Принцип работы двигателей ветряной электростанции. Ветряные электростанции и электрогенераторы Строение ветряной электростанции

Сокращение объёма доступных полезных ископаемых заставляет человечество искать возобновляемые источники энергии. Один из них - это ветер. Его механическая сила оказалась достаточной для того, чтобы приводить в движение машинные генераторы энергии. На этой основе созданы и функционируют ветряные электростанции.

Конструкция сооружения

Конструкция включает в себя несколько приводимых движением воздушных потоков генераторов, каждый из которых состоит из крыльчатки с большими лопастями, редуктора и электрической машины. Вся энергия передаётся по предназначенным для этого кабелям. Ветряки ставятся на очень высокие мачты для большей эффективности. Место их расположения всегда определяется на основании точных расчётов . Учитывается рельеф, сила и преобладающее направление ветра, после чего решается вопрос об окупаемости установки.

Решения для дома

Сегодня существуют ветро-генераторы и электростанции, рассчитанные для индивидуального пользования. Они обеспечивают экологически чистое питание вдали от централизированных источников. Более мощные устройства подойдут для электрификации больших зданий либо энергоснабжения отопительных систем.

Правильный выбор определяется сразу несколькими критериями:

• Нагрузка на электросеть в моменты наибольшего потребления.
• Направление и скорость ветра.
• Более высокая мачта повышает частоту вращения лопастей.

Достоинства и недостатки

Одно из преимуществ - это безопасность для окружающей среды. Такой вид энергии является экологически чистым и поистине неисчерпаемым. Её выработка совершенно не причиняет вреда окружающей среде. Ветровые электростанции для дома отличаются простой конструкцией , потому их можно собрать своими руками. Они также обеспечивают стабильную выработку энергии, которая может накапливаться в аккумуляторных батареях и преобразовываться в 220 вольт.

Но также есть и недостатки - это привязанность к погодным условиям. В отличие от солнца, ветер дует непостоянно. Большие ветряные мельницы для электричества издают шум во время работы. Они также причиняют помехи телерадиооборудованию и летящим птицам.

Выбор подходящего устройства

Следует ориентироваться на потребление энергии всеми приборами, а также максимальную допустимую силу и скорость ветра. Например, ветряная установка при мощности - от 400 до 6400 ватт сможет обеспечить питание небольшого домика либо магазина или подобного сооружения вдали от основных источников.

Ещё одна особенность фабричных ветряков для выработки электроэнергии - очень высокая стоимость, от полмиллиона рублей до трёх.

Есть также альтернативные устройства, лишённые некоторых недостатков. Например, вертикальные ветряные электростанции для дома отличаются высокой эффективностью и простотой монтажа. Другие преимущества заключаются в устойчивости к сильным порывам ветра и безразличности к его направлению, а также в защищённости от разрядов молний. Такие конструкции не портят ландшафт и не препятствуют перемещению птиц.

Ещё одно интересное и высокоперспективное решение - парусный генератор. Его главное преимущество - способность работать даже при слабом ветре. Именно благодаря парусу такая электростанция быстро и точно подстраивается под источник энергии, обеспечивая более устойчивую её генерацию. Она также отличается бесшумной и стабильной работой .

Его можно сделать, если имеются необходимые материалы и навыки. Для изготовления простого вертикального генератора понадобятся:

1. Для крыльчатки - фанера, кровельное железо или листовой пластик небольшой толщины.
2. Для крестовины сгодятся стальные полосы либо дерево.
3. Ось можно сделать из железной трубы подходящего диаметра и длины.

Вначале следует приварить металлическую крестовину крыльчатки к верхнему концу оси. Деревянную можно приклеить или прикрепить штифтами. Для изготовления лопастей также потребуются «щёки» полукруглой формы, которые можно смастерить из тонкой фанеры, пластика или лёгкого металла. На них надо надеть сделанные ранее пластины, а места стыков следует промазать масляной краской.

