Альтернативная энергетика. Ветрогенератор – игрушка или запасной игрок?

Автономность, экономия расходов и забота об экологии. Именно эти цели преследуют те домовладельцы, которые проявляют интерес к технологиям альтернативной энергетики. Смогут ли ветровые электростанции удовлетворить их запросы?

Важность альтернативной энергетики

Достоверно сказать, что будет в обозримом будущем с традиционными природными ресурсами, нельзя. Возможно, их запасы истощатся. Но, может быть, будут обнаружены новые месторождения. Так или иначе, а население планеты растет. Увеличиваются и запросы людей, а стоимость энергоресурсов растет и явно будет увеличиваться в дальнейшем.

Так что поиск альтернативных источников энергии объясним и вполне обоснован, тем более в нашей стране с ее нестабильными и ненадежными инженерными сетями, от которых хочется получить независимость. Причем использовать можно практически все природные факторы, например тепло солнца, силу воды, энергию грунта. С давних времен используют и ветер. Примером тому являются мельницы, существовавшие еще в античности. Уже почти полвека работают и ветряные электростанции. А в последние годы появились сравнительно небольшие ветрогенераторы, или ветряки, которые позволяют обеспечивать электроэнергией частные жилые дома. О них и пойдет речь ниже.

Технологические особенности

Ветрогенератор, ветровой электрогенератор, ветрогенераторная установка, ветровая электрическая установка (ВЭУ), ветряная станция, ветровая электростанция (ВЭС)... Названия – разные, суть – одна: ветровая установка преобразовывает кинетическую энергию движущегося воздуха в электрическую. Правда, делает она это «грубо» и нестабильно и сильно зависит от скорости ветра и имеет скачки напряжения на выходе.

Поэтому нужен набор дополнительных приспособлений. В частности, ветровая установка включает в себя аккумуляторную батарею (АКБ). Ее задача состоит не только в накоплении энергии, а и в выравнивании волнообразных периодов значительной выработки и потребления. Еще один очень важный элемент – инвертор. Он преобразует ток с переменным напряжением в постоянный. Кроме того, контроллер защищает аккумулятор от чрезмерной зарядки, а автоматика управляет процессами и выполняет функции защиты от аварийных ситуаций. Разумеется, систему подсоединяют при помощи электрических кабелей, а на высоту (туда, где ветер дует с приемлемой скоростью) поднимают при помощи мачты.

Все перечисленные выше компоненты – необходимы и обязательны. Кроме того, для увеличения стабильности обеспечения здания энергией в комплектацию ряда современных моделей входит бензогенератор, сетевое зарядное устройство или фотоэлектрический модуль (по сути солнечная панель для преобразования в электроэнергию солнечного излучения). Но они необходимы в тех случаях, когда ВЭУ используют в качестве основного источника энергии. Если же ветрогенератор сам играет роль запасного игрока, необходимости в помощи ему нет.

Читайте также: Альтернативные источники энергии. Как это делалось в Дании

Правильная типология

Выделяют два основных вида ветрогенераторов – с горизонтальной и вертикальной осями вращения ротора. Первые отличаются более высокой производительностью, расширенными возможностями регулировки, хорошей работоспособностью при низкой скорости ветра. Вторые - легче монтировать, а при малых ветрах они работают еще эффективнее. Правда, средняя производительность таких приборов в стандартных условиях хуже. Но у них есть очень важное для жилых районов преимущество: эти ветрогенераторы меньше шумят.

Кроме того, встречаются ветроустановки с редуктором (его еще называют мультипликатором). Они обладают более высокой производительностью, но сокращенным сроком службы. Так что практически все домашние ветроустановки используют прямой привод генератора. Тем более, у них ниже уровень шумности.

