Ветряные электростанции: принцип работы, плюсы, минусы

Электроэнергия

Электроэнергия — уникальный ресурс. Ее можно вырабатывать в любых количествах, она неиссякаема и не базируется на ископаемых элементах. Такие свойства делают электроэнергию очень востребованной, распространенной и популярной. Существует и оборотная сторона — для производства электричества требуется достаточно мощное оборудование, требующее обслуживания, ремонта и прочих работ, которые могут производиться только квалифицированными людьми.
Электрические магистрали, разветвленная сеть которых охватывает всю страну, ведут только к густонаселенным районам, минуя отдаленные регионы. Это объяснимо, так как расходы на проведение ЛЭП очень велики, поэтому в первую очередь обеспечиваются электричеством только самые крупные пункты.

Что такое ветроэнергетика

Ветроэнергетика – это способ получения различных видов энергии, основанный на использовании энергии, возникающей при движении воздушных масс, то есть, попросту говоря, на использовании энергии ветра.

Энергия ветра использовалась человечеством с давних пор. Именно энергия ветра столетия двигала парусные корабли, позволяя пересекать океаны, энергия ветра использовалась и в мельницах, она же применялась при орошении полей и осушении земель. И тогда, когда человечество открыло для себя пользу электричества, вновь внимание было обращено на энергию ветра: в XIX столетии активно строились ветряные электростанции для промышленного производства электроэнергии.

Автономность

Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.

Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.

И дабы вы не тратили понапрасну свои деньги, расскажем с выкладкой всех цифр, почему это именно так.

Большие капитальные затраты

В сравнении с другими видами возобновляемой энергии, ветровая требует огромных капитальных вложений. К расположенным вдали от населённых пунктов турбинам необходимо прокладывать линии электропередач, прибрежным станциям нужен дорогостоящий подводный кабель.

Ветряные электростанции не выделяют в атмосферу вредных веществ Фото: Depositphotos

Скорость ветра

К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.

Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.

Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.

Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.

Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.

Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.

Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!

К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.

Так, при увеличении давления ветра в два раза, генерируемая мощность возрастает в восемь раз!

Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.

Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:

• показания эти снимаются в аэротрубе

• и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности

У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.

И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.

Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.

И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.

Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.

Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!

Ветроэнергетика в Мире

Технически развитые страны также не обходят своим вниманием альтернативные источники энергии. За последние годы, доля ветроэнергетики, в общем количестве вырабатываемой электрической энергии, в разных странах, на разных континентах, постоянно увеличивается, что видно на приведенной ниже диаграмме:

В странах Европы, Китае и США, правительства уделяют большое внимание этой отрасли энергетики. Предприятия, работающие в данной сфере, получают различные льготы, им оказывается финансовая помощь.

Лидером, среди европейских стран, по использованию ветровых установок, является Германия, за ней идет Испания и Дания. Распределение мощностей, в процентном соотношении, среди стран, приведено на ниже следующей диаграмме.

В настоящее время, наиболее крупные ветровые установки, работают в странах Европы, это:

1. В Германии: Ветряные электростанции Германии производят более 8,0 % от всей произведённой электроэнергии. Установленная мощность ветровых генераторов превышает 45000,0 МВт.
2. В Испании: Ветроэнергетика в Испании широко распространена как в частном секторе, так и при промышленном производстве электрической энергии. Доля производимого электричества ветровыми генераторами составляет более 20% от общего количества производимой электрической энергии.
3. В Дании: Дания является первопроходцем, в деле использования энергии ветра для получения электрической энергии в промышленных масштабах. История ветроэнергетики этой страны начиналась в 70-х годах ХХ века, и по настоящее время, Дания является лидером по производству ветровых генераторов и их комплектующих. Ветроэнергетика Дании производит более 40% электрической энергии в общей доле производимого электричества в стране.

Если посмотреть на карту ветряных электростанций Европы, составленная агентством SETIS при Еврокомиссии, приведенную ниже, то отчетливо видно, что Германия является несомненным лидером из европейских стран, по количеству ветровых генераторов (места установки помечены синими кружками). Из смонтированных в Европе, наиболее крупной является ветряная ферма Уитли (Whitelee). Она смонтирована в Шотландии и состоит из 140 турбин.

В прочих государствах нашей планеты использование ветровых установок выглядит следующим образом:

• В США: В этой стране, ветроэнергетика как отрасль, развивается довольно быстро. Установленная мощность ветровых генераторов составляет более 75,0 ГВт. В общей доле вырабатываемой электрической энергии, доля ветроэнергетики составляет более 5,0 %.

Ветровые электростанции построены в 34 штатах, из наиболее энергоемкие, это в таких штатах как:

1. Техас – установленная мощность ветровых генераторов более 14000,00 МВт;
2. Калифорния и Айова — установленная мощность ветровых генераторов более 5000,00 МВт;
3. Оклахома, Иллинойс, Орегон, Вашингтон, Миннесота — установленная мощность ветровых генераторов более 3000,00 МВт;
4. Канзас и Колорадо — установленная мощность ветровых генераторов более 2000,00 МВт.
5. Наиболее крупная станция Сан Горгонио Пасс, расположена в Калифорнии, способна вырабатывать более 600,0 МВ электрической энергии, в ее состав входит 3218 турбин. Построено более 50 заводов по производству ветровых установок и их комплектующих.