Станина изготавливается из прикреплённых к жёсткому основанию металлических или деревянных уголков, к которым крепятся шарикоподшипники. Конструкцию следует собирать тщательно, чтобы избежать перекосов. К нижнему концу оси прикрепляется шкив, через который вращение передаётся самому генератору. Его роль может сыграть, например, асинхронный двигатель с неодимовыми магнитами, встроенными в ротор. Такой ветряк будет обеспечивать выработку мощности - до 800 ватт при скорости ветра - около 9−10 метров в секунду.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить ветряной энергией целую семью, следует объединять несколько генераторов в одну систему, которую также нужно оснастить резервным источником.

Ветро-электрические установки (ВЭУ) преобразовывают энергию перемещения атмосферных масс, которая в той или иной мере имеется в наличии в любой точке земного шара, непосредственно в электричество. Именно на этом основывается положительный экономический и экологический эффект от использования ветровых турбин.

Преимущества ветровой энергетики

Современные технологические решения позволяют производить ветровые генераторы мощностью от нескольких КВт до сотен МВт . То есть ВЭУ могут обеспечивать электроэнергией, как целые промышленные районы, так и отдельные жилые коттеджи. Кроме чисто экономических преимуществ ветряная энергетика имеет еще одно неоспоримое преимущество – она оказывает значительно более низкое давление на экологию и биосферу Земли. Поэтому на авторитетном сайте «Альтернативная энергетика» (http://altenergiya.ru/) справедливо подтверждается глубокие мысли Вернадского В. В., высказанные еще в средине ХХ века:

…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

К экономическим плюсам бытовой ветряной энергетики (установки, мощностью 3 – 15 КВт) можно отнести следующие факторы:

• Неисчерпаемость источника энергии;
• Экологическая чистота энергии;
• Быстрота возведения ветряной установки;
• Короткий срок окупаемости капитальных вложений;
• Не требуется специальных площадок для монтажа оборудования.

Недостатком небольших ВЭУ является практически один фактор — прямая зависимость вырабатываемой мощности от напора воздушного потока, который в большинстве регионов Земли не отличаются стабильностью. Поэтому для стабильного и качественного энергоснабжения бытовой техники требуется такое дополнительное оборудование, как аккумуляторы и полупроводниковые выпрямительные установки .

Изучение энергетического потенциала территории

Заглядывая в будущее ХХI столетие, безальтернативность пути развития ветровой энергетики очевидна. Потому в передовых странах проводятся исследования потенциала территорий на предмет использования их для возведения крупных ВЭУ.

Станции альтернативной энергетики обычно занимают большие площади. Соответственно в первую очередь обращается внимание на такие местности, которые даже в далекой перспективе не могут быть вовлечены в другую экономическую деятельность:

• Пустыни;
• Горные возвышенности;
• Шельфовые зоны;
• Прибрежные зоны морей и океанов, и другие.

В частности, на популярном интернет ресурсе windypower.blogspot.com/p/blog-page_8642.html дается такая информация:

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного-двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта

Мощности промышленных ветровых электростанций

Промышленные ВЭУ бывают самой разной мощности в зависимости от энергетического потенциала конкретной территории. Современные технологии позволяют массово производить даже не стандартизированное генераторное оборудование со сроком окупаемости 3 – 5 лет .

На сегодня самая крупная наземная ВЭС расположена на перевале Техачапи, что в Калифорнии. Ее полная мощность, соизмеримая с мощностью крупных тепловых электростанций, уже ныне составляет 1550 МВт . В дальнейшем планируется довести установленную мощность ВЭС АЛЬТА до 3000 МВТ. На ней используются ветровые турбины 1.5 и 3.0 МВт.

Державы, которые владеют большими шельфовыми зонами, активно развивают шельфовою ветроэнергетику. В этой области лидируют Дания и Великобритания. Такие ВЭУ устанавливаются в 10 – 50 км от берега в море с небольшими глубинами и отличаются большой эффективность, потому что там дуют постоянные морские ветра. Самой большой ВЭС среди эксплуатируемых в шельфовых зонах мира является великобританская станция London Array с рабочей мощность в 630 МВт.

Развиваются также такие экзотические типы ВЭС, как плавающие и парящие. Пока что это установки с одним или не большой группой генераторов мощностью по 40 – 100 КВт каждый. Но со временем планируется довести мощность агрегатов на плавающих электростанциях до 6.3 МВт. В частности к таким мощностям уже вплотную подошли датские и итальянские фирмы.

