Как работают ветряные электростанции

Устройство ветрогенератора, типы ветряных электростанций [ВЭС]

Ветровая

Ветрогенераторы являются одним из наиболее распространенных и эффективных способов производства электроэнергии из неисчерпаемых источников энергии. Они используют энергию ветра для преобразования ее в электрическую энергию.

Как устроен ветрогенератор

Устройство ветрогенераторов обычно включает в себя следующие основные компоненты:

1. Лопасти находятся на вершине ветрогенератора и являются основными элементами, которые захватывают энергию ветра. Лопасти могут быть изготовлены из различных материалов, таких как углеродное волокно, алюминий или стекловолокно.
2. Генератор преобразует энергию ветра в электрическую энергию и передает ее на выходную сторону ветрогенератора. Генераторы могут быть разных типов, но наиболее распространенными являются синхронные генераторы с постоянными магнитами или генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.
3. Система управления контролирует работу ветрогенератора и управляет его работой. Система управления может включать в себя различные датчики, контроллеры и другие устройства, которые обеспечивают стабильную и эффективную работу ветрогенератора.
4. Тормозная система необходима для торможения лопастей при сильном ветре для избежания поломки установки. Датчик ветра передает данные в блок управления, и если скорость ветра превышает 50 км/ч, вращение ротора замедляется. При 80 км/ч система полностью останавливает лопасти.
5. Поворотный механизм необходим, чтобы лопасти смогли “поймать” ветряной поток, так как он может проходить в разных направлениях.
6. Трансмиссия (коробка передач) необходима для передачи крутящего момента с лопастей, вращающихся со скоростью 15-20 об/мин, к электрическому генератору, ротор которого вращается со скоростью 1500-1800 об/мин.
7. Генератор необходим для переработки механической энергии вращающихся лопастей в электрическую энергию переменного тока.

Строительная часть

Так, крупные ВЭС, используемые в промышленных масштабах, имеют гигантские размеры. Так, самый массивный ветрогенератор в мире – Enercon E-126 – имеет высоту башни 126 метров и диаметр лопастей 126 метров. Для устойчивости, и во избежание опрокидывания таких массивных конструкций, передающих вертикальные нагрузки на основание и испытывающих горизонтальные нагрузки от ветра, необходим фундамент. Обычно его делают массивным железобетонным, так как центр тяжести конструкции расположен на значительной высоте. Башня имеет округлую форму для создания обтекаемости и снижения ветровых нагрузок на нее. Внутри нее расположена лестница для доступа мастера, производящего обслуживание.

Электрическая часть

Чтобы использовать ток, полученный с использованием ветрогенератора, его необходимо преобразовать. Для этого необходима инверторная система. Инверторная система – устройство, которое преобразует постоянный ток, производимый генератором, в переменный ток, необходимый для питания различных электрических приборов.

Все перечисленные компоненты работают совместно, чтобы создать электрическую энергию из энергии ветра. Ветрогенераторы могут быть установлены на земле или на воде. Они могут использоваться как для производства электроэнергии для собственных нужд, так и для продажи электроэнергии на рынок.

Типы ветряных электростанций (ВЭС)

Ветряные электростанции могут различаться по размеру, мощности и другим параметрам. Классифицировать их можно по-разному. В зависимости от мощности и расположения лопастей ветрогенератор может быть вертикальным, горизонтальным или гибридным. По функциональности – мобильные и стационарные. По типу конструкции – роторные и крыльчатные, по расположению – прибрежные, наземные, оффшорные, плавающие.

Вертикальные ветрогенераторы

Вертикальные ветрогенераторы могут быть установлены на земле, на крышах зданий или на мачтах, установленных на высоких столбах. Они могут использовать различные типы лопастей, включая фиксированные лопасти или лопасти, которые могут поворачиваться вокруг своей оси. Лопасти устанавливаются на горизонтальной оси вращения. Такой тип – самый распространенный, занимает долю 90% на мировом рынке. Максимальная эффективность вертикальных ВЭС достигается, когда ветровой поток направлен перпендикулярно плоскости лопастей. Для этого в конструкции ветрогенератора предусмотрено у малых ветрогенераторов хвостовое оперение. У больших установлена электронная система слежения за направлением ветра.

Одним из преимуществ вертикальных ветрогенераторов является их компактность и возможность установки на небольших участках земли. Кроме того, они могут быть более эффективными, чем горизонтальные ветрогенераторы, и иметь высокую мощность и производительность благодаря более высокой скорости ветра на высоте.

Однако, вертикальные ветрогенераторы также имеют свои недостатки. Они могут быть менее эффективными при слабом ветре и требуют более сложных систем управления, чтобы обеспечить оптимальную работу. Также они могут создавать шум и вибрацию, которые могут быть нежелательными для жителей близлежащих домов. Также они требуют больших затрат на установку и имеют высокий центр тяжести. Поэтому при проектировании необходимо тщательно рассчитать мероприятия по предотвращению опрокидывания конструкции.

В целом, вертикальные ветрогенераторы являются перспективным направлением в развитии возобновляемой энергетики. Их использование может быть выгодным для многих стран и регионов, где есть доступ к ветрам достаточной силы.

Горизонтальные ветрогенераторы

Горизонтальные ветрогенераторы используют лопасти, расположенные горизонтально. Они имеют меньшую стоимость установки и обслуживания, чем вертикальные, но их производительность может быть ниже. Они могут иметь различную мощность в зависимости от размера лопастей и количества генераторов. Обычно они используются для производства электроэнергии в промышленных масштабах.

Основным преимуществом горизонтальных ветрогенераторов является их эффективность. Они могут работать при слабом ветре, что делает их более экономичными, чем другие виды генераторов. Кроме того, горизонтальные ветрогенераторы не создают шума и не загрязняют окружающую среду. Это делает их привлекательным вариантом для экологически чистых проектов.

Однако у горизонтальных ветрогенераторов есть и недостатки. Они занимают много места и нуждаются в специальных условиях для установки.

Гибридные ветрогенераторы

Гибридные ветрогенераторы – это сочетание вертикальных и горизонтальных ветрогенераторов, которые могут быть установлены как на суше, так и на море. Станции гибридного типа сочетают в себе преимущества обоих типов и могут быть более эффективными, чем каждый из них по отдельности. Они имеют сложную конструкцию и дорогостоящие, но более эффективные.

Выбор типа ветряной электростанции зависит от многих факторов, включая доступность места установки, бюджет, требования к мощности и другие факторы. Важно учитывать все эти факторы при выборе типа ветрогенератора для конкретной ветровой электростанции.

Мобильные ветрогенераторы

Мобильные ветрогенераторы представляют собой установку, которая может перемещаться с места на место. Они обычно имеют небольшую мощность и используются для питания небольших объектов, таких как частные дома, офисы или магазины. Стационарные ветрогенераторы устанавливаются на постоянной основе и имеют большую мощность. Это позволяет им обеспечивать электроэнергией целые населенные пункты и крупные промышленные предприятия.

