Как работают ветряные мельницы для электричества и как их можно использовать

​Ветряк или ветряные установки для выработки электроэнергии

Ветроэлектростанции (ВЭС), или как их еще называют ветряки – это устройства, преобразующие энергию движения ветра в электричество. Электричество, получаемое при помощи ветряков, является простым и экологичным источником энергии, поэтому в некоторых частях земли построены огромные комплексы, объединяющие множество ветрогенераторов в единую сеть. Такие массивы способны обеспечивать электроэнергией крупные населенные пункты, и даже целые регионы. Но для питания частного дома достаточно одного небольшого ветряка, и получать электричество при его помощи можно практически в любой местности.

Классификация ВЭС

Существует множество разновидностей ВЭС, и все их можно классифицировать по различным признакам. Основным отличительным признаком являются конструктивные особенности. По конструкции они подразделяются на роторные и крыльчатые. По способу расположения выделяют следующие виды:

• Наземные;
• Прибрежные;
• Плавающие;
• Офшорные.

А по функциональному назначению ветряные электростанции бывают стационарные и мобильные.

Наиболее популярной конструкцией для промышленного получения электрической энергии являются ветряки крыльчатого типа. Они позволяют вырабатывать больше энергии, но, при этом, роторные конструкции издают меньше шума и не так сильно зависят от направления ветра.

Принцип работы

Все современные ветряки работают по проверенному веками принципу ветряной мельницы. Только в данном случае энергия вращения лопастей передается не на механический привод, а на генератор, при вращении ротора которого вырабатывается электричество. Затем электроэнергия накапливается в блоке аккумуляторных батарей и через инвертор передается к потребителям. Для обеспечения электроснабжения большого количества потребителей требуется объединение ветряков в единую сеть.

Для изготовления ветряка применены следующие элементы:

• Лопасти;
• Ротор турбины;
• Редуктор;
• Контроллер;
• Ось электрического генератора;
• Генератор
• Инвертор;
• Аккумулятор.

Для изготовления пропеллера можно использовать практически любые материалы, обеспечивающие достаточную парусность. Это может быть парусный ветряк из прочной ткани, ветряк из бочки или пластиковых бутылок. При изготовлении миниатюрной установки ветряк можно сделать даже из бумаги.

При изготовлении ветряка своими руками можно использовать ротор из шуруповерта или двигатель от любой бытовой техники. Для изготовления самодельного генератора для ветряка подойдет шаговый двигатель от принтера, а автомобильный генератор можно использовать практически без переделки.

Электрическая схема генератора на шаговом двигателе

С появлением на российском рынке неодимовых магнитов, популярность приобрела схема изготовления низкооборотистого аксиального генератора для ветряка на этих магнитах.

Подключение ветряка к генератору

При изготовлении своими руками ветряка мощностью до 3 кВт и рабочим напряжением 220В можно воспользоваться идеей разработки российской компании Аэрогрин. В конструкции данного ветряка применен принцип роторной авиационной турбины. В качестве лопастей используются небольшие лопатки из полимерных материалов. Вся конструкция укрыта кожухом из звукопоглощающего материала. Такой ветряк не тратит энергию на поиск ветра, создает минимум шума и не раздражает соседей постоянно вращающимися лопастями.

Сколько стоит ветряк

Для того чтобы купить ВЭС заводского производства в России можно сравнить цены на ветряки для выработки электроэнергии от различных производителей. Лучше всего для этого указать в запросе поисковой системы свой регион, это позволит быстрее найти поставщиков, которые работают ближе к планируемому месту установки ветряка и сэкономить на доставке и установке. Например, при необходимости организовать электроснабжение дачи в Ленинградской области, в поисковой строке можно набрать следующий запрос: «купить ветряк для частного дома цена СПб».

Приобрести можно как комплекс целиком, так и отдельные детали. Если лопасти и ротор можно изготовить самостоятельно, то генератор для ветряка можно купить по сравнительно низким ценам.

Выбор конструкции ветрогенератора

Основной проблемой при выборе конструкции ветряка является выбор между ветряками с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Однозначного ответа на вопрос, какой ветряк лучше горизонтальный или вертикальный, не существует.

Классический ветрогенератор имеет горизонтальную ось вращения и механизм поиска ветра, работающий по принципу флюгера. Для его раскручивания необходим ветер, дующий со скоростью 7 – 8 м/с.

Тогда как спиралевидные ветряки с вертикальной осью вращения не так сильно зависят от скорости и направления ветра.

Но самое широкое распространения ВЭС получили на территории Крымского полуострова. В силу своего географического положения Крым имеет возможность использовать энергию ветра с максимальной пользой. Ветряки в Крыму расположены практически везде, где позволяет местность. Здесь расположено несколько крупных ветряных электростанций. На самой крупной из них работают 127 ветрогенераторов.

В прошлом году в Ульяновске был запущен комплекс из 14 ветряков общей мощностью более 30МВт. Строительство ветряной электростанции начато и в республике Адыгея. Планируется, что ветряки, установленные в Адыгее, будут давать мощность в 150МВт.

Также в прошлом году начало свою работу совместное российско-испанское предприятие по выпуску ветряков в Таганроге. Производство организовано на заводе «Красный котельщик».

Ветряки в Европе

Для многих европейских стран наличие ветряков в некоторых регионах уже давно стало привычным делом. Причем устанавливают их не только на суше но и в море.

Лидерами по производству и использованию ветряков являются Франция, Германия и скандинавские страны.

