Ветроэнергетика

Установка ветрогенератора

Установка ветрогенератора проводится квалифицированными специалистами с учетом нескольких факторов:

• выбор места установки;
• плотность грунта;
• особенности рельефа местности.

Выбор места

Чем выше лопасти, тем больше производительность

Чтобы выходная мощность была высокой, для ветра не должно быть препятствий. Поэтому ветряк ставят там, где нет поблизости высоких зданий, гор. При удвоении скорости и силы ветра выходная мощность увеличивается в 8 раз. Однако чем выше конструкция, тем сложнее ее установить и тем дороже она стоит.

Чтобы работе ветрогенератора ничего не мешало, его лопасти должны находиться выше любого препятствия на 4 – 6 метров в радиусе 200 метров.

Например, если высота мачты 5 м, производительность турбины будет 1,4 кВтч/сутки. При увеличении высоты вдвое, производительность также увеличится до 2,45 кВтч/сутки. При высоте в 20 м – до 3,12 кВтч/сутки. Чем выше установка, тем сложнее ее монтировать и тем дороже она обходится.

Следует рассчитать местоположение аккумуляторной станции, чтобы снизить потери при транспортировке электроэнергии на расстояние. Она должна располагаться поблизости. Учитывается стоимость кабеля: чем дальше передается энергия, тем его толщина больше.

Подходящие варианты расположения ветряка:

• вершина горы;
• берег водоема;
• большое поле или равнина.

Нельзя устанавливать мачту на здание, так как она издает звуки и вибрации, которые передаются на дом.

Инструменты и материалы

Следует учитывать, что установка ветряка связана с большим количеством капитальных строительных работ – заливка фундамента под мачту, сварка.

Понадобятся следующие инструменты и материалы:

• цемент, песок;
• бетономешалка;
• тросы для растяжки мачты;
• крепежные материалы – анкерные кольца;
• строительная техника для установки в вертикальное положение.

Все этапы проводятся с учетом технологических норм и требований к качеству качества.

Этапы установки

Монтаж проводится в следующем порядке:

1. Заливка фундамента под основание мачты.
2. Слой фундамента под растяжки, куда монтируется анкерное кольцо.
3. Сборка мачты.
4. Установка нижней секции мачты в основание.
5. Закрепление секции и протягивание кабелей внутри.
6. Соединение всех остальных секций мачты.
7. Соединение генератора с мачтой.
8. Монтаж силовых и вспомогательных кабелей.
9. Установка лопастей, датчика ветра, балансировка лопастей.
10. Закрепление растяжек к мачте.
11. Подъем мачты в вертикальное положение. Закрепление основания.
12. Установка анемоскопа.
13. Подключение остальной электрической части.

Ветрогенератор готов к запуску.

География применения

Наибольшее распространение ветроэнергетика получила на западном побережье Атлантики, в частности, в Германии. Там имеются наилучшие условия — ровные и сильные ветра, оптимальные климатические показатели. Но основной причиной широкого распространения ВЭС именно в этом регионе стало отсутствие возможностей для строительства гидроэлектростанций, вынудившее правительства стран этого региона использовать доступные методы получения электроэнергии. При этом, имеются установки и в балтийском регионе, в Дании, Голландии.

Россия пока отстает в этом вопросе, за прошедшее десятилетие в эксплуатацию сдан едва ли десяток ВЭС. Причина такого отставания кроется в большом развитии гидроэнергетики и отсутствии должных условий для эксплуатации промышленных ветроэнергетических станций. Тем не менее, отмечается рост производства небольших установок, способных обеспечивать энергией отдельные усадьбы.

Преимущества ветровых генераторов

Ветровые электростанции уже долгое время используются в быту, на производстве и других областях.

За это время удалось выявить их основные положительные качества и преимущества:

• Энергия ветра, используемая для ветроэлектростанций, является бесплатной и самое главное – возобновляемой. Устройства не загрязняют окружающую среду и не выделяют каких-либо вредных веществ. В перспективе планируется еще шире использовать экологически чистые ветровые электростанции в России, что позволит сократить количество обычных установок с вредными выбросами.
• Снижается зависимость электроснабжения через центральные электрические сети.
• Широкие перспективы для дальнейшего развития и внедрения новых прогрессивных технологий, и это не последние достоинства этих установок.
• Постепенное снижение затрат на получение энергии, без которых не обойтись на первоначальном этапе. В течение последних 20 лет стоимость оборудования и комплектующих снизилась примерно на 80%. Энергия ветра становится наиболее прибыльной среди всех альтернативных источников электроэнергии.
• Ветряки имеют достаточно высокий срок эксплуатации, составляющий 20-30 лет. В течение этого срока окружающий ландшафт остается неповрежденным.
• Простота сборки и дальнейшего использования. Ветряная электростанция монтируется очень быстро, затраты на ремонт и обслуживание сравнительно низкие. Произведенная электроэнергия количественно превышает затраченную энергию ветра примерно в 85 раз. Потери при передаче электроэнергии сравнительно невысокие.

