Как да изберем и инсталираме вятърен генератор за еднофамилна къща

Световни производители на вятърни турбини

1. Suzlon Energy е водещ производител на вятърни турбини не само в Азия, но и в световен мащаб. В компанията работят 13 хил. специалисти в десет завода в Индия, Белгия, САЩ и Китай. Първата вятърна турбина е произведена през 1996 г., а през 2000 г. вече е проектирана първата електроцентрала. Ръстът на производствения капацитет, според изискванията на пазара, започна да се увеличава значително през 2006 г. Понастоящем индийската компания е шестият по големина производител на въпросните продукти.
2. От 2007 г. насам германският производител ENERCON GmbH е световен лидер на пазара в Германия, където се намират повече от петдесет процента от пазара. Първите продукти слизат от поточната линия през 1986 г. Заводите вече са разположени в Индия, Швеция и Португалия.
3. Sinovel е сред първите компании в Китай, които разработват, проектират, произвеждат и продават вятърни електроцентрали на сушата и в морето. Sinovel произвежда турбини за вятърни турбини с мощност от 1,5 до 6,0 мегавата. Продуктите са разделени на четири линии: SL1500, SL3000, SL5000, SL6000.
4. Производителят на вятърни турбини Vestas Wind Systems има заводи в Дания, Германия, Индия, Румъния, Обединеното кралство, Испания, Швеция, Норвегия, Австралия, САЩ и Китай. Компанията произвежда вятърни турбини с диаметър на ротора от 47 до 64 метра и мощност от 660 kW до 7 мегавата.

Изработване на вятърна турбина със собствените си ръце

Основната работа, която трябва да се извърши, е конструирането и монтирането на въртящия се ротор. На първо място трябва да изберете вида на конструкцията и нейния размер. Познаването на необходимия капацитет на устройството и производствените възможности ще помогне за определянето му.

Повечето от компонентите, ако не и всички, ще трябва да бъдат изработени от строителя, така че изборът ще бъде повлиян от това какви познания има строителят и с какви уреди и устройства е най-добре запознат. Обикновено първо се прави тестова вятърна турбина, с която се проверява работата и се уточняват параметрите на конструкцията, а след това се пристъпва към производството на работеща вятърна турбина.

Избор на вятърен генератор

Най-висококачествените вятърни турбини се произвеждат в Германия, Франция и Дания. Тези страни произвеждат вятърни електроцентрали за снабдяване с електроенергия на частни домакинства, ферми, училища и малки търговски обекти. В Русия, поради ниската цена на електроенергията и негласния монопол върху продажбата на електроенергия, вятърните турбини, слънчевите панели и други видове алтернативна енергия не са много разпространени.

Мобилната вятърна турбина е подходяща за петролната индустрия или за монтажни екипи, които строят в полето (прототип).

Но високите разходи за свързване на отдалечените съоръжения към електропреносната мрежа (все още има неелектрифицирани села), хапливите чиновници, дългите процедури за ходене и получаване на ТЗ от монополните дружества принуждават собствениците да използват алтернативна енергия за своите съоръжения.

На първо място трябва да разберете, че ефективността на вятърните турбини е около 60%, зависи от скоростта на вятъра и е необходима периодична поддръжка. Ако решите да изберете вятърна турбина, трябва да знаете. Изберете вятърен турбинен генератор въз основа на конкретните обстоятелства на неговото приложение. Съществуват нови дизайни и модели: с по-висока ефективност, вертикални, хоризонтални, ортогонални, без остриета.

За предприятията или частните домакинства тези данни могат да бъдат в проекта или в сметката за електроенергия. Ако трябва да осигурите електричество на вилата си, изберете модел вятърна турбина за 1-3 kW, инверторът се нуждае от малък капацитет и можете да се справите без батерии. Принципът на вятърната турбина във вилата е прост: има вятър - има електричество, няма вятър - работите в градината или домакинството. Можете сами да си направите проста вятърна турбина, като просто съберете необходимите материали и ги свържете.

За частно жилище този принцип не е подходящ за постоянно пребиваване. Ако често липсва вятър, трябва да се обърне специално внимание на акумулатора. Тук се изисква голям капацитет. Самият генератор на електроенергия обаче също трябва да е с голям капацитет, за да се зарежда по-бързо. С други думи, отделните компоненти на системата са тясно свързани помежду си. По-надеждна комбинация е симбиозата с дизелов генератор и слънчеви панели. Това е 100% гаранция за наличието на електроенергия в дома, но е и по-скъпо.