В последнее время в европейских странах построено множество гигантских ветряков. Например, одним из крупнейших ветряков в Германии является огромная башня высотой 120м с ротором, каждая из трех лопастей которого имеет длину 52 м, ширину 6 м и весит 20 т. Это гигантское сооружение построено под Магдебургом в 2002 году и его мощность составляет 4,5 МВт.

На данный момент самым большим в мире ветряком считается ветрогенератор мощностью 7 МВт и высотой 141 м, расположенный рядом с немецким городом Эмден. Но в ближайшее время в Норвегии планируется запуск ветряка высотой 162 м, который сможет обеспечить электроэнергией около 2000 домов.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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:

• 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)

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.

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

Основные разновидности ветряных мельниц для электричества

На сегодня наиболее популярны классические быстроходные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения и тремя лопастями.

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.

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).

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.

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.

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

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.

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.

100 вопросов и ответов по ветроэнергетике — 2

В энергетике станции любого типа стремятся укрупнять, чтобы снизить удельные затраты на их обслуживание. Ветроустановки не составляют исключения, с этой же целью их объединяют в группы, называемые «ветростанциями» (ВЭС) или «ветропарками» и «ветрофермами» (в зарубежной литературе). Так что ВЭС — это группа ВЭУ объединенная электрическими связями и общим обслуживанием.

Увеличение мощности (расширения) станции осуществляется чрезвычайно просто. Но главное отличие ВЭС от традиционных электростанций состоит в другом.

Мощность на ВЭС как бы рассредоточена. Например, ВЭС мощностью 100 МВт может состоять из 50 ветроустановок единичной мощностью 2 МВт. В случае возникновения неисправности отключается одна ВЭУ , то есть теряется лишь двадцать пятая часть установленной мощности. На традиционной же электростанции мощность 100 МВт сосредоточена в одном агрегате и в случае возникновения неисправности теряется 100% генерирующей мощности.

КАКИЕ БЫВАЮТ ВЕТРОСТАНЦИИ?

Ветроэнергетика разделилась на два существенно отличающихся направления. Ветростанции на суше по-английски называемые «onshore» и ветростанции в море на небольших пока глубинах «offshore».

Основное отличие по конструкции состоит в фундаментах. На море это более дорогое и более массивное сооружение. Второе существенное отличие — передача энергии от ВЭУ к подстанции осуществляется кабелем, проложенным по морскому дну. Есть морские ВЭС у которых

подстанция также расположена в море и к ней подходят кабели от ВЭУ а затем уже по кабелям более высокого напряжения энергия передается на сушу.

КАКОВА ЕДИНИЧНАЯ МОЩНОСТЬ ВЕТРОУСТАНОВКИ?

Единичная мощность ветроустановок имеет широчайший диапазон от 40 Вт до 6000 кВт. За последние три года ветростанции комплектуются, в основном, ветроустановками единичной мощности от 1 до 3 МВт. Ветроустановка мощностью 5 МВт — это грандиозное сооружение: диаметр ротора 120 метров. Высота башни около 100-120 метров. Представьте себе футбольное поле, поставленное вертикально на высоту 100 метров и вы получите представление, что это за сооружение и каковы должны быть технологии и материалы, чтобы это сооружение непрерывно вращалось в течение десятилетий и вырабатывало энергию нужного качества. Данные по самым крупным ВЭУ даются в таблице 7.

Таблица 7. Наиболее крупные ветроустановки в мире

Enercon E-112	Enercon E-126	Repower 5M	Repower 6M	Bard 5. 0
Мощность, МВт	4,5-6	6-7,5	5,0-7,5	6,15	5,0
Высота башни, м	124	135	117	100	90
Диаметр ротора, м	112	126	126	126	122
Скорость вращения ротора, об/мин	8-13	8-13	6,9-12,1

СКОЛЬКО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МОЖЕТ ВЫРАБОТАТЬ ВЕТРОУСТАНОВКА?

Электрическая энергия измеряется в ватт-часах или киловатт-часах (1 кВт*ч = 1000 Вт*ч).

Одна электрическая лампочка мощностью 100 Вт за десять часов потребляет 1 кВт*ч электроэнергии.

Когда мы говорим, что мощность ветроустановки равна 10 кВт, это не значит, что она может отдавать такую мощность всё время. Она может отдавать эту мощность, если скорость ветра будет равна или больше номинальной. В другое время установка работает с мощностью меньше номинальной. Поэтому в год ветроустановка мощностью 10 кВт в среднем может выработать 15, 0-20, 0 тыс. кВт*ч в зависимости от среднегодовой скорости ветра.

СКОЛЬКО ДОМОВЛАДЕНИЙ МОЖЕТ ОБЕСПЕЧИТЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ ВЕТРОУСТАНОВКА МОЩНОСТЬЮ 1000 КВТ (1 МВТ)?

По той же причине, о которой говорилось выше ветроустановка развивает разную мощность из-за изменения скорости ветра. Поэтому в год, а в году мы имеем 8760 часов, установка мощностью 1 МВт вырабатывает от 2 до 3 млн кВт*ч. В наших деревнях в самом лучшем случае одна семья (дом) в год потребляет 1, 5-2, 5 тыс. кВт*ч электроэнергии. Берем среднюю цифру (2 тыс. кВт*ч в год) и получаем, что ВЭУ мощностью 1 МВт может обеспечить электричеством от 1000 до 1500 семей (домов) в год.