Производители и цены

Основными поставщиками ветряных электростанций на рынке являются компании из европейских стран и США.

• Германия. Сименс, Repower, Enercon (второй производитель в мире по объёмам производства), Nordex;
• Дания. Vestas (один из лидеров рынка);
• Испания. Фирмы Gamesa и Ecotechnia;
• США. GeneralElectric;
• Индия (Suzlon);
• Япония. Митсубиси.

Большинство из этих производителей выпускают ветряные электростанции мощностью от 500 до 6 тысяч киловатт.

Больше всего ветроэнергетика развита в ЕС и США

• ООО «Ветро Свет»;
• ООО «Сапсан-Энергия»;
• «ЛМВ Ветроэнергетика»;
• ООО «СКБ Искра»;
• ООО «ЭнерджиВинд».

Небольшой объём оборудования для преобразования энергии ветра выпускается на заводах военно-промышленного комплекса.

Примерные цены на ветряные электростанции вы можете посмотреть в таблице ниже.

Развитие ветряной энергетики в мире и в России

Лидерами по строительству ветряных электростанций являются развитые страны. Впереди планеты всей Германия и в целом европейские страны. Ветряные электростанции есть в скандинавских странах и в южной Европе. В азиатском регионе лидером по использовании энергии ветра является Китай. У них многие проекты по строительству зданий предусматривают монтаж в них ветряных генераторов.

Ветряные электростанции есть в нескольких регионах России

В России последние годы тоже идёт процесс строительства ветряных электростанций. Можно отметить несколько регионов, где они построены:

• Башкортостан (станция Тюлкильды);
• Калмыкия (Калмыцкая ВЭС);
• Калининградская область (Зеленоградская ветряная станция);
• Крым. На полуострове есть 5 станций, из которых очень крупные;
• Мурманск;
• Республика Саха-Якутия.

Рост использования ветряной энергии в стране не такой интенсивный, как в западных странах, но положительная динамика наблюдается.

Оценка целесообразности установки

Прежде чем приступать к изготовлению ветряного генератора вертикального типа, изучают метеоситуацию в своем регионе и стараются определить, сможет ли агрегат обеспечить необходимое количество ресурса.

Специалисты рекомендуют оценить следующие параметры:

• количество ветреных дней  – берут среднее значение за год, когда порыв превышает 3 м/с;
• объем электроэнергии, потребляемый за сутки домовладением;
• подходящее место на собственном участке для ветряного оборудования.

Первый показатель узнают из данных, полученных на ближайшей метеостанции или найденных в интернете на соответствующих порталах. Дополнительно сверяются с печатными географическими изданиями и составляют полную картину о ситуации с ветром в своем регионе.

Статистику берут не за один год, а за 15-20 лет, только тогда средние цифры будут максимально корректными и покажут, сможет ли генератор полностью удовлетворить потребность домовладения в электроэнергии или его сил хватит только на питание отдельных бытовых нужд.

Если в распоряжении владельца большой участок земли, расположенный на склоне, у берега реки или на открытом пространстве, с установкой не будет проблем.

Когда же дом находится в глубине населенного пункта, а двор отличается компактными габаритами и вплотную прилегает к соседским постройкам, установить вертикальную модель ветряка своими руками будет непросто. Конструкцию придется поднимать на 3-5 м над землей и дополнительно укреплять, чтобы при сильном порыве она не упала.

Учесть всю эту информацию нужно на этапе планирования, чтобы стало понятно, сможет ли ветряной генератор взять на себя полное энергообеспечение или его роль останется в рамках вспомогательного источника энергии. Предварительно желательно провести расчет ветряка.

Устройство

Общий состав комплекса практически одинаков и различается только типом конструкции ветряка.