Роторный ветрогенератор

Роторный ветрогенератор использует вращающийся ротор, который преобразует энергию ветра в механическую энергию. Эта энергия затем преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора. Ветрогенератор роторного типа обычно имеет более высокую эффективность, чем крыльчатый, и может производить больше электроэнергии за счет своих больших размеров. В настоящее время существует великое множество изобретенных роторов, самый известный – ротор Савониуса. Ротор Ворониных-Савониуса – это, как минимум, два полуцилиндра на вертикальной оси вращения. И какое бы направление ветра ни было, как бы резко он не изменял свои порывы, такой ветряк будет спокойно вращаться вокруг своей оси, вырабатывая энергию.

Ветрогенераторы с ротором Дарье имеют вертикальную ось вращения и две или три лопасти, представляющие собой плоскую полосу. Вращающий момент создается подъемной силой, возникающей на двух или трех изогнутых несущих поверхностях, имеющих аэродинамический профиль.

Среди достоинств ротора Дарье можно подчеркнуть:

• отсутствие системы ориентации на ветер;
• технологическую простоту изготовления лопастей;
• возможность размещения приводного оборудования на уровне земли, что значительно упрощает его техническое обслуживание.

Но среди недостатков можно выделить:

• относительно низкую эффективность работы лопастной системы, по сравнению с горизонтально-осевыми ВЭУ;
• более низкие сроки службы опорных узлов, за счет более высоких динамических нагрузок на них со стороны ротора.

Также двухлопастные ветрогенераторы с ротором Дарье при равномерном набегающем потоке не могут запускаться самостоятельно. Для их запуска обычно используется генератор, работающий в режиме двигателя или ротор Савониуса.

Крыльчатый ветрогенератор

Крыльчатый ветрогенератор использует крыльчатку, которая вращается под действием ветра и создает поток воздуха, приводящий в движение генератор. Ветрогенератор крыльчатого типа может быть более компактным и легким, чем роторный, что делает его более удобным для установки на небольших площадках.

Типы ВЭС

Прибрежные ветрогенераторы – это ветрогенераторы, которые устанавливаются на побережье или вблизи от берега. Они используют силу ветра, которая усиливается за счет близости к воде и легкодоступности энергии.

Наземные ветрогенераторы – это ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Эти ветрогенераторы работают на земле, обычно в отдаленных местах, где нет возможности установить ветрогенератор на берегу.

Оффшорные ветрогенераторы устанавливаются в море и могут быть установлены на глубине до нескольких сотен метров. Это делает их более эффективными, чем наземные ветрогенераторы.

Плавающие ветрогенераторы представляют собой систему, в которой ветрогенератор находится на плавучей платформе или на плоту и использует силу ветра для производства электроэнергии. Они могут использоваться в случаях, когда доступ к суше ограничен или невозможен.

Достоинства и недостатки

Среди достоинств ВЭС можно выделить отсутствие необходимости в каком-либо топливе или иных ресурсах и возможность предоставить энергию любому пункту, вне зависимости от того, насколько далеко он расположен от магистральных линий. Недостатки ВЭС заключаются в полной зависимости от ветра, его силы и равномерности, необходимости дополнительных устройств для подготовки тока для использования его в бытовых нуждах. Например, в безветренное время работа ВЭС прекратится, а ураган может вывести генератор из строя. На 2022 год в мире благодаря ветроэлектростанциям (ВЭС) суммарно производится 77587 МВт электричества. Среди стран лидерами по производству подобной энергии являются Китай, США, Бразилия, Германия и Швеция.

Заключение

Ветрогенераторы являются одним из наиболее перспективных способов производства электроэнергии из возобновляемых источников энергии. Однако, ветрогенераторы имеют свои недостатки. Например, они могут создавать шум и вибрацию, что может негативно сказаться на окружающей среде. Кроме того, для их работы необходимо наличие ветра, что ограничивает их использование в некоторых регионах. Тем не менее, ветрогенераторы продолжают развиваться и совершенствоваться, и их применение будет только увеличиваться в будущем. В настоящее время они уже играют важную роль в производстве электроэнергии, и ожидается, что их роль будет только возрастать в ближайшие годы.

Ветряные электростанции: какие бывают и как выбрать для частного дома

Первые подобные устройства стали появляться в конце 19 века, а к сегодняшнему дню они приобрели особую актуальность. Ветряные электростанции (ВЭС) становятся перспективным источником возобновляемой энергии, без них не обойтись в отдаленных и труднодоступных районах, а также там, где поблизости нет магистральных сетей. Разбираемся, как устроен ветряк, как работает ВЭС и какие ограничения работы существуют, стоит ли приобретать ветряную электростанцию для частного хозяйства.

Как работают ветрогенераторы

Человечество использовало энергию ветра тысячелетиями, сооружая ветряные мельницы. ВЭС работает по тому же принципу; только устройство выполняет не механическую работу, а служит для выработки электричества. Следует различать ветрогенератор или ветряк – это ветроэлектрическая установка, одиночное устройство, и ветряную электростанцию, множество ветряков, объединенных в единую сеть.

Основными компонентами конструкции являются следующие элементы:

• Ротор с лопастями аэродинамической формы.
• Коробка передач (редуктор), которая служит передаточным звеном между ротором и генератором.
• Корпус, служащий защитой для механических и электрических и электронных компонентов системы ВЭС.

Когда ветер приводит в движение лопасти, закрепленные на опоре; они начинают вращается, и раскручивают ротор генератора. Выработанное таким образом электричество сначала поступает в инвертор, где ток преобразуется из постоянного в переменный, затем подается в аккумулятор, где становится доступным для потребителя.

Разновидности ВЭС

Современные ветряки для выработки электроэнергии разнообразны по устройству, размерам, типу и модификациям. Их можно классифицировать по следующим качествам:

• Тип ветротурбин. Он определяется направлением оси вращения, вертикальной или горизонтальной. Более распространены устройства с горизонтальной осью вращения, как более производительные. У вертикальных аналогов выработка электроэнергии несколько меньше, зато они более устойчивы в критических погодных условиях.
• Количество лопастей. Вращение совершает лопастной винт, устройство с двумя, тремя и более лопастями.
• Технические характеристики винта (способ управления лопастями). Основной параметр – это шаг винта; он зависит от угла установки лопастей по отношению к плоскости вращения. Шаг лопастей бывает фиксированным или изменяемым. Первый вариант более практичен: устройство проще в эксплуатации и менее подвержено поломкам.

• Материал изготовления лопастей. Жесткие рабочие лопасти изготавливают из полимерных композитов. Парусные – из нетканых слоистых материалов, а также из парусины или брезента. Парусные лопасти способны менять площадь рабочей поверхности; они стоят дешевле, но и прочностью уступают полимерным изделиям.

Что качается размеров, то ветряные станции можно условно разделить на три группы:

• Высота промышленных установок, образующих наземные, прибрежные или шельфовые электростанции, доходит до 200 м (размах лопастей до 120 м). Подобные ветряные фермы, известные по впечатляющим фотографиям и съемкам, вырабатывают сотни мегаватт электроэнергии, достаточные для обеспечения потребностей сотен домов.
• Средние ветряки рассчитаны на обеспечение небольших объектов: ферм, частных домов. Они производят не более 100 кВт электроэнергии, которая может использоваться как дополнительный, резервный так и основной источник питания.
• У самых маленьких устройств мощность не превышает 20-300 Вт. Компактные ветряные электростанции удобны для подзарядки аккумуляторов; везде, где электричество используется периодически и в небольшом количестве.

