Выработка электрического тока с помощью ветрогенератора напрямую зависит от его размеров. Чем больше магниты, катушки и прочие элементы, тем мощнее будет ток, ими созданный. Вопреки бытующему мнению о непобедимости гидроэлектростанций, преобладающему в нашей стране, западные инженеры демонстрируют высокую эффективность ветрогенераторов, которые в Европе и США распространены в гораздо большей степени. Разработки мощных устройств ведутся довольно давно, достигнуты немалые успехи. Рассмотрим наиболее заметные из них.
Какой ветрогенератор самый большой
Самым большим ветрогенератором в мире на сегодняшний день считается детище немецких инженеров из Гамбурга Энеркон Е-126. Запуск первой турбины был осуществлен в Германии в 2007 году, неподалеку от Эмдена. Мощность ветряка составляла 6 Мвт, что на тот момент являлось максимумом, но уже в 2009 году была произведена частичная реконструкция, в результате которой мощность возросла до 7, 58 Мвт, что вывело турбину в мировые лидеры.
Это достижение было весьма значимым и поставило ветровую энергетику в ряд полноценных лидеров в мире. Отношение к ней изменилось, из разряда довольно робких попыток получить серьезные результаты отрасль перешла в категорию крупных производителей энергии, заставляя подсчитывать экономический эффект и перспективы ветроэнергетики в ближайшее время.
Пальму первенства перехватила MHI Vestas Offshore Wind, чьи турбины имеют заявленную мощность 9 Мвт. Установка первой такой турбины была закончена в конце 2021 года с рабочей мощностью 8 Мвт, но уже в 2021 году был зафиксирован 24-часовой режим работы на мощности в 9 Мвт, полученной на турбине Vestas V-164.
Такие ветряки имеют поистине колоссальные размеры и устанавливаются, чаще всего, на шельфе западного побережья Европы и в Великобритании, хотя отдельные экземпляры имеются и на Балтике. Объединенные в систему, такие ветрогенераторы создают суммарную мощность в 400-500 Мвт, составляя значительную конкуренцию гидроэлектростанциям.
Установка подобных турбин производится в местах с преобладанием достаточно сильных и ровных ветров, и таким условиям в максимальной степени соответствует морское побережье. Отсутствие естественных преград для ветра, постоянный и стабильный поток позволяют организовать наиболее благоприятный режим функционирования генераторов, повышая их эффективность до наиболее высоких значений.
Десять крупнейших морских ветрогенераторов
В данной статье пойдёт речь о ветрогенераторах в стадии производства или тех, на которые размещены заказы на поставку; в стороне останутся снятые с производства, экспериментальные установки, не запущенные в серию, а также оставшиеся на уровне чертежей на кульманах; будут подробно освещены характеристики первой десятки самых мощных ветроэлектроустановок наших дней.
1 место: модель V164-9.5MW компании MHI Vestas
Номинальная мощность 9,5 МВт
Диаметр ротора 164 м
Трансмиссия Редуктор
Среди имеющихся на рынке турбин модели компании MHI Vestas по-прежнему занимают лидирующие позиции. В объединённом предприятии (Mitsubishi Heavy Industries & Vestas – примечание РАВИ), которому вот уже 5 лет, обозначили намерение продолжить развивать платформу V164 (с заявленной в 2011 г. мощностью 7 МВт), в то время как конкуренты разрабатывают совершенно новые модели.
Новый генеральный директор MHI Vestas Филиппе Кавафян (Phillippe Kavafyan) заявляет, что она может стать «рабочей лошадкой» морской ветроэнергетики, и выражает готовность поддерживать конкурентоспособность платформы в течение ещё нескольких лет, играя на имеющемся в отрасли большем спросе на проверенную разработку, нежели на новую, пусть и более крупную модель. Вариант исполнения турбины мощностью 8-8,8 МВт был установлен (или готов к установке) на нескольких проектах в Великобритании, Голландии, Дании и Германии суммарной мощностью 2,24 ГВт.
Компания понесла небольшие издержки в 2021 г., когда в результате пожара в Дании была уничтожена турбина-прототип мощностью 9,5 МВт; причиной инцидента был назван дефектный компонент, повреждённый в ходе монтажа. Компонент был уникальной особенностью демонстрационного механизма, и его отказ не повлиял на исследовательскую программу, так что модель прошла сертификацию в июне 2021 г.
У модели V164-9.5MW имеется референц-лист приблизительным объёмом 3,7 ГВт. Модель была названа приоритетной для размещения на ветропарках восточного побережья Великобритании Moray East (950 МВт) и Triton Knoll (860 МВт). Каждый проект получил поддержку в рамках тендера, проведённого в 2021 г. Также запланирована установка таких турбин на бельгийской станции Northwester 2 (224 МВт), немецкой Deutsche Bucht (252 МВт) и на голландской Borssele III & IV (731,5 МВт), на которой впервые будет применён тип установки mono-suction-bucket (кессон (моно-ведро) с заглублением (всасыванием) в грунт с нулевым отклонением по вертикали).