ВЭС для обеспечения электричеством коттеджей и объектов малого бизнеса и цены на них.

Для того, чтобы полностью покрыть нужды загородного дома, не большой фермы, ресторана или маркета, достаточно иметь установку мощностью в 20 или даже меньше КВт. Для жилого дома, например, номинальная мощность генератора выбирается с расчета 1КВт на 12 м2 площади, если зимняя температура не опускается ниже 18С при среднесуточной скорости ветра 6.3 м/с и более.

Стоимость электростанции для бытовых нужд и малого бизнеса зависит от номинальной мощности электрогенератора и составляет около 50 тыс. рублей на 1 КВт для ВЭС до 3 КВт, 40 тыс. рублей/КВт – для ВЭС до 10 КВт и около 30 тыс. рублей/КВт – для ВЭС свыше 10 КВт.

Окупаемость автономной электростанции составляет в пределах 5 – 7 лет, так 1 КВт установленной номинальной мощности генератора за год может выработать столько энергии, которая эквивалентна сжиганию 2 тонн высококачественного угля . В частности ВЭУ «ЭСО-0020» номинальной электрической мощностью 20 кВт, представленная на сайте «Учебные материалы ВГУЭС (http://abc.vvsu.ru/) имеет следующие параметры:

• Себестоимость электроэнергии – 0.02 долл. / КВтч;
• Годовая выработка эл. энергии — более 70000 КВтч;
• Срок окупаемости – до 7 лет;
• Срок службы – 20 лет.

Видео

Ветряные электростанции играют важнейшую роль в развитии экологически чистых эффективных источников энергии. Строительство таких электростанций тем не менее вызывает большие противоречия – от разрушения естественных сред обитания и опасностей для птиц и летучих мышей до разрушения береговых линий и естественной красоты мира. Предлагаем вам взглянуть на несколько фотографий самых известных ветряных электростанций, а вам решать, уродливо ли это или прекрасно!

В продолжение темы о экологически чистых способах добычи энергии, мы расскажем Вам о крупнейших ветряных электростанциях мира. Рекомендую также почитать о заводе по производству солнечной энергии в Севилье, мы же переходим непосредственно к ветрякам:

Ветряная ферма Сан Горгонио Пасс (San Gorgonio Pass) – одна из самых больших в Калифорнии, вырабатывает 615 МВ энергии и состоит из 3218 турбин

Первая в мире плавающая ветряная ферма начала вырабатывать электричество совсем недавно. Установлена она невдалеке от побережья Норвегии

Если ветряные электростанции Хайвинд в Норвегии успешно проработают в течение нескольких лет, то такая концепция будет применяться повсеместно

Ветряная ферма Уитли (Whitelee) тоже была построена совсем недавно и в настоящее время является наибольшей в Европе. Расположена она в Шотландии, состоит из 140 турбин и вырабатывает достаточно электричества для того, чтобы полностью обеспечивать им 180 000 домов

Ветряная электростанция Мэпл Ридж – самая большая в Нью Йорке, расположена в фермерском округе на окраине города. Запущенная в 2006, Мэпл Ридж вырабатывает 75% от всей ветряной энергии города

Разработанный студентами Аризонского государственного университета новый концепт турбин над автострадами способен обеспечивать электричеством целый дом, даже при низких скоростях ветра и не требует дополнительной площади для размещения. Таким образом удалось оригинально решить проблему выделения земли под ветряные электростанции

Ветряной парк Хорнс Рев у берегов Дании был самым большим на момент постройки (2002), сейчас строится 2 очередь ветряных генераторов, которая выведет Horns Rev на новый уровень

В настоящее время в устье Темзы строится ветряная ферма Greater Gabbard. Когда она будет введена (2011), то станет самой большой в мире

А в настоящее время лавры самой большой ветряной фермы принадлежат Lynn and Inner Dowsing, которая введена в эксплуатацию в 2008 в Линкольншире, Англия. Она вырабатывает электричество для 130 000 домов

Еще одна удивительная ветряная ферма - Tehachapi Pass в Калифорнии. Она была построена в 1980 году и до сих пор вырабатывает электричество. С тех пор ветряные электростанции в пустыне Мохави были многократно модернизированы и расширены

Неисчерпаемая энергия, которую несут с собой воздушные массы, всегда привлекала внимание людей. Наши прадеды научились запрягать ветер в паруса и колеса ветряных мельниц, после чего он два столетия бесцельно носился по необозримым просторам Земли.

Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.

На сегодняшний день, цены на электроэнергию выросли в несколько раз. Ветряная электростанция для дома является примером альтернативной энергетики. Это оптимальное решение для объекта, на котором отсутствует централизованная подача электроэнергии, а провести линии электропередач к дому слишком дорого.

Станция повышенной мощности позволяет полностью удовлетворить все энергетические потребности. Установка данного устройства, в зависимости от мощности, позволяет значительно сэкономить расходы покупаемой электроэнергии - или полностью позволяет перейти на свою собственную, производимую ветрогенераторами.

Конечно, цена на такие устройства является немаленькой, но, в свою очередь, если установить даже ветряк небольшой мощности - то можно значительно сэкономить.

Следует изначально проанализировать весь рынок продукции, рассчитать все затраты, а также произвести примерный расчет производимой энергии и того количества денег, которые ветряная установка позволит сэкономить.

Что лучше: сделать ветряк для дома своими руками или купить?

Сейчас существует огромный выбор самых всевозможных производителей ветряных установок: да и самих видов таких ветряков достаточно. Так что же лучше - сделать ветряную установку самому, или воспользоваться уже готовыми заводскими генераторами?

Рассмотрим преимущества заводских ветрогенераторов:

• уже готовые установки: можно даже заказать сам процесс монтажа;
• довольно богатый выбор фирм производителей;
• всевозможные типы генераторов ветра;
• гарантия качества;
• в некоторых случаях возможен выезд ремонтника при поломках.

На сегодняшний день на рынке представлен огромный ассортимент ветряных электростанций. Однако выделяют несколько наиболее популярных вариантов: американская станция «Windtronics» от компании «Honeywell Wind Turbine»; генератор «Eddy».

Теперь преимущества самодельных ветряных устройств:

1. Экономия бюджета.
2. Детали из подручного материала.
3. Конструктор самодельного ветряка будет знать его до последнего болтика.

Но следует отметить, что цены на заводские модели достаточно высоки, хотя качество их производства гораздо выше самодельных установок. К тому же, мощности заводских ветряков бывают самые разнообразные. Для самоделок характерны более частые поломки, меньшая стоимость, богатый выбор подручного материала для изготовления ветряков.

Специалисты не советуют устанавливать чисто ветряную систему, поэтому в большинстве случаев станция состоит из ветрогенератора с солнечными панелями, инвертора и контроллера заряда, а также аккумулятора.

Мачта для ветрогенератора — важнейшие нюансы при установке

При выборе типа мачты, следует ориентироваться на то, какой ветрогенератор будет установлен. Для каждого типа ветрогенератора характерна своя конструкция мачты. При этом также следует учитывать ландшафт местностей, где будет происходить монтирование ветряных генераторов, предусмотреть последующие ремонтные операции.

Мачта для ветрогенератора — важный элемент конструкции

Следует учитывать, что важным фактором для установки мачты является минимальная высота. Специалисты рекомендуют производить монтирование на высоте не менее десяти метров от крыш домов, деревьев - это оптимальная высота, на которой наблюдается ветер достаточной силы.

Бывает несколько типов мачт для ветрогенераторов:

• растяжные;
• конические;
• сварные;
• гидравлические.

Для вертикальных ветряных установок не требуются большие и длинные основы: для таких генераторов будет достаточно легкой и разборной металлоконструкции, высота которой не превышает шести метров.

Мачта для вертикального ветрогенератора представляет собой легкую разборную металлическую конструкцию высотой 3,5-6 м, которая может быть установлена на крыше любого здания.

Преимущества использования ветрогенератора

Основным преимущество ветрогенератора, как источника энергии, является бесплатное электричество (если не брать во внимание изначальные инвестиции). Заплатив однажды определенную сумму денег - решаете для себя проблему энергонезависимости на десятки лет.