Горизонтальные ветрогенераторы

Установки с горизонтальной осью вращения имеют практически одну конструкцию. Они представляют собой горизонтальную ось с хвостом и ротором на противоположных концах. Ось имеет возможность свободного вращения вокруг вертикальной оси, необходимое для установки ротора по направлению ветра. Это происходит автоматически, при помощи хвоста. Ротор представляет собой род пропеллера, вращающегося при воздействии ветрового потока на лопасти.

Принципиального различия между разными моделями горизонтальных ветряков нет. Они отличаются типом лопастей:

• жестколопастные,
• парусные.

Первые сделаны из прочного материала, вторые представляют собой жесткую рамку, обтянутую плотной тканью или подобным материалом. Кроме того, имеются образцы с различной формой лопасти:

• в виде прямой лопатки;
• в виде архимедова винта.

Имеются парусные модели, созданные для получения максимального эффекта от воздействия ветрового потока. Они не имеют вращающихся частей, поверхность паруса создает давление на поршневую систему, взаимодействующую с генератором.

Ротор горизонтальной конструкции нуждается в установке на высокую мачту. Это увеличивает эффективность получения ветровой энергии, но осложняет процесс монтажа и обслуживания устройства. Мачта должна быть надежно закреплена и усилена растяжками, чтобы имелась возможность выдерживать ураганные порывы ветра. Высота мачты выбирается таким образом, чтобы ветряк возвышался над всеми ближайшими зданиями и сооружениями. При этом, место установки также выбирается на возвышении, что позволяет снизить высоту мачты и облегчает монтаж.

Вертикальные ветряки

Ветрогенераторы вертикальных конструкций имеют меньшую эффективность использования потока ветра, но с точки зрения эксплуатации они намного предпочтительнее. Их преимущества:

• нет нужды ориентировать ротор по направлению ветра;
• устанавливать устройство на высокую мачту необязательно, так как большой разницы в эффективности нет;
• устройства имеют более простую конструкцию, что удобнее при самостоятельном изготовлении.

Изначально вертикальные конструкции имели две лопасти, имеющие форму желоба, расположенные диаметрально вдоль оси вращения. Впоследствии появились другие варианты, имеющие большее количество лопастей или иную форму. На сегодня различных конструкций известно довольно много. Вот некоторые из них:

• ротор Савониуса,
• ротор Дарье,
• ротор Третьякова,
• ортогональный,
• геликоидный.

Работы по созданию новых типов конструкции ведутся непрерывно, поэтому привести полный перечень имеющихся конструкций невозможно.

Как хранить энергию ветра

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра?

Существует несколько способов сохранения энергии:

• Простейший способ – ветряное колесо движет насос, который накачивает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока.
• Другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива.
• Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород. Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Решающим фактором, который определит, значителен ли будет вклад ветровой энергии в удовлетворение потребностей человечества в энергии, является возможность создания соответствующей технологии. Он связан в основном с национальной энергетической политикой, затратами и приемлемостью таких установок для населения.

Разрабатываются также ветроэнергетические установки единичной мощностью в диапазоне от 100 Вт до 5 МВт, предназначенные для выработки электроэнергии в составе существующих энергетических систем. В дополнение к традиционным направлениям освоения ветровой энергии обсуждался ряд других возможностей ее использования, а именно:

• производство удобрений с использованием ветровой энергии. В этом случае электроэнергии, выработанная ветроэнергетическим агрегатом, используется для получения электрических разрядов в воздушном потоке. Образующиеся при этом окислы азота поглощаются водой, превращаясь, в раствор азотной кислоты. Ведется исследование прототипов систем такого рода. Учитывая большую потребность мира в азотных удобрениях, создание первоначально небольших систем, основанных на этой принципе для производства удобрений в отдаленных районах, особенно на островах и в горах, могло бы обеспечить снижение расходов на их транспортировку;
• использование с помощью существующей технологий электролиза электроэнергии, вырабатываемой ветроэнергетическими установками, для производства водорода и кислорода;
• использование ветроэнергетических установок в районах с холодным климатом для производства сжатого воздуха, который затем подается по трубам на дно рек, где он выпускается через отверстия, чтобы воспрепятствовать замерзанию воды;
• использование ветровой энергии для производства сжатого воздуха. Этот подход может найти применение для аэрации прудов при разведении рыб, а также водоемов, испытавших неблагоприятные экологические воздействия.