Что касается неевропейских регионов, производитель подписал соглашение на поставку платформы V164 8-9.5MW с компанией Copenhagen Infrastructure Partners, владеющей тремя площадками на территории уезда Чжанхуа на западе Тайваня.
2 место: SG 8.0-167 DD компании Siemens Gamesa
Номинальная мощность 8 МВт
Диаметр ротора 167 м
Трансмиссия Прямой привод
Ветрогенератор компании Siemens Gamesa (SGRE) (член РАВИ) – очередной пример поступательной и успешной эволюции ветрогенератора большого размера. Первоначально выпущенная в 2011 г. модель имела мощность 6 МВт и несла на себе ротор диаметром 120 м.
Модель SG 8.0-167 была «запущена» после конференции WindEurope, прошедшей в ноябре 2021 г. в Амстердаме. Несмотря на имеющееся в названии указание на мощность в размере 8 МВт, имеется возможность её увеличения до 9 МВт у конкретной модели.
Диаметр ротора новейших образцов составляет 167 м – крупнейший показатель на рынке. Предыдущий 154-метровый образец при мощности в 8 МВт обеспечивает удельную мощность ветрового потока в 365 Вт/м2. Последнее поколение турбины также выиграло от слияния компаний Siemens и Gamesa; у компании Gamesa на вооружении находилась 8-мегаваттная турбина Adwen, ныне прекратившая своё существование как в технологическом плане, так и в части её выведения из системы снабжения.
Её предшественники мощностью 6 МВт, обладавшие 154 – и 120-метровым роторами, были установлены на площадках Ørsted’s (210 МВт), Westermost Rough (Великобритания, 252 МВт), Gode Wind 2 (Германия) и Dudgeon (Великобритания, 402 МВт) компании Equinors, в то время как последующие модели мощностью 7 МВт – установлены в ветропарках Hornsea Project One (1,2 ГВт) и Walney Extension (Великобритания, 329 МВт).
Вместе с «первопроходцем» мощностью 3,6 МВт все эти установки сделали конгломерат SGRE ведущим производителем морских ветрогенераторов в мире.
В течение 10 месяцев с момента запуска модели в производство новая 8-мегаваттная платформа значилась в заказах суммарной мощностью 5,7 ГВт; в это число входят 1,5 ГВт для французской ветрофермы Adwen, 900 МВт – для ветропарков Дании и 1,4 ГВт – Великобритании, не считая более мелких заказов в Германии, Нидерландах и Тайване, что означает сохранение за SGRE относительно устойчивых лидирующих позиций на рынке.
В отличие от своего соперника MHI Vestas, в Siemens Gamesa не делают тайны из планов достичь мощности 10 МВт и выше для следующего поколения генераторов, а состоявшийся ранее в этом году анонс 12-мегаваттного прототипа только упростил дело.
3 место: GW154/6.7MW компании Goldwind
Номинальная мощность 6.7 МВт
Диаметр ротора 154 м
Трансмиссия Прямой привод с генератором на постоянных магнитах.
В ноябре ведущий производитель турбин в Китае раскрыл детали новой 6-мегаваттной платформы с прямым приводом, хотя с тех пор в компании хранили молчание относительно дальнейшего прогресса. Были названы три возможных варианта исполнения: турбина мощностью 6,7 МВт с диаметром ротора 154 м, либо турбина мощностью 6,45 МВт и диаметром ротора 164 м или 171 м соответственно. Удельная мощность воздушного потока варьируется от 281 Вт/м2 для модели GW171/6.45 и до 360 Вт/м2 для модели GW154/6.7МВт.
Ожидается, что модель GW171/6.45 будет иметь ротор большего диаметра, чем варианты, предлагаемые на данный момент MHI Vestas и Siemens Gamesa. В то же время у компании-поставщика лопастей LM Wind Power имеется опыт создания 88,4-метровых лопастей для отмененного проекта турбины Adwen AD 8-180. Производство 75,1-метровых лопастей – самых длинных из производимых в Китае – для модели мощностью 6,7 МВт стартовало в сентябре 2021 г. Приоритет при распределении отдаётся ветроустановкам GW154/6.7M, которые предназначены для установки в районах с сильным ветром: прибрежные зоны восточных провинций Фуцзянь и Гуандан.
Оцениваемые более низко модели с лопастями большей длины будут сосредоточены на площадках с меньшими средними показателями скорости ветра. В Goldwind сообщают, что Япония и Южная Корея – основные потенциальные рынки сбыта, помимо Китая, хотя Европа и Индия тоже могут предоставить условия ведения коммерческой деятельности.
4 место: 6.2M152 компании Senvion
Номинальная мощность 6,15 МВт
Диаметр ротора 152 м
Трансмиссия Высокоскоростная с редуктором.