ВЭС для частного дома: о чем надо подумать перед покупкой

Идея использования чистой энергии буквально из воздуха привлекательна для владельцев частных наделов и подсобных хозяйств. Однако небольшие воздушные электростанции далеко не всегда оказываются эффективными, и важно заранее понять, оправдает ли такая установка затраты на приобретение. Компактная ВЭС станет экономически эффективной лишь в регионах с определенной ветровой нагрузкой. Кроме того, должны выполняться некоторые другие условия.

Ветреные перспективы: выбор места

Мечты о небольшой станции, способной обеспечить дом или усадьбу, могут так и остаться мечтами, если ветреные дни в данной местности случаются не часто. Приемлемую экономическую эффективность обеспечивают следующие условия:

• Ветер дует в течение многих дней. Если вы не уверены в погодных условиях своей местности, сомнения поможет снять карта ветровых нагрузок. Она показывает, где более-менее стабильно дуют ветры, а где регионы безветренные. Кроме карты ветров за информацией можно обратиться к архивам местной метеорологической станции.

• Качество ветра. В целом, чтобы ветровая станция стала экономически выгодной, минимальная среднегодовая скорость ветра должна начинаться от 4-4,5 м/с (14,4-16,2 км/ч).
• Стабильность ветра. Даже при стабильно ветреной погоде электроэнергии не всегда будет вырабатываться достаточно. Продуктивность сильно зависит от изменений скорости ветра. Если ветер порывистый, и его сила меняется в пределах 10%, то выработка электричества будет колебаться уже в пределах 25%.

Место для установки ветрогенератора также должно удовлетворять определенным условиям; важны следующие факторы:

• Открытое пространство. Ветер развивает максимальную скорость в степи, у береговой линии, на возвышенности (например, на вершине холма).
• Отсутствие препятствий. Отдача от ВЭС снижается, если установить ее недалеко от строений и деревьев. Думайте на перспективу: молодые невысокие деревья вырастут, а ветряк – нет.

Об установке ветряной электростанции для частного дома задумываются владельцы, чьи затраты на электричество неприлично высоки, или электрическая линия находится далеко. Даже если есть желание инвестировать деньги в ветрогенератор (а это дорогая инвестиция с низкой скоростью окупаемости), нужно убедиться в выполнимости следующих условий:

• Для установки ветряка хватит места.
• Местная администрация разрешает установку бытовых ВЭС.
• У вас не будет проблем с соседями.

Ветряк придется ставить подальше от соседей, а их придется заранее информировать о своих планах, чтобы избежать ссор и судебных разбирательств в будущем. Дело не только в безопасности, но и в шуме, который издает работающее оборудование.

Стандартная (большая) установка при полной загруженности генерирует шум мощностью 34-45 дБ, что эквивалентно шуму мчащегося по шоссе автомобиля. Компактное устройство шумит не больше, чем кондиционер. Рекомендованное расстояние от крупного ветряка до жилых домов составляет 30-40 м, тогда шум не будет доставлять дискомфорт.

Размер и мощность: как сравнивать разные ветроустановки

Вопрос размера ветряной электростанции крайне важен для будущего владельца, так как он тесно связан с мощностью ветряка. Строго говоря, сначала необходимо определиться, насколько мощная установка вам нужна, чтобы не переплачивать за лишнюю мощность (если только вы не собираетесь продавать электроэнергию).

Для начала необходимо выяснить, сколько энергии потребляет ваше домохозяйство в год. Можно взять расход за последний год или вычислить среднее за несколько последних лет. Как вариант, можно взять расход за один месяц и умножить на 12. Полученное число можно использовать при выборе подходящей модели ветротурбины.

Затем нужно приблизительно оценить, сколько электроэнергии можно получить в действительности от той или иной модели ветреного генератора. Существует некоторая путаница в понятиях, описывающих работу устройства. Например, номинальная мощность – та, которую развивает установка (лопасти). Это значение часто (и ошибочно) используют, сравнивая разные модели.

Ошибка заключается в том, что реальная мощность, которая попадает потребителю – это мощность инвертора (преобразователя); именно он получает энергию от ветроустановки и аккумуляторной батареи. Реальная мощность не совпадает с номинальной, а меняется в режиме реального времени, вслед за изменением скорости ветра.

Проблема связана с тем, что в отрасли отсутствует единый стандарт измерения выходной мощности. Это приводит к тому, что фирмы-производители указывают выходную мощность при разных скоростях ветра.

Видео описание

О том, как работает ветряная электростанция, в следующем видео:

Диаметр ветроустановки, рабочая площадь лопастей и мощность – взаимосвязанные параметры. Рабочая площадь пропорциональна квадрату диаметра, а мощность (а, значит, и выработка энергии) пропорциональна, в свою очередь, рабочей площади. Поскольку зависимость нелинейная, то при сравнении энергетических возможностей разных моделей ВЭС это надо учитывать. Например, если диаметры двух ветряков отличаются в 1,5 раза, то мощность – уже в 2,25 раза (1,5х1,5).

Поэтому корректными будут следующие способы сравнения двух ветряков:

• Если сравнивается номинальная мощность, то берутся значения при равных расчетных скоростях ветра.

• Чтобы оценить реальные возможности, проще проводить оценку по диаметру ветротурбины и выработке энергии.

Также важно понимать, что установка в среднем будет работать на треть рассчитанной мощности, в чем будет виноват слабый ветер или его отсутствие. То есть, если для беспроблемного функционирования частного дома нужен источник электроэнергии мощностью 2-3 кВт, то потребуется ВЭС мощностью 5-6 кВт.

Чтобы избежать ненужных потерь мощности, стоит внимательно относиться к выбору места и размера опоры. Желательно, чтобы конструкция, на которой монтируют ветрогенератор, была на два-три метра выше, чем окружающие преграды в радиусе 200 (а лучше больше) метров.

Видео описание

Об эффективности ветроустановок в следующем видео:

Цены ВЭС для частного дома

Производством промышленных, коммерческих и бытовых ветрогенераторов заняты компании по всему миру; крупнейшие производители – родом из Дании, Китая, США, Германии, Индии, Испании. На стоимость ветрового генератора влияет место его изготовления и мощность.