Также различают ВЭУ с ветроколесом пропеллерного, барабанного и карусельного типа. Два последних варианта отличаются излишней громоздкостью. Поэтому все современные ветрогенераторы для дома имеют пропеллерное, или крыльчатое ветроколесо. Его лопасти расположены перпендикулярно к несущему валу. В общем, самая эффективная ВЭУ – это классическая трехлопастная система с прямым приводом генератора.

Важные параметры

Выбирая ветровую систему для своего дома, нужно ознакомиться с характеристиками прибора.

• Мощность бывает номинальной и рабочей. Первый показатель описывает производительность ВЭУ при определенной расчетной скорости. Многие потребители обращают на нее основное внимание. На деле реальная рабочая мощность системы зависит от свойств инвертора и может скачкообразно изменяться при различных скоростях ветра. Например, ВЭУ может выдавать 1 кВт электроэнергии при ветре, дующем со скоростью 15 м/с. Она же выдаст лишь 0,5 кВт при 9 м/с. В таком случае выгоднее брать прибор, который лучше работает при меньших значениях скорости ветра. Такая погода бывает чаще.
• Выработка энергии за период – важнейшее качество ветроустановки. Рассчитанное производителем значение должно примерно соответствовать проектным параметрам. Средняя выработка энергии должна быть примерно на 20 % больше необходимых потребностей. Точные вычисления ведут одним из трех способов

• а) суммируют потенциальное потребление бытовой электрической техники и осветительных приборов;
• б) рассчитывают среднемесячное потребление электроэнергии, беря во внимание не только перечень используемых приборов, но и ожидаемое время работы;
• в) производят сверку с реальным энергопотреблением в существующем доме по счетчику за период. Можно принять и средние значения. Считается, что для дома, где живет семья из трех-четырех человек, нужно порядка 8 кВт электроэнергии в день. Так что можно приобрести ветряк с выработкой до 250 кВт в месяц. Однако при желании запитать от ветрогенератора не только освещение, холодильник, компьютер и телевизор, но также частичное отопление, подогрев воды, электроинструмент, надо увеличить запас производительности до 500 кВт в месяц.

Скорость ветра указывают трех видов. Расчетная даст понять, при каких условиях ВЭУ работает наиболее эффективно. Чаще всего она находится в диапазоне от 9 до 12 м/с. Стартовая покажет минимальное значение, необходимое для выработки электроэнергии. Большинство ВЭУ начинает трудиться при движении воздуха в 2,5-3,5 м/с. Если стартовая скорость слишком высока, то большую часть дней ВЭУ будет простаивать. Когда скорость ветра достигнет максимальной эксплуатационной, ВЭУ надо остановить. Иначе она может разрушиться. Качественные современные ВЭУ можно эксплуатировать при ветре до 45-50 м/с. Если указанная производителем «максималка» существенно меньше, от приобретения данного прибора лучше отказаться

Размер ВЭУ, а именно диаметр ветротурбины. От него напрямую зависит «ометаемая» площадь воздуха, которую захватывают лопасти ветряка (для классических пропеллерных ветряков – размер круга). А производительность и выработка энергии системой пропорциональна данной площади. Номинальная мощность ВЭУ определяется по формуле E = 1,64 D² V³, где D – диаметр ветряка (м), V – среднегодовая скорость ветра (м/с). Таким образом, зная необходимую выработку, можно определить полезный диаметр ВЭУ.

Солнце и вода

Чтобы нивелировать воздействие погодных скачков на работоспособность энергосистемы, стоит приобрести ветрогенератор в паре с фотоэлектрическим модулем, или, проще говоря, солнечной панелью. При этом можно заказать ВЭУ с меньшими показателями выработки. Снижение запаса покроет стоимость модуля, и срок окупаемости финансовых вложений уменьшится.

Второй способ быстрее достичь окупаемости проекта – использовать ВЭУ напрямую для подогрева воды, причем как для горячего водоснабжения, так и для отопления. В таком случае надо будет дополнительно установить бак, аккумулирующий нагретую жидкость.

Внимание, только СЕГОДНЯ!