Ветрогенераторы

-Генератор (как  правило это синхронный трёхфазный  с возбуждением от постоянных  магнитов напряжением =24 В)

-Мачта с растяжками

-Контроллер заряда  аккумуляторов

-Аккумуляторы (необслуживаемые  на 24 В)

-Инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц)

-Сеть

Считается, что применение малых ветрогенераторов в быту малоцелесообразно из-за:

-Высокой стоимости  инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования  переменного или постоянного  тока получаемого от ветрогенератора  в ~ 220В 50Гц (и синхронизации его  по фазе с внешней сетью  при работе генератора в параллель))

-Высокой стоимости  аккумуляторных батарей ~ 25 % стоимости  установки (используется в качестве  источника бесперебойного питания  при отсутствии или пропадании  внешней сети)

-Для обеспечения  надёжного электроснабжения к  такой установке иногда добавляют  дизель-генератор, сравнимый по стоимости  со всей установкой.

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительную величину у основной массы производств на фоне других затрат. Ключевым для потребителя остаётся надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами приводящими к удорожанию энергии получаемой от ветрогенераторов являются:

-Необходимость  получения электроэнергии промышленного  качества ~ 220В 50 Гц (применяется инвертор)

-Необходимость  автономной работы в течение  некоторого времени (применяется  аккумуляторы)

-Необходимость  длительной бесперебойной работы  потребителей (применяется дизель-генератор)

В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощю ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько преимуществ:

Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.

Схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается.

Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле.

В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.

Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности, температуру воздуха в помещении можно потдерживать в широких диапазаонах 19—25°С — в бойлерах горячего водоснабжения — 40—97°С без ущерба для потребителей.

Наиболее перспективными регионами для развития малой ветроэнергетики считаются регионы со стоимостью электроэнергии более $0,1 за кВт·ч.  Себестоимость электроэнергии, производимой малыми ветрогенераторами в 2006 г. в США составляла $0,10—$0,11 за кВт·ч. AWEA ожидает, что в ближайшие 5 лет себестоимость снизится до $0,07 за кВт·ч.

AWEA прогнозирует, что  к 2020 году суммарная мощность  малой ветряной энергетики США  вырастет до 50 тыс. МВт, что составит  около 3 % от суммарных мощностей страны. Ветряные турбины будут установлены в 15 млн домах и на 1 млн малых предприятий. В отрасли малой ветроэнергетики будут заняты 10 тыс. человек. Они ежегодно будут производить продукции и услуг на сумму более чем $1 млрд

3. Компоненты  ветроустановки

К основным компонентам системы, без которых работа ветряка невозможна, относят следующие элементы:

- Генератор – необходим для заряда аккумуляторных батарей. От его мощности зависит как быстро будут заряжаться ваши аккумуляторы. Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра.

- Лопасти – приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра.

- Мачта – обычно, чем выше мачта, тем стабильнее и сильнее сила ветра. Отсюда следует – чем выше мачта, тем больше выработка генератора. Мачты бывают разных форм и высот.

Список дополнительных необходимых компонентов:

- Контроллер – управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.

- Аккумуляторные  батареи – накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание вашего объекта идёт от аккумуляторных батарей.

- Анемоскоп  и датчик направления ветра – отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности.

- АВР автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. Внимание: АВР не позволяет работать сети одного объекта одновременно от двух разных источников питания!

- Инвертор – преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов.

Пример:

Ветрогенератор EuroWind 2

Ветряк мощностью 3 киловатта - это одна из самых популярных моделей и является самым лучшим выбором для семьи. Этот ветрогенератор обеспечивает энергией дом небольшого или среднего размеров. Данный ветрогенератор можно комбинировать с солнечными батареями и дизельным генератором для непрерывного обеспечения энергией.

Для загородного дома этого ветрогенератора более чем достаточно. Для его установки не требуется бригада рабочих, ветрогенератор устанавливается даже в одиночку.

Такие ветрогенераторы полностью удовлетворяют потребности небольших кафе, магазинов, строительных городков, кемпингов и других объектов, которые находятся вдали от источников электроэнергии.

Производительность ветрогенератора:

Среднегодовая выработка энергии               5800 кВт в год   (при средней скорости ветра 6 м/с)

Максимальная мощность                                     3000 Вт

Напряжение ветрогенератора                              120 Вольт

Время зарядки аккумуляторов                            около 10 часов

Рекомендуемые аккумуляторы                            10 шт. 12В 200Ач

Напряжение после инвертора                              220 Вольт 50 Гц

Характеристики ветрогенератора:

Количество лопастей                                           3 шт.

Диаметр ротора                                                   3,2 метра

Материал лопастей                                          FRP (композитный материал - фибергласс)

Тип ветрогенератора                                              PMG (на постоянных магнитах)

Защита от ураганного ветра                              AutoFurl (автоматическая)

Высота мачты                                                                  9 метров

Контроллер заряда                                                    AIC (автоматический)

Рабочая температура                                              от -40 до +60 C

Ветер раскручивает ротор. Выработанное электричество подаётся через контроллер на аккумуляторы. Инвертор преобразует напряжение на контактах аккумулятора в пригодное для использования

 

4. Ветрогенераторы  и окружающая среда

Сегодня, когда экологические проблемы постепенно становятся одной из главных забот человечества, использование разных источников энергии рассматривается не только с точки зрения их мощности и экономичности, но и влияния на окружающую среду.