• В Китае: Промышленный рост не обошел стороной и ветроэнергетическую отрасль Китая. В настоящее время, установленная мощность ветровых генераторов составляет более 150,0 ГВт. В доле производимой электрической энергии в стране, доля ветроэнергетики составляет более 3,0 %. Энергетики Китая продолжают строительство новых ветровых электростанций, в период до 2021 года, планируется запустить в работу еще 100 ГВт электрических мощностей. Наибольшим потенциалом обладают провинции Внутренняя Монголия и Синьцзян-Уйгурский автономный район.
• В Канаде: Благодаря своему географическому расположению Канада имеет огромный потенциал в сфере развития ветроэнергетики. Ветровые генераторы успешно работают во всех провинциях страны. Доля производимой электрической энергии ветровыми установками, в общем количестве электричества, составляет более 1,0 %. Установленная мощность ветровых генераторов составляет более 2000,0 МВт.
• В Индии: Индия также является одним из лидеров в использовании ветра для производства электрической энергии. Установленная мощность ветровых генераторов превышает 27000,0 МВт. Доля электроэнергии, вырабатываемая ветровыми генераторами, превысила 6,0 % от общего количества производимой электрической энергии в стране.

Способы автономного получения электроэнергии и их последствия

Решить проблему отсутствия электричества можно разными способами. Распространены дизельные и бензиновые генераторы, иногда встречаются мини-ГЭС, позволяющие обеспечить энергией небольшой поселок. Все эти способы имеют определенный недостаток — они отрицательно влияют на окружающую природу. Выбросы от двигателей бензиновых или дизельных генераторов губительно воздействуют на атмосферу, содержат пары свинца и прочих вредных химических соединений.

Дамбы, образуемые для создания мини-ГЭС создают искусственные водоемы, нарушающие естественное равновесие природных процессов в регионе, изменяют гидродинамический режим грунтовых водоносных пластов, объемы питания рек, расположенных ниже по течению. Все эти воздействия запускают процессы, уничтожающие природные богатства страны. Самое опасное в них — незаметность и постепенность действия. Все происходит очень медленно, исподволь, пока в один день не оказывается, что произошли необратимые изменения, полностью меняющие состояние экологии в регионе.

Недостатки ветровых электростанций

• Инвестиционные затраты. Ветряные электростанции влекут за собой большие инвестиционные затраты. Однако в настоящее время цены на строительство ветряных электростанций постоянно снижаются благодаря новым достижениям в области технологий.
• Непостоянство. Сила энергии ветра не постоянна, это вызывает колебания в выработке энергии. Ветер не всегда предсказуем, его даже может не быть несколько дней. Это означает, что ветряные турбины не производят одинаковое количество электроэнергии на протяжении всего времени. Иногда это приводит к полному отсутствию электричества.
• Опасность для птиц. Ветряные электростанции неблагоприятно воздействуют на окружающую среду, и на живые организмы. Они имеют мощные движущиеся элементы, которые могут убивать птиц и летучих мышей. Особенно это опасно в периоды миграции птиц. Однако это происходит редко, а также существует правило, которое гласит, что нельзя строить ветряные электростанции на миграционных маршрутах.
• Шум. Ветряные электростанции могут создавать шумы. Они являются источниками постоянных низкочастотных шумов. Эти низкочастотные шумы, создаваемые турбинами (около 40 дБ) и неслышимый инфразвук, могут вызывать у человека усталость.
• Помехи. Некоторые ветряные электростанции с большим диаметром лопастей и высокой скоростью вращения могут вызывать радиолокационные помехи, а также влиять на телевизионный сигнал.
• Влияние на здоровье. Ветряные электростанции имеют негативное влияние на здоровье людей, живущих рядом с ними. Вследствие их влияния у человек может возникнуть так называемый синдром ветряных турбин (проблемы со сном, концентрацией, головные боли и головокружение), поэтому рекомендуется размещать ветряные электростанции на расстоянии не менее 2,5 — 3 км от жилых зданий;
• Затраты на размещении. Одно из наиболее подходящих мест для размещения ветряных электростанций это недалеко от берега. Но земля у побережья, как известно, обычно очень дорогая.
• Нуждаются в поддержке. Ветряные электростанции производят электроэнергию около 30% времени и должны поддерживаться электростанциями, работающими например, на угле, которые в свою очередь продуцируют вредные выбросы.
• Снижение стоимости земли и недвижимости. Исследования показали, что стоимость недвижимости, расположенной в радиусе 1,6 км от ветряных станций, может существенно снижаться;
• Последствия. Расходы, связанные с мелиорацией земель и ликвидацией фундамента ветряков после окончания работы станции.
• Рабочие места. Возведение станций влияет на сокращение количества рабочих мест, для обслуживания дюжины ветряных мельниц требуется всего один человек;

Альтернативные источники энергии

Кроме традиционных, наиболее распространенных способов получения электричества существуют другие, менее используемые, но вполне эффективные средства. К ним относятся солнечная энергия, приливные электростанции, АЭС и другие энергоблоки, способные вырабатывать электричество в промышленных масштабах или для нужд отдельного дома. Но существует один способ, имеющий массу преимуществ перед остальными.