ЧТО ОЗНАЧАЕТ ТЕРМИН «ЛАЙФ-ЦИКЛ ЭМИССИИ»?

Этот термин означает, что для энергоустановок, у которых нет эмиссии парниковых газов в процессе их работы, как, например, ветроустановок, следует учитывать эмиссию парниковых газов от энергии, затраченной на их производство на предприятии-изготовителе, транспортировку, монтаж, сервисное обслуживание и утилизацию. Это и называется «лайф-цикл эмиссии» («lifecycle emissions»). Другими словами, нужно учитывать весь жизненный цикл изделия и принимать в расчет процессы, которые связаны с эмиссией CO₂.

По данным EWEA для ветроустановок достаточно проработать от трех до шести месяцев, чтобы они выработали столько электроэнергии, сколько было затрачено на производство, строительство, монтаж и утилизацию. За это время будет предотвращен объем эмиссии равный эмиссии на предварительных этапах.

В течение срока службы 20-25 лет ветроустановка вырабатывает электроэнергии в 80 раз больше, чем на нее затрачено во время жизненного цикла, начиная от производства комплектующих изделий.

Ветроэнергетика имеет наиболее низкую «лайф-цикл эмиссию» из всех энергетических технологий.

ЕСТЬ ЛИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЕТРОСТАНЦИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ?

Да, есть, как и влияние любой энергетической или промышленной технологии. Но имеется принципиальное отличие: негативное влияние от ВЭС носит локальный характер и может быть смягчено людьми. В то время как негативное влияние топливных электростанций имеет глобальное влияние и его локализация очень затруднительна. Итак, имеем следующие виды негативного влияния ВЭС на среду обитания человека:

• вторжение в ландшафт;
• эрозия почвы;
• гибель птиц и летучих мышей;
• опасность гибели людей;
• искажение телевизионных и коммуникационных сигналов;
• шум.

Однако давайте рассмотрим каждый вид влияния отдельно.

ЧТО ТАКОЕ ВТОРЖЕНИЕ В ЛАНДШАФТ?

Кому-то нравится, кому-то нет появление в пределах видимости ветроустановки. Огромное большинство людей со временем привыкают к наличию ВЭУ в привычном виде окрестностей. Вопрос для жителей России не очень-то понятен. Мы привыкли, что нас никогда не спрашивали и не спрашивают о сооружении, например, ретрансляторной мачты или опоры ЛЭП. Однако в Европе принято об этом спрашивать жителей.

В 2007 году Eurobarometer провел исследования и подтвердил, что к ветроустановкам относятся положительно 71% граждан Евросоюза, в то время как в Дании — 93%, в Греции — 88%, на Кипре — 83%. Только солнечную энергетику поддерживает в среднем 80%, тогда как газовые станции — 42%, угольные — 26%, атомные — 20%.

ГОВОРЯТ, ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА ПОГУБИТ ПТИЦ И ЛЕТУЧИХ МЫШЕЙ. ТАК ЛИ ЭТО?

Если не располагать ветростанции на путях миграции птиц и около пещер, где зимуют летучие мыши, то случаи гибели птиц от столкновения с ветроустановками будут составлять сейчас и в будущем не более 1% от общего количества гибели птиц от результатов человеческой деятельности. Это резюме исследований, проведенных в США и Канаде совместно ветроэнергетиками и биологами.

Основными причинами гибели птиц в результате человеческой деятельности в США согласно этим исследованиям являются:

• гибель от кошек (около 1 млрд в год);
• столкновение с высотными зданиями (от 100 млн до 1 млрд в год);
• гибель от охотников (100 млн в год);
• столкновение с автотранспортом (от 60 до 80 млн в год);
• столкновение с телевизионными и ретрансляционными башнями (от 10 до 40 млн в год);
• гибель от пестицидов (67 млн в год);
• столкновение с линиями электропередач (от 10 тыс. до 174 млн в год).

В Европе в 2003 году в Испании проведено исследование гибели птиц от 692 ветроустановок на 18 ВЭС. Получено, что гибель больших и средних птиц составила 0, 13 на ветротурбину в год.

Королевское общество защиты птиц Великобритании (RSPB) заявило, что у них с ветростанциями не ассоциируется какие-либо значительные случаи гибели птиц. Было констатировано, что от ветроустановок гибель птиц составляет 0, 01-0, 02% от гибели птиц, связанных с человеческой деятельностью.

КАК ОЦЕНИВАЕТСЯ ОПАСНОСТЬ ВЕТРОУСТАНОВОК ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА?

Эту опасность связывают с возможностью поражения людей в результате отрыва лопасти или кусками льда отлетевшего от лопасти при обледенении.

Однако практика говорит о том, что в настоящее время, достигнут очень высокий уровень механической надежности лопастей. Ветроустановки зачастую располагаются рядом с местами возможного появления людей. В мире работает около 200 тысяч ветроустановок и не зафиксировано ни одного случая гибели или ранения людей в результате отрыва лопасти или отлетевшими от лопасти кусочком льда. Зафиксирован один случай в Германии гибели парашютиста, которого занесло ветром на работающую ветроустановку. Вряд ли можно себе представить электростанцию более безопасную для обслуживающего персонала и окружающих людей, чем ветростанция.

Напомним, что ветростанция полностью автоматизирована и на ВЭУ ведется контроль вибрации. При возрастании вибрации выше нормы, что возможно при обледенении, ВЭУ немедленно останавливается.