Впервые увидевшая свет в 2004 г. в виде 5-мегаваттного механизма с диаметром ротора 126 м морская ветроустановка, на тот момент выпускавшаяся под брендом Repower, на данный момент уже «доживает свой век», несмотря на выросшие до 152 м диаметр ротора и до 6,15 МВт – мощность, заявленную в названии.
Суммарно в 2021 г. компанией Senvion было установлено 72 единицы данной модели (с меньшим диаметром ротора 126 м): 54 на ВЭС Nordsee one и 18 – на Nordergrunde – каждая из которых расположена в немецких водах Северного моря.
На ВЭС Trianel Borkum II (203 МВт) в данный момент происходит установка и монтаж моделей с более длинными лопастями, заявленный рост энерговыработки для которых, по заявлениям Senvion, составляет 20 % при скоростях ветрах 9,5 м/с; показатель удельной мощности ветропотока – 339 Вт/м2. Но после этого заявления о поставках на упомянутые ветропарки новых записей в списке заказов компании не прибавилось.
Неугасающий интерес отрасли обращён к планам Senvion о постройке турбины мощностью 10 МВт и выше, что особенно важно, если компания собирается конкурировать с MHI Vestas, Siemens Gamesa и GE в сфере морской ветроэнергетики. 1 мая 2021 г. Еврокомиссия выделила грант на 25 млн. евро на разработку подобной ветроустановки в рамках общеевропейского проекта. В число участников проекта вошли ABB, EnBW, Jan de Nul и Principle Power. Согласно проекту, сокращённо названному RealCoE, к 2021 г. планируется разместить в условиях морского базирования некоторое число предсерийных образцов турбин.
5 место: Haliade 150-6MW компании GE
Номинальная мощность 6 МВт
Диаметр ротора 150,8 м
Трансмиссия Прямой привод
Срок эксплуатации морской турбины данного образца с прямым приводом оказался недолгим и производительность – невысокой. У GE (член РАВИ) уже имеются планы по модернизации производственного предприятия в St Nazaire (на картинке слева внизу) на севере Франции с тем, чтобы его помещения могли вместить последующую 12-мегаваттную установку (на картинке внизу справа), поскольку серийное производство должно начаться уже в 2021 г.
GE получила турбину в свою распоряжение после покупки электросетевого бизнеса компании Alstom (Франция) в 2015 г. Турбина Haliade мощностью 6 МВт значится в заказах многих французских ветроэнергетических проектов, которые постоянно откладывались.
Примером первой коммерческой эксплуатации является установка данной модели на восточном побережье США на ВЭС Block Island мощностью 30 МВт. За пределами Франции единственным крупным заказом стал таковой от владельцев проекта Merkur (396 МВт), расположенного в немецком секторе Северного моря и на данный момент находящегося в стадии строительства.
6 место SCD 6.0 компании Ming Yang
Номинальная мощность 6 МВт
Диаметр ротора 140 м
Трансмиссия Среднеоборотная с редуктором
Эта оригинальная двухлопастная ветроустановка с подветренным расположением относительно мачты разработана немецкой машинострительно-консультационной фирмой Aerodyn (член РАВИ); считалось, что благодаря её применению китайская морская ветроэнергетика сможет «отойти» дальше от берега в глубоководные районы моря, где скорость ветра достигает максимальных значений.
Но вместо этого китайский морской ветроэнергетический сектор не проявил большого желания двигаться в этом направлении, по вполне понятным причинам оставаясь верным давно проверенным технологиям постройки вблизи морского берега.
В результате по прошествии почти десяти лет с момента получения компанией Ming Yang лицензии на производство данной установки она всё ещё не запущена в серийное производство. Первый прототипный образец был установлен в Китае на территории ветропарка Longyuan Rudong, расположенного в приливной зоне, в 2014 г.
Турбина была разработана таким образом, чтобы выдерживать условия тайфунов и нести вертолётную посадочную площадку, интегрированную в гондольную часть. Диаметр ротора составляет 140 м, а удельная мощность воздушного потока – 309 Вт/м2.
7 место: WindS5500 компании Doosan
Номинальная мощность 5,5 МВт
Диаметр ротора 140 м
Трансмиссия Высокоскоростная с редуктором
Корейская фирма Doosan получила права на производство данной 5,5-мегаваттной морской ветроустановки в 2021 г., пойдя по стопам компаний Dongfang и Hyundai Heavy Industries, каждая из которых заключила лицензионное соглашение с разработчиком модели – американской ASMC Windtec Solutions.
Ветроустановка уже имеет за собой некоторый послужной список. Dongfang установила первый прототип на наземной площадке в Китае ещё в 2012 г., а второй – уже в следующем году в восточном Китае на расположенной в приливной зоне ветроферме Rudong.
Прототип производства Hyundai был установлен на южнокорейском острове Чеджудо в 2014 г.
Тем не менее ни одна из двух компаний не решилась открыть серийное производство, и остаётся неясным, будет ли Doosan совершать шаги в этом направлении.
Компания AMSC предлагает выбор между генератором с постоянным возбуждением и асинхронным генератором двойного питания. Она также является единственным поставщиком систем электрического регулирования данной ветроустановки.