Речь идет о ветроэнергетике, вполне эффективной и активно развивающейся отраслью энергетики в странах Запада. Потоки ветра, перемещающиеся по атмосфере, имеют огромную энергию, которая используется пока еще довольно скудно.

В России такими разработками занялись относительно недавно, так как в советское время ветроэнергетика считалась убыточной и непроизводительной отраслью. Упор делался на крупные гидроэлектростанции, позволяющие обеспечивать энергией индустриальные регионы, питать производственные цеха и металлургические комбинаты. В сравнении с потребностями промышленности, расходы энергии на бытовые нужды населения незначительны, поэтому обеспечивались практически по остаточному принципу. Поэтому и существуют до сих пор регионы, куда магистрали электроснабжения не проведены.

Ветроэнергетика — наиболее удачный выход из положения. Дело в том, что при помощи одного-двух ветряков можно обеспечить энергией всю усадьбу, не создавая крупную сеть с множеством дорогостоящего оборудования.

Возобновляемая энергия

Сколько бы люди ни пользовались энергией ветра, она не закончится. В сравнении с ископаемым топливом, ветер — воистину неисчерпаемый источник. Его энергией можно пользоваться до тех пор, пока не исчезнет атмосфера.

Ветер поставляет нам возобновляемую, чистую и экономичную энергию Фото: Depositphotos

Плюсы и минусы ветровых электростанций

Ветровые электростанции имеют массу достоинств. В их числе:

• компактность. Ветряк занимает точечное положение и не требует какой-то территории для функционирования
• полная безопасность для окружающей среды. Ветрогенератор только получает энергию, ничего не отдавая взамен, поэтому внести в экологию какие-либо изменения он не может
• отсутствие потребностей в каком-либо топливе, вся работа системы производится абсолютно автономно
• высокая ремонтопригодность ветряков, особенно в сравнении с гидроэлектрстанциями
• расходы на получение энергии стабильны и поддаются прогнозированию
• минимальные потери энергии при передаче, возможность установки ветряков вблизи от потребителей

При таких значительных преимуществах, делающих ветроэнергетику весьма привлекательной отраслью, существует немало аргументов против нее. Если не считать различных утверждений о вреде для птиц или о сильном шуме, издаваемом ветряками, которые на проверку оказываются просто несостоятельными, можно выделить несколько действительно серьезных недостатков:

• высокие единовременные вложения, особенно если речь идет о ветроэлектростанции, объединяющей несколько десятков ветряков
• непостоянство скорости и направления потоков ветра, которые трудно предсказать или запланировать. Здесь же надо отметить случающиеся шквалы или штормы, способные вывести из строя высокие мачты с лопастями, не готовыми к таким нагрузкам
• КПД ветрогенераторов в лучшем случае составляет 30%, а в среднем — гораздо меньше, что является самым серьезным аргументом против такого направления энергетики

Следует учитывать, что рассматривать ветроэнергетику в качестве альтернативы гидроэнергетике можно только с позиций полной недоступности последней.

При равных возможностях первенство ГЭС очевидно, поэтому речь не идет о замене одного типа станций на другой, а лишь о возможности получения энергии при отсутствии обычных методов.

Если рассуждать на бытовом уровне, то приобретение ветряка, даже недорогого, весьма сильно ударит по семейному бюджету. Учитывая реалии, можно вполне ответственно утверждать, что в большинстве регионов, где нет электричества, покупка промышленного ветряка людям не по карману. Другое дело — самостоятельное изготовление. Здесь картина иная, так как техническое творчество у русского человека в крови, а если к тому подталкивают жизненные обстоятельства, то самая серьезная мотивация обеспечена.

Проблемы, возникающие из-за ветряков

Плюсы и минусы энергии ветра не равнозначные, положительные качества дают перевес, а учитывая современные тенденции и направления по развитию ветроэнергетики, то ее важность становится очевидной.

Преимущества и плюсы ветровых электростанций

• Бесплатная возобновляемая энергия. Энергия ветра является возобновляемой и бесплатной. Ветряки не выделяют CO2 или других вредных веществ. Ветер является идеальным и бесконечным источником энергии. Строительство большего количества ветряных электростанций приводит к сокращению возникновения электростанций, которые выбрасывают в атмосферу вредные вещества.
• Разнообразие. Использование энергии ветра, способствует разнообразию источников энергии и позволяет минимизировать зависимость от обычных электростанций или других типов получения энергии.
• Будущее. У энергии ветра есть будущее! Создание новых ветряных электростанций приводит к технологическому развитию, техническим инновациям и созданию новых рабочих мест.
• Снижающиеся затраты. Затраты на получение энергии от ветра значительно снизились в последние годы. За последние двадцать лет стоимость снизилась на целых 80%, что делает этот вид энергии в настоящее время наиболее прибыльным из всех типов электростанций.
• Дополнительная прибыль. Владелец участка, на котором находятся ветряные электростанции, может рассчитывать на прибыль от предоставления этой земли в аренду, поскольку фактическая площадь, необходимая для электростанции невелика. Кроме того, землю, на которой располагается электростанция можно использовать в сельском хозяйстве (для выращивания разных культур) так как станции не имеют вредных выбросов.
• Благоразумие. Срок службы такой электростанции в среднем составляет 20-30 лет, и после ее демонтажа не остается никаких следов — ни в ландшафте, ни в атмосфере.
• Эффективность. Процесс эксплуатации ветровых станций довольно прост, время сборки очень короткое, а также затраты на эксплуатацию и обслуживание также довольно низкие. Электростанция производит в 85 раз больше энергии, чем потребляет. Также она имеет относительно небольшие потери при транспортировке энергии.
• Принятие. Настройка ветровой электростанции пользуется общественным признанием. Подавляющее большинство людей понимают и поддерживают преимущества использования этого вида энергии.