Установки мощностью менее 100 кВт относятся к малой ветроэнергетике. Если мощность не превышает 1 кВт, то это микро-ветровое устройство, которое можно использовать, например, на яхте или для водоснабжения фермерского хозяйства. Для частного хозяйства или в качестве ветрогенератора для дачи подходят следующие разновидности ВЭС:

• Устройство мощностью порядка 3 кВт (48V). Ветрогенератор стоимостью 150-160 тыс. руб. способен обеспечивать энергией коттедж на постоянной основе, или в качестве дополнительного источника. Обычно цена включает мачту и контроллер.
• Устройство на 5 кВт (120V). Подходит для регионов со стабильными ветрами и уверенно обеспечивает большой дом, наполненный бытовыми электроприборами. Ценник находится в диапазоне 320-360 тыс. руб.
• Устройство на 10 кВт (240V). Ценник начинается от 600-670 тыс. руб., устройство обеспечит электроэнергией нескольких загородных домов или ферму. Энергии хватит не только для бытовых нужд, но и для использования строительных инструментов.

Видео описание

О ветряке для дома на 2,5 кВт в следующем видео:

Коротко о главном

Приобретение ветрогенератора для дачи, фермы или частного дома станет хорошим решением, если у вас нет возможности подключиться к централизованной ЛЭП, или, если вы хотите иметь резервный источник электроэнергии. Устройство будет полезным (эффективным) в регионах со стабильно дующими ветрами.

При сравнении разных моделей ВЭС необходимо опираться на корректные параметры: оценивать не номинальную, а реальную мощность. Перед покупкой важно убедиться, что у вас есть подходящее место для ветровой установки, и соседи не будут против ветроустановки.

Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

Современный кинетический ветрогенератор позволяет воспользоваться силой воздушных потоков, преобразовав ее в электричество. Для этой цели существуют заводские и самодельные модели устройств, которые применяют как в промышленности, так и в частных хозяйствах.

Мы расскажем о том, как устроены ветряки этого типа, познакомим с особенностями устройства и конструктивными вариантами. В предложенной нами статье приведены слабые и сильные стороны ветряной энергетической установки. Самостоятельные мастера у нас найдут полезные схемы и рекомендации по сборке.

Принцип работы ветрогенератора

В основу функционирования ветрогенератора положена трансформация кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электроэнергию.

Принцип работы достаточно прост: вращение лопастей, закрепленных на оси устройства, приводит к круговым движениям роторгенератора, благодаря чему вырабатывается электроэнергия.

Получаемый нестабильный переменный ток «стекает» в контроллер, где он преобразуется в постоянное напряжение, способное зарядить батареи. Оттуда питание поступает на инвертор, где оно трансформируется в переменное напряжение с показателем 220/380 В, которое и подается потребителям.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности потока воздуха (N), рассчитывается согласно формуле N=pSV 3 /2, где V – скорость ветра, S – рабочая площадь, p – плотность воздуха.

Устройство ветряного генератора

Различные варианты ветрогенераторов значительно отличаются друг от друга.

Промышленные устройства представляют собой сложную многометровую конструкцию, для установки которой требуется фундамент, в то время как бытовая модель может состоять из минимума компонентов (электродвигателя постоянного тока 3-12В, электроконденсатора 1000 мкФ 6В, кремниевого выпрямительного диода).

Типовая установка включает в себя следующие составные части:

• генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
• лопасти, которые передают вращение к валу генератора (часто они дополнительно оснащены редукторами, стабилизаторами скорости вращения ротора);
• мачта ветряка, к которой крепятся лопасти (чем выше находятся эти элементы, тем большее количество ветровой энергии они могут получить);
• аккумуляторы, накапливающие энергию, что позволяет использовать ее при небольшом ветровом потоке или его полном отсутствии. Батарея также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, поступившей от генератора;
• контроллер – преобразователь переменного напряжения, полученного с генератора, в постоянное, которое применяется для заряда батареи. Управление контроллером осуществляется поворотом лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся потоки воздуха;
• АВР – устройство автоматического переключения, связывающее ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными панелями, электросетью);
• датчик направления ветров – прибор, облегчающий лопастям поиск ветрового потока;
• инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменное напряжение, которое применяется в электрокоммуникациях.

Для более полного удовлетворения пользовательских потребностей прибор может быть снабжен различными типами инверторов:

• приспособления с инвертормодифицированной синусоидой, выдающей квадратную синусоиду. Устройства этого типа подойдут для ТЭНов, ламп накаливания и иных приборов, нетребовательных к качеству сети;
• инверторы трехфазного напряжения, рассчитанные для трехфазных электросетей;
• установки с чистой синусоидой, которые производят энергию для более чувствительной техники;
• инверторы сетевые, способные функционировать без батарей. Подобные устройства предназначены для схем, предполагающих попадание электрической энергии непосредственно в общую сеть.

При выборе моделей следует обязательно обращать внимание на разновидность инвертора.

Типы ветряных генераторов

При классификации ветротурбин могут учитываться такие характеристики как:

• назначение;
• конструктивные особенности;
• число лопастей;
• материалы, из которых они изготовлены;
• ось вращения;
• шаг винта.

Рассмотрим подробно две наиболее часто используемые классификации.

Классификация ветрогенераторов по назначению

Выделяют разновидности ветроустановок, отличающиеся назначением. От этого зависят и основные характеристики устройств, например, мощность.

Промышленные ветряные турбины

Такие устройства устанавливаются крупными энергетическими компаниями либо государством для снабжения электроэнергией промышленных объектов. Турбины, имеющие мощность в десятки мегаватт, обычно размещаются на ветряных участках (открытых возвышенностях, побережьях).

Выработанная электроэнергия, как правило, поступает прямо в сеть, при этом для стабильности и регулирования частоты вращения лопастей ветротурбины оснащаются дополнительными механизмами.

Коммерческие ветровые генераторы

Такие установки используются для получения электроэнергии на продажу или для обеспечения электричеством производств в регионах с маломощной электросетью (либо с полным ее отсутствием). Подобные ветроэлектростанции состоят из скопления электрогенераторов, которые могут иметь разную мощность.

Энергия коммерческих установок может поступать непосредственно в электрические коммуникации либо использоваться для зарядки большого массива батарей, где она скапливается и преобразуется для подачи в энергосистему.

Бытовые ветряные устройства

Агрегаты малой мощности применяются для частного использования. Согласно правилам, ветряки с мачтами высотой менее 25 метров могут устанавливаться хозяевами участков без согласования с властями, для более высоких мачт необходимо получить особое разрешение.

Бытовые ветрогенераторы подходят для зарядки аккумуляторов с напряжением 12/24/48В, энергия из которых трансформируется в напряжение 220 Вольт. Такие устройства позволяют полностью или частично решить проблему с питанием электроэнергией небольших объектов, которые располагаются вдали от централизованной электросети.

С ориентирами выбора ветрогенератора для обеспечения энергией частного дома ознакомит статья, посвященная этому интересному вопросу.

Разновидности конструкций ветряков

По конструктивным особенностям устройства также можно разделить на ряд категорий, хотя все разновидности сводятся к двум основным типам: вертикальные и горизонтальные.

Классические горизонтальные ветрогенераторы

Подобные установки (их также называют пропеллерными или крыльчатыми) обычно имеют 3-5 лопастей, установленных на горизонтальной оси. Вращаясь с высокой скоростью, такие элементы позволяют получить максимальное количество энергии (КИЭВ до 0.4).

При этом количество выработанной электроэнергии во многом зависит от высоты устройства (чем оно выше, тем больше результат).