Установка с высокоскоростной силовой передачей с редуктором оснащена 140-метровым ротором, обладает показателем удельной мощности ветропотока – 357 Вт/м2 и предназначена для регионов с условиями ветра значительной скорости.
8 место: HTW5.2-136 компании Hitachi
Номинальная мощность 5,2 МВт
Диаметр ротора 126/136 м
Трансмиссия Среднеоборотная с редуктором
Низкие темпы развития японской морской ветроэнергетики означают временную приостановку производства ветроустановки Hitachi с подветренным расположением относительно мачты мощностью 5,2 МВт.
Компанией были разработаны два варианта исполнения: со 127-метровым ротором для использования при высокой скорости ветра и 136-метровый образец – для более умеренных условий. Оба образца являются развитием более ранней модели мощностью 5 МВт с диаметром ротора 126 м.
18 единиц ветроустановок каждого типа предназначены для проектов Kashima Port North и South, работа над которыми ещё не начата.
В развитии данной ветроустановки в Hitachi решили сосредоточиться на плавучих основаниях, хотя оба из проектов Kashima Port расположены довольно близко к берегу, на мелководье, и установки, вероятно, будут построены на стандартных монофундаментных основаниях.
Ключевой особенностью установки является отдельный торсионный вал, связывающий ступицу с коробкой передач. Для модели HTW5.2-127 удельная мощность воздушного потока составляет 410 Вт/м2, а для более высокого варианта HTW5.2-136 – 358 Вт/м2.
9 место: H151-5.0MW компании CSIC Haizhuang
Номинальная мощность 5 МВт
Диаметр ротора 151 м
Трансмиссия Высокоскоростная с редуктором
Модель, которая вряд ли окажется на каком-либо рынке, кроме родного китайского, на данный момент представлена по меньшей мере 20 образцами, работающими в одном ряду с 4-мегаваттными установками Sewind на морской ВЭС Huaneng Rudong (300 МВт), расположенной в 14 км от берега в восточной провинции Цзянсу.
ВЭС была полностью введена в эксплуатацию в октябре 2021 г. Привычный дизайн с тремя лопастями, высокоскоростная силовая передача с редуктором, наветренное расположение относительно мачты, отличительный 151-метровый ротор – особенности, которые отражают ориентированность турбины на работу в условиях низкой и средней скорости ветра.
Удельная мощность воздушного потока составляет 279 Вт/м2, что является чрезвычайно низким показателем для морской ветроэнергетической установки таких размеров. 73-метровые лопасти выпускаются и закупаются у LM Wind Power, в то время как коробка передач – собственное производство компании.
Как полагают, в компании также ведутся работы по созданию родственной модели со 127-метровым ротором для работы на площадках с высокими скоростями ветра, но пока что детали неизвестны.
10 место: AD 5-135 компании Adwen
Номинальная мощность 5 МВт
Диаметр ротора 135 м
Трансмиссия Низкоскоростная с редуктором
Генератор модели AD 5-135 компании Adwen оказался в самом низу данного списка by the finest of margins во многом ввиду того, что был недавно (октябрь 2021 г.) введён в эксплуатацию на немецкой ВЭС Wikinger (350 МВт) испанской мультинациональной энергокомпанией Iberdrola.
Линейка генераторов, разумеется, должна была быть продолжена образцом мощностью 8 МВт, но поглощение Adwen конгломератом Siemens-Gamesa вылилось в то, что турбина не вышла из стадии прототипа (см. по ссылке).
Машинострительно-консультационная фирма Aerodyn (член РАВИ) из Германии занималась оригинальной разработкой, а также инновационной технологией гибридной силовой передачи. Первый опытный образец был установлен в 2004 г.; коммерческое использование началось в 2007 г., когда французское энергопредпрятие Areva приобрело контрольный пакет акций немецкого разработчика и производителя ветрогенераторов Multibrid.
Немногим меньше 200 моделей, оснащённых 116-метровыми роторами, на данный момент действуют в прибрежных водах по всей Европе. Под новым названием – Adwen – и глубоко модернизированные образцы с диаметром ротора в 135 м в количестве 70 штук теперь располагаются на ВЭС Wikinger, расположенной в Балтийском море.
«Мертворождённые»: прототипы морских ветроэнергогенераторов, так и не запущенные в серийное производство
Ветротурбина AD 8-180 компании Adwen – последняя в линейке крупных морских ветрогенераторов с оставшимися в прошлом мечтами о «светлом будущем». На момент первоначального выпуска в 2021 г. мощность в объёме 8 МВт, широкие возможности для дальнейшего переоборудования в сочетании с господствующим в своём классе 180-метровым ротором виделись исключительно привлекательными особенностями данной модели.
Но она стала жертвой консолидации рынка: Adwen стала подразделением Siemens Gamesa Renewable Energy, у которой были планы по развитию и продвижению собственной 8-мегаваттной разработки. Единственный опытный образец был установлен в прошлом году на ВЭС немецкого порта Бремерхафен (Bremerhaven).
