Сегодня вопросы альтернативной энергетики начинают вызывать все больший и больший интерес в кругу простых обывателей. В последние годы наблюдается повышенный спрос на солнечные панели.
Но Солнце не позволяет вырабатывать электроэнергию в ночное время. Да и днем солнечного света часто и густо бывает крайне мало, особенно в период холодного сезона года.
Для устранения дефицита электроэнергии многие специалисты рекомендуют дополнительно оснащать имеющуюся солнечную или топливную электростанцию ветрогенератором. В обзоре пойдет речь о том, как выбрать ветрогенератор.
Предшественником ветрогенератора является ветряная мельница, используемая человеком с давних времен, начиная от 200 лет до н.э. Первый же ветряной генератор для получения электроэнергии появился в конце XIX столетия.
Ветрогенератор – устройство для преобразования силы ветрового потока во вращательное движение ротора электрического генератора.
В среднем для начала выработки электроэнергии необходим ветер скоростью минимум 2-3 (м/с). Стабильная работа ветрового электрогенератора обеспечивается при скорости ветрового потока в пределах 5-7 (м/с). Чем выше мачта генератора, тем большую скорость развивает воздушный поток.
По статистике, рядовой ветрогенератор для домашнего использования (мощностью 2-5 кВт) работает 7-9 месяцев в год. При этом лишь 25% этого времени ветровой генератор включается на полную мощность.
Пик стабильности и производительности работы ветрогенератора достигается в осенне-зимний период, когда наблюдается наибольшая потребность в автономном источнике электроэнергии.
В тексте подробно рассказано про виды ветрогенератора.
Конструкция ветрогенератора
Ветровой генератор начального класса мощности, до 3-5 (кВт) состоит из следующих компонентов:
- Электродвигатель, выполняющий функцию генератора
- Лопасти
- Мачта
Дополнительно в составе ветрогенератора предусматривается контроллер, который заботится о безопасной подзарядке батарейного блока. Если ветровой генератор обслуживает домашнюю электросеть 220 (В), то потребуется еще и инвертор, позволяющий преобразовывать постоянное электричество от АКБ в переменное.
Существуют инверторы для получения 3-фазного промышленного электричества 380 (В).
Стоит отдельно заметить, что вспомогательное электрооборудование (контроллер, АКБ, инвертор) составляет львиную долю цены ветровой энергетической установки. Как правило, покупка контроллера, АКБ и инвертора повышает стоимость ветрогенератора примерно на 50%, а в некоторых случаях и более того.
Частные пользователи ветроустановок отмечают, что куда выгодней использовать автономный ветровой электрогенератор напрямую для запитки теплового насоса или теплоаккумулятора. В данном случае вспомогательное электрооборудование вполне реально заменить системой из реле, выпрямителей и конденсаторов, которые недорого стоят.
Что касается более мощных ветрогенераторов, которые используются для обслуживания коммерческих и производственных объектов, конструкция таких установок является более сложной, а вместе с тем более крупной и тяжелой.
Мощные ветрогенераторы обязательно имеют отдельную систему торможения лопастей. Нередко в таких установках применяется анемометр и вспомогательный привод для поворота турбины. Промышленные ветровые энергетические установки оснащаются трансмиссией с возможностью стабилизации скорости вращения ротора.
Виды ветрогенератора
Ветровые электрогенераторы можно классифицировать по типу лопастной крыльчатки. Ветрогенераторы делят на 2 основные группы:
- С вертикальным расположением оси
- С горизонтальным расположением оси
Направление оси вращения ротора влияет на многие параметры, от КПД и уровня аэродинамического шума до особенностей конструкции трансмиссии и лопастной крыльчатки.
Как выбрать ветрогенератор вертикального типа.
- Вертикально-осевой ветрогенератор – тихоходная ветровая установка. В таких моделях ось лопастной крыльчатки расположена вертикально.
Главной особенностью вертикально-осевых ветрогенераторов является возможность эффективной работы при любом направлении ветра. В ветровых генераторах данного типа отсутствует поворотный механизм лопастной крыльчатки, что позволяет сделать электрогенератор более простым и надежным.