Добавим еще одно немаловажное преимущество. Никакая мыслимая и немыслимая авария на ВЭС не может привести к технической катастрофе типа аварии на Саяно-Шушенской ГЭС , не говоря уже о Чернобыльской АЭС.

НАСКОЛЬКО ШУМНЫ ВЕТРОУСТАНОВКИ?

Не так уж очень. Давайте разберемся с фактами в руках.

Источником шума на ВЭУ является механическая передача от ветро- колеса к генератору, в основном шум редуктора (механический шум) и шум при работе ветроколеса (аэродинамический шум). Для снижения механического шума используются гасители различной конструкции, а также применяется звукоизолирующее покрытие кабины.

В результате противошумных конструктивных решений в безредук- торных ветроустановках, например фирмы Enercon можно спокойно разговаривать в кабине не повышая голоса при работающей установки.

Аэродинамический шум стараются снизить соответствующим изменением профиля лопастей и выбором оптимальной скорости вращения ветроколеса. Вот как реально выглядит шумность ВЭУ по сравнению с другими источниками шума (Таблица 11) по данным Американской ветроэнергетической ассоциации.

Таблица 11. Шумность ветроустановки по сравнению с другими источниками шума по данным Американской ветроэнергетической ассоциации

Источник шума	Величина шума, децибелы
Турбина самолета	140-150
Пневматический молоток	120-130
Промышленные помещения	110
Стереомузыка	100
Салон автомобиля	80-90
Помещения офиса	70
Жилое помещение (холодильник)	60
Ветротурбина на расстоянии 200-250 м от башни	50
Городской шум в спальне	40
Шепот	30
Шорох падения листьев	10-20

А так выглядит сравнительная характеристика источников шума по данным Европейской ветроэнергетической ассоциации (Таблица 12).

Таблица 12. Сравнительная характеристика источников шума по данным Европейской ветроэнергетической ассоциации

Источник шума	Величина шума, децибелы
Порог слышимости	0
Сельская ночь, фон	20-40
Спальная комната	35
Ветроустановка на расстоянии 350 м	35-45
Оживленная дорога на расстоянии 5 км.	35-45
Легковой автомобиль, скорость 65 км/ч, расстояние 100 м	55
Главный офис фирмы в максимум активности	60
Разговор, беседа	60
Грузовой автомобиль, скорость 50 км/ч, расстояние 100 м	65
Городской транспорт	90
Пневматический бур на расстоянии 7 м	95
Самолет на расстоянии 250 м	105
Болевой порог	140

Эти две таблицы хорошо дополняют друг друга.

При выборе площадки для установки ВЭУ необходимо обеспечить удаленность от жилья на 200-250 метров. При этом необходимо учесть розу ветров и соотношение высоты между местом установки ВЭУ и жильем.

ГОВОРЯТ, ЧТО ОТ ШУМА ВЕТРОСТАНЦИЙ ГИБНУТ ЧЕРВЯКИ И НАСЕКОМЫЕ, А ЗА НИМИ ГРЫЗУНЫ И ХИЩНИКИ. ЧЕРЕЗ НЕКОТОРОЕ ВРЕМЯ ТЕРРИТОРИЯ ВЕТРОСТАНЦИЙ НАПОМИНАЕТ ПУСТЫНЮ. ТАК ЛИ ЭТО? О ЧЕМ ДУМАЮТ В ЕВРОПЕ, РАЗВИВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКУ УСКОРЕННЫМИ ТЕМПАМИ?

Нет, не так. Это самый живучий миф, не имеющий отношения к реальности. Его особенность ещё и в том, что живет этот миф в основном в России и среди тех людей, которые профессионально не занимаются ветроэнергетикой, но чего-то, когда-то, где-то об этом слышали.

Поскольку уже этот миф уже перекочевал в правительственные сферы, с ним следует разобраться подробно.

Во-первых, на грызунов (мыши, кроты, землеройки — предмет особой заботы отнюдь не экологов) действует вибрация. Промышленность изготавливает для садоводов специальные устройства для отпугивания грызунов, основанные на этом принципе. Но дело в том, что ветроустановки имеют мощнейший фундамент, который гасит вибрации башни. Влияние этой вибрации распространяется на несколько десятков метров, а расстояние между ВЭУ несколько сотен метров. Так что любители грызунов могут быть спокойны. Им ничего не угрожает, они только на несколько метров меняют свое место жительство.

Другой аспект угнетающего влияния на людей, животных и насекомых — звуковые волны с частотой менее 20 герц, так называемый «инфразвук», для людей особую неприятность составляют частоты 7-10 герц. Но дело в том, что эта опасность преодолена еще на заре ветроэнергетики.

История вопроса такова. В семидесятых годах в начале взросления ветроэнергетики на первых конструкциях ВЭУ генерировался шум, среди спектра различных частот которого имелась составляющая с частотой 3-10 Гц. Это явление было преодолено выбором профиля лопастей и выбором скорости вращения ветроколеса, а также выбором конструкции ветроустановок, когда ветроколесо «встречает ветер». Проблема

была решена. «Инфразвук» ветроустановка не генерирует. Всякие публикации по этому вопросу в научных журналах прекратилась примерно к 1985 году. Все об этой проблеме забыли, кроме отдельных «знатоков» в России. Авторам приходилось бывать на ветростанциях штата Калифорния в США и на территории ВЭС Tehachap Pass, на которой установлено 7 тысяч ветроустановок, видеть сусликов и даже койота, который охотился за ними. Плотность современных ВЭС гораздо ниже, поскольку единичная мощность ВЭУ , которыми комплектуется современная ВЭС, составляет 1 МВт и выше, расстояние между ветроустановками достигает 400-500 метров. В этих условиях и подавно отсутствует всякая опасность для насекомых, птиц и грызунов подвергаться отрицательным воздействиям от шума ветроустановок и не только от «инфразвука». Площадь между ветряками используется либо как пастбище, либо для выращивания сельскохозяйственных и кормовых культур. Обычная картина на полях Германии, Дании, Голландии, где приходилось бывать авторам: скот, пасущийся рядом с ветроустановками, чайки, летающие между ними, и насекомые, спокойно занимающиеся своими делами в траве.

