Использование энергии ветра — секреты ветроэнергетики

Апрель 1, 2016, Energylogia Автор , Категория Автономность, Просмотров: 1 323 Нет комментариев

Поиск альтернативных источников энергии — основная задача современной энергетической отрасли в любом развитом государстве. Ископаемые ресурсы, хранящиеся тысячелетиями в земных недрах, близки к истощению. А, значит, экономическое благополучие всех промышленных отраслей, да и само комфортное существование человека, напрямую зависит от поиска и освоения возобновляемых энергетических источников.

Одним из таких возобновляемых источников энергии является ветер. Область хозяйственно-экономической деятельности человека направленной на получение энергии из ветра называется ветроэнергетика.

Использование ветроэнергетики в генерации электричества сейчас широко распространенное явление в технологически развитых странах. Воздушные массы обладают определённой кинетической энергией, которая воздействует на ветровые генераторы. Чем больше их лопасти и площадь охвата воздушного пространства, тем мощнее и эффективнее установка. Основное преимущество такой «мельницы» заключается в неисчерпаемости ресурса. Пока есть атмосфера на планете, ветры не перестанут буйствовать над материками, раскручивая лопасти установленных ветрогенераторов.

Современные методы производства электроэнергии из энергии ветра

При исследованиях было отмечено, что слои воздуха, лежащие близко к земле имеют свойство снижать скорость своего движения. Такое торможение происходит при любой скорости ветра. Но выше ста метров воздушные потоки движутся заметно быстрее.

Поэтому современный ветряной генератор — это устройство с высокой башней и внушительной общей высотой. Например, устройства от Vestas – старейшего производителя ветряных генераторов в мире, имеют высоту от 115 метров.ветряки

Немаловажны также показатели диаметра лопастей. Так, для выработки 3 мегаватт электричества в час рабочая площадь лопастей не должна быть меньше 90 метров.

С 2009 года мощность в 1,5-2,5 мегаватта стала обычным техническим параметром для самых распространённых моделей ветряных генераторов для промышленного применения. Такие модели поставляются на рынки немецким брендом Enercon.

Производители борются за наращивание мощностей. Сегодня никого не удивишь установками на 7,5 и больше мегаватт. Вес таких махин достигает 200 тонн, а диаметр лопастей 126 метров. Предназначены они исключительно для промышленного использования.

Наибольшее распространение в ветроэнергетике получили конструкции с тремя лопастями. Реже можно встретить двухлопастные или многолопастные механизмы. Роторы у них чаще всего размещены горизонтально. Это классическая конструкция, отличающаяся самой высокой эффективностью.

Характерной особенностью современной генерации энергии из ветра является размещение мощных промышленных генераторов в прибрежных зонах, где вне зависимости от сезона всегда наблюдаются более сильные ветра.

Здесь механизмы устанавливают на мощные свайные фундаменты, исключающие вибрацию. Выработанная электроэнергия транспортируется на предприятия или в близлежащие населённые пункты.

Инновационное техническое решение — установка на плавающих платформах. Такие коммерческие проекты мобильных электростанций реализуются норвежским производителем Statoi и немецким брендом Siemens.

Виды ветрогенераторов

Деление на виды у ветряных генераторов базируется на особенностях конструкции.

Горизонтальные

Горизонтальные генераторы имеют ось вращения, расположенную перпендикулярно воздушным потокам. Это самые распространённые на современном рынке модели, способные вырабатывать до 7 и больше мегаватт энергии.

К их достоинствам относят:горизонтальный ветрогенератор

  • высокую скорость вращения лопастей, что повышает эффективность установки и позволяет снизить вес конструкции (КПД 25-35%);
  • высокую мощность — самые современные модели для частного использования могут вырабатывать от 4 до 7 киловатт;
  • модели с десятками мелких лопастей обладают высокой инерцией, что позволяет на малых скоростях создать достаточный крутящий момент — это идеальный выбор для подключения к водяному насосу на даче.

Недостатком является необходимость установки специального приспособления для ориентации — ветрогенератор ловит воздушные потоки, проворачиваясь в нужную сторону, и при этом скорость вращения лопастей существенно падает.

Модель ветрогенератора от украинского бренда Wind Electric мощностью 9,25 киловатта стоит 14 500-15 000 долларов. Это надёжное устройство, позволяющее обеспечить все потребности загородного дома в электричестве. Бюджетная модель на 2 киловатта обойдётся в 1 600 долларов. Она позволит свободно нагреть воду для бытовых нужд и систем отопления за счет выработки своего электричества.

Вертикальные

Вертикальные или ортогональные конструкции имеют ось вращения, расположенную вертикально. Главная проблема таких устройств – процесс торможения. При ветре, имеющем скорость больше 25 метров в секунду, у генератора срывает «крышу».

Достоинства:вертикальный ветряк

  • возможность выработки электричества в самом начале вращения или при низкой скорости ветра (с 3 метров в секунду);
  • не требуется дополнительных устройств, служащих для ориентации — лопасти вращаются при любом направлении ветра;
  • несколько установок можно смонтировать рядом — вихревые потоки, образующиеся при работе одного генератора, ускорят вращение лопастей на соседнем механизме.

Недостатки:

  • при вращении используется только часть энергии ветра — лопасти ловят воздушный поток частью своей поверхности (рабочей является примерно четверть каждой лопасти);
  • при большом ветре устройство может легко выйти из строя (критична скорость более 25 метров в секунду).

Ветрогенератор на 5 киловатт от российского производителя «Бриз» можно приобрести в среднем за 1 200-1 500 долларов. Устройство по своей мощности выработки электроэнергииподходит для нагревания воды и отопления.