Основные виды ветрогенераторов

В первую очередь, ветрогенераторы принято разделять на вертикальные и горизонтальные. Эти группы называются так из-за расположения оси вращения крыльчатки. Горизонтальные конструкции напоминают пропеллер или вентилятор, а вертикальные по своему строению близки к карусели. Такое разделение условно, в настоящее время имеются конструкции, сочетающие в себе элементы и той, и другой группы. Есть также отдельные устройства, которые не могут быть причислены к этим категориям.

Виды ветрогенераторов

Существующие конструкции ветрогенератоов делятся в первую очередь на горизонтальные и вертикальные. Устройства с горизонтальной осью вращения являются более эффективными, стабильнее в работе и обеспечивают более ровные результаты, но нуждаются в постоянном наведении на ветер и более сложны в самостоятельном изготовлении.

Ветряки с вертикальной осью вращения просты и доступны для изготовления своими руками. Они не требовательны к направлению ветра или высоте подъема над землей, главным условие для них является отсутствие поблизости крупных зданий или сооружений, заслоняющих ветер.

Недостаток этих конструкций — относительно низкая эффективность, вызванная одновременным воздействием как на рабочую часть лопастей, так и на обратную, создавая усилие, уравновешивающее лопасти в состоянии покоя. Для решения этого вопроса созданы разные конструкции роторов, в число которых входят:

• ротор Савониуса
• ротор Дарье
• ротор Третьякова
• ортогональный
• геликоидный и т.д.

Разница между этими конструкциями заключается в конфигурации лопастей и в том, как решается вопрос с отрицательным воздействием на их обратную сторону. Наиболее простая и доступная конструкция Савониуса представляет собой две изогнутые по продольной оси лопасти, расположенные по диаметральной оси. Самая сложная на сегодняшний день — конструкция Третьякова, представляющая собой систему воздухозаборников и направляющих конструкций, организующих поток воздуха таким образом, чтобы полностью исключить потери от противонаправленных воздействий.

Выбор прототипа для самостоятельного изготовления обычно делается исходя из возможностей, наличия оборудования и материалов и прочих обстоятельств, способных повлиять на принятие решения. Необходимо понимать, что создание ветряка — это не решение вопроса, для того, чтобы включить лампочку, надо сначала изготовить собственно генератор, инвертор, подключить аккумуляторы, установить контроллер заряда, соединить все это должным образом и настроить работу комплекса.

Вертикальные генераторы, особенности, плюсы и минусы

Вертикальные ветрогенераторы менее эффективны вследствие наличия останавливающего воздействия потока ветра на обратные стороны лопастей. Этот недостаток практически единственный. Вертикальные конструкции не нуждаются в наведении на ветер, не требуют установки на высокие мачты, доступны для ремонта, обслуживания или самостоятельного изготовления.

Именно вертикальные конструкции обеспечивают такое разнообразие форм и моделей ротора, созданных профессиональными конструкторами и талантливыми любителями. Рассмотрим некоторые варианты конструкции вертикальных роторов:

Ветряки с ротором Дарье

Наряду с ротором Дарье эти установки имеют ряд пар лопастей с оригинальной конструкцией для улучшения аэродинамики. Достоинством этих установок является возможность их монтажа на уровне земли.

Геликоидный ветрогенераторы.

Они представляют собой модификацию ортогональных роторов с особой конфигурацией лопастей, что дает равномерное вращение ротора. За счет снижения нагрузки на элементы ротора срок их службы увеличивается.

Ветрогенераторы на основе ротора Дарье

Многолопастные ветровые установки

Многолопастные ветровые генераторы

Ветряки такого типа представляют собой измененный вариант ортогональных роторов. Лопасти на этих установках устанавливаются в несколько рядов. Направляет ветровой поток на лопасти первый ряд неподвижных лопастей.

Ветрогенераторы на основе ротора Савониуса

Ветрогенераторы на основе ротора Савониуса

Лопасти этой установки представляют собой особые полуцилиндры, которые создают высокий крутящий момент. Из недостатков этих ветряков можно выделить большую материалоемкость и не высокую эффективность. Для получения высокого крутящего момента с ротором Савониуса устанавливают еще ротор Дарье.

Выбор вертикального ветрогенератора

Для того, чтобы правильно подобрать конструкцию вертикального ветрогенератора, надо учесть размеры ротора, силу ветра в регионе, потребность в определенном количестве электроэнергии, и сопоставить эти величины. Чем больше ротор, тем он тяжелее и тем труднее ему начинать вращение. Способность начинать вращаться при слабых ветрах присуща не каждому виду вертикальных устройств, поэтому следует для больших ветряков использовать наиболее чувствительные конструкции.