Подобные устройства обычно устанавливаются в ветропарках, где вырабатывается энергия для промышленного и коммерческого использования, однако они подходят и для бытового применения.

Интересным решением горизонтального ветряка является модель с одной лопастью, с ее особенностями ознакомит следующая подборка фото:

Вертикальные ветровые турбины

Действующим элементом подобных установок является вращающееся ветроколесо. Из-за конструктивных особенностей подобные конструкции различаются по типам («Бочка», «Савониус»).

С принципом устройства турбины вертикального генератора Савониуса ознакомит следующая фото-подборка:

Несмотря на низкий показатель КИЭВ (0.1-0.2), они находят достаточно широкое применение: вертикальные установки действуют на турбулентных потоках воздуха, благодаря чему их можно размещать даже в районах, где редко дуют сильные ветра.

Для повышения результативности вертикальных ветряков производители часто повышают их размерные параметры, что приводит к значительному увеличению стоимости. Поскольку подобные установки достаточно хрупки, им требуется повышенная защита от ураганов и других природных явлений.

Ветрогенераторы «Ротор Дарье»

Такие устройства относятся к категории вертикальных ветряных турбин, однако имеют выраженные отличия в конструкции. Благодаря подобным особенностям, достигается понижение шума, а также вырастает КИЭВ, который приближается к показателям горизонтальных моделей.

Недостатком подобных конструкций является низкий стартовый момент (из-за наличия всего двух лопастей устройству сложно стартовать самостоятельно). Для решения проблемы часто применяется гибрид «Савониус+Дарье».

Парусные ветровые установки

Для подобных установок может применяться принцип устройства как вертикального, так и горизонтального ветряков. Основной конструктивной особенностью является ветроколесо, покрытое множеством лопастей или парусов, при этом аэродинамический профиль у таких моделей отсутствует.

Несмотря на то, что парусные установки отличаются тихоходностью и небольшой эффективностью, их часто применяют в народном хозяйстве. Подобные конструкции легки в монтаже и эксплуатации, а сочетание высокого крутящего момента с низкими оборотами позволяет напрямую приводить в движение различные полезные механизмы, например, насос для выкачивания воды.

С одной из реализованных на практике моделей парусных ветряков ознакомит следующая галерея:

Генератор для ветровой турбины

Для функционирования ветряков необходимы обычные трехфазные генераторы. Конструкция таких устройств аналогична моделям, применяемым на автомобилях, но имеет большие параметры.

В приборах для ветряных турбин предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение по типу «звезда»), откуда выходят три провода, идущие на контроллер, где происходит трансформация переменного напряжения в постоянное.

Для повышения оборотов нередко применяется мультипликатор. Такое приспособление позволяет увеличить мощность действующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.

Мультипликаторы чаще применяются в вертикальных ветрогенераторах, у которых процесс вращения ветроколеса осуществляется медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей мультипликаторы не требуются, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Специфика сборки и монтажа ветрогенератора из стиральной машинки и ветроустановки из автомобильного генератора подробно изложена в рекомендуемых нами статьях.

Плюсы и минусы ветрогенератора

Рассмотрим подробно достоинства и недостатки ветротурбин, так как именно от них зависит решение приобрести ветряк или отказаться от него.

Достоинства ветряных устройств

К числу преимуществ устройств, использующих ветровую энергию, относятся:

• Экологичность. Установки используют возобновляемый источник энергии, которым можно пользоваться постоянно, не нанося ущерба окружающей среде. Электричество, вырабатываемое ветрогенераторами заменяет энергию тепловых электростанций, уменьшая выброс парниковых газов.
• Универсальность. Ветровые электростанции можно строить практически всюду: на равнинах, в горах, на полях, на островах и даже на мелководье. Ветровая энергия особенно ценится в удаленных местах, куда сложно протянуть привычные электрические коммуникации. Ветрогенераторы в этом случае позволяют наладить энергоснабжение объектов, обеспечивая ему независимость от случайных факторов (например, от не доставленного вовремя топлива).
• Эффективность использования. Современные модели перерабатывают энергию даже слабых ветров – минимальный предел составляет 3,5 м/с. Подобным образом можно производить допоставку электроэнергии в централизованную сеть, а также организовать электроснабжение отдельных объектов (островных либо локальных) вне зависимости от их мощности.
• Достойная альтернатива традиционным источникам. Стационарные ветровые электростанции могут полностью обеспечить электричеством жилой дом или даже некрупный производственный объект. В этом случае турбина будет накапливать в аккумуляторах требуемый запас электроэнергии, предназначенный для использования во время безветренных периодов.
• Экономичность. По сравнению с традиционными источниками электрической энергии (газ, торф, каменный уголь, нефть), велотурбины позволяют значительно снизить энергозатраты. Во многих случаях постройка ветроэлектростанции обходится дешевле, нежели подключение к существующим энергосистемам.

Применение ветряков может выступать альтернативой использованию дорогостоящих дизельных генераторов, дополнительно снижая затраты на транспортировку и хранение горючего до 80%.

Усредненная мощность ветротурбины в разы отличается от показателя пиковой нагрузки. Ветрогенератор отвечает лишь за величину выработки энергии за определенный промежуток времени при среднемесячной скорости ветра, характерной для данной местности.

Для более точной оценки ветровых ресурсов можно воспользоваться специально выведенными данными (параметрами Вейбулла). Эти показатели отражают характерное для конкретной местности распределение ветров разной силы. Подобные сведения важно учитывать при разработке проектов ветропарков, мощность которых составляет десятки МВт.

Вырабатываемая ветротурбиной мощность пропорциональна утроенной скорости ветра. Следовательно, этот показатель очень мал при слабых ветровых потоках, однако при их усилении — резко возрастает. Из-за переменчивости направления ветров и их скорости при конструкции ветровой турбины необходимо предусмотреть стабилизирующие компоненты.

Правила и формулы для расчета мощности ветрогенератора приведены здесь, рекомендуем ознакомиться с весьма полезной информацией.

В небольших автономных системах их функцию выполняют батареи, заряд которых начинает увеличиваться, как только мощность ветрогенератора превысит показатель нагрузки.

Следует отметить, что эффективному применению ветровых потоков способствует разнообразие конструкций ветрогенераторов.

Горизонтальные турбины дают высокие показатели на равнинных местах, где много ветров, тогда как вертикальные турбины лучше работают в регионах с турбулентными потоками, наблюдающимися низко от земли (в верхней части холмов, горных хребтах).

Главные недостатки ветряков

В тоже время, у ветряков есть и свои негативные стороны:

• Величину силы ветра сложно предсказать заранее, так как она часто меняется. Из-за этого желательно продумать подстраховку, предусмотрев дублирующий источник энергии (солярные панели, подключение к электросети).
• Вертикальные устройства подвергаются опасности разрушения лопастей винта из-за воздействия центробежных сил при вращении лопастей вокруг главной оси. Вследствие подобного эффекта важные элементы конструкции со временем деформируются и разрушаются, а механизм выходит из строя.
• Ветряки лучше устанавливать на свободном пространстве, поскольку расположенные рядом здания могут «гасить» ветер, образуя «мертвую» воздушную зону.
• Для сохранения избыточной энергии ветротурбин необходимо предусмотреть в конструкции использование аккумуляторов и других дополнительных приборов, служащих для преобразования полученного электричества в ток с подходящими потребительскими характеристиками.
• При работе ветряные генераторы издают шум, который может причинять дискомфорт людям, отпугивать животных. Лопасти установок могут также стать причиной гибели подлетевших к ним птиц.
• По мнению некоторых специалистов, ветротурбины способны ухудшать прием радио- и телевизионных передач.