Любопытное свидетельство по данному вопросу приводит EWEA. Ветростанции очень популярны среди фермеров, поскольку их земля продолжает использоваться для получения растущих урожаев зерновых или выращивания трав для пастбищ. Овцы, коровы и лошади не испытывают беспокойства от ветроустановок. Наряду с доходами от аренды земли под ветроустановки, фермеры продолжают получать доход от животноводства и растениеводства.

Неужели этих фактов недостаточно и миф о гибели грызунов будет возникать, как только речь будет заходить о строительстве ВЭС.

В заключении приводится перевод соответствующего раздела книги EWEA.

Звук низкой частоты, известный как инфразвук, может вызывать утомление и раздражение у чувствительных людей и поэтому широко изучается во всех странах. Самое главное состоит в том, что современные турбины, расположенные ветроколесом «на ветер» (up-wind) генерируют не очень мощный инфразвук, как правило, ниже порога восприятия.

Обозрение всех известных публикаций результатов измерений инфразвука от ветротурбин убедительно показывает, что ветротурбины типа «на ветер» генерируют инфразвук, величиной которого можно в оценке экологического эффекта пренебречь.

Опыт развития ветровых станций Европы свидетельствует, что шум от ветротурбин в общем очень мал. Сравнение многих устройств, генерирующих шум, с ветроустановками показывает, что шум от ветротурбин в Европе небольшая проблема. Информация из США также свидетельствует, что недовольство шумом от ветротурбин выражается весьма редко и обычно находится удовлетворительное решение. [Wind Energy — the facts, EWEA, London sterling, VA, 2009, p. 331].

КАК ВЕТРОУСТАНОВКИ ВЛИЯЮТ НА МИКРОКЛИМАТ МЕСТНОСТИ, В ЧАСТНОСТИ НА СКОРОСТЬ ВЕТРА И ЕГО ЭНЕРГИЮ? НЕ ЯВЛЯЮТСЯ ЛИ ВЕТРОСТАНЦИИ ЕЩЕ ОДНОЙ ПРИЧИНОЙ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА?

Этот вопрос можно отнести к заблуждениям. Во-первых, самое большое препятствие для ветра представляют леса. Но никто не призывает к их рубке, чтобы дать простор ветру. Но это так к слову.

Действительность же заключается в том, что высота приземного слоя воздуха, в котором «гуляют» ветра, как минимум составляют 10 км. Многочисленными примерами доказано, что скорость ветра после препятствия восстанавливается на расстоянии десяти высотам препятствия. Энергия ветра как бы восстанавливается из верхних слоев приземного слоя. Для дальнейших рассуждений еще нужно сказать, что современные ветроустановки с диаметром ветроколеса 80100 метров, устанавливаются друг от друга на расстоянии 5-10 диаметров ветроколеса, в нашем примере от 400 до 1000 метров.

Определим максимально какую долю энергии отнимает ветроустановка с диаметром ветроколеса 100 метров от приземного слоя 1 км. При этом знать нужно немного, что энергия, отнимаемая ветроустановкой пропорциональна площади, а ометаемая площадь, то есть площадь вращающегося ветроколеса равна S=πR 2 , то есть квадрату радиуса умноженному на коэффициент π = 3, 14. Также необходимо знать, что ветроустановка «отнимает» от энергии набегающего ветра в лучшем случае половину, к_в=0, 5. Отсюда, энергия, отбираемая нашей ветроустановкой пропорциональна площади равной kS = 0, 5*3, 4*50 2 = 3925 м 2 .

Энергия ветра, пролетающего мимо ветроустановки, пропорциональна высоте приземного слоя h = 1000 м, и расстоянию между ветроустановками l=500 м, то есть S_верх =l*h = 1000 * 500 = 500000 м 2 . Отсюда доля энергии ветра, отбираемая ветроустановкой от приземного слоя составляет 3925/500000 х 100 = 0, 785%.

Всякому здравомыслящему человеку ясно, что такая величина не в состоянии как — либо повлиять на изменение местного климата.

ПРАВДА ЛИ, ЧТО ВЕТРОУСТАНОВКИ ОБЛАДАЮТ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ ПОЛЕМ, УГНЕТАЮЩЕ ДЕЙСТВУЮЩИМ НА ПТИЦ И ПРОЧУЮ ЖИВНОСТЬ?

Это даже не миф и не заблуждение, а забвение школьного курса физики. Электростатическое поле возникает между двумя неподвижными зарядами: положительным и отрицательным.

Электростатическое поле могло бы возникнуть при трении воздуха о пластиковую лопасть. Но заряды от лопасти отводятся в систему заземления. Так что электростатического поля на ВЭС нет. Но там, где есть электричество, там есть электромагнитное поле. Оно есть и от мобильных телефонов, электролампочки и любого бытового прибора. Но его интенсивность настолько мала, что в жизни мы его не замечаем.