Сами по себе установки ветрогенераторов надежны, экологически безопасны и практически не производят шума. Кроме того, в большинстве случаев, ветрогенератор позволяет получать дармовую энергию именно тогда, когда в ней есть повышенная потребность: а именно, в холодное время года. В конце осени и в начале зимы, наступают холода и расходуется электроэнергия на обогрев дома - и в это же время наиболее сильны ветра, поэтому ветрогенератор работает с полной отдачей.

Важно то, что ветрогенератор хорошо, в техническом смысле, сочетается с другими источниками энергии и может работают в паре с дизельными генераторами, солнечными батареями или другими источниками энергии: создавая единый замкнутый цикл.

В СНГ существует вторичный рынок генераторов: и есть возможность недорого приобрести ветряк, бывший в употреблении.

Использование энергии ветра для получения электроэнергии – логичное желание для владельца дома, особенно если жилье находится на возвышенности и постоянно подвергается ветровой нагрузке. Ветряк для частного дома на данном этапе развития технологий не станет дешевле приобретаемого в общей энергосети электричества, но может дать желаемую независимость.

Предварительные расчеты

Этап первый – проанализировать застроенность и открытость участка, на котором вы планируете установить ветряк для своего частного дома. Имейте ввиду, что подвижная часть этого ветряка должна находиться выше самого высокого здания и дерева.

Этап второй – проанализировать архив погодной сводки в вашем регионе. Наиболее широко такой архив представлен на сайте gismeteo.ru (откроется в новом окне). Для получения данных следует воспользоваться сервисом для школьников:

При правильном расположении ветряка в вашем доме, направление ветра не будет иметь значение, важна будет только его скорость.

Этап третий – подсчет ветреных дней. В той или иной степени, каждый день – ветреный, но не любой ветер способен вращать ветряк. Все зависит от выбранной модели ветряной электростанции. Самые дорогие представители ветряных турбин для частных домов, например американская турбина Windtronics могут начинать выработку тока при скорости 1 м/с, но большинство фабричных генераторов начинают вращение с 3-4 м/с. Поэтому, подсчитывая архив погоды, смело вычитайте те дни, в которых скорость ветра меньше заявленного минимума на устройстве.

Американский ветряк Windtronics за 5800$

Этап четвертый – подсчет энергоэффективности. Чем быстрее вращается ветряк, тем больше будет электроэнергии в вашем частном доме. При подсчете эффективности работы ветровой электростанции следует вычислить среднюю скорость ветра на основе полученных данных из дневника и умножить на 2,4 – получится количество часов работы ветряка в год. 2,4 – это 10% от 24 часов – в погодных условиях России – среднее количество времени, которое дует ветер.

Рассмотрим подсчет эффективности на примере ветряной электростанции EnergyWind 1 кВт, которая будет работать в д. Ястребово (МО):

• Подсчитываем все дни, скорость ветра в которые превышала 3 м/с (нижний порог для этого ветряка) = 219;
• Вычисляем среднее арифметическое из этих скоростей = 1352/219=6,17 (средняя скорость ветра);
• При этой скорости ветрогенератор вырабатывает 0,3 кВт/ч, умножаем эту цифру на 2,4 (время реальной работы ветряка в сутки) и получаем 0,72 кВт/ч за сутки;
• Умножаем на количество ветреных дней в году 219*0,72 = 157,68 кВт вы получите за один год работы такого ветрогенератора

Много это или мало – решать вам. Стоимость такого ветряка составляет 862$ . Существующий тариф на электроэнергию – 0,06$ . Следовательно в год такой ветряк сэкономит вам 157,68*0,06 $ = 9,4$ , а за 10 лет (срок службы устройства) – почти 100$ .

Не все измеряется в деньгах

Ветряк для дома оправдан в ограниченном ряде случаев:

• При отсутствии возможности подключения к общей энергосети;
• При изготовлении ветряка своими руками из подручных материалов;
• Если вы активный участник движения за сохранение экологии на планете.

Иных причин устанавливать ветровые электростанции для питания собственного дома нет. Даже если ваш дом находится в географических условиях, где есть постоянный поток ветра – это не сделает домашний ветряк экономически выгодным.

Комментарии:

Похожие записи

Power Bank с солнечной батареей - расчет на безграмотность Окупаются ли солнечные батареи для частного дома Выгодно ли покупать комплектом солнечные батареи для дачи