К негативным моментам можно также отнести довольно высокую стоимость подобных агрегатов, однако дешевизна источника энергии во многом нивелирует этот фактор.

Схемы и способы подключения

Хотя ветроустановка может работать и автономно, значительно лучшего результата удается достичь при помощи комбинированных схем, предусматривающих сочетание ветрового устройства с солнечными батареями, централизованной электросетью, дизельными или газовыми источниками энергии.

Автономная работа. В этом случае ставится единичная установка, при помощи которой улавливается и накапливается ветровая энергия, которая затем преобразуется в необходимый потребителям электрический ток.

Совмещение ветрогенератора с солнечными панелями. Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом электроснабжения. В случае отсутствия ветра аккумулятор работает от солнечных панелей, а в пасмурную погоду и в течение ночи зарядка происходит от ветровой установки.

Комбинированная работа ветрогенератора и электросети. Ветротурбину можно совмещать с элетрокоммуникациями.

При избытке произведенного электричества оно поступает в централизованную сеть, а при его недостатке имеется возможность воспользоваться электрическим током из общей энергосистемы.

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.

Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС.

Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.

При этом следует учесть некоторые моменты:

• Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
• Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
• Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.

При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.

Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.

Выводы и полезное видео по теме

На представленном ниже видеоролике дается подробная информация о принципе работы и устройстве бытовой модели ветряного генератора:

Ветрогенератор – отличный источник производства электрической энергии, который особенно оценят жители отдаленных мест. Различные российские и зарубежные предприятия предлагают большой ассортимент ветряных конструкций, кроме того, бытовые модели можно сделать и своими руками.

Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как сооружали ветряной генератор на вашем участке, или о том, как работает ветряк у ваших соседей. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией и фото по теме.

Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций

Энергетическая отрасль справляется со своей задачей достаточно уверенно, но масштабы нашей страны таковы, что полное обеспечение электроэнергией всех отдаленных или труднодоступных районов пока невозможно. Это связано с множеством факторов, преодолеть которые в нынешних условиях слишком дорого или технически недостижимо.

Поэтому все более пристальное внимание приходится обращать на альтернативные источники, способные удовлетворять потребности отсталых регионов без участия магистральных сетей. Перспективным направлением является ветроэнергетика, использующая дармовой источник энергии — силу ветра.

Устройство и виды ветровых электростанций

Ветроэлектростанции (ВЭС) используют энергию ветра для выработки электротока. Крупные станции состоят из множества ветрогенераторов, объединенных в единую сеть и питающих большие массивы — поселки, города, регионы. Более мелкие способны обеспечивать небольшие жилые массивы или отдельные дома. Станции классифицируются по различным признакам, например, по функциональности:

• мобильные,
• стационарные.

• прибрежные
• офшорные
• наземные
• плавающие.

По типу конструкции:

• роторные,
• крыльчатные.

Наибольшее распространение в мире получили крыльчатные станции. Они имеют большую эффективность и способны производить достаточно большое количество электроэнергии, чтобы обеспечивать ею потребителей в масштабах целой энергетической отрасли. При этом, распространение таких станций имеет специфическую конфигурацию и встречается не повсеместно.

Принцип работы

Как уже говорилось, ВЭС имеют роторную или крыльчатую конструкцию. Роторные станции, как правило, имеют устройства с вертикальной осью вращения. Они во многом удобнее, чем крыльчатые, так как не издают при работе сильный шум и не требовательны к установке по направлению ветра. При этом, роторные конструкции менее эффективны и могут использоваться на небольших частных станциях.

Крыльчатые устройства способны выдавать максимальный эффект. Они используют получаемую энергию намного эффективнее, чем роторные образцы, но нуждаются в правильном ориентировании по отношению к потоку, что означает присутствие дополнительных приспособлений или оборудования.

Все виды действуют по одному принципу — поток ветра раскручивает подвижную часть, которая передает вращение на генератор, вследствие чего в системе образуется электроток. Он заряжает аккумуляторы, от которых питаются инверторы, преобразующие полученный ток в стандартное напряжение и частоту, подходящие для приборов потребления.

Для обеспечения большого числа потребителей отдельные ветрогенераторы соединяются в систему, образуя станции — ВЭС.

Принцип работы ветрогенератора

В основу функционирования ветрогенератора положена трансформация кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электроэнергию.

Принцип работы достаточно прост: вращение лопастей, закрепленных на оси устройства, приводит к круговым движениям роторгенератора, благодаря чему вырабатывается электроэнергия.

Ветроэнергетика является одной из наиболее перспективных отраслей возобновляемой энергетики. Современные конструкции позволяют экономически эффективно применять силу воздушных потоков, используя ее для выработки электричества

Получаемый нестабильный переменный ток «стекает» в контроллер, где он преобразуется в постоянное напряжение, способное зарядить батареи. Оттуда питание поступает на инвертор, где оно трансформируется в переменное напряжение с показателем 220/380 В, которое и подается потребителям.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности потока воздуха (N), рассчитывается согласно формуле N=pSV3/2, где V – скорость ветра, S – рабочая площадь, p – плотность воздуха.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

К преимуществам ВЭС можно отнести:

• независимость от ископаемых ресурсов;
• используется абсолютно бесплатный источник энергии;
• экологическая чистота методики — никакого вреда окружающей природе не наносится.

При этом, есть и недостатки:

• неравномерность ветра создает определенные трудности в выработке энергии и вынуждает использовать большое число; аккумуляторных батарей;
• ветряки издают шум при работе;
• КПД ветряных электростанций низок, увеличить его очень сложно;
• стоимость оборудования и, соответственно, электроэнергии, намного выше, чем цена сетевого электричества;
• окупаемость оборудования с ростом его мощности значительно снижается. Наиболее производительные станции полностью не окупаются.

Использование небольших станций способно обеспечить энергией ограниченное количество потребителей, поэтому для крупных населенных пунктов или регионов требуются большие устройства. При этом, ветряки большой мощности нуждаются в соответствующих потоках ветра и равномерности его движения, что для условий нашей страны не характерно. В этом кроется основная причина низкого распространения ветряков по сравнению с европейскими странами.

Устройство ветряного генератора

Различные варианты ветрогенераторов значительно отличаются друг от друга.

На приведенной схеме представлено внутреннее устройство классического горизонтального ветряного генератора. Такие модели наиболее часто используются как в промышленности, так и в быту

Промышленные устройства представляют собой сложную многометровую конструкцию, для установки которой требуется фундамент, в то время как бытовая модель может состоять из минимума компонентов (электродвигателя постоянного тока 3-12В, электроконденсатора 1000 мкФ 6В, кремниевого выпрямительного диода).

