валу.
Самая эффективная ВЭУ – это классическая трехлопастная система с прямым приводом генератора.
Расчет мощности ветрогенератора: важные параметры
Выбирая ветровую систему для своего дома, нужно ознакомиться с характеристиками прибора.
Мощность
Бывает номинальной и рабочей. Первый показатель описывает производительность ВЭУ при определенной расчетной скорости.
Многие потребители обращают на нее основное внимание. На деле реальная рабочая мощность системы зависит от свойств инвертора и может скачкообразно изменяться при различных скоростях ветра.
Например, ВЭУ может выдавать 1 кВт электроэнергии при ветре, дующем со скоростью 15 м/с. Она же выдаст лишь 0,5 кВт при 9 м/с. В таком случае выгоднее покупать прибор, который лучше работает при меньших значениях скорости ветра. Такая погода бывает чаще.
Выработка энергии за период
Важнейшее качество ветроустановки. Рассчитанное производителем значение должно соответствовать проектным параметрам. Хорошо, если средняя выработка энергии на 15-20 % больше необходимых потребностей.
Точные вычисления ведут одним из трех способов:
- суммируют потенциальное потребление бытовой электрической техники и осветительных приборов;
- рассчитывают среднемесячное потребление электроэнергии, беря во внимание не только перечень используемых приборов, но и ожидаемое время работы;
- производят сверку с реальным энергопотреблением в существующем доме по счетчику за период. Можно принять и средние значения. Считается, что для дома, где живет семья из 3-4 человек, нужно порядка 7-8 кВт электроэнергии в день. Так что можно приобрести ветряк с выработкой 250-300 кВт в месяц.
Однако при желании запитать от ветрогенератора не только освещение, холодильник, компьютер и телевизор, но также частичное отопление, подогрев воды, электроинструмент, надо увеличить запас производительности до 500 кВт в месяц.
Скорость ветра
Указывают трех видов. Расчетная даст понять, при каких условиях ВЭУ работает наиболее эффективно. Чаще всего она находится в диапазоне от 9 до 12 м/с. Стартовая покажет минимальное значение, необходимое для выработки электроэнергии.
Большинство ВЭУ начинает работать при движении воздуха в 2,5-3,5 м/с. Если стартовая скорость слишком высока, то большую часть дней ВЭУ будет простаивать. Когда скорость ветра достигнет максимальной эксплуатационной, ВЭУ надо остановить.
Иначе она может разрушиться. Качественные современные ВЭУ можно эксплуатировать при ветре до 45-50 м/с. Если указанная производителем «максималка» существенно меньше, от приобретения данного прибора лучше отказаться.
Размер ВЭУ
А именно диаметр ветротурбины. От него напрямую зависит рабочая площадь воздуха, которую захватывают лопасти ветряка (для классических пропеллерных ветряков – размер круга).
А производительность и выработка энергии системой пропорциональна данной площади.
Номинальная мощность ВЭУ определяется по формуле E = 1,64 × D2 × V3, где D – диаметр ветряка (м), V – среднегодовая скорость ветра (м/с). Таким образом, зная необходимую выработку, можно определить полезный диаметр ВЭУ.
Оценка местности: где можно установить ветряную электростанцию для дома
Чтобы понять, стоит ли вообще затевать оснащение своего жилища ветровой установкой, надо проанализировать район проживания. Особое внимание следует уделить насыщенности застройки и открытости территории.
Если дом размещен среди леса или поблизости от многоэтажной застройки, полной отдачи от прибора добиться не получится. Подвижная часть этого ветряка должна находиться выше самого высокого здания и дерева.
При этом надо прогнозировать будущее. Деревья вырастут, а вот ветряк – нет. В идеале это должна быть возвышенность, открытая степь, прибрежная зона. В противном случае придется увеличивать высоту ВЭУ, а это потребует дополнительных расходов.
Также необходимо собрать данные о погоде в регионе. Причем направление ветра при правильном монтаже ветряка большого значения иметь не будет. А вот среднегодовая скорость очень важна и должна составлять не менее 4 м/с (а лучше 4,5-5 м/с).
Следует понимать: под предлогом важности для правильного расчета ряд нерадивых инженерных компаний предлагает услугу измерения скорости ветра при помощи специального прибора – анемометра.
Однако таким образом можно узнать лишь конкретное значение в данный день или период (в случае серии измерений). Среднегодовые параметры предоставит местное отделение Гидрометцентра.