Вариантов выбора много, их параметры мало отличаются друг от друга, но некоторая разница присутствует. Если рассматриваемая конструкция не способна обеспечить желаемое количество энергии, следует отказаться от нее и рассмотреть другой вариант.

Кроме указанных параметров надо помнить, что самодельное устройство во многих случаях выгоднее и надежнее, так как легче ремонтируется и не требует больших расходов, что при выборе может сыграть решающую роль.

Ортогональные ветрогенераторы

Ортогональный ветрогенератор
Такие ветряки имеют несколько параллельных лопастей, которые устанавливаются на расстоянии от вертикальной оси. На работу ортогональных ветряков не влияет направление ветра. Устанавливаются они на уровне земли, что облегчает монтаж и эксплуатацию установки.

Экономичная энергия

Производство турбин и строительство ветряных электростанций обходится недёшево. Но при этом они не требуют больших расходов на эксплуатацию и обслуживание после возведения. Это главный фактор экономической эффективности ветровой энергетики.

Сельское хозяйство и ветровая энергетика могут мирно сосуществовать Фото: Depositphotos

Кроме того, ветряные станции занимают гораздо меньше места, в сравнении с другими вырабатывающими энергию предприятиями, что ещё больше повышает эксплуатационную эффективность.

Огромные ветряки можно строить даже на землях, предназначенных для производства продуктов питания. Сельское хозяйство и ветровая энергетика могут мирно сосуществовать, не мешая друг другу.

Необычные конструкции ветрогенераторов

Среди широкого ряда конструкций ветряков встречаются устройства весьма специфического вида. При этом, они полностью функциональны и выполняют свою работу на достаточно высоком уровне (для опытных или пилотных образцов). Некоторые конструкции совершенно выбиваются из общего ряда и обладают уникальными свойствами, другие намного ближе к традиционным формам. Рассмотрим их поближе:

Устройство на водяных каплях

Из необычных ветрогенераторов этот — самый необычный. Он не похож ни на одну известную конструкцию. Он даже не имеет вращающихся частей. Представляет собой раму, внутри которой расположены горизонтально трубки с водой. На поверхности трубок имеются сопла, из которых выпускаются капли воды, заряженной положительно при помощи электродов, находящихся внутри трубок. При порыве ветра капли попадают на противоположные электроды, изменяя их заряд, что вызывает возникновение электрического тока в системе.

Дизайнерский ветрогенератор revolution air

Этот ветрогенератор создан, по сути, с декоративными целями. Его свойства таковы, что пользоваться им как полноценным устройством вряд ли получится. Для запуска ему нужна скорость потока от 14 м/сек, а при минимальной цене в 2500 евро такие характеристики нельзя рассматривать как нормальные рабочие параметры. Устройство имеет оригинальный внешний вид, хотя, по сути, является переосмысленным в художественном смысле вариантом ветрогенератора ортогонального типа.

Парусный ветрогенератор

Основное достоинство такой установки — это способность работать при небольшом ветре от 0,5 м/с. Парусный ветрогенератор устанавливается в любом месте, на любой высоте.

Парусный ветрогенератор

Из преимуществ можно выделить: маленькую скорость ветра, быструю реакцию на ветер, легкость конструкции, доступность материала, ремонтопригодность, возможность изготовить ветряк своими руками. Недостаток — это возможность поломки при сильном ветре.

Конструкция Третьякова

Ротор ветрогенератора Третьякова имеет довольно сложную конструкцию, хотя, по сути, он является разновидностью ротора с диффузором. Устройство имеет вертикальный ротор-крыльчатку. Вокруг нее располагается подвижный воздухоприемник со стабилизатором, автоматически устанавливающим конструкцию по ветру. Воздухоприемник имеет также ряд направляющих, организующих поступление потока в нужном направлении.

Воздух, попадая внутрь корпуса, обходит рабочее колесо снизу и направляется к лопаткам. Такой сложный путь потока способствует получению правильного направления струи и отсутствию противодействующего контакта с обратными сторонами лопастей. Ротор способен начинать вращение при ветре от 1,4 м/сек, что очень ценно в условиях нашей страны, не отличающейся сильными и ровными ветрами.

Летающий ветрогенератор-крыло

Идея создания такой конструкции опирается на тот факт, что на высоте потоки ветра более активны и имеют большие скорости. Разработчики используют приспособление, напоминающее гигантский воздушный змей, который поднимается на большую высоту и летает по заранее задуманной траектории, вырабатывая электрический ток. Устройство позволяет отказаться от создания высоких мачт, поднимать ветряк на большие высоты и обеспечивать максимально возможные скорости ветра.

Внимание! Большинство необычных разработок до сих пор не запущено в массовое производство. Причиной этого стали относительно невысокие показатели, которые демонстрируют конструкции, и сложности в осуществлении некоторых операций эксплуатационного характера (например, запуск ветряка-крыла).