Типовая установка включает в себя следующие составные части:

• генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
• лопасти, которые передают вращение к валу генератора (часто они дополнительно оснащены редукторами, стабилизаторами скорости вращения ротора);
• мачта ветряка, к которой крепятся лопасти (чем выше находятся эти элементы, тем большее количество ветровой энергии они могут получить);
• аккумуляторы, накапливающие энергию, что позволяет использовать ее при небольшом ветровом потоке или его полном отсутствии. Батарея также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, поступившей от генератора;
• контроллер – преобразователь переменного напряжения, полученного с генератора, в постоянное, которое применяется для заряда батареи. Управление контроллером осуществляется поворотом лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся потоки воздуха;
• АВР – устройство автоматического переключения, связывающее ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными панелями, электросетью);
• датчик направления ветров – прибор, облегчающий лопастям поиск ветрового потока;
• инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменное напряжение, которое применяется в электрокоммуникациях.

Для более полного удовлетворения пользовательских потребностей прибор может быть снабжен различными типами инверторов:

• приспособления с инвертормодифицированной синусоидой, выдающей квадратную синусоиду. Устройства этого типа подойдут для ТЭНов, ламп накаливания и иных приборов, нетребовательных к качеству сети;
• инверторы трехфазного напряжения, рассчитанные для трехфазных электросетей;
• установки с чистой синусоидой, которые производят энергию для более чувствительной техники;
• инверторы сетевые, способные функционировать без батарей. Подобные устройства предназначены для схем, предполагающих попадание электрической энергии непосредственно в общую сеть.

При выборе моделей следует обязательно обращать внимание на разновидность инвертора.

Экономическое обоснование строительства ВЭС

С точки зрения экономики, строительство ВЭС имеет смысл только при отсутствии других способов энергообеспечения. Оборудование стоит очень дорого, обслуживание и ремонт требуют постоянных расходов, а срок службы ограничен 20 годами, и это в условиях Европы. Для России этот срок можно снизить не менее, чем на треть. Поэтому использование ВЭС экономически малоэффективно.

С другой стороны, при полном отсутствии альтернативных вариантов или при наличии оптимальных условий, обеспечивающих качественную и равномерную работу ветряков, использование ВЭС становится вполне приемлемым способом энергообеспечения.

Важно! Речь идет именно о крупных станциях, снабжающих целые регионы. Ситуация с бытовыми или частными станциями выглядит более привлекательно.

Мощности промышленных станций

Промышленные ВЭС имеют весьма высокую мощность, способную обеспечивать крупные населенные пункты или регионы. Например, ВЭС «Ганьсу» в Китае имеет 7965 мВт, «Энеркон Е-126» выдает 7,58 мВт, и это еще не предел.

Следует сразу же оговориться, что речь идет о лидерах в ветроэнергетике, другие модели вырабатывают намного меньше энергии. Тем не менее, объединенные в крупные станции, ветряки способны на производство вполне достаточного количества электроэнергии. Объединенные комплексы вырабатывают суммарную мощность в 400-500 мВт, что вполне может сравниться с производительностью ГЭС.

Мелкие станции имеют более скромные показатели и могут рассматриваться только как точечные источники, питающие ограниченное число потребителей.

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 Америке как Южной, так и Северной уже несколько десятилетий ветряные электростанции используются для обеспечения электричеством жилых домов и фермерских хозяйств. Здесь им удалось потеснить традиционные источники энергии. В США получают примерно 1/5 всей ветряной энергии на планете.

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. Специалисты прогнозируют и дальнейшее наращивание мощностей. В западных странах на это тратиться всё больше средств из бюджета на развитие альтернативной энергетики. В том числе, и на строительство ветряных электростанций. У них особенно важным считается то, что подобные установки не загрязняют окружающую среду.

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.

Принцип работы и конструкция

Ветряная электростанция имеет достаточно простой принцип работы. Ветер вращает ротор с лопастями, который подключён к валу генератора. В некоторых случаях он подключается напрямую, но чаще через систему передач. Сегодня также существуют конструкции ветрогенераторов, где ветер не вращает лопасти, а давит на тарелку с поршнем. Объём вырабатываемой электроэнергии в ветряной электростанции зависит от диаметра лопастей и скорости вращения ветра.

Одна из разновидностей ветряного генератора
Чем сильнее ветер крутит лопасти, тем больше будет вырабатываемое электричество. Но выработка электричества зависит не только скорости ветра. Высота, на которую подвешивается ветрогенератор, также оказывает большое влияние. Ближе к земле сила ветра снижается, а скорость становится медленнее, поскольку мешают элементы ландшафта. Поэтому ветряное колесо должно устанавливаться, как можно выше.
Существуют 3 основных разновидности ветряных электростанций:

• Пропеллерные;
• Барабанные;
• Карусельные.

В пропеллерных установках вал находится в горизонтальном положении относительно ветра. У них имеется специальный стабилизатор, находящийся на оборотной стороне ветрового колеса. Он служит для перемещения конструкции по ходу ветра. Такой вариант является наиболее экономичным из всех ветряных электростанций. Скорость вращения в этих установках зависит от числа лопастей. В большинстве случаев из 3. КПД пропеллерных электростанций составляет 48%.

В случае барабанных и карусельных ветряных электростанций вал с лопастями находится в вертикальной плоскости. Этот тип установок используют в тех случаях, когда неважно направление ветра. Вращающий момент у таких аппаратов больше, чем у пропеллерных установок. Но КПД ниже (10─15%). С одной стороны всё выглядит неплохо, но с другой, работа ветрогенераторов сильно зависит от внешних факторов, на которые мы не можем повлиять.

Основной проблемой является непостоянство ветра. Поэтому в своей работе ветряные электростанции обязательно должна учитывать этот фактор. Поэтому кроме самого ветрогенератора в их составе есть аккумуляторы для накопления энергии, инвертор для управления их зарядом, а также инвертор для преобразования напряжения. То есть, практически все те же вспомогательные компоненты, что и в гелиосистемах.

Ветрогенератор
Проблема при эксплуатации ветряных электростанций также заключается в том, что слишком сильный ветер может вывести установку из строя. Но, несмотря на это, ветряные установки выгодно использовать для получения электроэнергии в некоторых регионах нашей планеты. При этом идеальным вариантом является тот, когда ветрогенератор функционирует в связке с бытовой электросетью или топливным генератором. Тогда электричество будет постоянно, даже когда на улице штиль. Немало случаев, когда ветряки используют вместе с солнечными батареями.

Факты и заблуждения

Малое распространение ветроэнергетических установок и отсутствие опыта общения с ними породили массу заблуждений относительно свойств и воздействия ВЭС на организм человека. Так, широко распространено мнение о необычайно высоком уровне шума, производимого работающим ветрогенератором. Действительно, определенный шум имеется, но его уровень гораздо ниже, чем принято считать. Так, шум от промышленных моделей на расстоянии 200-300 м воспринимается на слух так же, как звук от работающего бытового холодильника.

