Ветро-солнечная установка для выработки электричества

Неверная технология

При упоминании ветрогенератора большинство людей представляет себе высокую мачту, увенчанную трехлопастным ветряком с горизонтальной осью вращения. Для эффективной работы установки лопасти должны быть длинными, что снижает индуктивное сопротивление, а высота опоры – не меньше 100 м.

Надо сказать, даже в Европейском Союзе, где ветряные генераторы с каждым годом используются все активнее, давно известно о энергозатратности трехлопастных ветродвигателей. И все же, в угоду эстетической привлекательности и симметрии, там продолжают устанавливать именно трехлопастные конструкции вместо дешевых и практичных однолопастных.

С солнечными батареями тоже не все просто. Их КПД по-прежнему остается не очень высоким, поэтому без мощного государственного лобби установка солнечных генераторов – мероприятие довольно затратное.

Целесообразность установки

  • P – расчетная мощность, кВТ;
  • r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м;
  • v – средняя скорость, м/с;
  • ¶=3,14.

Например, если расстояния от центра ротора до конца крыльев 6 м, скорость ветра 9 м/с, мощность составит примерно 49,5 кВт.

Большинство промышленных электростанций – это обширные области в долинах, на пустынных местностях, где большую часть времени дует ветер, на которых установлено множество одновременно вращающихся генераторов. Также ветряные «фермы» строят прямо в морях.

Новый взгляд на привычные изобретения

Над улучшением свойств генераторов, использующих возобновляемые ресурсы, задумался российский ученый Валерий Викторович Перевалов. В результате долгих усилий и экспериментов ему удалось создать комплексированную ветро-солнечную энергоустановку (КВСЭУ).

Солнечные панели прикреплены к аэродинамическим поверхностям, поэтому происходит суммарное накопление энергии ветра и солнца. Ресурс всех деталей, за исключением аккумуляторной батареи, рассчитан на несколько десятков лет.

Ветро-солнечная установка для выработки электричества

Опытный образец Перевалова продемонстрировал коэффициент использования энергии солнца и ветра 0,51, что уже превосходит показатели известных аналогов. В настоящее время установки проходят испытания, и их удельная мощность должна достигнуть 0,7-0,8 кВт.

Иными словами в оптимальных условиях мощность составит 0,8 кВт на 1 кв.м площади. Себестоимость 1 кВт электроэнергии составит 0,02 у.е., в то время, как в Германии, например, себестоимость киловатта составляет 28 евроцентов.

Грандиозные проекты

Один из самых великих проектов ветроэнергетики — строительство ветряка «Энеркон Е-126». Это крыльчатый генератор с горизонтальной осью вращения и 3-мя лопастями. На сегодняшний день enercon является самым большим и мощным ветряком в мире.

Самый большой в мире промышленный ветрогенератор Enercon E-126

Длина одного крыла 63 м, диаметр окружности, описываемой лопастями – 127 м, высота основания – 135 м. Вес этой огромной конструкции порядка 6000 тонн. Максимальная мощность генератора 7,58 МВт.

Установлено это чудо технической мысли рядом с немецким городом Эмдене в 2007 году. Лопасти ветряка совершают 5-11,7 оборотов/мин, а минимальная скорость ветра для вращения крыльев 3 м/с.

Ветрогенератор Vestas V164-8.0 MW

Компания Vestas возвела ветровой генератор того же типа V164-8.0 MW мощностью 8 МВт. Высота мачты составила 140 м, длина одного крыла 80 м.

Морской ветрогенератор

Большой плавучий ветряк был воздвигнут японцами после взрыва на АЭС Фукусима. Высота мачты около 105 м, мощность 7 МВт.

Предлагаем ознакомиться:  Термопривод для теплицы – экономит Ваше время

Ветряная электростанция San Gorgonio Pass, Калифорния. Включает 3218 ветряных генераторов, производящих 615 МВ электроэнергии.

Ветроэлектростанция Мэпл Ридж — крупнейшая в штате Нью-Йорк. Введена в эксплуатации в 2006 году. Ферма на 75% удовлетворят потребности Нью-Йорка в электричестве.

Ветряная ферма Lynn and Dowsing, Линкольншир, Великобритания, работает с 2008 года. Обеспечивает энергией 130 000 домов.

Ветровая электростанция на острове Роса в Антарктиде производит 999 кВт (3 турбины, каждая генерирует по 333 кВт). Установлена ферма на холме Кратер Хил для снабжения станций Скотта (Новая Зеландия) и Макмердо (США). Ветряки на 11% удовлетворяют нужды исследовательских станций.

Арктический поселок Амдерма

Ветро-солнечная установка для выработки электричества

Электростанция на ветряных генераторах в российском арктическом поселке Амдерма. Состоит из 4-х турбин, генерирующих до 677,2 МВт (38,6% от потребляемой жителями энергии). Цена 1 кВт ветроэнергии составляет порядка 20 руб, против 65,51 руб, которые жители Амдерма платят за электричество, вырабатываемое дизельным генератором.