Частная ветроэнергетика

Ветряная электростанция индивидуального пользования

Особый интерес в настоящее время представляет использование энергии ветра для обеспечения электрической и тепловой энергией частных домов и коттеджей, то есть, ветряные электростанции для индивидуального пользования. Постоянное возрастание цен на традиционные энергоносители приводит к тому, что многие владельцы частных домовладений уже начали активно использовать альтернативные варианты получения электрической и тепловой энергии. Применяются и мини-гидроэлектростанции, и гелио-панели, и геотермальные насосы, и ветрогенераторы.

При использовании для получения энергии в индивидуальном хозяйстве, ветряные генераторы обычно сочетаются с другими видами генераторов: солнечными, геотермальными, водными. Наиболее часто такие ветрогенераторы используются в сочетании с гелио-панелями для регулярного снабжения домовладения электрической энергией. Для отопления все чаще начинают применять геотермальные насосы. Установка подобного оборудования обходится недешево, зато дает желанную автономию от поставщиков энергии и позволяет в результате существенно экономить на содержании домовладения.

Небольшие ветряные электростанции удобны тем, что не требуют особого места для установки, достаточно просто монтируются, имеют небольшой срок окупаемости, стабильно вырабатывают электрическую энергию (особенно это касается энергетических ветровых зон). Даже не слишком мощный ветрогенератор, установленный на крыше дома или сарая, способен обеспечить бесперебойное снабжение электрической энергией, достаточной для освещения дома и приусадебного участка.

Отмечено, что продажи ветряных электростанций небольшой мощности, которые способны использовать энергию ветра практически в любых регионах (даже там, где недостаточно силы ветра для промышленного использования), постоянно возрастают. Прогнозируется, что подобные альтернативные источники энергии будут применяться все шире, как в государственном, так и частном порядке, пока окончательно не вытеснят традиционную энергетику, основанную на органическом топливе.

Ветровые электростанции для дома

В жизни бывают различные ситуации, когда по какой-то из причин невозможно выполнитьподключение к централизованной сети электроснабжения, электроснабжение от традиционных поставщиков не является надежным или потребитель хочет быть независим от них. В этих случаях выход один — альтернативные источники энергии, ну и конечно первое что приходит на ум, это ветровая электростанция.

Чтобы выбрать подобное устройство, для электроснабжения жилого дома, необходимо изучить критерии которым должна отвечать ветровая электростанция, это:

• Электрическая мощность;
• Способность обеспечивать электрической энергией в заданный период (сутки, месяц, год);
• Скорость воздушных потоков, при которых установка способна вырабатывать электрический ток;
• Условия эксплуатации;
• Комплект поставки и его содержание;
• Срок эксплуатации установки;
• Стоимость комплекта оборудования.

Определив технические параметры электростанции, следует выбрать конкретную модель из многочисленного разнообразия предложений на рынке подобных устройств.

Из российских предприятий выпускающих ветровые электростанции наиболее известна продукция ООО «СКБ Искра» (г. Москва), ООО «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская область), ЗАО «Ветроэнергетическая компания» (г. Санкт-Петербург) и еще ряд компаний.

Из зарубежных производителей наиболее известны и востребованы устройства выпускаемые немецкими, датскими, бельгийскими и китайскими компаниями.

Как самостоятельно сделать ветрогенератор

Ответ на этот вопрос лежит в плоскости подготовки человека в теоретическом или техническом плане. Обычный порядок работ примерно следующий:

• создание проекта
• произведение всех доступных расчетов
• подготовка материалов
• приобретение элементов системы, которые невозможно сделать самостоятельно (например, аккумуляторов)
• изготовление вращающихся частей (ротора)
• установка ротора, проверка рабочих качеств, внесение необходимых конструктивных изменений
• сборка генератора (если планируется собрать его самостоятельно, а не использование готовых образцов)
• соединение всей системы в комплекс, пробный запуск
• настройка системы, регулировочные работы
• эксплуатация

Необходимые материалы и инструменты

Для создания декоративной ветряной мельницы лучше всего использовать традиционные материалы:

• брус,
• доски,
• обточенные бревна,
• гвозди,
• саморезы.

Кроме того, в зависимости от размеров и назначения мельницы могут понадобиться материалы для создания фундамента:

• цемент,
• песок,
• арматурный пруток.

Не менее важно иметь необходимые инструменты:

• электропила,
• электрорубанок,
• ручная ножовка,
• стамеска, долото,
• пассатижи,
• молоток,
• электродрель с набором сверл,
• линейка, рулетка.

В зависимости от проекта сооружения, могут быть привлечены и другие инструменты или приспособления, если в них возникнет необходимость.

Создаём план

В качестве примера возьмём элементарную конструкцию, которую при должной доле усилий сможет построить каждый человек. Всё начинается с создания плана:

1. Нарисуйте эскиз макета.
2. Посредством чертежа рассчитаете, какие размеры должны быть у каждой детали ветряной мельницы, которую вы хотите сделать своими руками.
3. Выберите оптимальный материал, из которого будут сделаны основные элементы конструкции. Лучшим выбором считается сосна. Она обладает высокими эксплуатационными качествами. При этом её стоимость находится на приемлемом уровне.

После того как с планом и чертежом всё улажено можно приступать к непосредственному процессу сборки.