7-мегаваттную установку Sea Angel от компании Mitsubishi постигла подобная участь: крест на ней был поставлен после успешного оформления совместного предприятия компаний Mitsubishi Heavy Industries и Vestas. Было построено два прототипа: один для тестовой наземной площадки Hunterston (Великобритания), ныне выведенной из эксплуатации; второй расположен в Японии на плавучей платформе на ВЭС Fukushima.
Но ни у турбины, ни у её новаторской системы гидропривода, скорее всего, производственного будущего не существует.
Южнокорейская фирма Samsung до ухода из ветроэнергетического сектора выпустила один образец морской ветроустановки мощностью 7 МВт. Опытный образец был продан в 2015 г. английскому научно-исследовательскому и опытно-конструкторскому предприятию ORE Catapult, и на данный момент действует в рамках высокотехнологичного демонстрационно-исследовательского проекта после своей установки на наземной ВЭС Levenmouth в Шотландии. Данные, собранные с использованием этого ветрогенератора, в ORE Catapult используют для создания «виртуальной ветроэлектростанции».
Источник WindPower Monthly
Технические характеристики
Размеры таких турбин впечатляют:
- размах лопастей — 154 м (длина одной лопасти у турбины Vestas V-164 составляет 80 м)
- высота конструкции — 220 м (при вертикально поднятой вверх лопасти), у Энеркон Е-126 высота от земли до оси вращения 135 м
- число оборотов ротора в минуту — от 5 до 11,7 в номинальном режиме
- общий вес турбины составляет около 6000 т, в т.ч. фундамент — 2500 т, опорная (несущая) башня — 2800 т, остальное — вес генераторной гондолы и ротора с лопастями
- скорость ветра, при которой происходит запуск вращения лопастей — 3-4 м/с
- критическая скорость ветра, при которой производится остановка ротора — 25 м/с
- количество производимой энергии в год (планируемое) — 18 млн кВт
Необходимо учитывать, что мощность этих сооружений нельзя рассматривать как нечто постоянное и неизменное. Она целиком зависит от скорости и направления ветра, который существует по своим законам. Поэтому общая выработка энергии намного меньше, чем максимальные значения, полученные для определения возможностей турбин. И, тем не менее, крупные комплексы (ветропарки), состоящие из десятков турбин, объединенных в единую систему, способны обеспечивать электроэнергией потребителей в масштабах достаточно большого государства.
Какие аналоги существуют, их рабочие параметры
Производителей ветровых электрогенераторов в мире довольно много, и все они стремятся к увеличению размеров своих турбин. Это прибыльно, позволяет увеличить производительность своих изделий, повысить количество вырабатываемой энергии и заинтересовать крупные компании и правительства в продвижении программы ветроэнергетики. Поэтому практически все крупные производители активно выпускают сооружения максимальной мощности и размеров.
Следует отметить, что бесконечно наращивать размеры ветряков невозможно, поскольку с каждым метром высоты увеличивается вес и материалоемкость турбин, срок окупаемости которых уже перевалил за 40 лет.
Среди наиболее заметных компаний-изготовителей больших ветрогенераторов можно отметить уже упоминавшиеся MHI Vestas Offshore Wind, Эркон. Кроме того, известны турбины Haliade150 или SWT-7.0-154 от известной компании Siemens. Перечислять производителей и их продукцию можно достаточно долго, но эта информация несет мало пользы. Главное — это развитие и продвижение ветроэнергетики в промышленных масштабах, использование энергии ветра в интересах человечества.
Технические характеристики ветрогенераторов от разных производителей приблизительно равны. Это равенство обусловлено использованием практически одинаковых технологий, соблюдением характеристик и параметров сооружений в единой размерности. Создание более крупных ветряков на сегодняшний день не планируется, так как каждый такой гигант стоит огромных денег и требует значительных расходов на обслуживание и содержание.
Ремонтные работы на подобном сооружении обходятся в значительные суммы, если увеличивать размеры, то рост расходов пойдет в геометрической прогрессии, что автоматически вызовет рост цен на электроэнергию. Такие изменения крайне губительны для экономики и вызывают у всех серьезные возражения.
Ветряки для дома своими руками: обзор конструкций
Как вы уже поняли, самая первая часть, которая воспринимает энергию ветра — это ветряное колесо. Без него не обходится ни одна схема ветряка для дома.
Его можно выполнить:
- с вертикальной осью вращения;
- или горизонтальной.
Вертикальный ветрогенератор
Покажу фотографией одну из легких для изготовления конструкций, сделанную из обычной стальной бочки.
Вот такой вертикальный ветрогенератор, изготовленный своими руками, да еще расположенный над самой землей в окружении застроек и растений, не сможет развить нормальных оборотов для выработки достаточного количества электроэнергии, чтобы питать частный дом.
Он сможет выполнять только какие-то единичные задачи для маломощного оборудования. Причем небольшая скорость вращения его ротора потребует обязательного использования повышающего редуктора, а это дополнительные потери энергии.