Дизель, используемый в местных электростанциях, дорог и сильно загрязняет природу. Применение ветрогенераторов позволяет заметно удешевить энергию и улучшить экологическую обстановку. А некоторые северные умельцы мастерят ветрогенераторы своими руками.

Tehachapi Pass, Калифорния, одна из старейших станций, эксплуатируемых ныне. Станция возведена в 1980 году, периодически ремонтируется и обновляется.

Ферма Уитли, Шотландия, включает 140 установок, обеспечивая электричеством 180 000 домов. Это одна из самых мощных станций Европы.

Китайская ветроферма Ганьсу мощностью порядка 8 ГВт. Построена в городе Цзюцюань и постоянно модернизируется. В 2017 году мощность планируется поднять до 17 ГВт, к 2020 – до 20 ГВт.

Летающий ветряк Buoyant Airborne Turbine

Летающий ветряк Buoyant Airborne Turbine – трехлопастной генератор с горизонтальной осью в специальном дирижабле. Находится установка на Аляске, в 600-х метрах над уровнем земли. Рабочим газом дирижабля является гелий. Мощность вентрогенератора 30 кВт.

Ветроферма в российском поселке Усть-Камчатск, Камчатка, вырабатывающая 1 МВт. В комплекс входит 4 ветровых машины.

Ветро-солнечная установка для выработки электричества

Ветроэнегростанция Муппандал, Индия, производящая 1500 МВт. Построена в штате Тамил Наду в 2011 году.

Электростанция на ветряках Джайсалмер, Индия, штат Раджистан, производит 1063 МВт. Введена в эксплуатацию в 2012 году.

Электростанция Альта, Калифорния, выдает 1020 МВт энергии. Запущена в 2010 году.

Honda возвела ветровую электростанцию в Бразилии для снабжения своего автомобильного завода. Мощность установки 95 000 МВт/год.

Ветряные фермы Южной Австралии до половины потребляемой энергии. Одна из наиболее мощных станций – Woodlawn.

2 больших ветрогенератора, суммарной мощностью 1520 МВт, построили в Жамбылской области Казахстана.

Строительство другой, более мощной ветровой машины «Sea Titan», ведет американская компания AMSC. Длина лопасти, согласно проекту, будет 95 м. Предполагается, что это будет самый мощный ветрогенератор в мире.

Секреты инновационной установки

Главное, что сделал изобретатель в своей установке – это устранил многоступенчатый инвертор, преобразующий постоянный ток от солнечной батареи в переменный. Это сразу снизило себестоимость устройства на 30%.

Именно такое расположение лопастей сейчас считается наиболее перспективным

Прочность и компактные размеры комбинированной установки позволяют размещать ее в сейсмоопасных районах, на неровной почве, склонах и в других местах. Также установка Перевалова избавлена от характерного для трехлопастных ветряков шума – она работает тихо и не создает постоянных колебаний и вибрации вращающихся частей.

Предлагаем ознакомиться:  Самостоятельная установка проточного водонагревателя

Компактные ветро-солнечные установки со временем можно будет использовать на дачных участках, особенно если энергия требуется не весь год, а только время от времени. Бесшумность, экономичность и дешевизна – вот отличительные признаки подобных устройств.

Популярные производители

Промышленные ветровые генераторы российского и импортного производства можно свободно приобрести на российском рынке. Наиболее известные компании-производители ветряков представлены ниже.

  1. «Algatec Solar». Это российский филиал немецкой компании «Algabel Solar» по производству ветрогенераторов и солнечных батарей.
  2. «ALTAL GRUP» — российская компания, специализирующаяся на производстве ветряков и тепловых насосов для различных климатических зон, включая районы крайнего севера.
  3. «Vestas» (реализует продукцию через официальных дилеров) – старейшая немецкая компания по изготовлению ветряков. Основана в 1898 году как кузнечная мастерская, с 1979 производит ветровые установки.
  4. «EDS Group» производство и продажа оборудования для областей энергетики.
  5. «ЭнерджиВинд» — российская компания, выпускающая недорогие ветряки хорошего качества. Ветровой генератор мощностью 1 кВт стоит 54 000 руб.
  6. «Махаон» — российский производитель малошумных ветряков с вертикальной осью.
  7. «ГРЦ-Вертикаль» — Россия, Миасс – производитель альтернативных устройств генерации энергии. Выпускает много разных модификаций ветряков мощностью от 0,1 до 30 кВт.
  8. «СКБ Искра» — производитель ветряков различной конструкции. Стоимость установок до 400 000 руб.
  9. «Сапсан-Энергия» — Московская компания, занимающаяся разработкой и производством агрегатов, генерирующих электричество с помощью экологически чистых источников.
  10. «Ветро Свет» — Санкт-Петербург, производитель ветрогенераторов мощностью до 2-х кВт.

Ветрогенератор вертикальный

Использование ветряка начинается с определенных финансовых вложений. Неважно, приобретался он в готовом виде, или изготавливался из подручных материалов своими руками, расходы присутствуют всегда. Любые затраты вызывают вполне естественное желание знать, что именно приобретается за эти деньги и какой экономический эффект такая покупка создаст.