На первый взгляд ветровая энергия абсолютно чиста экологически и не наносит ущерба природе и людям. Но это не совсем так. Мощные ветровые электростанции с сотнями и тысячами ветровых турбин приносят немало проблем: они производят невообразимый шум, могут служить помехой для радио- и телетрансляций. Кроме того, огромные вышки нередко препятствуют миграции птиц. Разумеется, по сравнению с тем огромным ущербом природе, который наносят тепловые электростанции, вред от ветрогенераторов почти незаметен, однако если мы хотим в будущем иметь абсолютно "чистую" энергетику, проблемы влияния ветроустановок на окружающую среду надо решать уже сейчас. Одним из таких решений - и наиболее перспективным - является установка ветрогенераторов в открытом море, на большом удалении от берегов. Это повысит не только безопасность, но и экономичность, так как на просторах Мирового океана ветры дуют с особой силой. Разумеется, установка ветрогенераторов в открытом море требует больших затрат, однако экологическая чистота стоит денег, затраченных на нее.

Первая ветряная электростанция в открытом море уже действует. Это установка Эбельтофф в Дании. 16 ее турбин производят 55 кВт электроэнергии - вполне хватает для полного снабжения поселка из 600 домов. Специалисты подсчитали, что только Западная Европа, береговая линия которой протянулась более чем на 20000 километров, в состоянии получать около триллиона киловатт-часов электроэнергии в год, если воздвигнуть ветрогенераторы вблизи от побережья. А возможности нашей страны в этом плане еще выше.

На сегодняшний день технология строительства платформ для ветрогенераторов в открытом море отработана (большую роль здесь сыграл опыт строительства морских скважин для добычи нефти) и уже применяется.

Как уже опмечалось, главной проблемой применения ветровой энергии является непостоянство ветра. Имеется несколько способов аккумулировать энергию на случай безветренных дней. Простейший из них - создать систему двух резервуаров, один из которых залегает ниже другого. В ветреные дни производимое электричество можно использовать для закачки воды из нижнего резервуара в верхний. А когда ветрогенератор бездействует, достаточно открыть перемычку - и вода устремится из верхнего резервуара в нижний, вращая по пути турбину, которая будет давать электроэнергию. Еще один способ аккумулирования - использование ветровой энергии для электролиза воды - получения водорода и кислорода из воды. Водород - идеальное топливо, которое может заменить любой тип горючего. Теплота его сгорания втрое выше, чем у бензина. Если в ветреные дни создать достаточный запас водорода, его можно транспортировать в любое место по газопроводам, а затем использовать в топливных элементах.

Ученые подсчитали, что общий ветроэнергетический потенциал земли приблизительно в 30 раз превосходит годовое потребление электричества во всем мире. Разумеется, весь этот запас энергии использовать не удастся. Для нормальной работы ветроустановок скорость воздушных потоков не должна в среднем за год падать меньше 4-5 м/с, и в то же время не должна превышать 50 м/с. Впрочем, максимальная скорость ветра может быть и выше. Американские инженеры создали генератор с вертикальными роторами, которые вращаются наподобие карусели. По своей эффективности он превосходит лопастные генераторы почти втрое и способен выдерживать даже ураганные ветры. Видимо, с развитием технологии появятся и более совершенные конструкции. Скорее всего, технология не пойдет по пути повышения размеров ветроустановок. Будущее принадлежит ветрогенераторам мощностью от 5 до 100 киловатт, которые будут обеспечивать нужды сельского хозяйства и небольших поселений. Впрочем, имеется возможность применения и более мощных (до 5 мегаватт) установок, которые будут вырабатывать электроэнергию в составе уже существующих энергетических систем. Кроме того, ветровая энергия может быть использована для производство удобрений, для получения сжатого воздуха, который будет направляться в водоемы для их аэрации - повышения содержания кислорода, необходимого для его обитателей. Разные отросли промышленности все активнее делают заявки на ветровую энергию.

5. Проблемы  эксплуатации промышленных ветрогенераторов

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветряной фермы может занимать год и более.

Для строительства необходимы дорога до строительной площадки, место для размещения узлов при монтаже, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

В ходе эксплуатации промышленных ветрогенераторов возникают различные проблемы:

Неправильное устройство фундамента. Если фундамент башни неправильно рассчитан, или неправильно устроен дренаж фундамента, башня от сильного порыва ветра может упасть.

Обледенение лопастей и других частей генератора. Обледенение способно увеличить массу лопастей и снизить эффективность работы ветрогенератора. Для эксплуатации в арктических областях части ветрогенератора должны быть изготовлены из специальных морозостойких материалов. Жидкости, используемые в генераторе, не должны замерзать. Может замёрзнуть оборудование, замеряющее скорость ветра. В этом случае эффективность ветрогенератора может серьёзно снизиться. Из-за обледенения приборы могут показывать низкую скорость ветра, и ротор останется неподвижным.