Такие конструкции были популярны в начале прошлого века на пароходах. Водяное колесо, расположенное своими лопастями вдоль направления движения судна, обеспечивало его движение.
Сейчас это раритет, утративший свою актуальность. В авиации такая конструкция не то что не прижилась, а даже не рассматривалась.
Ротор Онипко
Из тихоходных конструкций ветряных колес сейчас через интернет массово распространяют ротор Онипко. Рекламщики показывают его вращение даже при очень слабом ветре.
Однако к этой разработке у меня почему-то тоже критическое отношение, хотя повторить ее своими руками не так уж и сложно. Восторженных отзывов среди покупателей не нашел, как и научных расчетов экономической целесообразности ее использования.
Если кто-то из читателей сможет меня разубедить в этом мнении, то буду признателен.
Горизонтальный ветрогенератор
С самого начала двигатели самолетов стали применять винт, прогоняющий поток воздуха вдоль корпуса самолета. Его форму и конструкцию выбирают так, чтобы использовать дополнительно к активной силе давления реактивную составляющую.
По этому принципу работает любой горизонтальный ветрогенератор, который делают промышленным способом или своими руками. Пример самодельной конструкции показываю фотографией.
По принципу использования энергии ветра это более эффективная конструкция, а по исполнению для обеспечения бытовых вопросов снабжения электроэнергией — маломощная.
Небольшой электродвигатель, ротор которого раскручивает ветряк, может даже при оптимальном давлении и силе ветра, выработать в качестве генератора только малую мощность. На нее можно подключить слабенькую светодиодную лампочку.
Подумайте сами, нужно ли собирать такой флюгер с подсветкой или не стоит. С другими задачи подобная конструкция не справится. Хотя ее еще можно использовать для отпугивания кротов на участке. Они очень не любят шумы, сопровождаемые вращением металлических частей.
Для того, чтобы полноценно пользоваться электроэнергией, получаемой от ветра, рабочее колесо ветрогенератора должно иметь соответствующие потребляемой мощности размеры. Рассчитывайте примерно на пятиметровый диаметр.
При его создании вы столкнетесь с технической трудностью: вам придется точно выдержать балансировку больших деталей. Центр масс должен постоянно находиться в средней точке оси вращения.
Это сведет к минимуму биения подшипников и раскачивание конструкции, расположенной на большой высоте. Однако выполнить подобную балансировку не так уж просто.
Как установить ветрогенератор: надежная схема мачты для крепления на высоте
Вес рабочего колеса для нормального получения электрической энергии получается довольно приличным. На простой стойке его не установить.
Потребуется создавать прочный бетонный фундамент под металлическую мачту и анкерные болты оттяжек. Иначе вся собранная с большим трудом конструкция может рухнуть в любой неподходящий момент времени.
Стойка для ветрогенератора, поднятого на высоту, может быть выполнена:
- в виде сборной мачты, собранной из секций с раскосами;
- или конусной трубчатой опорой.
Обе схемы потребуют усиления от опрокидывания за счет создания нескольких ярусов оттяжек из тросов, которые необходимы для удержания мачты при шквальных порывах ветра. Их придется надежно крепить к стопорам и анкерам.
Из личного неудачного опыта: во время пользования аналоговым телевидением у меня работала антенна «Паутинка» с диаметром обруча 2м. Она располагалась на высоте 8 метров, была закреплена на деревянном шесте с двумя уровнями оттяжек. Шквальные порывы ветра ее раскачали так, что стойка развалилась.
Современное цифровое телевидение, к счастью, требует использования антенн значительно меньших размеров. Их не только просто делать своими руками, но и крепить не так уж сложно.
Как сделать мачту для ветряка
Сразу обратите внимание на создание прочной, безаварийной конструкции. Иначе просто повторите печальный опыт работников «ЯнтарьЭнерго», у которых во время шторма произошла авария: многотонная мачта рухнула, а осколки от лопастей разлетелись по всей округе.
Устройство мачты потребует расчета количества материалов, необходимых для создания сооружения из стального уголка различного сечения. Форма и габариты выбираются по местным условиям.
Ее делают из трех или четырех вертикальных стоек. Каждая из них снизу монтируется на упор. Вверху мачты создается площадка для установки ветряка.
Поскольку длина уголков ограничена, то мачту собирают из нескольких секций. Жесткость общему креплению придают боковые ребра, крепящиеся через раскосы.
Обязательным элементом фундамента являются закладные металлические элементы. Они будут использоваться для крепежа деталей. Придется позаботиться о сварке и соединительных болтах.
Не стоит пренебрегать дополнительными оттяжками.
Как сделать опору из труб
Телескопическую конструкцию из стальных труб соответствующего профиля собрать проще, но ее следует более тщательно рассчитать на прочность. Изгибающий момент, создаваемый тяжелой верхушкой при штормовом ветре не должен превысить критического значения.