О чем идет речь?

Говоря об окупаемости, следует правильно понимать, о чем идет речь. В обычном понимании, окупаемость — это возможность возместить затраты. Срок окупаемости — это время, которое необходимо для возмещения расходов. Это базовые понятия, но окупаемость — это просто явление, некий процесс.

Срок окупаемости — это величина, которую можно учесть в каких-либо расчетах, изменить в ту или иную сторону. При этом, если есть окупаемость, значит присутствует либо торговля, либо альтернатива. То есть, купленный ветряк производит энергию, которая продается другим потребителям. Через какое-то время доход перекроет расход, что будет означать окончание срока окупаемости.

Ветро-солнечная установка для выработки электричества

Другой вариант — присутствие альтернативного источника энергии, расходы на который за определенный период времени сопоставляются с расходами на ветряк.

Если использование ветряка является единственным способом получения энергии, без продажи другим пользователям, то ни о какой окупаемости речи быть не может. В такой ситуации некорректно даже использование этого термина.

Ветрогенератор — это установка, производящая электрический ток. Он работает на совершенно бесплатном сырье, т.е. ветер достается даром, не требует расходов на изготовление, добычу и т.п. Такие условия существенно отличают ветряки от других электростанций, использующих углеводородное топливо. При этом, ветер — неустойчивый и нестабильный источник.

Предлагаем ознакомиться:  Конструктивные особенности вертикальной гидропоники

Для России он является малоперспективным, так как на территории страны преобладают слабые ветра. Ветрогенератор с номинальной мощностью 1 кВт на практике развивает 10 % мощности, т.е. около 100 Вт. В таких условиях приобретение дорогостоящего оборудования при имеющейся возможности подключения к дешевой сетевой энергии исключается.

Актуальным остается лишь вариант использования самодельного устройства, либо приобретение установки при полном отсутствии сетевого подключения.

Приведенные данные показывают, что отдельный ветрогенератор, даже при относительно большой мощности, не окупится никогда. Срок службы оборудования, заявленный производителями, составляет 20 лет. Учитывая сложные климатические условия России, морозные зимы, суточные перепады температур, можно предположить сокращение срока эксплуатации.

Для ветроэлектростанций, создаваемых с целью реализации электроэнергии, т. е. как промышленное производство, вопрос окупаемости выглядит несколько более удачным. Реализация продукции — электрического тока — позволяет возмещать затраты на приобретение, эксплуатацию и ремонт ветряков.

При этом, практические результаты не всегда выглядят блестяще. Так, крупнейшие ветроэлектростанции, существующие в мире, при больших объемах выработки энергии, имеют чрезвычайно низкую рентабельность, а некоторые из них признаны неокупаемыми.

Причина такого положения кроется в неудачном соотношении стоимости оборудования, срока эксплуатации и производительности комплекса. Проще говоря, за время службы турбина не успевает произвести столько энергии, чтобы оправдать расходы на свою покупку и обслуживание.

Такая ситуация характерна для большинства ветроэлектростанций. Нестабильность источника энергии, малая эффективность конструкции в сумме образуют низкорентабельное производство, если рассуждать чисто экономически. Среди возможностей увеличения рентабельности наиболее эффективными считаются:

  • повышение производительности
  • снижение эксплуатационных расходов

Учитывая особенности российской метеорологии, перспективным путем признается увеличение количества ветряков в составе станции, но снижение их мощности. Получается система, имеющая массу преимуществ:

  • отдельные ветряки способны вырабатывать энергию на слабых ветрах, когда большие модели не смогут запуститься
  • расходы на приобретение и обслуживание оборудования сокращаются
  • выход из строя отдельной установки не создает серьезных проблем для станции в целом
  • снижаются пусконаладочные и транспортировочные затраты

Последний пункт особенно актуален для нашей страны, где монтаж ветроэлектростанций происходит в условиях отдаленных или горных регионов, и вопросы доставки и сборки конструкции встают чрезвычайно остро.

Другой способ увеличения рентабельности — использование вертикальных конструкций. Этот вариант в мировой практике рассматривается как малопроизводительный, пригодный для обеспечения энергией отдельных потребителей — частный дом, освещение, насосы и т.д.

при наличии эффективных и производительных опытных образцов, производятся только разные варианты ортогональных роторов. Стоимость значительно различается — китайские модели заметно дешевле, хотя заявленные показатели вполне соответствуют европейским или американским установкам.

Учитывая реальную выработку 10 % от номинала, рассмотрим установки мощностью 20 кВт. Ветрогенератор Falcon Euro мощностью 20 кВт стоит 1050000 руб. В день он сможет произвести около 48 кВт. Простейший расчет показывает, что за 20 лет службы он произведет 350400 кВт энергии.

Если использовать более доступные китайские модели, то возникает вопрос о качестве. Насколько оборудование сможет выполнять свои функции в условиях сильных морозов, каков срок службы? Ответы на эти вопросы может дать только практика, поэтому использование таких устройств ограничено.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector