Ветряные электростанции в России
Медленно, но уверенно, Российская Федерация осваивает получение электроэнергии из альтернативных источников. Сейчас в этом направлении мы значительно уступаем многим другим странам, но, например, некоторые ветряные электростанции в России могут похвастаться высокими показателями выработки.
Сколько Россия получает электричества от ветра
По словам председателя Российской ассоциации ветроиндустрии, на 2021 год в нашей стране все ветропарки имеют мощность всего 1375 МВт, что составляет 0,56% от мощности всей энергосистемы. Хотя уже к 2024 году есть планы поднять этот показатель до 3380 МВт.
За 2020 год ветряные электростанции России смогли выработать 1384 млн кВт/ч электроэнергии. Эта капля в море составила 0,13% всей произведённой в стране электроэнергии.
Как развита ветроэнергетика в России
В основном потребность в ветряных электростанциях имеется в удалённых регионах, которые не подключены к централизованному энергоснабжению. Но в целом в России очень слабо используется эта отрасль ветроэнергетики.
Среди основных причин:
- Энергетическая избыточность.Традиционные электростанции вполне справляются со своей задачей и Россия производит электроэнергию с избытком, который можно продавать другим странам.
- Экономическая нецелесообразность. Этот пункт вытекает из предыдущего: у нас есть электростанции, которые удовлетворяют потребности населения, поэтому тратить средства на дорогие и менее эффективные проекты просто незачем.
- Низкая поддержка со стороны государства. Субсидирование ветроэнергетики у нас ничтожно мало, если сравнивать с европейскими странами и США. Однако последние инициативы должны помочь в развитии отрасли.
Самые мощные ветровые электростанции России
В таблицу вынесли 10 мощнейших объектов по состоянию на 2021 год.
Ввиду благоприятных климатических условий большая концентрация ветряных электростанций в Республике Крым, однако большинство из них — это проекты конца 90-х и начала 2000-х, поэтому мощность несопоставима с современными объектами в регионах РФ. На фото ниже Останинская ВЭС — мощнейшая в Крыму ветряная электростанция.
Перспективы ветроэнергетики в России
Заинтересованность в развитии этого направления имеется, но острой необходимости в этом нет, ведь традиционная электродобывающая промышленность у нас имеет высокий уровень развития.
Регулярно поднимается вопрос поддержки альтернативной энергетики. Так, стратегия развития Российской энергетики предполагает увеличение доли выработки ветроэнергетики до 3,3 ГВт к 2024 году.
Гигантские ветряки — самые большие ветрогенераторы в мире: GE Haliade-X, Enercon, Siemens, MySE
Ветрогенераторы или ветряки — это ветроэлектрические установки (сокращенно ВЭУ), которые служат для преобразования кинетической энергии воздушного потока ветра в механическую энергию вращения ротора для преобразования такого вращения в электрическую энергию.
Промышленные ветрогенераторы, как правило, устанавливаются либо государством, либо крупными энергетическими корпорациями, из-за высокой стоимости как самих ветряков, так и создания инфраструктуры для их функционирования. Чаще всего ветряки объединяют в сеть, чтобы обеспечить более высокую мощность — такие сети ВЭУ представляют собой ветровые электростанции, которых всё больше и больше появляется на планете за последние десятилетия.
Обычно ветроэлектрическая установка состоит из мачты, ротора с лопастями, ветротурбины и электрогенератора. Но разные производители ветряков могут использовать различные конструкционные материалы и запатентованные узлы и агрегаты в конструкции своих ветрогенераторов.
Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов
Одной из серьезных проблем эксплуатации промышленных ветрогенераторов является обледенение лопастей генератора при отрицательных температурах окружающей среды, ведь сильное обледенение может значительно увеличить массу лопастей, что приведет к падению производительности, и повышению нагрузок на ротор ветроэлектрической установки.
Шум и вибрацию можно назвать второй по значимости проблемой эксплуатации ветряков — в непосредственной близости от ветрогенератора уровень громкости может превышать 100 дБ для промышленной ВЭУ. Например, в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании приняты отдельные законы, ограничивающие уровень шума для ветряных электростанций до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью, при этом законодательство этих стран регулирует и минимальное расстояние от промышленного ветряка до жилых домов — оно не может быть меньше 300 метров.
Самые большие ветряки в мире
Огромные ветрогенераторы можно классифицировать как по геометрическим размерам, так и по величине вырабатываемой мощности, ведь самый большой еще не означает самый мощный!
Ветрогенератор Enercon E-126 — диаметр лопастей 126 м
Высота башни этого огромного ветрогенератора Enercon E-126 составляет 135 метров, при этом диаметр размаха лопастей составляет 126 метров при общей высоте почти 200 метров над землей.
При оптимальном ветре промышленный ветрогенератор Enercon E-126 способен вырабатывать до 7,58 мегаватт электроэнергии.
Первый такой внушительный ветряк был установил еще в 2007 году в Германии. Стоит Enercon E-126 в районе 14 миллионов долларов (не считая стоимость доставки, монтажа и пусконаладочных работ).