При этом возникнут сложности с профилактическим обслуживанием, осмотром и ремонтом собранной воздушной электростанции. Если по мачте можно подняться на высоту как по лестнице, то по трубе это сделать проблематично. Да и работать наверху очень опасно.
Поэтому сразу необходимо продумать вариант безопасного опускания оборудования на землю и доступного способа его подъема. Это позволяет выполнить одна из двух схем с:
- Поворотной осью на основной опоре.
- Упорным рычагом на нижней части опорной стойки.
В первом случае создается прочный фундамент для установки основной опоры. На ее оси вращения крепится сваренная трубная конструкция с ветряком и полиспастной системой на стальных тросах.
Снизу трубы расположен противовес, облегчающий работу по подъему и опусканию с помощью ручной лебедки.
На картинке не показаны страховочные тросы поясов оттяжек. Они просто свисают со своих креплений вниз на землю при подъеме и опускании мачты, а к стационарным забетонированным кольям крепятся для постоянной работы.
Схема установки и опускания ветряка по второму варианту приведена ниже.
Мачту и расположенный под прямым углом к ней упорный рычаг с противовесом, усиленный ребром жесткости, поворачивают в вертикальном направлении лебедкой с полиспастной системой.
Ось вращения созданной конструкции находится в вершине прямого угла и закреплена в направляющих, вмонтированных в фундамент. Троса оттяжек при подъеме или опускании мачты снимают со стационарных креплений на земле. Они могут использоваться в качестве страховочных фал.
Ветрогенератор: устройство и принцип работы электрической схемы простыми словами
Промышленные ветряные электростанции спроектированы так, что способны сразу выдавать электрическую энергию в сеть потребителям. Своими руками так сделать не получится.
При выборе генератора, который будет раскручивать ветряное колесо, используют принцип обратимости электрических машин. К электродвигателю прикладывают крутящий момент и обеспечивают возбуждение обмоток статора.
Однако, идея раскручивать ротор трехфазного асинхронного электродвигателя в качестве генератора для получения электрического тока напряжением 220/380 вольт реализуется от двигателей внутреннего сгорания, напора воды, но не ветра.
Общая конструкция генератора с ротором станет иметь большой вес, а иначе обеспечить высокие обороты вала не получится.
Для небольших мощностей можно:
- использовать автомобильный генератор, который выдает 12/24 вольта;
- применить мотор колесо от электробайка;
- собрать конструкцию из неодимовых магнитов с катушками из медной проволоки.
Также за основу можно взять ветряк, продаваемый в Китае. Но ему необходимо сразу провести ревизию: обратить внимание на качество монтажа обмоток, состояние подшипников, прочность лопастей, общую балансировку ротора.
Придется настроиться на то, что величина выходного напряжения генератора будет сильно меняться в зависимости от скорости ветра. Поэтому в качестве промежуточного звена используют аккумуляторы.
Их зарядку необходимо возложить на контроллер.
Бытовые приборы сети 220 вольт должны питаться переменным током от специального преобразователя — инвертора. Простейшая схема домашней ветряной электростанции имеет следующий вид.
Ее можно значительно упростить потому, что бытовая цифровая электроника: компьютеры, телевизоры, телефоны работают от постоянного тока блоков питания 12 вольт.
Если их исключить из работы и запитать цифровое оборудование непосредственно от аккумуляторов, то потери электрической энергии сократятся за счет отмены двойного преобразования в инверторе и блоках.
Поэтому рекомендую сделать отдельные розетки на 12 вольт, запитать их сразу от аккумуляторов.
Внутри электрической схемы придется соблюдать такой же баланс мощностей, как и в механической конструкции. Каждая подключенная нагрузка должна соответствовать энергетическим характеристикам вышестоящего источника.
Бытовые приборы 220 вольт не должны перегружать инвертор. Иначе он будет отключаться от встроенной защиты, а при ее неисправности просто сгорит. По этому же принципу работают аккумуляторные батареи, силовые контакты контроллера, да и сам генератор.
Защита автоматическим выключателем домашней ветряной установки должна быть выполнена в обязательном порядке.
Для этого его необходимо правильно выбрать строго по научным рекомендациям, проверить и наладить.
Случайную перегрузку, а тем более появление тока короткого замыкания предусмотреть невозможно. Поэтому этот модуль обязательно устанавливают в качестве основной защиты.
Схема подключения аккумуляторов, инвертора и контроллера для ветрогенератора практически ничем не отличается от той, что используется на гелиостанциях со световыми панелями.
Поэтому сразу напрашивается разумный вывод: собирать комбинированную домашнюю электростанцию, работающую от энергии ветра и солнца одновременно. Эти два источника вместе хорошо дополняют друг друга, а затраты на сборку одиночных станций значительно снижаются.
На Ютубе очень много каналов посвящено ветрогенераторам для дома. Мне понравилась работа владельца «Солнечные батареи». Считаю, что он довольно объективен при изложении этой темы. Поэтому рекомендую внимательно посмотреть.
Аккумуляторы для ветрогенератора: еще одна проблема для владельца дома
Одна из затратных задач ветряной или солнечной электростанции — вопрос хранения электрической энергии, которую решают только аккумуляторы. Их придется покупать и обновлять, а стоимость — довольно высокая.
Для их выбора необходимо знать рабочие характеристики: напряжение и емкость. Обычно применяются составные батареи из АКБ на 12 V, а количество ампер-часов в каждом конкретном случае стоит определить опытным путем, исходя из мощности потребителей, времени их работы.
Выбирать аккумуляторы для ветрогенератора придется из довольно широкого ассортимента. Ограничусь не полным обзором, а только четырьмя популярными типами кислотных АКБ:
- обычные стартерный автомобильные;
- AGM типа;
- гелевые;
- панцирные.
Продавцы не рекомендуют приобретать для ветростанций стартерные аккумуляторы потому, что они созданы для работы в критических условиях эксплуатации автомобиля:
- при хранении на морозе должны выдерживать огромные токи стартера, которые создаются при раскрутке холодного двигателя;
- во время езды подвергаются вибрациям и тряске;
- подзарядка происходит в буферном режиме от генератора при движении авто с различными оборотами двигателя.
При этом:
- обслуживаемые АКБ, требующие периодического уровня электролита и доливки дистиллированной воды, созданы для выдерживания 100 циклов разряд/заряд;
- не обслуживаемые — имеют более сложную конструкцию и количество циклов 200.
Однако АКБ ветрогенератора при эксплуатации внутри дома:
- обычно помещаются в подвальном помещении, где температура, круглогодично поддерживаемая на уровне +5÷+10 градусов, является оптимальной;
- не подвергаются тряскам и вибрациям, стационарно установлены в неподвижном состоянии;
- не получают экстремальные нагрузки при стартерном запуске, а при включении бытовых приборов через инвертор работают в щадящем режиме;
- заряжаются от генератора небольшими токами, которые благоприятно действуют на режим десульфатации пластин.
Все это является самыми выгодными условиями для их эксплуатации. Поэтому этот вариант предлагаю взять на заметку тем, кому не лень периодически контролировать напряжение на банках и следить за уровнем электролита в них.
AGM аккумуляторы более сложные по устройству. У них такие же пластины, но кислотой пропитаны стеклянные маты, работающие одновременно диэлектрическим слоем. Их цикл разряда/заряда — 250÷400. Перезаряд опасен.
Голевые АКБ тоже создаются необслуживаемой конструкцией с герметичным корпусом и загущенным до состояния геля электролитом. Они очень не любят перезаряд, но более стойки к глубокому разряду. Число расчетных циклов —350.
Панцирные аккумуляторы относятся к самым современным разработкам. Их электродные пластины защищены полимерами от воздействия кислоты. Диапазон циклов эксплуатации: 900÷1500.
Все эти четыре типа АКБ значительно отличаются по цене и условиям эксплуатации. Если взять во внимание рекомендации продавцов, то придется выложить довольно приличную сумму денег.
Однако я вам рекомендую предварительно послушать полезные советы, которые дает в своем видеоролике «Как выбрать аккумуляторы для ВЭС и солнечной станции» все тот же владелец «Солнечные батареи».
У него на этот счет свое, противоположное мнение. Как вы отнесетесь к нему — ваше личное дело. Однако, знать информацию из противоположных источников и выбрать из нее наиболее подходящий вариант: оптимальное решение для думающего человека.
Сравнение с традиционными электростанциями, стоит ли ожидать перехода на ветровую энергетику?
Переход на ветровую энергетику возможен там, где для нее не имеется достойной альтернативы. Если для стран Западной Европы создание гидроэлектростанций затруднено или вовсе невозможно, то, естественно, им приходится искать выход из положения, используя альтернативные источники энергии.
Атомные электростанции подвергаются постоянной критике за использование «грязных» источников, создающих опасность распространения радиационного заражения. Кроме того, отходы ядерной энергетики требуют соответствующей утилизации или хранения, для чего в перенаселенной Европе нет места или условий. Для государств, расположенных на побережье Атлантического океана использование крупных ветряков является необходимостью, тем более, что такой способ получения энергии для них вполне подходит.
Для России, как государства, имеющего большое количество рек, что создает массу возможностей для гидроэнергетики, создание крупных ветряков экономически нецелесообразно.
Исключением могут стать районы Крайнего Севера, отдаленные регионы Сибири или Дальнего Востока, где поблизости не имеется источников энергии. При этом, сложность климатических условий ставит под вопрос саму возможность применения таких больших механизмов, обслуживание которых при температурах в -40° попросту нереально. Поэтому на ближайшее время вопрос о переходе на ветроэнергетику не стоит.
Другое дело, что развивать и продвигать это начинание необходимо, особенно в относительно небольших, местных масштабах. Возможность получения энергии при небольших вложениях весьма привлекательно для жителей таких регионов, заставляет внимательнее рассматривать ветроэнергетику как один из возможных источников.