Птицы его не замечают, когда сидят на проводах, а аисты умудряются строить гнезда на опорах ЛЭП 6-10 киловольт.

Птицы гибнут от столкновения с ветряками и этот вопрос подробно рассмотрен в ответе на вопрос № 59.

СКОЛЬКО НУЖНО ЗЕМЛИ ДЛЯ ВЕТРОСТАНЦИИ?

Собственно под ветроустановку нужно 200-400 квадратных метров, плюс дорога к ней, длина которой зависит от общей схемы дорог.

Если ВЭС располагается на плодородных землях, то промежутки между ВЭУ используются по своему прямому сельскохозяйственному назначению. В США и Европе среди фермеров процветает бизнес, они получают арендную плату за предоставления земли под ветроустановки, продолжая заниматься своим прямым делом; выращиванием сельскохозяйственных культур и животноводством. Причем в договорах предусматривается 100% рекультивация земли после истечения срока службы ВЭУ .

Но чаще всего ВЭУ располагаются на землях не пригодных для сельского хозяйства. Описанная выше ситуация резко отличается от земле- отвода под тепловые и атомные электростанции, не говоря уже о ГЭС с крупным водохранилищем. В этом случае земли для сельского хозяйства теряются безвозвратно.

СУЩЕСТВУЕТ МНЕНИЕ, ЧТО ВЕТРОСТАНЦИИ НЕ СНИЖАЮТ ОБЪЕМ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ОТ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ: ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ПРОДОЛЖАЮТ РАБОТАТЬ ИЗ-ЗА НЕСТАБИЛЬНОСТИ ПОСТУПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ОТ ВЕТРОСТАНЦИЙ. ТАК ЛИ ЭТО?

Нет, конечно не так. Во-первых, количество вредных выбросов прямо пропорционально количеству сожженного топлива. А количество сожженного топлива на тепловых электростанциях (ТЭС) напрямую зависит от количества выработанной энергии. Здесь нужно взять поправку на снижение кпд тепловой станции при снижении нагрузки, но это несоответствие составляет несколько процентов. Значит, с выдачей энергии от ВЭС снижается энергия, вырабатываемая на ТЭС и, следовательно, снижается объем вредных выбросов.

Во-вторых, регулирование мощности в энергосистеме ведут обычно гидростанции, поэтому небольшие изменения мощности от ВЭС воспринимаются гидростанциями.

В-третьих, даже если в энергосистеме регулирование мощности ведут тепловые станции, то, как показывают исследования, при вводе ветростанции мощностью 100 МВт, дополнительная мощность для регулирования на ТЭС требуются всего около 2 МВт.

Так что сокращение вредных выбросов при работе ВЭС является неоспоримым фактом.

КАК ВЛИЯЮТ ВЕТРОУСТАНОВКИ НА КАЧЕСТВО ВОЗДУХА?

Положительно, поскольку от ВЭУ нет эмиссии парниковых газов, как от всех тепловых электростанций; нет выбросов газов, образующих кислотные дожди и смоги, нет выбросов твердых частиц, как от угольных электростанций.

ВЕТРОУСТАНОВКИ ИСКАЖАЮТ СИГНАЛЫ РАДАРОВ И РАДИО?

До недавнего времени считалось, что помехи радио и телевизионному приему от ВЭУ незначительны, если избегать их строительства в одну линию по направлению к передающей станции или располагать на достаточном расстоянии. Если передача теле- и радиосигналов осуществляется через спутник, проблема отпадает автоматически.

Лопасти первых ветроагрегатов выполнялись из металла или дерева. Металлические лопасти отражают радио и телевизионные сигналы, а деревянные — поглощают их. Из-за малого количества подобных агрегатов и их небольших размеров они не рассматривались как помеха для радио — и телесигналов. С ростом мощностей и размеров ВЭУ их лопасти почти повсеместно выполняются из стекловолокна, без каких-либо металлических включений, и, поэтому они полупрозрачны для теле- и радиосигналов. С дальнейшим увеличением размеров и мощностей ВЭУ до 1 МВт и более для защиты лопастей от ударов молнии внутри лопастей стали закладываться алюминиевые проводники довольно значительного сечения, по которым ток при ударе молнии уходит в землю. Такие лопасти становятся своего рода зеркалами для проходящих радио- и телесигналов.

Помехи, вызванные отражением электромагнитных волн лопастями ветровых турбин, могут сказываться на качестве телевизионных и микроволновых радиопередач, а также на работе различных навигационных систем в районе размещения ветрового парка ВЭС на расстоянии нескольких километров. ВЭУ становится препятствием для сигналов военных радаров.

На основании многочисленных исследований дается следующая рекомендация: для уменьшения влияния ВЭУ на радио и телевизионную связь необходимо располагать ВЭС на расстоянии, исключающем их влияние на работу радио- и телекоммуникационных систем, (обычно до 1 км) использовать при производстве лопастей радиопоглощающие покрытия.

ЧТО ДЕЛАЮТ ПРОИЗВОДИТЕЛИ, ЧТОБЫ СНИЗИТЬ УРОВЕНЬ ШУМА?

Таких направлений несколько. Среди них.