Търговските вятърни турбини вече са много широко разпространени. Произведената от тях електроенергия се продава на различни предприятия, които изпитват недостиг на електроенергия. Обикновено тези електроцентрали се състоят от няколко вятърни турбини с различен капацитет. Генерираното променливо напрежение от 380 волта се подава директно към електрическата мрежа. Освен това вятърните турбини могат да се използват за зареждане на голям брой акумулатори, които след това също се подават към електропреносната мрежа с енергия, преобразувана в променлив ток.

Вятърни турбини, произведени в Русия

В повечето случаи собствениците на предприятия инсталират вятърни турбини, слънчеви панели и дизелови генератори за собствените си производствени нужди. Получаването на разрешение за продажба на електроенергия в Русия е, така да се каже, отделна история. След енергиен одит се освобождава капацитет, например чрез замяна на крушки за осветление със светодиоди. Изчислява се периодът на възвръщаемост, а ако няма бюджет, модернизацията може да се раздели на етапи.

Колко струва един вятърен генератор

Цените на вятърните турбини, произведени в Русия, са по-ниски от тези на германските, датските или индийските. Най-евтини са китайските вятърни турбини, въпреки че качеството им е много по-ниско. Най-простите вятърни генератори за частни домове струват до 500 USD. Те могат да се използват за местно производство на енергия, но няма да могат да решат проблема с цялостното енергийно снабдяване на дома. По-мощните вятърни генератори с мощност от 3 kW за пълно захранване на дома с електроенергия ще струват повече.

Приблизителна цена на комплект вятърни генератори за къща:

• За малка частна къща (вила), 3 kW/72V, Ек $1700-$1800;
• за електрозахранване на вила, 5 kW/120V, еквивалент $4000;
• за електрозахранване на няколко къщи или ферми, капацитет 10 kW/240V, равностойност 8500 USD.

Особено търсени са вятърните турбини с вертикална ос на въртене, произведени в Русия. Сред предимствата на това оборудване са:

1. ниски скорости на вятъра, необходими за движението на ротора;
2. независимост от посоката на вятъра;
3. нисък звуков фон, без вибрации;
4. удобен за птиците дизайн;
5. не се изисква принудително стартиране;
6. Работи при всякакви метеорологични условия и скорост на вятъра.

Компоненти и изчисления

Разходите за изграждане варират в широки граници в зависимост от избрания дизайн на вятърната турбина и използваните компоненти. Съществуват два основни вида вятърни турбини - с хоризонтална ос на въртене (задължително поставени на височина, оптимално 25-35 м) и с вертикална ос, които могат да бъдат поставени просто на нивото на земята.

Освен самия генератор, вятърните турбини с хоризонтална ос на въртене се нуждаят от ротор с лопатки, скоростна кутия и въртяща се опашка, както и от защитен капак. Всичко това обикновено се монтира на висока мачта. Тъй като мачтата обикновено е доста масивна и висока, тя трябва да се поддържа от фундаменти и допълнителни кабелни ленти.

Към общите разходи за строителство се добавят и разходите за монтаж с кран. За да се избегне изграждането на висока и скъпа мачта, при малките вятърни турбини все по-често се използват варианти с вертикална ос на въртене на ротора, които могат да работят на по-малка височина при скорост на вятъра от 1 m/s. Но тези системи са сравнително нови, така че все още няма ясни статистически данни за тяхното функциониране. Те произвеждат по-малко електроенергия, но са значително по-евтини и по-малко шумни, а и са по-лесни за изграждане със собствените ви ръце.

На земята има инвертор за преобразуване на постоянния ток от генератора в променлив ток, комплект батерии, разединители и прекъсвачи, необходими за преразпределяне на получената електроенергия и за изключване на устройството в случай на авария или за ремонт.

Приблизителното количество енергия, произведено за една година от вятърна турбина с хоризонтална ос на въртене, може да се изчисли по следната емпирична формула: E = 1,64 * D*D * V*V*V. Където: E - годишна електроенергия (kWh/година), D - диаметър на ротора (в метри), V - средногодишна скорост на вятъра (m/sec). След това изчислете количеството и цената на електроенергията, консумирана от вашия дом за годината, и умножете цифрите по 25-30 години - приблизителния срок на експлоатация на вятърната турбина. На тази база изчислете необходимия размер на лопатката и приблизителната обща стойност на конструкцията в зависимост от цената на компонентите.