• Перспективы развития нетрадиционной энергетики
• Использование солнечной энергии
• Биоэнергетика
• Малая гидроэнергетика
• Экономические задачи развития нетрадиционной энергетики

Как выбрать

Для того, чтобы выбрать ветровую электростанцию необходимо руководствоватьсякритериями выбора сформулированными выше.

1.Электрическая мощность.

При выборе установки по этому критерию необходимо определиться в каком качестве будет работать ветровой генератор в системе электроснабжения объекта (дом, дача, промышленное или сельскохозяйственное назначение).

• Это может быть источник аварийного питания, когда к сети генератора будет подключено аварийное освещение и устройства теплоснабжения или водоснабжения, останов которых может привести к аварийной ситуации.
• Основной источник электрической энергии в системе электроснабжения объекта.
• Источник электроснабжения части потребителей (работа параллельно с традиционной сетью электроснабжения).

Определив мощность подключаемых к ветровой электростанции объектов – определяется мощность установки, с учетом коэффициента запаса и возможности развития.

3.Скорость воздушных потоков обеспечивающих нормальную работу установки.

Этот показатель тоже является основополагающим при выборе модели и ее способности работать в каждом выбранном регионе, где предстоит выполнить монтаж.

Для того чтобы правильно подобрать ветровую электростанцию, в отношении этогокритерия, необходимо изучить ветровые нагрузки в предполагаемом месте монтажа станции и сравнить их с техническими параметрами выбранной модели.

5.Срок эксплуатации.

Этот показатель дает возможность потенциальному потребителю рассчитать период окупаемости электростанции и время, которое приобретенная установка будет приносить прибыль, без дополнительных капитальных затрат.

Цена на отечественные и зарубежные аналоги ветровых электростанций несколько различается, но при желании всегда есть возможность выбрать тот агрегат, который будет соответствовать этому критерию выбора.

Частные ветряные электростанции

Для России наиболее актуальным вопросом является распространение именно небольших станций, обеспечивающих один дом или усадьбу. Строительство крупных ВЭС в климатических условиях нашей страны нецелесообразно и нерентабельно. Самая большая ценность ветрогенераторов кроется в создании возможности обеспечить энергией отсталые или отдаленные населенные пункты, где нет сетевого подключения.

Для таких районов применение небольших частных станций является оптимальным способом решения вопроса, так как работа ветряка не требует обеспечения топливом, устройство несложно и свободно поддается ремонту. Обеспечить такие регионы дополнительным оборудованием намного проще и дешевле, чем выделять большие средства на проведение линии электропередач, особенно, если речь идет о гористой местности. Небольшие ветряки способны вырабатывать достаточное количество энергии, не нуждаясь в расходах на содержание или топливо, что делает их весьма перспективными и привлекательными вариантами решения проблемы.

Работа системы торможения

При высокой скорости воздушного потока ветровые электростанции могут выйти из строя. Чтобы этого не случилось, в конструкции применяется тормозная система. В ней используется сила действия вращающихся магнитов ротора. Они не только индуцируют ток в обмотках статора, но и в определенной ситуации замедляют движение вала. С этой целью требуется создать короткое замыкание, вызывающее противодействие и замедляющее вращение.

Автоматическое торможение наступает при скорости ветра свыше 50 км/ч. Если скорость возрастает до 80 км/ч, в этом случае происходит полная остановка лопастей. Конструкция турбины позволяет максимально эффективно использовать энергию ветра и путем двойного преобразования энергии получать электрический ток. Наличие аккумуляторной батареи дает возможность использовать электроприборы при полном отсутствии ветра.

Некоторые конструкции установок оборудованы ветровым датчиком, собирающим информацию о параметрах воздушного потока. В конечном итоге мощность ветровой установки на выходе будет зависеть от мощности подключенного инвертора. Исходя из этого показателя определяется и максимально возможное количество подключаемых приборов. С целью увеличения выходной мощности установки, рекомендуется параллельное подключение сразу нескольких инверторов. В трехфазных системах на каждую фазу устанавливается собственный инвертор.