Другая проблема, которую необоснованно раздувают несведущие люди — создание непреодолимых помех радио и телевизионным сигналам. Этот вопрос был решен раньше, чем о нем узнали пользователи — каждый мощный промышленный ветряк снабжен качественным фильтром радиопомех, способным полностью исключить влияние устройства на эфир.

Люди, живущие поблизости от турбин, будут постоянно находиться в зоне мерцания тени. Это термин, обозначающий некомфортное ощущение от мигающих световых проявлений. Вращающиеся лопасти создают такой эффект, но его значение сильно преувеличено. Даже самые чувствительные люди всегда могут попросту отвернуться от турбины, если случилось оказаться поблизости от нее.

Существуют и другие, надуманные и вполне реально существующие факты, касающиеся работы ВЭС, их воздействия на организм человека и окружающую природу. Част из них является обычными слухами, другая часть настолько преувеличена, что не заслуживает даже обсуждения. Ветроэнергетика — полноценная отрасль, способная решать вопросы энергообеспечения как в солидных масштабах, так и в пределах маленького дачного домика.

Плюсы и минусы ветрогенератора

Рассмотрим подробно достоинства и недостатки ветротурбин, так как именно от них зависит решение приобрести ветряк или отказаться от него.

Достоинства ветряных устройств

К числу преимуществ устройств, использующих ветровую энергию, относятся:

• Экологичность. Установки используют возобновляемый источник энергии, которым можно пользоваться постоянно, не нанося ущерба окружающей среде. Электричество, вырабатываемое ветрогенераторами заменяет энергию тепловых электростанций, уменьшая выброс парниковых газов.
• Универсальность. Ветровые электростанции можно строить практически всюду: на равнинах, в горах, на полях, на островах и даже на мелководье. Ветровая энергия особенно ценится в удаленных местах, куда сложно протянуть привычные электрические коммуникации. Ветрогенераторы в этом случае позволяют наладить энергоснабжение объектов, обеспечивая ему независимость от случайных факторов (например, от не доставленного вовремя топлива).
• Эффективность использования. Современные модели перерабатывают энергию даже слабых ветров – минимальный предел составляет 3,5 м/с. Подобным образом можно производить допоставку электроэнергии в централизованную сеть, а также организовать электроснабжение отдельных объектов (островных либо локальных) вне зависимости от их мощности.
• Достойная альтернатива традиционным источникам. Стационарные ветровые электростанции могут полностью обеспечить электричеством жилой дом или даже некрупный производственный объект. В этом случае турбина будет накапливать в аккумуляторах требуемый запас электроэнергии, предназначенный для использования во время безветренных периодов.
• Экономичность. По сравнению с традиционными источниками электрической энергии (газ, торф, каменный уголь, нефть), велотурбины позволяют значительно снизить энергозатраты. Во многих случаях постройка ветроэлектростанции обходится дешевле, нежели подключение к существующим энергосистемам.

Применение ветряков может выступать альтернативой использованию дорогостоящих дизельных генераторов, дополнительно снижая затраты на транспортировку и хранение горючего до 80%.

Усредненная мощность ветротурбины в разы отличается от показателя пиковой нагрузки. Ветрогенератор отвечает лишь за величину выработки энергии за определенный промежуток времени при среднемесячной скорости ветра, характерной для данной местности.

Для более точной оценки ветровых ресурсов можно воспользоваться специально выведенными данными (параметрами Вейбулла). Эти показатели отражают характерное для конкретной местности распределение ветров разной силы. Подобные сведения важно учитывать при разработке проектов ветропарков, мощность которых составляет десятки МВт.

Вырабатываемая ветротурбиной мощность пропорциональна утроенной скорости ветра. Следовательно, этот показатель очень мал при слабых ветровых потоках, однако при их усилении – резко возрастает. Из-за переменчивости направления ветров и их скорости при конструкции ветровой турбины необходимо предусмотреть стабилизирующие компоненты.

Правила и формулы для расчета мощности ветрогенератора приведены здесь, рекомендуем ознакомиться с весьма полезной информацией.

В небольших автономных системах их функцию выполняют батареи, заряд которых начинает увеличиваться, как только мощность ветрогенератора превысит показатель нагрузки.

При росте нагрузки батарея может разрядиться. Такую особенность работы важно учитывать при выборе бытового агрегата, его мощность должна совпадать с месячной или годовой нормой потребления электроэнергии

Следует отметить, что эффективному применению ветровых потоков способствует разнообразие конструкций ветрогенераторов.

Горизонтальные турбины дают высокие показатели на равнинных местах, где много ветров, тогда как вертикальные турбины лучше работают в регионах с турбулентными потоками, наблюдающимися низко от земли (в верхней части холмов, горных хребтах).

Главные недостатки ветряков

В тоже время, у ветряков есть и свои негативные стороны:

• Величину силы ветра сложно предсказать заранее, так как она часто меняется. Из-за этого желательно продумать подстраховку, предусмотрев дублирующий источник энергии (солярные панели, подключение к электросети).
• Вертикальные устройства подвергаются опасности разрушения лопастей винта из-за воздействия центробежных сил при вращении лопастей вокруг главной оси. Вследствие подобного эффекта важные элементы конструкции со временем деформируются и разрушаются, а механизм выходит из строя.
• Ветряки лучше устанавливать на свободном пространстве, поскольку расположенные рядом здания могут «гасить» ветер, образуя «мертвую» воздушную зону.
• Для сохранения избыточной энергии ветротурбин необходимо предусмотреть в конструкции использование аккумуляторов и других дополнительных приборов, служащих для преобразования полученного электричества в ток с подходящими потребительскими характеристиками.
• При работе ветряные генераторы издают шум, который может причинять дискомфорт людям, отпугивать животных. Лопасти установок могут также стать причиной гибели подлетевших к ним птиц.
• По мнению некоторых специалистов, ветротурбины способны ухудшать прием радио- и телевизионных передач.

К негативным моментам можно также отнести довольно высокую стоимость подобных агрегатов, однако дешевизна источника энергии во многом нивелирует этот фактор.

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.

Обзор цен на популярные модели

Стоимость ветрогенераторов высока. Этот момент является самым труднопреодолимым для распространения ветроэнергетических технологий. Многие владельцы домов с удовольствием установили бы у себя на участке ветряки, но не имеют средств на их приобретение. Установка, способная обеспечить освещение участка, стоит около 100 тыс руб.

Более мощная конструкция, позволяющая снабдить электроэнергией коттедж, обойдется в 250 тыс.

ВЭС, способная обеспечить небольшое фермерское хозяйство, стоит около 500 тыс. руб. И это еще не предел. При таких ценах ожидать быстрого распространения ветрогенераторов не приходится, поэтому вся надежда на появление отечественных моделей, способных решить вопрос дороговизны оборудования. Как вариант, можно купить относительно недорогую китайскую модель. Такие устройства не поддаются ремонту, являясь, по сути, одноразовыми, но их цена намного ниже, чем стоимость аналогичных по мощности западных образцов.