Но можно воспользоваться данными профильных сайтов, где есть архив ветровых данных. Также полезен сервис под названием Earth Wind Speed Map – карта ветров в режиме реального времени.
Наконец, используя найденные значения, надо учесть число ветреных дней в году. Конечно, любой день в той или иной степени ветреный. Но время, когда скорость движения воздуха менее 3-4 м/с, можно смело вычитать.
Считается, что ветер в районе должен дуть с расчетной скоростью не менее половины года. Причем наличие длительных (более недели) безветренных периодов не допускается.
Установка ветрогенератора: эффективно и полезно
Размер финансовых вложений на обустройство ВЭУ может варьироваться в большом диапазоне. Все зависит от выбранной конструкции, параметров и используемых компонентов. В расчете на 100 кВт месячной выработки затраты составят порядка 50 000-75 000 грн (с учетом стоимости инвертора, аккумуляторных батарей и мачты).
Можно сэкономить, если подготовить опорную мачту самостоятельно. Но сам ветряк лучше приобретать заводского изготовления.
Общие расходы на оборудование здания ветрогенератором, способным обеспечить потребности семьи из трех-четырех человек, могут составить 125 000- 200 000 грн.
А затраты на электроэнергию при современных тарифах находятся в пределах 4000-5000 грн в год. Это значит, что даже с учетом роста тарифов срок окупаемости вложений может составить 25-30 лет.
То есть в существующем и включенном в общую систему строении ветрогенератор – прежде всего, дань современным экологическим тенденциям. Но не все в жизни измеряется деньгами.
Ветряк для дома однозначно оправдан, когда подключение к общей электросети – сложно или даже невозможно. Тогда расходы на его приобретение и монтаж могут быть меньше, чем на прокладку лини электропередачи. Кроме того, увеличение традиционных энерготарифов в будущем может сократить период возврата вложенных средств.
А если общая сеть электроэнергии расположена рядом, имеет смысл подумать об увеличении мощности и росте первоначальных затрат в расчете на реализацию лишней энергии государству по «зеленому тарифу».
Меры обслуживания
Правильный и своевременный уход продлит срок службы ВЭУ и предотвратит постепенное увеличение шумности работы.
Необходимо выполнять:
- Ежегодный осмотр (а при необходимости также смазку и подтягивание) в летний период всех трущихся частей, болтовых соединений и контактов.
- Замену подшипников и лопастей каждые 8-10 лет.
- Регулярные осмотр и окрашивание мачты. Это также предотвратить развитие коррозии.
- По мере снижения емкости (обычно также раз в 7-10 лет) придется менять аккумуляторы.
Особенности монтажа
Для установки и подключения ветряка лучше пригласить специалистов инженерных компаний. Стоимость таких услуг – не более 10 % от суммарной цены ВЭУ. Зато качество и точность монтажа – соответствующие, ведь предполагается, что ВЭУ проработает 2-3 десятка лет.
Преграды на расстоянии ближе 150 м должны быть на 3-4 м ниже точки установки ветрогенератора. Устройства во время работы вибрируют, и не допускается касание мачты ветряка крыши и стен здания. При возможности лучше вынести ветряк на несколько метров (а то и десятков метров) от дома.
ВЭУ издает шум, сравнимый с работой внешнего блока кондиционера, а то и больше (порядка 40-50 дБ).
Если в районе в течение года преобладают слабые или средние ветра, надо увеличивать не число или емкость аккумуляторных блоков, а количество самих ветрогенераторов. Ведь даже самые емкие батареи можно разрядить за 3-4 дня штиля.
Несколько ветряков присоединяют к единому аккумуляторному узлу. При монтаже следует учесть, что минимальное расстояние между ветрогенераторами должно составлять не более одной трети высоты конструкции. Иначе «соседи» будут использовать «чужой» ветер.
Еще одно правило – чем выше мачта, тем больше выработка ВЭУ. Связано это с тем, что на большой высоте ветровой поток движется не только быстрее, но и равномернее.
Зачастую для уменьшения затрат на монтаж предлагают поставить ВЭУ на меньшей высоте.
Но экономия эта фиктивная. Так что более высокая мачта даст возможность в значительной мере увеличить эффективность использования ВЭУ.
Частная ветроэнергетика: установка и обслуживание ветрогенератора