Потребление электроэнергии от ветровых установок

Постоянно растущий интерес к нетрадиционным, экологически чистым источникам энергии (ветру, солнцу, волнам) объясняется увеличением потребления энергии, а вместе с тем и ее стоимостью во всем мире, и наша страна здесь не исключение. Острую нехватку энергии испытывают фермеры, садоводы, геологи, животноводы. Да и в относительно благополучных, с точки зрения энергоснабжения, районах все обстоит далеко не лучшим образом. Привычным явлением становятся отключения электричества из-за природных катаклизмов, неплатежей и просто краж проводов. Среднее количество потребляемой энергии сельского жителя, к которым, по меньшей мере в летний период, вполне можно причислить и владельцев дачных коттеджей составляет примерно 115 киловатт-часов в месяц. Это - освещение, радио, телевидение, бытовой холодильник, электробритва, кипятильник, мелкий электроинструмент, компьютер, огородный насос, утюг. А также бытовая техника, работающая от встроенных аккумуляторов, которые необходимо периодически подзаряжать: фонарики, мобильные телефоны, электроинструмент и др. Так, где же взять этот необходимый минимум? Ответ очевиден: энергию в жилище принесет ветер!

Современные ветроэнергетические установки делятся на два класса: мощные, в сотни тысяч кВт, называются сетевыми потому, что при безветрии обеспечение потребителей энергией идет из сети, и автономные, работающие в паре с аккумулятором. Как правило, мощность автономных установок не превышает 5–10 кВт. Они называются ветроэлектрические установки малой мощности (ВЭУММ). Они дешевы и просты в монтаже, эксплуатации и ремонте, экологичны, не требуют при работе практически никакого обслуживания, периодической подстройки и пр. Пара ветродвигатель-генератор вполне обходится без редуктора, что еще более упрощает и удешевляет конструкцию, повышает ее надежность.

Ни один другой класс нетрадиционных энергетических установок не обладает таким комплексным набором важнейших свойств. Ветровые установки могут обеспечить энергоснабжение в регионах со средней скоростью ветра всего 3-5 м/с. Фактически обладатель ВЭУММ приобретает практически полную независимость и от традиционных производителей энергии, и от природных явлений.

К автономным, недорогим и способным удовлетворить все требования частного потребителя относятся установки мощностью до 1000 Вт. Как пример можно привести установки М-750 и М-1000 выходной мощностью соответственно 750 и 1000 Вт постоянного тока при скорости ветра менее 6-7 м/сек и напряжением на аккумуляторной батарее 24V.

Это мобильное устройство с двух- и трехлопастным ветровым колесом, монтаж которого довольно прост, так  что справиться с ним потребитель способен самостоятельно. Установка может монтироваться на телескопической мачте высотой 8,5 метра, не имеющей растяжек, крепящих мачту на грунте. В основании данной мачты конус из металлических деталей, высотой 1,8 метра. Эта мачта поднимается или опускается  до заданной высоты при помощи несложного устройства, включающего в себя ручную тросовую лебедку и специальное приспособление. Работа по монтажу ветрогенератора, флюгерной системы и воздушного винта, а также подъему мачты осуществляется силами 2 человек на высоте не более 2 метров. Мачта крепится на грунте при помощи анкерных болтов, забетонированных в фундамент глубиной около 0.5 метра. (4 шурфа размерами 0,5 х 0,2 х 0,2 метра каждый). В запакованном виде установка (без аккумуляторов) размещается в нескольких деревянных ящиках общей массой около 200 кг.

Трехфазный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов, не имеет коллектора, надежен, долговечен, практически не требует обслуживания в процессе эксплуатации.

Установка имеет оригинальную флюгерную систему, которая постоянно ориентирует ветроколесо на ветер и одновременно защищает устройство от слишком большого ветрового давления, отклоняя генератор с винтом от вертикали и уменьшая тем самым угол атаки лопастей воздушного винта. С уменьшением оборотов винта генератор самостоятельно возвращается в исходное положение. Специальное пружинное устройство не позволяет винту с генератором и флюгером поворачиваться под воздействием ветра на угол более 450 градусов, возвращая их в исходное положение, и тем самым предотвращает от закручивания электрический кабель, проходящий внутри мачты.

Установка может быть смонтирована и на трубчатой коленчатой мачте с растяжками, крепящими мачту на грунте. Высота такой мачты 6 метров. В основании плоский подпятник, крепящийся на грунте 2 металлическими штырями для предотвращения горизонтального смещения мачты. Монтаж системы производится на грунте в горизонтальном положении, после чего мачта с генератором, винтом и флюгером поднимается в вертикальное положение силами 3-4 человек и крепится 8 растяжками из металлических тросов с талрепами-натяжителями к 4 металлическим штырям, вбитым в грунт на расстоянии 3 метра от мачты (2 яруса растяжек, по 4 на каждом ярусе).