Вторым ключевым преимуществом вертикально-осевой конструкции ветрогенератора является работа с минимальным уровнем шума. В таких моделях скорость вращения лопастей совпадает со скоростью ветрового потока, что позволяет нивелировать аэродинамический шум.
Конечно, ветрогенераторы с вертикальным расположением оси вращения лопастей не лишены некоторых недостатков. Главным минусом вертикально-осевых моделей является снижение эффективности из-за массы и вертикального расположения приводного вала. Сила крутящего момента в таких ветрогенераторах будет ниже, чем в аналогичных по массе и размерам горизонтальных решениях.
Дополнительно вертикально-осевые ветрогенераторы отличаются сложной геометрией лопастей. Такие крыльчатки весьма непросто изготовить, что сказывается на стоимости ветровой электроустановки.
Какие еще виды ветрогенератора существуют.
- Горизонтально-осевой ветрогенератор – установки этого типа имеют горизонтально расположенный приводной вал и крыльчатку с традиционными лопастями.
Ветрогенераторы с горизонтальным устройством называют быстроходными. В таких моделях прослеживается отчетливая зависимость между количеством лопастей, силой крутящего момента и скоростью вращения крыльчатки. Чем больше лопастей, тем выше скорость вращения привода, но при этом будет наблюдаться снижение силы крутящего момента.
Главным отличием горизонтально-осевых электроустановок является наличие поворотного механизма, который позволяет лопастной крыльчатке ловить оптимальное направление ветрового потока.
Поворотный механизм дает возможность правильно ориентировать лопасти по отношению к ветровому потоку. В данном случае у ветрогенератора появляется возможность достигать максимальной эффективности.
Разумеется, направление ветра может меняться с высокой интенсивностью. Поворотный механизм электроустановки часто не успевает ориентировать лопасти вслед за изменением направления ветра. Подобные ветрогенераторы рекомендуется располагать как можно выше, где действуют более-менее стабильные ветровые потоки.
Стоит отдельно отметить, что горизонтально-осевые ветрогенераторы источают в процессе работы заметный шум. Источником звука является как механическая часть, так и аэродинамический эффект ометания лопастной крыльчатки воздухом.
Горизонтально-осевые электроустановки стараются размещать подальше от жилого сектора.
Если говорить за бытовые ветрогенераторы мощностью до 3-5 (кВт), то электроустановку рекомендуется монтировать на высоте минимум 15-20 (м).
Что еще нужно знать о том, как выбрать ветрогенератор.
Перспективы развития ветроэнергетики
В последние годы наблюдается бурное развитие сектора альтернативной энергетики. Уже сегодня при помощи солнечных батарей и ветрогенераторов вырабатывается около 15% от общего объема электроэнергии.
Развитие сектора ветроэнергетики способствует снижению углеродных выбросов в атмосферу. На протяжении 2020 года благодаря использованию ветрогенераторов удалось уменьшить объем выбросов СО2 на 1,1 млрд тонн. По состоянию на 2020 год, общемировая мощность ветряных энергетических установок составила 743 (ГВт).
Да, себестоимость «зеленого» электричества остается высокой. В среднем за 1 (кВт) электроэнергии от ветряного генератора можно приобрести 1,5-2 (кВт) электричества, которое вырабатывает тепловая электростанция.
Главным аргументом противников ветряной энергетики является низкая стабильность и непредсказуемость ветровых потоков. Точность прогноза ветра на сутки вперед составляет 95%. А точность прогноза ветровых потоков на несколько дней вперед снижается примерно до 70%.
Из-за непредсказуемости ветряной энергетики ветрогенераторы принято использовать в паре с солнечными батареями и топливными генераторами.
Дополнительно следует отметить, что крупные ветряные электростанции сталкиваются с проблемой утилизации отработанных лопастей из углепластика и других композитных материалов. Такие материалы весьма сложно перерабатывать, как и старые солнечные панели.
Касательно надежности и долговечности ветрогенераторов, срок службы электроустановок этого типа составляет 20-30 лет. Но входящие в состав ветряного генератора аккумуляторы нужно будет менять примерно 1 раз в 3-5 лет.