Обработка

Для пропитки дерева лучше всего использовать следующие составы: Пинотекст, Акватекс, Белинка.

Каждый из них смог себя зарекомендовать как надёжное средство для защиты дерева от атмосферных явлений и насекомых. Эти вещества позволят вам не беспокоиться о сохранности ветряной мельницы, собранной и установленной своими руками.

Важно! Пропитку нужно делать в 2-3 захода. Это гарантирует стойкость защиты. При этом каждый слой должен успеть просохнуть.

Выбираем тип стен и кровлю

Возведение стен и крыши мельницы ведется в точном соответствии с рабочими чертежами, выполненными заблаговременно в самом начале. Возможны разные варианты:

• постройка стен из обточенных бревен. Выполняется при создании большой мельницы, предназначенной для выполнения определенных хозяйственных функций.
• возведение стен из бруса. Этот способ несколько проще, так как подгонка бруса намного проще, чем бревен. Величина мельницы при этом также достаточно большая.
• создание каркаса с последующей обшивкой досками. Такое строительство подойдет для мельницы меньших размеров.

Рассмотренные варианты подразумевают строительство сооружения непосредственно на месте. Могут быть варианты, когда все сооружение собирается в одном месте, например, в гараже или в мастерской, и устанавливается уже готовым на предназначенное место. Такой подход может быть использован при создании небольших декоративных мельниц, которые можно переносить в пределах участка.

Строительство стен завершается с началом создания крыши. Традиционно делается двух- или четырехскатная конструкция. В качестве кровельного материала используется какое-либо из старинных, традиционных кровельных покрытий — черепица, дранка и т.п.

Древесина — неустойчивый к воздействию атмосферной влаги и дождей материал. Готовое строение необходимо защитить от воды, нанеся слой лака или олифы. Оптимальным вариантом будет предварительная пропитка антисептиком и антипиреном для защиты стен от насекомых или огня.

Особенности постройки функциональной мельницы

Если ветряк будет выполнять полезную работу, то он устроен довольно сложным образом. Конструкция состоит из вращающегося ротора, передающего движение на генератор, с которого полученное напряжение передается на аккумулятор и инвертор. Это — самая сложная схема подключения ветрогенератора, могут быть варианты и попроще. Но все они объединены одним признаком: вал ротора соединяется с определенным механизмом.

Такое обстоятельство вынуждает подходить к постройке с другой стороны:

• сначала монтируется рабочий механизм;
• вокруг него строятся стены или защитный короб с возможностью доступа к оборудованию для ремонта или обслуживания.

В таких ситуациях строительство ведется так, чтобы стены и крыша мельницы не препятствовали вращению крыльев или не перекрывали доступ к механике. В остальном работы ведутся подобным образом с использованием тех же материалов и инструментов.

Фундамент

Первые шаги, которые понадобится выполнить на начальном этапе, это — подготовка площадки под строительство. Если сооружение запланировано достаточно крупное, например, под мельницу надо задекорировать хранилище для инструментов, инвентаря, инженерных устройств, то потребуется устройство фундамента.

Самым простым способом заливки фундамента будет создание ленточного типа основания. Для этого по периметру будущих стен выкапывается ров, внутрь которого устанавливается опалубка, вяжется арматурный каркас и заливается бетон. Фундамент выдерживается нужное время для достаточной кристаллизации бетона, после чего можно вести дальнейшие работы.

Примечание: для небольших декоративных сооружений фундамент не требуется, достаточно немного приподнять их над уровнем земли, чтобы исключить контакт с грунтовыми водами.

Установка ветрогенератора

Установка ветряной мельницы необходима в тех случаях, когда она была изготовлена в мастерской. Обычно такие сооружения имеют небольшие размеры и вполне доступны для транспортировки в пределах участка. Такой вариант хорош для производства ремонта, модернизации или технического обслуживания. Возможность произвести работы в условиях нормальной мастерской, а не под открытым небом, дает множество плюсов и обеспечивает высокое качество ремонта или ухода.

Установка мельницы производится на сухую подготовленную площадку. При необходимости, устройство крепится к ней с помощью анкеров. Если конструкция горизонтальная и не имеет возможности установки на ветер, то следует заранее позаботиться о выборе места, позволяющего использовать преобладающее направление потока для данного региона.

Назначение ветряных электростанций

Для удовлетворения ежедневной потребности потребителя требуется эксплуатация оборудования, которое способно выдавать до 10 кВт электроэнергии. При этом идеально смонтированная ветряная система должна состоять из нескольких ветрогенераторов, которые аккумулируют энергию в общую батарею. Это позволяет корректировать выходную мощность аккумулятора, подключая дополнительные или отключая лишний ветряк.

Бесперебойного снабжения энергией можно добиться при монтировании автономного комплекса. Но тут всплывает проблема и основной недостаток современной ветряной электростанции в сравнении с ТЭС, которая заключается в стабильности потока ветра для вырабатывания энергии постоянной мощности. Во избежание проблем многие комплексы оснащаются дополнительными или резервными источниками питания в виде дизельных или бензиновых генераторов, которые могут автоматически отключаться или подключаться в зависимости от силы ветра.