Ветряной насос

Есть и более инновационная конструкция в виде паруса, имеющая вид круглой тарелки за которой размещены поршни и гидросистема. Ветер, уловленный «парусом», вызывает работу поршней, а гидросистема вырабатывает электричество. Такое устройство часто называют ветряным насосом из-за особенностей конструкции.

Достоинство данного подхода — работа механизма абсолютно бесшумна – в нём не используются шестерни или передачи.

Недостаток конструкции — устройство всё ещё недостаточно опробовано в реальных условиях эксплуатации.

Цена на такие экзотические устройства на отечественном рынке договорная.

Устройство ветрогенератора и дополнительное оборудование

Все ветряные генераторы состоят из трёх основных узлов:

  • мачты или опорной конструкции;
  • генератора — устройства для преобразования крутящего момента в электрическую энергию;
  • лопастей — основных рабочих поверхностей, улавливающих воздушный поток.

В дополнительную комплектацию входят следующие узлы, без которых система не будет работать:

  • Контроллер — «сердце» генератора, служащее для контроля заряда аккумулятора и движения его лопастей. Служит также для преобразования постоянного значения тока в переменное, и аварийного отключения системы.
  • Аккумулятор (один или несколько) — помогает сделать необходимый запас энергии на безветренные дни и стабилизирует энергию во время работы устройства.
  • Регулятор питания — автоматическое устройство, служащее для объединения устройства с сетью.
  • Анемоскоп (флюгер), служащий для контроля направления воздушных потоков.
  • Инвертор — компактный преобразователь тока, служащий для придания ему переменных значений (обеспечивает подключение и работу бытовых приборов).

устройство ветрогенератора

Какие преимущества имеет энергия ветра

У ветроэнергетики на сегодняшний день большие перспективы развития. Запасов такой возобновляемой энергии в десятки раз больше чем других энергетических источников по всему миру. А конкурировать с ветряной энергетикой сможет только такая же перспективная гелиоэнергетика.

Во многих регионах воздушные потоки характеризуются постоянством в течение всех сезонов. А устанавливать ветряные станции или отдельные генераторы можно в любых населённых пунктах. Они не мешают хозяйственной или любой иной деятельности населения.

В бытовом использовании у ветряных генераторов отмечается ряд важных для хозяев преимуществ таких, как:

  • полная автономность домашней электросети — не потребуется платить за «государственное» электричество;
  • возможность обеспечить фактически бесплатным электричеством все бытовые приборы, водяные насосы, кондиционеры, отопительную систему, нагреватели воды, уличное освещение (в том числе ландшафтную подсветку, например), камеры наблюдения и сигнализационные системы;
  • при установке мощных генераторов доступна коммерческая продажа электричества.

Сколько стоит установка и эксплуатация ветрогенератора

преимущества ветрогенератораЦена монтажа ветряной установки «под ключ» зависит от стоимости услуг фирмы, реализующей это оборудование, и цены бренда, которому принадлежит устройство. В комплектацию должно входить всё необходимое для работы оборудование.

Отечественные бренды стоят дешевле (например, российский «Бриз», украинский бренд Wind Electric). Доступны по цене и китайские бренды. Такие, как ALTEK, предлагающий компактные модели с небольшой мощностью в 1,5-3 киловатта, по цене от 600 долларов.

Для коммерческого использования подойдёт WIND16 — полноценная станция от Wind Electric, вырабатывающая до 16 киловатт электричества в час. Этой мощности хватит, чтобы покрыть все потребности частного дома, а излишки продать соседям. Стоимость установки около 22 000-23 000 долларов.

Если требуется обеспечить только потребности отопительной системы или подогрев воды, можно сэкономить и установить модель на 1,5 киловатта от Briz - надёжного российского производителя. Установка в среднем обойдётся хозяевам в 2 000-3 500 долларов.

Мифы и реальность

Среди обывателей распространено несколько мифов, касающихся использования ветровой энергии. Такие предположения зачастую не имеют ничего общего с правдой.

  • Миф первый — ветряные генераторы, это достаточно шумные устройства, буквально мешающие человеку жить.
    На самом деле, достаточно мощный генератор производит всего 50 децибел — шум от его работы сливается с общим звуковым фоном улицы и частично различить его можно, лишь приблизившись к устройству на десять метров.
  • Миф второй — Страдают животные и птицы.
    Это ещё одна «научная» версия, не имеющая логичного обоснования. Если птицу, случайно попавшую в зону работы лопастей, механизм ещё может сбить, то на животных он никак не влияет. Работает генератор достаточно тихо (не больше 50 децибел), да и вибрации у бытовой модели не могут достигать критических значений – в противном случае механизм сам бы вышел из строя. А, между тем производители дают гарантию на двадцатилетнюю эксплуатацию генератора без существенных поломок! Все современные модели оснащены контроллером, не позволяющим лопастям вращаться при критической силе ветра. Это ещё одна предосторожность конструкторов, сводящая к нулю угрозу появления опасной для грунта и живых организмов вибрации.
  • Миф третий — многие утверждают, что генераторы занимают слишком много места, воруя у людей чернозём.
    На самом деле одно устройство для бытового использования умещается на площади размером два на два метра, и его можно без проблем установить во дворе в десяти метрах от жилого дома. А промышленные образцы устанавливают преимущественно на непригодных для сельскохозяйственной деятельности площадях (например, на побережьях).

Суммируя сказанное, можно смело сказать – не доверяйте доводам тех, кто не разбирается в технических параметрах ветряных генераторов! Используя ветроэнергетику на своём участке, вы в скором времени поймёте, что у такого современного оборудования есть множество весомых преимуществ и совсем мало реальных недостатков.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *