Виктор Пестриков - Современный дачный электрик
В России энергия ветра может быть эффективно использована в следующих регионах:
• области: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская, Краснодарский край, Приморский край, Хабаровский край;
• республики и АО: Дагестан, Калмыкия, Карелия, Коми, Ненецкий автономный округ, Таймырский автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.
Перспективны и другие отдельные районы многих краев, областей и республик РФ. Например, в Ленинградской области очень многие территории подходят для установок ветрогенераторов, которые будут эффективно вырабатывать энергию практически круглогодично.
Если выясняется, что на интересующей территории нет достаточных ветроэнергетических ресурсов, применять ВЭУ в этом месте не имеет никакого смысла.
После уточнения местной розы ветров можно планировать потребление электроэнергии. Ветряки можно устанавливать индивидуально. Специалисты подсчитали, что для обеспечения так называемого "интеллектуального быта" жильцов (семьи из 3–4 человек) пригородного дома, расположенного в регионе со средней скоростью ветра 1,8–4,5 м/с, вполне хватит одного ветряка мощностью 5 кВт. Он будет вырабатывать энергию, достаточную не только для освещения здания, но и для работы привычного ассортимента бытовой техники: телевизора, холодильника, компьютера и т. п. [13].
Для справки
Ветер скоростью до 3 м/с человек практически не ощущает, полотно из легкой ткани на таком ветру очень слабо колышется.
2.6.2. Шум ветрогенератора
Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:
• механический шум – от работы механических и электрических компонентов; в современных ветроустановках практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старых моделей;
• аэродинамический шум – от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки, который усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки.
В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчетными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не дает информации о шумности ветроустановки, т. к. эффективно отделить шум ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно. Приведем сравнительные значения уровня шума (в дБ) для различных ситуаций:
• болевой порог человеческого слуха – 120;
• шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м – 105;
• шум от отбойного молотка на расстоянии 7 м – 95;
• шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении 100 м – 65;
• шумовой фон в офисе – 60;
• шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч – 55;
• шум от ветрогенератора на удалении 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. 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.
2.6.3. Некоторые недостатки ветрогенераторов
Несмотря на известные преимущества, у ветрогенераторов есть и трудноустранимые недостатки, с которыми приходится считаться.
• Недостаточная мощность средних, " бытовых" ветряков для отопления домов в холодные сезоны. Для решения проблемы можно установить несколько ветрогенераторов или один очень мощный, что дорого и нерационально с точки зрения использования площадей.
• Для установки ветрогенератора требуется много места. Устанавливать его рекомендуется не ближе чем в 20 м от жилого строения, в противном случае электромагнитные поля, возникающие при работе генератора, могут стать не только источником помех при работе электронной техники, но и причиной заболеваний владельца дома.
• Высокая цена. Средний ветродизельный комплекс, в зависимости от комплектации, стоит 250–400 тыс. руб., а его окупаемость может растянуться на 3–5 лет. Правда, сегодня это не очень смущает.
2.6.4. Ветрогенератор в составе электросети
Средние и крупные ветрогенераторы единичной мощностью от 50 кВт до 5 МВт часто объединяют в группы (ветропарки) и устанавливают на специально подобранных площадках с постоянно дующим свежим ветром при скорости 8-15 м/с. Подобные ветрогенераторы обычно стоят на берегах водоемов, склонах холмов, гор, на равнинах. Стоимость таких ветрогенераторов, в зависимости от производителя и мощности ветряка, составляет 40–60 тыс. руб. за 1 кВт установленной мощности. На рынке имеется много б/у реставрированных ветрогенераторов, стоимость которых вполовину меньше новых моделей [14].
Ветрогенератор может работать в полностью автономном режиме без сети, как правило, это небольшие и средние ветрогенераторы от 0,5 до 30 кВт. Такие ветрогенераторы предназначены для энергоснабжения индивидуальных домовладений и объектов, удаленных от централизованного энергоснабжения (рис. 2.12). Автономные ветряки могут эффективно "обслуживать" небольшие дачи в режиме проживания "по выходным": в течение недели ветряк накапливает электроэнергию в аккумуляторные батареи, которой хватает на выходные дни.
Рис. 2.12. Небольшой автономный ветрогенератор на крыше загородного дома
Планируя приобрести ветрогенератор для загородного дома, необходимо учитывать также стоимость дополнительного оборудования (аккумуляторных батарей и т. п.). Стоимость всей системы ветроэлектрической установки «под ключ» мощностью 2 кВт в условиях Подмосковья составляет около 200 тыс. руб.
2.6.5. Устройство современного ветрогенератора
Основные элементы автономной ветроэнергетической установки: ветроколесо, генератор, мачта, регулятор, контроллер, инвертор и аккумуляторная батарея (рис. 2.13).
Рис. 2.13. Структура автономной ветроэнергетической установки и устройство ветрогенератора: 1 – лопасти турбины; 2 – ротор; 3 – направление вращения лопастей; 4 – демпфер; 5 – ведущая ось; 6 – механизм вращения лопастей; 7 – электрогенератор; 8 – контроллер вращения; 9 – анемоскоп и датчик ветра; 10 – хвостовик анемоскопа; 11 – гондола; 12 – ось электрогенератора; 13 – механизм вращения турбины; 14 – двигатель вращения; 15 – мачта
У классических ветровых установок ветроколесо имеет три лопасти, закрепленные на роторе. Вращаясь, ротор генератора создает трехфазный переменный ток, который передается на контроллер, далее преобразуется в постоянное напряжение и подается на аккумуляторную батарею [15].
В устройстве автономной энергетической установки ротор, мачта и генератор – основные элементы, но далеко не единственные. Один из важных компонентов – электрический регулятор, который прерывает ток, текущий на батарею, если она полностью заряжена. Без регулятора произойдет закипание электролита. В более сложные схемы ветроэнергетических установок входит контроллер, управляющий многими процессами ветроустановки (поворотом лопастей, зарядом аккумуляторов, защитными функциями и др.). Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.
Накопителем тока служит как минимум одна батарея. Для таких установок требуются специальные батареи (автомобильные не походят!), которые аккумулируют малейшие токи и потому надежны в плане инерционной и глубокой зарядки (12 В/125 А-ч).
Обычно от батарей могут питаться только 12– или 24-вольтовые потребители. Но при подключении инвертора (преобразователя тока) можно включать приборы на 220 В.
При полном штиле ток, естественно, не вырабатывается, а если подключены пользователи длительного действия (на 12 или 24 В), батареи быстро разрядятся. Если батареи часто подвергаются полной разрядке, то срок их эксплуатации значительно сокращается. Средство профилактики – дополнительное защитное устройство, препятствующее полной разрядке аккумуляторов.
Конструкция ветряных генераторов предусматривает защиту от ураганных ветров. Высокая мачта должна быть надежно закреплена на прочных растяжках (тросами). Все токоподводящие части тщательно изолируют.
2.6.6. Схемы включения ветрогенератора
В загородном доме электрическая сеть может питаться только от ветроэнергетической установки, в схему которой включены аккумуляторные батареи (рис. 2.14).
Рис. 2.14. Автономная ветроэнергетическая установка
Для того чтобы ветроустановка надежно и бесперебойно обеспечивала электричеством загородный дом, в его сеть желательно включить дизель-генератор и солнечную батарею. Это особенно целесообразно в регионе с нестабильными ветрами. При исчерпании запаса энергии, накопленной ветрогенератором, мгновенно и незаметно для пользователя происходит включение дизельного генератора.