Ако мачтата може да се построи сама, електрическото оборудване и самата вятърна турбина трябва да се закупят от завода. Въпреки че майстори многократно са демонстрирали примери за самостоятелно изграждане на вятърни турбини за дома на базата на компоненти от други устройства (автомобилни генератори, промишлено оборудване, дори успяват да пуснат в действие преобразувани двигатели от домакински уреди), използват самоделни лопатки на ротора и опашни перки.

Схеми, техники и съвети лесно се намират в интернет или в специализирани технически списания, но в този случай цялата отговорност за работата и безопасността на изградената вятърна турбина ще бъде върху вас.

Очевидно е, че с увеличаването на диаметъра на лопатките на ротора и височината на мачтата, и съответно с увеличаването на количеството събрана вятърна енергия, генерираната мощност се увеличава, но крайните разходи за изграждане нарастват пропорционално.

Според различни оценки разходите за изграждане на малка вятърна турбина за къща варират от 2000 до 8000 долара за 1 kW електроенергия. Ако нямате централизирано електрозахранване в дома си, вятърната турбина вероятно ще ви струва по-малко, отколкото да прокарате електропровод или да използвате гориво за дизелов генератор.

Ако е замислена като средство за спестяване на пари, направете изчисления и изводи за необходимостта от нея за вашия дом. Между другото, вече сега електроенергията, получена от големи промишлени вятърни генератори, е по-евтина от тази, произведена в класическите топлоелектрически централи. Цената на електроенергията от малки вятърни турбини е малко по-висока, но през последните години тя непрекъснато намалява.

Във всеки случай, ако вятърната турбина се окаже нерентабилна днес, не изхвърляйте направените от вас изчисления - след известно време появата на нови модели генератори с по-висока ефективност, промените в тарифите за електроенергия могат драстично да променят предишното ви решение.

Също така следете за зелената тарифа, която се използва в много страни. Съгласно тази тарифа електроенергията, произведена в домашни условия от алтернативни източници, включително вятърна енергия, може да бъде върната обратно в мрежата срещу допълнителна такса. Въвеждането на зелената тарифа в страната или промяната на нейния размер може да окаже значително влияние върху срока на изплащане на вятърната турбина и икономиите, които тя носи на домакинствата.

Оптимални условия за употреба

Вятърът духа нередовно и увеличеното производство на електроенергия от него рядко съвпада с периодите на пиково потребление в дома. Ето защо е желателно да имате възможност да осигурите необходимия товар и да използвате цялата излишна електроенергия, генерирана от вятърния генератор - за подгряване на вода в бойлера, за допълване на електрическите нагреватели на отоплителната система в къщата, за помпа в кладенеца, за изпомпване на вода в резервоара на покрива или дори за по-екзотични задачи като зареждане на батериите на електрически автомобили - всички те трябва да се включват автоматично, когато вятърът е силен и общото потребление е малко.

Като цяло в руския климат с дълги студени зими и сравнително ниски скорости на вятъра най-енергийно ефективната и най-евтина схема е вятърен генератор с вертикална ос на въртене, монтиран на нивото на земята или на малка мачта с височина 5-10 м, която го издига над покрива на къщата и короните на плодните дървета. Вятърната турбина е директно свързана с отделен електрически нагревател и вътрешен котел, без преобразуватели на енергия или батерии.

Съвсем възможно е да приложите такава схема със собствените си ръце, без да се нуждаете от монтажник. В този случай вятърният генератор по същество генерира топлина за отопление на къщата, която от своя страна служи като безразмерен топлинен акумулатор и ви позволява да не се притеснявате твърде много за нередовните колебания в мощността на вятъра, като използвате изцяло цялото електричество, генерирано от вятърния генератор. Такава система се саморегулира - силният вятър охлажда къщата по-бързо, но същевременно позволява на тандема от вятърен генератор и електрически нагревател да я затопли по-добре отвътре.

Видове вятърни генератори

Използват се два основни типа вятърни турбини, които се различават съществено:

• хоризонтален
• вертикален

И в двата случая става въпрос за оста на ротора. Конструкцията на различните модели хоризонтални устройства не се различава съществено помежду си и е подобна на домашен вентилатор или витло. Вертикалните модули имат много по-голямо разнообразие от типове конструкции, които се различават значително по външен вид. Нека ги разгледаме по-отблизо:

Хоризонтални вятърни турбини

Хоризонталните конструкции имат по-голяма ефективност, тъй като получават потока на вятъра само от работната страна на лопатките. Най-разпространени са работните колела с три лопатки, но броят на лопатките може да бъде увеличен за по-малки конструкции.