Ветрогенератор Siemens SWT-6.0 — диаметр лопастей 154 метров
Огромный ветрогенератор Siemens SWT-6.0-154 при идеальной скорости ветра (13-15 м/с) способен генерировать мощность до 6 МВт.
На текущее время Siemens выпустил обновленную версию этой ВЭУ с таким же диаметром лопастей в 154 метра, но 1 мегаватт большей мощности.
Интересно, что при оптимальном ветре лопасти этого ветряка вращаются со скоростью всего лишь 5-11 оборотов в минуту.
Ветрогенератор LM 88.4 P — диаметр лопастей 180 метров
Огромный ветрогенератор LM 88.4 P разработан несколько лет назад в Голландии и при оптимальных условиях производит 8 мегаватт электроэнергии.
Заявленный срок службы одного комплекта лопастей этого ветряка составляет 25 лет. Такая установка способна в течении почти четверте века обеспечивать электроэнергией больше 10 000 частных домов.
При транспортировке лопастей для монтажа первого ветрогенератора LM 88.4 P привлекались корабли и огромные плавающие краны, с помощью которых эти морские ветряки устанавливаются в прибрежных водах.
Для создания ветрогенератора LM 88.4 P компания LM Wind Power воспользовалась разработками производителя ветрогенерационной техники Adven — именно турбина Adven AD8-180 (одну из самых крупнейших в мире) устанавливается на ветряке LM 88.4 P.
Ветрогенератор Haliade-X — диаметр лопастей 220 метров
А теперь расскажем про рекордсмена — самый большой в мире ветрогенератор Haliade-X 12 MW, создание которого было анонсировано американской корпорацией General Electric в 2018 году для британской компании Offshore Renewable Energy (ORE) Catapult.
В США для британских заказчиков General Electric начал создавать серию самых больших в мире ветряков, которые в количестве 24 штук способны генерировать до 288 мегаватт электроэнергии в сутки при оптимальной скорости ветра.
Уже в 2021 году GE планирует провести все необходимые тесты и получить сертификат на работу ветряной электростанции на базе 24 самых больших в мире ветряков Haliade-X 12 MW.
При этом General Electric уже сейчас анонсировал разработку еще более мощного ветрогенератора 13 MW GE Haliade-X. Планируется, что эти самые мощные в мире ветряки будут использованы для оснащения электростанции Dogger Bank Wind Farm в 2023 году.
Характеристики самого большого и мощного в мире ветрогенератора:
- Диаметр лопастей — 220 метров;
- Общая высота ветрогенератора — 260 метров;
- Генерируемая мощность — 13 мегаватт;
- Годовой объем генерируемой энергии — 71 гигаватт;
- Коэффициент использования установленной мощности — 60-64%.
Самый большой ветрогенератор MySE 16.0-242 — (242 метра)
Китайская компания MingYang Smart Energy строит самый большой в мире ветрогенератор морского базирования MySE 16.0-242, диаметр лопастей которой составляет рекордные 242 метра, а мощность 16 МВт. Один такой ветряк сможет обеспечить электроэнергией около 20 тысяч домовладений. За год работы ветрогенератор MySE 16.0-242 будет выработать 80 ГВт*ч энергии, что на 45% больше, чем предыдущее поколения ветрогенераторов MySE 11.0-203. Срок службы самого огромного ветряка из Китая составит 25 лет.
Особенно важным является получение дешевой электроэнергии за счет ветра на фоне растущих в мире цен на ископаемые источники энергии. Китай можно смело называть великой технологической державой, ведь побить рекорд западных стран, давно строящих ветрогенераторы — это действительно достижение!
Ветроэнергетика
Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.
Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт [1] . В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). [2] [3] Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %, [4] , в Испании — 16 % и в Германии — 8 %. [5] В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. [3]
Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. [6] [7] [8] Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.
Содержание
История использования энергии ветра
Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами. [9]
«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»).
Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.
В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо — 1526 г., Глочестер — 1542 г., Лондон — 1582 г., Париж — 1608 г., и др. В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.
Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра. [9]
Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра
Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.
Воздушные потоки у поверхности земли/моря являются ламинарными — нижележащие слои тормозят расположенные выше. Этот эффект заметен до высоты 1 км, но резко снижается уже на высотах больше 100 метров. [10] Высота расположения генератора выше этого пограничного слоя одновременно позволяет увеличить диаметр лопастей и освобождает площади на земле для другой деятельности. Современные генераторы (2010 год) уже вышли на этот рубеж, и их количество резко растёт в мире. [11] Ветрогенератор начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз. [12]
| Мощности ветрогенераторов и их размеры | ||||
|---|---|---|---|---|
| Параметр | 1 МВт | 2 МВт | 2,3 МВт | |
| Высота мачты | 50 м — 60 м | 80 м | 80 м | |
| Длина лопасти | 26 м | 37 м | 40 м | |
| Диаметр ротора | 54 м | 76 м | 82,4 м | |
| Вес ротора на оси | 25 т | 52 т | 52 т | |
| Полный вес машинного отделения | 40 т | 82 т | 82,5 т | |
| Источник: Параметры действующих ветрогенераторов. Пори, Финляндия | ||||
В августе 2002 года компания Enercon построила прототип ветрогенератора E-112 мощностью 4,5 МВт. До декабря 2004 года турбина оставалась крупнейшей в мире. В декабре 2004 года германская компания REpower Systems построила свой ветрогенератор мощностью 5,0 МВт. Диаметр ротора этой турбины 126 метров, масса гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 м. В конце 2005 года Enercon увеличил мощность своего ветрогенератора до 6,0 МВт. Диаметр ротора составил 114 метров, высота башни 124 метра. Компания Clipper Windpower разрабатывает ветрогенератор мощностью 10,0 МВт для офшорного применения [13] . В 2009 году турбины класса 1,5 — 2,5 МВт занимали 82 % в мировой ветроэнегетике [14] .
Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.
Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5 — 2 раза. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.
Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.
5 июня 2009 года компании Siemens AG и норвежская Statoil объявили об установке первой в мире коммерческой плавающей ветроэнергетической турбины мощностью 2,3 МВт, производства Siemens Renewable Energy. [15]
Статистика по использованию энергии ветра
На июнь 2012 года суммарные установленные мощности всех ветрогенераторов мира составили 254 ГВт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире, начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ФРГ [16] . Предполагаемая мощность ветряной энергетики к концу 2012 года по данным World Wind Energy Assosiation приблизится к значению в 273 ГВт [17] .
Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов [18] [19] .
В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии — 31 %, в Северной Америке — 22 %.
Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира 2005—2011 г. Данные Европейской ассоциации ветроэнергетики [20] и GWEC [21] .
| Страна | 2005 г., МВт. | 2006 г., МВт. | 2007 г., МВт. | 2008 г. МВт. | 2009 г. МВт. | 2010 г. МВт. | 2011 г. Мвт. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Китай | 1260 | 2405 | 6050 | 12210 | 25104 | 41800 | 62733 |
| США | 9149 | 11603 | 16818 | 25170 | 35159 | 40200 | 46919 |
| Германия | 18428 | 20622 | 22247 | 23903 | 25777 | 27214 | 29060 |
| Испания | 10028 | 11615 | 15145 | 16754 | 19149 | 20676 | 21674 |
| Индия | 4430 | 6270 | 7580 | 9645 | 10833 | 13064 | 16084 |
| Франция | 757 | 1567 | 2454 | 3404 | 4492 | 5660 | 6800 |
| Италия | 1718 | 2123 | 2726 | 3736 | 4850 | 5797 | 6737 |
| Великобритания | 1353 | 1962 | 2389 | 3241 | 4051 | 5203 | 6540 |
| Канада | 683 | 1451 | 1846 | 2369 | 3319 | 4008 | 5265 |
| Португалия | 1022 | 1716 | 2150 | 2862 | 3535 | 3702 | 4083 |
| Дания | 3122 | 3136 | 3125 | 3180 | 3482 | 3752 | 3871 |
| Швеция | 510 | 571 | 788 | 1021 | 1560 | 2163 | 2907 |
| Япония | 1040 | 1394 | 1538 | 1880 | 2056 | 2304 | 2501 |
| Нидерланды | 1224 | 1558 | 1746 | 2225 | 2229 | 2237 | 2328 |
| Австралия | 579 | 817 | 817,3 | 1306 | 1668 | 2020 | 2224 |
| Турция | 20,1 | 50 | 146 | 433 | 801 | 1329 | 1799 |
| Ирландия | 496 | 746 | 805 | 1002 | 1260 | 1748 | 1631 |
| Греция | 573 | 746 | 871 | 985 | 1087 | 1208 | 1629 |
| Польша | 73 | 153 | 276 | 472 | 725 | 1107 | 1616 |
| Бразилия | 29 | 237 | 247,1 | 341 | 606 | 932 | 1509 |
| Австрия | 819 | 965 | 982 | 995 | 995 | 1011 | 1084 |
| Бельгия | 167,4 | 194 | 287 | 384 | 563 | 911 | 1078 |
| Болгария | 14 | 36 | 70 | 120 | 177 | 375 | 612 |
| Норвегия | 270 | 325 | 333 | 428 | 431 | 441 | 520 |
| Венгрия | 17,5 | 61 | 65 | 127 | 201 | 329 | 329 |
| Чехия | 29,5 | 54 | 116 | 150 | 192 | 215 | 217 |
| Финляндия | 82 | 86 | 110 | 140 | 146 | 197 | 197 |
| Эстония | 33 | 32 | 58 | 78 | 142 | 149 | 184 |
| Литва | 7 | 48 | 50 | 54 | 91 | 154 | 179 |
| Украина | 77,3 | 86 | 89 | 90 | 94 | 87 | 151 |
| Россия | 14 | 15,5 | 16,5 | 16,5 | 14 | 15,4 |
Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт по данным WWEA.
| 1997 | 1998 | 1999 | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7475 | 9663 | 13696 | 18039 | 24320 | 31164 | 39290 | 47686 | 59004 | 73904 | 93849 | 120791 | 157000 | 196630 | 237227 |
В то же время, по данным European Wind Energy Association, суммарная вырабатываемая мощность ветряной энергии в России за 2010 год составила 9 МВт, что приблизительно соответствует показателям Вьетнама (31 МВт), Уругвая (30,5 МВт), Ямайки (29,7 МВт), Гваделупы (20,5 МВт), Колумбии (20 МВт), Гайаны (13,5 МВт) и Кубы (11,7 МВт).