• Ориентация на ветер. Раньше практиковалось две конструкции ветротурбин. Одна, когда ветер набегает на ветроколесо («на ветер»), вторая, когда ветер сначала встречает гондола, а затем ветроколесо («под ветер»). На конструкции «под ветер» ориентация ветроколеса происходит за счет давления ветра и никаких дополнительных устройств поворота не нужно. В конструкциях «на ветер» ориентация происходит с помощью специального механизма поворота, действующего от датчика направления ветра — флюгера. Это существенно усложняет конструкцию ветроустановки, но именно эту конструкцию приняли все современные фирмы и именно потому, что она издает гораздо меньше шума. В конструкциях «под ветер», набегающий поток ветра встречает гондолу, турбулизируется ею и начинает издавать импульсы скачков шума. Поэтому в настоящее время почти все мощные ветроустановки выполняются с ориентацией «на ветер».
• Башни и гондолы обтекаемой формы. Для башни принята за базу коническая стальная труба. Решетчатые башни на мощных ВЭУ применяются крайне редко, хотя они гораздо дешевле. Причина такая: стремление уменьшить турбулизацию потока и снизить шум. Если раньше кабина была угловатой формы, то сейчас практически все кабины обтекаемой формы.
• Усиление звукопоглощения кабин и применение других конструктивных решений по оборудованию. Внутренность кабины обшивается специальными звукопоглощающими материалами. Источники технического шума, в первую очередь редукторы, покрываются звукопоглощающими кожухами, крепление к несущей раме оборудования (редуктор, генератор, подшипник) осуществляется с применением демпфирующих прокладок, что снижает вибрацию и механический шум.
• Лопасти ветроколеса становятся более эффективными. С накоплением опыта все более совершенствуется аэродинамический профиль лопастей, они становятся более эффективными и одновременно менее шумными.

ЧТО МОЖНО СКАЗАТЬ О ШУМНОСТИ МАЛЫХ ВЕТРОУСТАНОВОК?

Парадоксально, но шумность малых ВЭУ больше, чем шумность больших ветротурбин, за исключением ветроустановок с вертикальной осью, по крайней мере, по двум причинам:

• скорость вращения ветроколеса и соответственно концов лопастей малых ВЭУ выше, чем у больших;
• гораздо больше средств выделяется на исследования по снижению шума от больших машин, чем для малых.

Поскольку неприятности от шума малых ВЭУ испытывает в основном владелец ВЭУ , то пока шумность малых ветроустановок не является препятствием их использования. Ветроустановки с вертикальной осью практически бесшумны и их можно располагать на крышах строений и домов.

КАКИЕ РЕАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ?

Согласно исследованию, проведенному группой ученых и специалистов, экономический потенциал ветроэнергетики составил 33 млрд кВт*ч в год, то есть такое количество электроэнергии экономически выгодно вырабатывать на ВЭС уже в настоящее время.

В 2010 году в России всеми электростанциями произведено 1036, 8 млрд кВт*ч, следовательно возможности ветроэнергетики составляют около 3, 2% от общего производства. Даже если экономический потенциал и уменьшить в два раза, то и в этом случае возможности ветроэнергетики нельзя недооценивать.

КАКИЕ СУБЪЕКТЫ РФ МОГЛИ БЫ РАССЧИТЫВАТЬ НА СУЩЕСТВЕННОЕ УЧАСТИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В ПОКРЫТИИ СВОИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ НУЖД?

Одним из основных параметров, отражающих возможности использования ветра, является его среднегодовая скорость. Если эта скорость составляет 5 м/с на высоте измерения 10 м (высота флюгера), то более, чем вероятно, что применение ВЭУ будет эффективным. Это является условием применения ВЭУ с единичной мощностью 100 и выше кВт. С увеличением среднегодовой скорости ветра эффективность ВЭУ сильно увеличивается, поскольку количество вырабатываемой электроэнергии пропорционально кубу скорости ветра, ВЭУ малой мощности могут быть эффективны и при меньшей среднегодовой скорости ветра.

Расчеты, проведенные для всей территории России, показывают, что эффективными для использования ВЭУ является всё Арктическое побережье от Кольского полуострова до Чукотки, а также побережья Берингово и Охотского морей.

Зонами эффективного применения ветроустановок являются по субъектам Российской Федерации области: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Тюменская; края: Краснодарский, Приморский, Хабаровский; республики: Дагестан, Калмыкия, Карелия, Хакасия, Саха (Якутия); автономные округа: Коми-Пермятский, Ненецкий, Чукотский, Ямало-Ненецкий.

КАКИЕ МЕРЫ ПОДДЕРЖКИ СЛЕДОВАЛО БЫ ПРИНЯТЬ В РОССИИ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ?

Как известно, в октябре 2007 года приняты поправки к Федеральному закону № 35-ФЗ «Об электроэнергетике», устанавливающие некоторые меры стимулирования и государственной поддержки использования ВИЭ . В частности, предусматривалось введение в 2008 году подзаконных актов, касающихся подключения электростанций с использованием ВИЭ к сетям общего пользования, а также установления надбавок к тарифу на электроэнергию, вырабатываемую на таких электростанциях. Однако до настоящего времени (июль 2011 г. ) комплект необходимых подзаконных актов не разработан и в России отсутствуют какие-либо меры по стимулированию использования возобновляемых источников энергии, и ветроэнергетики в том числе. На базе опыта других стран, практикующих широкий спектр мероприятий, как на уровне государства, так и на уровне местных властей можно было бы рекомендовать все указанные ниже мероприятия, действующие в странах, где успешно развивается возобновляемая энергетика.