Если потребителю нужно больше электроэнергии, то нет  необходимости создавать новые мощные моноустановки огромных размеров. Вполне будет  создать энергетический комплекс включающий в себя несколько (не менее 2-х) ветроустановок, аккумуляторную батарею (состоящую из нескольких аккумуляторов в зависимости от требуемой мощности), инверторов различной мощности (для обеспечения питания бытовых электроприборов 220V 50 Гц). Такой комплекс способен обеспечить электроэнергией не только крупное хозяйство или загородный дом, но и небольшой поселок, куда ЛЭП не дотягивается.

Для обеспечения электропитанием 220V 50Гц бытовых приборов в составе ветрокомплекса используются преобразователи тока-напряжения (инверторы). В зависимости от моделей они различаются по входному постоянному напряжению (12V, 24V, 48V) и по мощности подключаемой к ним нагрузки (от 500 Вт до 5 КВт и более). Как правило, все инверторы гарантируют  защиту от перегрузки, короткого замыкания, перезаряда и полного разряда аккумуляторов. Большинство инверторов обладает функцией автоматического переключения питания бытовых приборов на аккумулятор и обратно при «пропадании» сети 220V 50Гц и её «появлении», а также способностью автоматической зарядки аккумуляторов после использования их в качестве источника электроэнергии.

Инверторы различают по форме выходного напряжения (квадратичная, трапециевидная и синусоидальная). Для ламп накаливания, нагревательных приборов, телевизоров, компьютеров электроинструмента этот фактор значения не имеет. Особый случай – двигатели асинхронного типа (насосы, холодильники, кондиционеры и системы, содержащие в своём составе такие элементы). Эти устройства и некоторые другие предъявляют особые требования к форме питающего их напряжения. Наибольшей популярностью пользуются инверторы с формой выходного напряжения, представляющей квазисинусоиду (близкая к чистой синусоиде кривая или ломанная линия). По сравнению с приборами, выдающими «чистый синус» они дешевле, легче, меньше в габаритах и, в основном, удовлетворяют всем требованиям.

ВЭУММ выигрышно отличаются от всех других средств альтернативной энергетики, позволяя строить автономную систему, т.к. для них подходит накопитель энергии (электрический аккумулятор), простой, надежный, экономичный, тиражируемый сегодня в десятках миллионов экземплярах. Именно аккумулятор обеспечивает многие характеристики ВЭУММ:  является накопителем энергии, позволяет осуществлять большие пиковые перегрузки, стабилизирует выходное напряжение, облегчает разгон ВЭУ, является хорошим сумматором для различных источников энергии.

Роль ВЭУММ возросла тогда, когда появилась качественная и дешевая инфраструктура: преобразователи, инверторы, качественные аккумуляторы.

ВЭУММ не требуют ни традиционных энергоносителей, ни горюче-смазочных материалов, ни средств их транспортировки, ни линий электропередач. Они просты и дешевы в эксплуатации, транспортировке, монтаже, ремонте, экологичны, не требуют в процессе эксплуатации никакого обслуживания, периодической подстройки и др. Удельную стоимость ВЭУММ можно сделать ниже одного $ за Вт энергии.

Согласование характеристик ветродвигателя и генератора происходит без редуктора, что упрощает конструкцию, удешевляет, повышает надежность.

Зависимость непрерывного времени работы полностью заряженной аккумуляторной батареи от нагрузки

(без учета подзаряда от ветроэлектрической установки)

Аккумуляторы обладают свойством остаточной емкости. Используя при работе ветроустановку для постоянной подзарядки аккумуляторной батареи, Вы можете значительно увеличить приведенное в таблице время работы потребителей (в зависимости от количества используемых УВЭ). “Вычерпывание” 100% не рекомендуется во избежание быстрого сокращения ресурса аккумулятора.

При потребляемой мощности потребителей ниже расчетной продолжительность работы увеличивается. Время работы потребителей указано среднее приблизительное и зависит от состояния, срока службы аккумуляторной батареи, степени заряженности, устойчивости ветра, температуры аккумуляторов.

Выбирая нужное  количество аккумуляторов для обеспечения желаемой длительности обеспечения электроэнергией Ваших электроприборов, необходимо учитывать, что:

• увеличение ёмкости батареи (количества аккумуляторов) способствует увеличение времени их восстановления (заряда);
• указанные в таблицах параметры работы аккумуляторной батареи с ветрогенераторами возможны при наличии необходимого ветра (не менее 6-7 м /сек.);
• использование электроэнергии в бытовых целях не является круглосуточной потребностью. Как правило, пик потребления электроэнергии приходится на вечернее время (продолжительностью 4-7 часов), и в утренние часы (2-2,5 часа). Таким образом имеется достаточно времени, чтобы при работе ветрогенераторов полностью зарядить аккумуляторы до готовности к обеспечению энергией Ваших электроприборов;
• в случае хотя бы непродолжительного использования обычной бытовой электросети 220V 50 Гц потребляя инвертор в режиме зарядного устройства параллельно с ветрогенератором, Вы можете значительно сократить время «восстановления» ёмкости аккумуляторов и увеличить время работы электроприборов от аккумуляторной батареи.

Примерная расходуемая мощность различными электроприборами
(в зависимости от конкретной модели)