Европейское мероприятие по ветроэнергетике

В 2013 году ветер в Европе Премьер Ветроэнергетика событий февраля оценивали Роберт Clover от MAKE Consulting в качестве дешевой технологии электроэнергии после 2020 года заседании 50% спроса на электроэнергию в Европе к 2050 году Согласно Фатих Бирол , главный экономист Международного энергетического агентства , без отказавшись от субсидий на ископаемое топливо , ЕС не достигнет своих климатических целей. По словам Бирола, субсидии на ископаемое топливо составили полтриллиона долларов в 2011 году. Самая большая проблема ветроэнергетики — это отсутствие предсказуемости государственной политики, а не отсутствие предсказуемости ветроэнергетики. Ретроактивные изменения политики также подорвали инвестиции в проекты возобновляемой энергетики. Европейской ветроиндустрии нужна квалифицированная рабочая сила. Мощность ветроэнергетики ЕС на конец 2012 года составила 105,6 ГВт. Возобновляемые источники энергии составили 69% новых энергетических мощностей в 2012 году, в то время как мощность мазута, угля и атомной энергетики выросла в отрицательную сторону из-за вывода из эксплуатации.

Глобальное распределение ветра

Карта на этой странице показывает глобальные ресурсы ветра. Видно, что регионы с высоким потенциалом (около 9 м/с) находятся в средних и высоких широтах (Антарктида, южная Латинская Америка, Гренландия, Северная и Западная Европа), а также в районе огромных равнин и пустынь центральной части Северной Америки, России, Центральной Азии и Северной Африки (примерно 6 м/с).

Скорость ветра необходимая для выработки электроэнергии должна быть, по крайней мере, 2,5–3 м/с и не более 10–15м/с. Многие районы Земли не пригодны для размещения ветровых установок, и почти такое же количество районов характеризуется средней скоростью ветра в диапазоне (3–4,5м/с), что может быть привлекательным вариантом для производства электроэнергии. Однако значительная часть поверхности Земли характеризуется среднегодовой скоростью ветра, превышающей 4,5 м/с, когда энергия ветра наверняка может быть экономически конкурентоспособной.

Оценка ветровых ресурсов конкретной территории является сложной задачей, которая требует многообъемлющих данных. В целом, доступность и надежность данных о скорости ветра крайне низка во многих регионах мира. В общих чертах, потенциал производства ветровой электроэнергии зависит от следующих четырех факторов:

• широта и преобладающие режимы ветра
• рельеф и высота
• водоемы
• растительность и застройка территории

Скорость ветра, преобладающую в регионе, можно определить исходя из глобальной модели (низко- и высокоширотные восточные, среднеширотные западные, и маловетреные тропические зоны конвергенции). Кроме того, в прибрежных районах часто наблюдаются морские и наземные бризы, а высотные районы могут усиливать воздушные возмущения, вызванные тепловыми циклонами.

На рисунке приведена карта ветровых ресурсов мира (высота — 80 м, разрешение — 15 км) с указанием установленной мощностью и данными о производстве ветровой электроэнергии ведущими странами мира

Как выбрать ветряную электростанцию

Главным параметром ветряной электростанции является ее мощность. Необходимо помнить, что своего пикового значения она достигает только при максимальной скорости вращения. А для того чтобы добиться максимальной скорости, необходимо обеспечить подходящую высоту установки ветряка и выбрать модель с оптимальным количеством лопастей. В большинстве случаев потребители останавливаются на трехлопастных моделях. Если выбрать модель мощностью 3 кВт, то этого вполне хватит для большинства нужд.

Для семьи из четырех человек месячное потребление электроэнергии составляет около 350-400 кВт – ориентируйтесь на эту цифру и на потребление бытовых электроприборов.

Кроме ветряков, советуем вам также присмотреться и к солнечным батареям. В зависимости от климатических и географических условий такой вид получения энергии может оказаться даже более выгодным.

Если энергия от ветряной электростанции будет тратиться не только на освещение и работу маломощной бытовой техники, потребуется более мощная модель. Это актуально при использовании микроволновых печей, множества морозильных камер, электропечей и прочих электроприборов. Впрочем, для приготовления еды лучше задействовать газовое оборудование, работающее на сжиженном газе.

Поговорим о производителях – наибольшим спросом пользуются ветрогенераторы из Европы, в частности – из Германии и Австрии. Отзывы владельцев говорят, что именно здесь изготавливаются самые надежные и долговечные агрегаты, способные прослужить до 30-40 лет. Востребованы и ветряки российского производства – они отличаются ценовой доступностью. Что касается китайской продукции, то она не только дешевая, но и не самая надежная.

Похожие записи:

Как правильно вешать люстру на крюк или кронштейн самостоятельно Mysql workbench, учебное пособие: полное руководство по инструменту субд Какие лампы поставить в противотуманки Аварийное освещение. подключение светильников аварийного освещения Греющий саморегулирующийся кабель для обогрева труб Цифровые микросхемы