Именно хоризонталните конструкции се използват за мащабни промишлени проекти с огромни разстояния между лопатките (над 100 м), които, събрани заедно, образуват доста производителни електроцентрали. Държавите в Западна Европа, като Дания, Германия и скандинавските страни, активно използват вятърни турбини за осигуряване на енергия.

Устройствата имат един недостатък - те трябва да се захранват от вятъра. При по-малките вятърни турбини проблемът се решава чрез монтиране на опашка, подобна на тази на самолет, която автоматично позиционира конструкцията по посока на вятъра. По-големите модели имат специално насочващо устройство, което контролира позицията на работното колело спрямо потока.

Вертикални дизайни

Вертикалните вятърни генератори имат по-ниска ефективност, поради което се използват за снабдяване с енергия само на отделни потребители - частна къща, вила, група устройства и т.н. За самостоятелно изработени такива устройства са най-подходящи, тъй като те имат широк спектър от възможности за проектиране, не е необходимо да бъдат издигани на много висока мачта (въпреки че това не е противопоказно за тях).

Вертикалните ротори могат да се сглобяват от всякакви налични материали, а за модел може да се използва всеки тип от многото известни:

• Ротори Savonius или Darier
• по-модерният ротор на Третяков
• ортогонални проекти
• хеликоидални устройства и др.

Не е необходимо да се описват подробно всички видове, тъй като техният брой непрекъснато се увеличава. Почти всички нови разработки са базирани на вертикална ос на въртене и са предназначени за използване в частни домове или стопанства. Повечето разработки предлагат собствено решение на основния проблем на вертикалните агрегати - ниската ефективност. Някои варианти имат доста високи стойности, но имат сложна конструкция на корпуса (напр. конструкцията на Третяков).

Принципи на подбор

Първо, формулираме задачата, която поемаме: за какво точно ви е необходима вятърна енергия, какъв процес ще осигури тя. С други думи, какъв ще бъде потребителят. След това започва процесът на проектиране на бъдещата вятърна турбина: трябва да решите какъв тип ще бъде тя, как точно ще се предава енергията на крайния потребител (електрически ток или механично - под формата на въртящ момент, транслационно движение или нещо друго).

В тази статия ще разкажем за видовете най-важен елемент на вятърната турбина - ротора, и ще обсъдим предимствата и недостатъците на всеки вариант. Ще се спрем и на приложението на генерираната енергия. Надяваме се, че тази информация ще ви бъде от полза при проектирането на вятърна турбина.

Надяваме се, че тази информация ще ви помогне по време на етапа на проектиране на машината.

Колко струва вятърен генератор за къща

Цените на вятърните генератори за къщи и ваканционни жилища са разгледани по-долу. Обикновено капацитетът на тези агрегати е в диапазона 5-50 kW.

• 3 kW, 48 V. Те се използват както като спомагателен, така и като основен източник на енергия. Енергията, генерирана от тези модели, е достатъчна, за да поддържа живота на вилата. Цената е около 90 хил. рубли;
• 5 kW, 120 волта. Този вятърен генератор лесно ще захрани цяла къща с голям брой електрически уреди. Цената е 200-250 хил. рубли;
• 10 kW, 240 V. Тези вятърни генератори могат да осигуряват електроенергия за ферма или няколко жилищни сгради. Има много примери, когато такива инсталации се използват за генериране на енергия в малки супермаркети, гаражи и др. Цената е около 400 хил. рубли;
• 20 kW, 240 волта. Това е напълно достатъчно, за да се осигури електричество за някои водоразпределителни станции. Цената е около 750 хил. рубли;
• 30 kW, 240 V. Такъв вятърен генератор ще осигурява електричество за жилищна сграда с 5-7 етажа. Цената на инсталацията е около един милион рубли;
• 50 kW, 380 V. Такива инсталации се използват в промишлеността. Не е подходящо да ги използвате в домакинството. Цената е повече от 3 милиона рубли.

Полета на вятърните турбини

Предимства и предимства на вятърните паркове

• Безплатна възобновяема енергия. Вятърната енергия е възобновяема и безплатна. Вятърните турбини не отделят емисии на CO₂ или други вредни вещества. Вятърът е идеален и неизчерпаем източник на енергия. Изграждането на повече вятърни електроцентрали намалява появата на електроцентрали, които изхвърлят вредни вещества в атмосферата.
• Разнообразие. Вятърната енергия допринася за разнообразието от енергийни източници и помага да се сведе до минимум зависимостта от конвенционални електроцентрали или други форми на производство на енергия.
• Бъдещето. Вятърната енергия има бъдеще! Създаването на нови вятърни електроцентрали води до технологично развитие, технически иновации и създаване на работни места.
• Намалени разходи. Разходите за получаване на енергия от вятърна енергия са намалели значително през последните години. През последните двадесет години разходите са намалели с 80%, което ги прави най-изгодните сред всички видове електроцентрали в момента.
• Допълнителни печалби. Собственикът на земята, върху която са разположени вятърните паркове, може да очаква печалба от отдаването на тази земя под наем, тъй като действителната площ, необходима за електроцентралата, е малка. Освен това земята, на която е разположена електроцентралата, може да се използва в селското стопанство (за отглеждане на различни култури), тъй като централите не отделят вредни емисии.
• Благоразумие. Животът на такава електроцентрала е средно 20-30 години, а след демонтирането ѝ няма да има следи нито в пейзажа, нито в атмосферата.
• Ефективност. Процесът на експлоатация на вятърните паркове е доста прост, времето за монтаж е много кратко, а разходите за експлоатация и поддръжка също са доста ниски. Една електроцентрала произвежда 85 пъти повече енергия, отколкото консумира. Освен това има сравнително ниски загуби при пренос на енергия.
• Приемане. Изграждането на вятърен парк се радва на обществено одобрение. По-голямата част от хората разбират и подкрепят ползите от използването на този вид енергия.

Да инсталирате или да не инсталирате

Когато се решава дали да се инсталира вятърен парк, трябва да се получат следните изходни данни:

• Средната скорост на вятъра на мястото на инсталиране в метри в секунда. Като първо приближение, картата на ветровете на територията на Русия може да ви даде представа. Възможно е обаче да има различни фактори, които да влияят на скоростта на вятъра на конкретното място на инсталиране, например хълмове, речни корита. За да определите точно годишната карта на ветровете, можете да използвате метеорологична лопатка Wilde, анемометър или да правите ежедневни наблюдения на заобикалящата ви природа.

• Наличие на централизирано електроснабдяване, цена на киловатчас и възможност за прокарване на далекопровод.

Алгоритъмът за оценка на възвръщаемостта на вятърна турбина е следният:

• От картата на вятъра и техническите спецификации на устройството определете генерирания капацитет за лятото и зимата или месец по месец. Например за разглеждания по-горе агрегат с мощност 2 kW генерираната мощност при скорост 5 m/s е 400 W;
• Като използвате получените данни, определете годишната мощност, която трябва да се генерира;
• Като използвате цената на киловатчас, определете цената на произведената електроенергия;
• Разделете цената на комплекта вятърна турбина на получената цифра и ще получите възвращаемостта в години.

За да направите корекции в изчислението, вземете предвид:

• Батериите трябва да се сменят поне на всеки три години;
• Експлоатационният живот на един съвременен генератор на вятърна турбина е 20 години;
• Устройството трябва да се поддържа. Разходите и сроковете за обслужване трябва да се проверят при продавача на оборудването;
• Цената на един киловатчас се увеличава всяка година, като през последните 10 години тя се е увеличила повече от три пъти. За 2017 г. е планирано увеличение на тарифите с поне 4%, така че тази цифра може да се използва като основа за увеличението на цената на електроенергията.

Ако цифрите за възвръщаемост не са задоволителни, но искате да имате алтернативен източник на енергия или нямате възможност да се свържете с централното електроснабдяване, тогава трябва да разгледате варианти за повишаване на ефективността на вятърната турбина и намаляване на разходите за нейното инсталиране и поддръжка.

Възможни са следните опции:

• Инсталиране на няколко устройства с по-малък капацитет вместо едно голямо. Това ще намали цената на основното оборудване, ще намали разходите за монтаж и поддръжка и ще повиши ефективността, тъй като малките вятърни турбини имат по-висока ефективност при ниски скорости на вятъра;
• Инсталиране на специална система за контрол на електрическата мрежа, комбинирана с централна система за електроснабдяване. Такива устройства се предлагат в търговската мрежа днес.