В 2011 году ветряные электростанции Германии произвели 8 % от всей произведённой в Германии электроэнергии [22] .
В 2011 году 28 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра [23] .
В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт. [24]
Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии [25] . 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны [26] .
Ветроэнергетика в России
В середине 1920-х годов ЦАГИ разрабатывал ветро-электрические станции и ветряки для сельского хозяйства. Конструкция «крестьянского ветряка» могла быть изготовлена на месте из доступных материалов. Его мощность варьировалась от 3 л.с., 8 л.с. до 45 л.с. Такая установка могла освещать 150—200 дворов или приводить в действие мельницу. Для постоянства работы был предусмотрен гидравлический аккумулятор [27] .
Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч /год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч /год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России. [28]
Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.
Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % — в Северном экономическом районе, около 16 % — в Западной и Восточной Сибири.
Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.
Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Зеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SЕАS Energi Service A.S.
На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт). Годовая выработка в 2011 году не превысила 0,2 млн кВт·ч .
В Республике Башкортостан действует ВЭС Тюпкильды мощностью 2,2 МВт, располагающаяся около одноимённой деревни Туймазинского района [28] . ВЭС состоит из четырёх ветроагрегатов немецкой фирмы Hanseatische AG типа ЕТ 550/41 мощностью по 550 кВт. Годовая выработка электроэнергии в 2008—2010 гг. не превышала 0,4 млн кВт·ч .
В Калмыкии в 20 км от Элисты размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт·ч , на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт·ч .
В Республике Коми вблизи Воркуты недостроена Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт.
Успешным примером реализации возможностей ветряных установок в сложных климатических условиях является ветродизельная электростанция на мысе Сеть-Наволок Кольского полуострова мощностью до 0,1 МВт. В 17 километрах от неё в 2009 году начато обследование параметров будущей ВЭС работающей в комплексе с Кислогубской ПЭС.
Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт Ленинградская область, Ейской ВЭС 72 МВт Краснодарский край, Калининградской морской ВЭС 50 МВт, Морской ВЭС 30 МВт Карелия, Приморской ВЭС 30 МВт Приморский край, Магаданской ВЭС 30 МВт Магаданская область, Чуйской ВЭС 24 МВт Республика Алтай, Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт Камчатская область, Новиковской ВДЭС 10 МВт Республика Коми, Дагестанской ВЭС 6 МВт Дагестан, Анапской ВЭС 5 МВт Краснодарский край, Новороссийской ВЭС 5 МВт Краснодарский край и Валаамской ВЭС 4 МВт Карелия.
Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать Новоазовскую ВЭС, действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережье Таганрогского залива.
В 2003—2005 годах в рамках РАО ЕЭС проведены эксперименты по созданию комплексов на базе ветрогенераторов и двигателей внутреннего сгорания, по программе в посёлке Тикси установлен один агрегат. Все проекты начатые в РАО, связанные с ветроэнергетикой переданы компании РусГидро. В конце 2008 года РусГидро начала поиск перспективных площадок для строительства ветряных электростанций [29] .
Предпринимались попытки серийного выпуска ветроэнергетических установок для индивидуальных потребителей, например водоподъёмный агрегат «Ромашка».
В последние годы увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, объём реализации которых составляет 250 ветроэнергетических установок (мощностью от 1 кВт до 5 кВт).
Перспективы
Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.
Мощность высотных потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например — городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.
Германия планирует к 2020 году производить 19,6 % электроэнергии из возобновляемых источников энергии, в основном из ветра. [30]
Дания планирует к 2020 г. 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики [31] .
В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году — 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч. [32] [30] .
В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт к 2020 году [33] . Однако бурное развитие ветроэнергетического сектора позволило Китаю превысить порог в 30 Гвт установленной мощности уже в 2010 году. [34]
Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 2 раза в сравнении с 2008 годом. К 2012 году будет построено новых ветряных электростанций на 6 тысяч МВт. [35]
Венесуэла за 5 лет с 2010 года планирует построить ветряных электростанций на 1500 МВт. [36] .
Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6 000 МВт — офшорных [37] .
Экономические аспекты ветроэнергетики
Основная часть стоимости ветроэнергии определяется первоначальными расходами на строительство сооружений ВЭУ (cтоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ
Экономия топлива
Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.
Себестоимость электроэнергии
Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра [38] .
| Скорость ветра | Себестоимость (для США, 2004 год) |
|---|---|
| 7,16 м/c | 4,8 цента/кВт·ч; |
| 8,08 м/с | 3,6 цента/кВт·ч; |
| 9,32 м/с | 2,6 цента/кВт·ч. |
Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США, 4,5 — 6 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВт·ч.
При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15 %. Ожидается, что себестоимость ещё снизится на 35—40 % к концу 2006 г. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.
В марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.
Экономика ветроэнергетики в России
В большинстве регионов России среднегодовая скорость ветра не превышает 5 м/с [источник не указан 123 дня] , в связи с чем привычные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения практически не применимы — их стартовая скорость начинается с 3-6 м/с, и получить от их работы существенное количество энергии не удастся. Однако на сегодняшний день все больше производителей ветрогенераторов предлагают т. н.роторные установки, или ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Принципиальное отличие состоит в том, что вертикальному генератору достаточно 1 м/с чтобы начать вырабатывать электричество. Развитие этого направления снимает ограничения по использованию энергии ветра в целях электроснабжения. Наиболее прогрессивная технология — сочетание в одном устройстве генераторов двух видов — вертикального ветрогенератора и ФЭМ (фото-электрические модули) — солнечные панели. Дополняя друг друга, совместно они гарантируют производство достаточного количества электроэнергии на любых территориях и в любых климатических условиях. Достаточных, например, для уличного освещения или питания объектов инженерно-технической инфраструктуры (базовые станции сотовой связи [источник не указан 64 дня] , пункты наблюдения, погодные и метео-станции и так далее).
Другие экономические проблемы
Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.
Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25 % от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.
По данным испанских компаний «Gamesa Eolica» и «WinWind» точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперёд» или спотовом режиме превышает 95 %.
Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередачи и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляемую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередачи оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.
Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 метров является сложным и дорогостоящим мероприятием.
Экономика малой ветроэнергетики
В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за:
50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в
В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительной величины у основной массы производств по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения.
Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются:
- Необходимость получения электроэнергии промышленного качества
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 помощью 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 поддерживать в широких диапазонах 19—25 °C, а в бойлерах горячего водоснабжения 40—97 °C без ущерба для потребителей.
Экологические аспекты ветроэнергетики
Выбросы в атмосферу
Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота [39] .
По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн [40] .
Влияние на климат
Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее [41] [42] .
Вентиляция городов
В современных городах выделяется большое количество вредных веществ, в том числе от промышленных предприятий и автомобилей. Естественная вентиляция городов происходит с помощью ветра. При этом описанное выше снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения. В связи с этим установка ветряков вблизи крупных городов нежелательна [источник не указан 867 дней] .
Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:
- механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
- аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)
В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.
| Источник шума | Уровень шума, дБ |
|---|---|
| Болевой порог человеческого слуха | 120 |
| Шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м | 105 |
| Шум от отбойного молотка в 7 м | 95 |
| Шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении в 100 м | 65 |
| Шумовой фон в офисе | 60 |
| Шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч | 55 |
| Шум от ветрогенератора в 350 м | 35—45 |
| Шумовой фон ночью в деревне | 20—40 |
В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ.
Примером подобных конструктивных просчётов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.
Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.
Низкочастотные вибрации
Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса. [43]
Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний.
Обледенение лопастей
При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки. [44]
Кроме того, в случае легкого обледенения лопастей были отмечены случаи улучшения аэродинамических характеристик профиля.
Визуальное воздействие
Визуальное воздействие ветрогенераторов — субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.
В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт·ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами.
Использование земли
Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью [45] , что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-$5000 в год.
| Источник энергии | Удельный показатель площади земельного участка, требующейся для производства 1 млн кВт·ч за 30 лет (м²) |
|---|---|
| Геотермальный источник | 404 |
| Ветер | 800—1335 |
| Фотоэлектрический элемент | 364 |
| Солнечный нагревательный элемент | 3561 |
| Уголь | 3642 |
Таблица: Удельная потребность в площади земельного участка для производства 1 млн кВт·ч электроэнергии
Вред, наносимый животным и птицам
| Причины гибели птиц (из расчёта на 10 000) | штук |
|---|---|
| Дома/ окна | 5500 |
| Кошки | 1000 |
| Другие причины | 1000 |
| ЛЭП | 800 |
| Механизмы | 700 |
| Пестициды | 700 |
| Телебашни | 250 |
| Ветряные турбины | Менее 1 |
Таблица: Вред, наносимый животным и птицам. Данные AWEA [46] .
Популяции летучих мышей, живущие рядом с ВЭС на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц. Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90 % летучих мышей, найденных рядом с ветряками обнаруживают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков [47] .
Использование водных ресурсов
В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.
Радиопомехи
Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала [48] . Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.
Как работают ветряные мельницы для электричества и как их можно использовать
Ветряные мельницы для электричества? Такой вопрос весьма актуален в наше инновационное время. С целью экономии электроэнергии, ветроэнергетики интересует очень многих. Кому доводилось бывать в Европе на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки, где сотни генераторов встречаются по пути. Вопрос лишь в том, насколько это выгодно у нас? Ответ на этот вопрос когда, где и как ветряки использовать выгодно, а когда нет, вы найдете в нашей статье.
Ветряные мельницы для электричества, ветряк
Для начала разберемся в самом понятии «ветряные мельницы для электричества».
Что такое ветроэнергетика (ветряные мельницы для электричества)
Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализируется на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, которая удобна для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться с помощью следующих агрегатов: ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте).
Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. В настоящее время ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику. Согласно данным WindEurope, в 2019 году с помощью ветрогенераторов было произведено процентное соотношение от всего электричества: в Дании 48% всего электричества, в Ирландии — 33%, в Португалии — 27 %, в Германии — 26%, в Великобритании — 22%, в Испании — 21%, в ЕС в целом — 15%. В 2014 году 85 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.
Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие предназначаются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Ветряные мельницы для электричества имеют свои нюансы. Сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Чтобы решить подобные проблемы используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.
Скорость ветра (ветряные мельницы для электричества)
Работа ветряных мельниц во многом зависит от скорости ветра. Если говорить о нашей стране, то в ней не так много регионов, где скорость ветра находилась бы хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. Получается, что в подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.
Карта России скорости ветра
При таком потоке ветра мало вероятно, что ваша ветроустановка будет успешно работать большую часть времени. Ей элементарно не будет хватать скорости для стабильной выработки электричества. Нужен ветер хотя бы 10 м/с.
Расчеты для ветряных генераторов
Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.
Есть еще другая проблема, связанная с ветром, о которой умалчивают производители. Ближе к земле его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.
Скорей всего, что свою ветряную мельницу вы будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов, поскольку эти данные вам не подходят.
Зачастую, производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.
Турбулентность на склонах
Попробуйте установить чуть выше, чем на 10м, и обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов! Кроме того, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. Ведь разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.
Молниезащита для ветряков
Кроме того, есть определенные недосказанности в указанных технических характеристиках самих генераторов. Например на вашем дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, а вырабатывать энергию — тем более. В осенне-весенний период, когда происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.
Для тех кто занимается активным отдыхом. Лучшие солнечные батареи для туризма. Статья о всех преимуществах и типах тут
Стартовая скорость ветра, момент страгивания ветряка и место установки
Стартовая скорость ветра, момент страгивания ветряка и место установки
Но есть альтернатива. В регионах, где штормовые воздушные потоки – большая редкость, основной задачей является выбор ветрогенератора, способного вырабатывать электричество даже при сравнительно слабом ветре около 4 -5 м/с. Способность установки начинать вращение при небольшом ветре характеризуется величиной его стартовой скорости.
Стартовая скорость напрямую зависит от стартового момента (момента страгивания) ветряка – это усилие, которое необходимо приложить на рабочий винт ветрогенератора, чтобы он начал свое вращение. Таким образом, вырисовывается следующая пропорция: чем меньше стартовая скорость ветра, тем больше дней в году генератор будет вырабатывать для вас альтернативную энергию. Большинство ветрогенераторов, которые используются в домашних условиях, имеют стартовую скорость – 2…3 м/с.
При этом бытует отдельная разновидность устройств (с парусным винтом), которые очень чувствительны к движению воздуха.
Стартовую скорость не следует путать с рабочей и номинальной скоростью, поскольку не всегда при минимальных оборотах ротора генератор способен давать ток, достаточный для зарядки аккумулятора.
Перед установкой ветряной мельницы, стоит задуматься об одной очень важной вещи — это наличие свободного места. Отметим, что по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.
Для ветра должно быть пространство, чтобы он мог свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. А при таком раскладе вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).
Идеальным будет место на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.
Идеальное место для ветряка
Скорость ветра
Цены и нагрузка (ветряные мельницы для электричества)
В прайс листах у продавцов цены, мягко говоря несоответствующие действительности. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
Поэтому уже существующие цены всегда умножайте на 2, даже если выбираете так называемые готовые комплекты.
Что входит в комплект ветряка
Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.
Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов. В совокупности стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для двух киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. Имеется в виду, при хороших погодных условиях.
Ориентировочная нагрузка для ветрогенераторной системы 2 кВТ
Выпадение осадков так же приводит к снижению мощности ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.
Из этого следует, что ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч. Но если вспомнить начальные траты в 200тыс., то вернете вы их через тридцать два года.
Однако, в наше нестабильное время многие убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, станет выгоднее прежнего.
Из чего состоит ветровая электростанция
Ветрогенератор отдельно взятый, без учета мощности и других технических характеристик никогда не сможет обеспечить бесперебойное питание подключенных к нему электроприборов. Поскольку скорость ветра – неравномерна. Как следствие, объем мощности, вырабатываемой ветрогенератором в течение суток, может очень сильно меняться. Время от времени ветряная мельница и вовсе может остановится. Поэтому была разработана классическая схема ветроэлектростанции, которая сможет обеспечивать питание потребителей даже в тихую и безветренную погоду. Итак, она должна иметь следующий вид:
Схема установки ветроэнергетической установки
- ветрогенератор (ВГ) – установка, преобразующая энергию ветра в электричество (состоит из рабочего винта и генератора переменного тока);
- контроллер – устройство, преобразующие переменный ток, поступающий от генератора, в ток постоянный, необходимый для правильной зарядки аккумулятора (еще одна функция контроллера – регулировка оборотов ВГ);
- аккумуляторная батарея– она позволяет накапливать электроэнергию во время работы ветряка и отдавать ее потребителям, когда ВГ перестает вырабатывать электричество;
- инвертор – устройство, которое служит для преобразования постоянного тока напряжением 12В (поступающего в сеть от АБ) в бытовой ток – 220В, обладающий заданной частотой.
Учитывая, что ветрогенератор является ключевым элементом электростанции, то следует его выбирать по вышеприведенным параметрам.
Когда стоит покупать ветряную мельницу (ветряк)
Ветряные мельницы для электричества, ветряк
Безусловным фактом является подорожание электроэнергии с каждым годом. Так, еще 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Мы приведем для вас примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.
Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.
Ветрогенератор 2 кВТ
Ранее уже упоминалось, что стоимость такой модели около 200 тысяч. Но, учитывая все дополнительные расходы, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.
То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэффициента установленной мощности (для маленьких ветряков он не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите примерно 75квт.
К примеру, если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. То есть при подорожании ТЭС допустим, в 4 раза, стоимость электричества от индивидуального ветрогенератора, будет приходится выше.
Использование ветряка может быть обосновано в двух случаях:
- если поблизости нет внешних электросетей или вам не дают к ним подключаться
- у вас есть дизель генератор, но доставить для него топливо нет возможности
Чтобы ветряная мельница для электричества была для вас хорошей альтернативой, стоит придерживаться основного принципа. Устанавливаться ветряк должен в районе со средне годовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с.
В конечном результате, энергия, которую производит ветряк, зависит только от:
- скорости ветра
- площади, которую описывают лопасти
Ветряные мельницы для электричества, ветряк
Основные разновидности ветряных мельниц для электричества
На сегодня наиболее популярны классические быстроходные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения и тремя лопастями.
Ветряные мельницы для электричества, ветряк
Быстроходными считаются ветряки с минимальным количеством лопастей: 2, 3 или, вовсе, с одной, но оснащенной противовесом. Потоки сильного ветра обеспечивают таким генераторам очень быстрое вращение и при этом сильно шумят. Особенно это касается однолопастных устройств. Несмотря на то, что проблема шума может показаться незначительной, относиться к ней следует очень серьезно.
По мнению пользователей ВГ шуршит: начиная с 5–6 м/с ветер в ушах свистит, заглушая все звуки вокруг. Начиная с 1 кВт, контроллер начинает притормаживать ВГ, после чего устройство начинает не только шуршать, но еще и гудеть.
Это приведенный пример из жизненного опыта пользователя. Описание брендового быстроходного ветрогенератора, обороты которого (при скорости ветра в 10 м/с) приближаются к показателю 400 об/мин. Из чего напрашивается вывод: располагать ветрогенератор в непосредственной близи от жилых помещений, не целесообразно. Можно рассмотреть вариант с тихоходным ВГ (однако и тут надо учитывать человеческий фактор и реакцию доброжелательных соседей). Такие генераторы ввиду своих аэродинамических особенностей даже при сильном ветре не развивают больших оборотов. Кроме того, при сравнительно одинаковой мощности диаметр лопастей у тихоходного ветряка всегда меньше, чем у быстроходной ветряной мельницы. Это делает проще и монтаж, и эксплуатацию установки.
Ветряные мельницы для электричества, ветряк
Горизонтальный тихоходный ветряк
Горизонтальный тихоходный ветряк – это установка, в конструкции которой имеется более трех лопастей, а показатель быстроходности (Z) соответствует значению Z ≤ 5. Где Z – отношение окружной (концевой) скорости лопастей ветряка к скорости ветра.
| Число лопастей | Показатель быстроходности, Z |
| 1 | 9 |
| 2 | 7 |
| 3 | 5 |
| 6 | 3 |
| 12 | 1.2 |
Дополнительным преимуществом тихоходной установки является низкая скорость страгивания. Благодаря высокому крутящему моменту, который лопасти передают на рабочий винт генератора, установка стартует даже при небольшом ветре. Все это обеспечивается за счет большей площади лопастей (в сравнении с быстроходными ветряками).
По причине наличия большого количества лопастей во время работы перед винтом тихоходного генератора образуется воздушная подушка. Образуется она, потому, что ветер не успевает проходить через лопасти. Эта особенность оказывает негативное влияние на производительность установки, и из нее вытекают основные недостатки устройства.
К основным недостаткам тихоходного ветряка можно отнести сравнительно низкий КИЭВ и высокую парусность. В штормовую погоду такая парусность может привести к фатальным для установки последствиям. При этом тихоходные ветряки оснащаются генераторами с увеличенным диаметр ротора, а иногда – дополнительными мультипликаторами, они облегчают запуск и вращение силовой установки. Перечисленные усовершенствования позволяют увеличить линейную скорость ротора и «снять» с генератора больше мощности при небольших оборотах. Именно за счет такой конструкции генератора стоимость установки дополнительно увеличивается.
Что касается быстроходных генераторов горизонтального типа: эти устройства получили достаточно широкое распространение, благодаря своей простоте и относительной дешевизне. И если в конструкции такой установки реализована защита от бури (например, механизм складывания хвоста при сильном ветре), то единственным неудобством во время ее эксплуатации может стать сильный шум.
Роторы Дарье наиболее популярны среди вертикальных установок, используемых в ветроэнергетике. Это обусловлено тем, что средний КИЭВ роторов с аэродинамическими крыльями равен 0,4 (что совпадает со средним значением КИЭВ горизонтальных ветряков).