Какие ветряки выбирать

Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.

Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.

В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.

У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.

Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.

А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!

Плюсы и минусы ветроэнергетики

Очевидным плюсом ветроэнергетики является фактическая бесконечность ресурсов: пока на планете имеется атмосфера и светит Солнце, будет и движение воздушных масс, которое можно использовать для получения энергии.

Еще один несомненный плюс: экологичность. Ветряные электростанции не выделяют никаких вредных веществ, не загрязняют окружающую среду. К сожалению, их все же нельзя назвать полностью экологически безопасными, так как ветроэнергетическая установка довольно шумная, и поэтому в Европе законодательно установлен предельный уровень шума для дневного и ночного времени, который ветряные электростанции не должны превышать. Кроме того, работу ветряных электростанций приходится останавливать во время сезонного перелета птиц (на данный случай в Европе также имеется законодательное ограничение). В России подобных ограничений нет, но ветряные электростанции не располагаются поблизости от жилых домов – исходя из удобства населения.

Наряду с таким плюсом, как неисчерпаемость энергетического источника, идет и минус: эффективность работы ветряной электростанции зависит от времени года, времени суток, погодных условий и географического положения. К сожалению, скорость ветра изменяется в зависимости от всех этих параметров, а так как энергия ветра является кинетической, то она напрямую связана со скоростью (Е = m×v2/2) – чем выше скорость, тем, соответственно, больше энергии вырабатывает ветроустановка. Поэтому ветряные электростанции приходится использовать обычно вместе с другими источниками энергии, а также пользоваться аккумуляторами, которые принимали бы избыток энергии в ветреные дни и отдавали бы во время штиля.

К плюсам ветряных электростанций можно отнести и быстроту возведения ветроустановки: даже для промышленной установки требуется не более двух недель, учитывая время, затраченное на подготовку площадки, ну а бытовой ветро-генератор, пригодный для снабжения энергией частного дома или коттеджа, устанавливается за считанные часы.

Иногда к минусам ветряных электростанций относят довольно большую площадь, которую занимают ветроустановки (электростанция может содержать сто и более ветроэнергетических установок). Однако, наряду с наземными ветряными электростанциями, сейчас устанавливаются и прибрежные (их существенным плюсом является стабильность работы – за счет морских бризов), шельфовые (находятся в море на значительном удалении от берега (10-60 км), не занимают земельные участки, весьма эффективны, так как морские ветры регулярны и обладают значительной скоростью).

Срок окупаемости и расчет экономии

Для вашей индивидуальной ветровой установки этот срок – НИКОГДА.

Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.

Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.

Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.

Но если вспомнить начальные траты в 200тыс., то вернете вы их через тридцать два года!

И все это без учета эксплуатационных затрат. А если прикинуть, что средний срок службы хорошего ветряка – около 20лет, то получается, что он окончательно и безвозвратно поломается еще до того, как выйдет на окупаемость.

При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.

Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.

И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.

Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.

Где лучше установить

Еще о чем стоит серьезно задуматься – это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.

Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).

Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.

О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.

Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.

Источники

• https://Energo.house/veter/energiya-vetra.html
• https://domikelectrica.ru/vetrogenerator-dlya-chastnogo-doma-dengi-na-veter/
• https://www.eco-energetics.com/vetroenergetica/plyusy-i-minusy-vetroenergetiki
• https://Energo.house/veter/vidy-vetrogeneratorov.html
• https://electricavdome.ru/vidy-vetrogeneratorov.html
• https://altenergiya.ru/veter/vetroenergetika-plyusy-i-minusy.html
• https://www.solarhome.ru/basics/bas-wind/wind-energy-basics.htm
• https://Energo.house/veter/vetryanaya-melnitsa.html
• https://bouw.ru/article/kak-sdelaty-vetryanuyu-melynitsu-svoimi-rukami

Перспективы ветроэнергетики

Учитывая общую направленность энергетической области на использование возобновляемых, а, желательно, и неисчерпаемых источников энергии, развитие ветроэнергетики будет постоянно ускоряться во всем мире. Разрабатываются новые модели ветроустановок, в которых усиливаются плюсы и минимизируются минусы. Например, уже тестируются плавающие и парящие ветрогенераторы. Плавающие ветрогенераторы обладают тем же преимуществом, что и шельфовые – они устанавливаются довольно далеко от берега, не занимают земельные участки, их работа максимально эффективна за счет постоянных морских ветров. Также эффективны и парящие ветрогенераторы: чем выше – тем больше скорость ветра, и такие ветроустановки могут использовать максимальную силу ветра.

Все больше стран в мире устанавливают у себя ветряные электростанции, используя самые последние разработки. В суммарной энергии, вырабатываемой в мире, доля энергии, производимой ветряными электростанциями, постоянно возрастает.

Ветроэнергетика в России развивается сейчас так же, как и во всем мире. Эксплуатируются ветряные электростанции, построенные ранее, проектируются и строятся новые. Доля электроэнергии, вырабатываемой при использовании энергии ветра, возрастает. В перспективе возможно, что примерно 30% от всего производства электроэнергии в России, будет вырабатываться именно ветряными электростанциями (про оценкам экспертов таков экономический потенциал ветроэнергетики в России).