Различные типы ротора
Преимущества ветрогенераторов (ветряк)
Невзирая на выше перечисленные недостатки, такое устройство, как ветряная мельница, ветрогенератор имеет и свои преимущества. Недаром он распространен по всему миру. У моделей с вертикальной осью вращения они следующие:
- каким бы ни было направление ветра, лопасти вертикальных установок находятся в рабочем положении;
- просты в обслуживании, так как устанавливаются на небольшой высоте;
- во время работы не создают больших вибраций, следовательно, не производят сильного шума;
- просты в изготовлении.
Как выбирать ветряки (ветряные мельницы для электричества)
Людям, живущим далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, мы бы рекомендовали приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Поскольку от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.
Есть еще категория потребителей, которая вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а в пользу самодельных ветряных мельниц. Такие ветряки сделаны мастерами- самоучками. Свои выгоды в этом тоже имеются.
В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. С ними можно договориться и подстраховаться, если что-то пойдет не так и нужно подремонтировать. Тогда практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку.
Самодельные системы ветряков
Промышленные китайские ветряки, конечно имеют внешний вид посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, тогда приготовитесь к небольшой замене. Сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.
Замена подшипников
Ветряные мельницы для электричества, ветряк
Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.
К сожалению бывает так, что птенцы иногда попадают под крутящееся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.
Выбор ветрогенератора по характеристикам мощности
Что касается выбора ветрогенератора, с номинальной мощностью (предположительно – 800 Вт/ч) при скорости ветра 8 м/с, вам лучше не рассчитывать на то, что при ветре 4 м/с установка будет стабильно выдавать 400 Вт/ч. Значение мгновенной мощности ветрового потока, воздействующего на лопасти генератора, пропорционально скорости ветра, возведенной в куб. На практике это означает следующее: если скорость ветра падает в 2 раза, то мощность, генерируемая ветроустановкой, снижается примерно в 8 раз.
Ниже приведена зависимость мощности от ометаемой площади рабочего винта и скорости ветра.
| Диаметр ветроколеса, м | Мощность, кВт, при скорости ветра, м/с | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| 2 | 0,042 | 0,083 | 0,145 | 0,23 | 0,345 | 0,345 | 0,345 |
| 4 | 0,17 | 0,33 | 0,58 | 0,92 | 1,38 | 1,38 | 1.38 |
| 8 | 0,69 | 1,34 | 2,32 | 3,7 | 5,5 | 5,5 | 5,5 |
| 12 | 1,55 | 3.03 | 5,25 | 8,25 | 12,4 | 12,4 | 12,4 |
| 18 | 3,48 | 6,6 | 11,8 | 18,6 | 27,8 | 39,5 | 54.6 |
| 30 | 9,6 | 18,9 | 32,6 | 51,6 | 77,3 | 110,1 | 151,1 |
Таблица мощности в зависимости от скорости ветра
График мощности ветрогенератора изначально учитывает КПД установки, который выражается в коэффициенте использования энергии ветра (КИЭВ). Средний КИЭВ всех современных электроустановок находится в пределах – от 0,3 до 0,4. Продвигаясь в исследованиях графика мощности, следует рассматривать не сколько номинальные характеристики устройства (данные характеристики можно получить только при ветре 9–10 м/с), сколько показатели, характерные для среднегодовых значений ветра, пригодных конкретно для вашей местности (например, 4–5 м/с). Таким образом можно правильно оценить потенциал того или иного ветрогенератора.
Выбирая устройство по мощности, дополнительно следует учитывать потери на преобразование электроэнергии (из переменного тока в постоянный, а потом обратно – в переменный ток бытовой частоты). Потери выражаются в энергии, которую потребляют во время работы контроллер и инвертор.
Напряжение генератора
Номинальное напряжение на выходе генератора при хорошем раскладе должно соответствовать параметрам ваших аккумуляторных батарей. К примеру, для двух последовательно соединенных аккумуляторов (12 В) будет соответствовать ветрогенератор номиналом 24В. Для четырех таких аккумуляторов (также соединенных последовательно) подойдет ветряк номиналом 48 В и т. д.
Некоторые современные контроллеры способны компенсировать большое различие между выходным напряжением ветрогенератора и номиналом аккумуляторов. Дополнительных устройства, входящих в комплект домашней электростанции, имеют свои особенности, котрые, если вы взялись за это дело, вам будет не лишним изучить самостоятельно.
В данной же статье мы ознакомили вас с ключевыми параметрами, которые следует брать во внимание, выбирая установку для домашней электростанции самостоятельно. Проявляя мудрость, лучше учиться следует на чужих ошибках. Нам же ничто не мешает использовать это правило применительно к чужим успехам.
Ветряные мельницы для электричества, ветряк
Ветряные мельницы для электричества, ветряк
Заключение (ветряные мельницы для электричества)
Итак, передовой опыт европейцев в использовании ветряных мельниц по добыче электричества, в нашим российских широтах не везде и не всегда преминем. Некоторые пользователи, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами, считают, что самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор. Поэтому, выбирая ветряные мельницы по модели роторов и их составляющим, руководствуйтесь чужим опытом. С помощью подсказок знающих людей, можно частично решить проблему электротехнических расчетов или, хотя бы, получить четкие ориентиры в этом направлении.