Итак, на уровне государства за рубежом практикуются следующие меры, которые успешно можно применять и в России:

• обязанность тарифного органа устанавливать фиксированный тариф на срок до 5-6 лет на выработанную ВЭУ электроэнергию, обеспечивающий простой срок окупаемости сооружения ВЭУ за 4-5 лет;
• субсидии на каждый кВт*ч выработанной электроэнергии (в виде прямой выплаты или налоговой скидки). В Канаде за каждый кВт*ч выплачивается 1 цент, в США — налоговая скидка 2, 5% за кВт*ч;
• инвестиционные субсидии (гранты, ссуды, благоприятные налоговые льготы) для компенсации высоких удельных капитальных вложений; при строительстве объектов возобновляемой энергетики как для общего, так и для индивидуального пользования;
• установление стандарта, обязывающего производителей или дис- трибюторов электрической энергии вырабатывать определенный процент на базе возобновляемых источников энергии либо собственными силами, либо приобретением «зеленых сертификатов»;
• введение в тариф на электроэнергию, вырабатываемую на базе органического топлива, дополнительной составляющей за вредный выброс;
• разрешение энергообъединениям введение для покупателей энергии специального повышенного тарифа «зеленая энергия», как средства участия населения в добровольном софинансировании объектов возобновляемой энергетики;
• меры по стимулированию инвесторов, упрощающие доступ инвесторов к получению кредитов под сниженную кредитную ставку;
• установление государственных целей по вводу мощности ВЭС к 2010, 2015 и 2020 году;
• разработка и принятие программы по финансовой поддержке достижения целей установленных правительством, например «ввод 1000 МВт к 2015 году;
• установление ускоренной амортизации на оборудование возобновляемой энергетики;
• разработка программы стимулирования рынка в виде «Плана действий по изменению климата», устанавливающей цели по снижению эмиссии парниковых газов от электроэнергетики.

На уровне субъектов Российской Федерации может быть реализована:

• активная поддержка и контроль установления тарифов на электроэнергию, вырабатываемую на ВЭС местного значения, обеспечивающего окупаемость в 3-4 года;
• обеспечение недискриминационного подключения к сетям общего пользования объектов возобновляемой энергетики;
• установление требования к местным производителям энергии производить определенную часть на базе возобновляемых источников;
• постановление правительства субъектов об обеспечении некоторого процента электроэнергии, потребляемой муниципальными пользователями за счет «зелёной энергии» (т. е. по повышенным тарифам), подавая пример для участия в процессе добровольного финансирования ВИЭ предприятиям и индивидуальным владельцам;
• снижение местных налогов.

Предложенные выше мероприятия не исчерпывают всех возможных мер поддержки. При этом не требуется вводить все сразу. На первом этапе достаточно было бы двух-трех основных экономического плана и столько же организационно-политических мероприятий.

Эта статья прочитана 21571 раз(а)!

Продолжить чтение

100 вопросов и ответов по ветроэнергетике Выдержки из брошюры «Ветроэнергетика. Вымыслы и факты. Ответы на 100 вопросов». Полную версию брошюры можно скачать по следующей ссылке:Скачать брошюру Авторы: П. П. БЕЗРУКИХ д. т. н., П. П. БЕЗРУКИХ (МЛАДШИЙ) ЧТО ТАКОЕ ВЕТЕР?…

Мощность, эффективность, быстроходность ветротурбин Ветроэнергетические установки (ВЭУ) преобразует кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию, удобную для практического использования. ВЭУ производят электрическую энергию для бытовых или промышленных нужд. Какие ветротурбины наиболее эффективные и экономически выгодные? Как определить мощность ветроустановки…

Ветроэлектрические станции Одним из перспективных направлений развития возобновляемой энергетики является ветроэнергетика. Использование энергии ветра не только помогает решить многие проблемы энергоснабжения удаленных объектов и загородных домов, но и получить независимость от местных энергоснабжающих организаций. Поставив на своём участке хотя бы…

ВСЯКИЙ ЛИ ВЕТЕР. ВЕТЕР? Огарков Р. Ветряные двигатели для орошения полей и размола зерна применялись в Древнем Египте еще за 3600 лет до нашей эры. За пятьдесят пять веков конструкция ветряных мельниц не претерпела сколь-нибудь значительных изменений. В Англии есть…

Вопросы и ответы по использованию ветрогенераторов

Ветрогенераторы Источник: Газета «Хозяйство» № 24/489 от 10 июня 2008 Выгоден ли ветрогенератор, стоит ли переходить на него в качестве источника энергии? — об этом и говорится в статье. В России полно мест, где ветра дуют практически постоянно. Так почему…

Реклама

1 комментарий “ 100 вопросов и ответов по ветроэнергетике -2 ”

Ефим Ошерович 07.09.2021 Ответ

На Останкинской телебашне Был метеорологический центр. На башне от 10 м и до 503 м на восьми уровнях был установлены датчики погоды. По интернету каждые десять минут шла информации о погоде. Я записывал только скорость ветра. Бывало скорость одинаковая держалась даже больше 30 минут, но в основном менялась. Но главное я понял, что чем выше был уровень датчика тем была больше скорость ветра, его энергия. Можно сказать, что я нашел энергию, стало ясно есть что перерабатывать. Как бы выполнил постулат величайшего ученого НЬЮТОНА. Промышленные объемы энергии необходимо аккумулировать не в электрические аккумуляторы, в в энергию сжатого воздуха. Мне эту идею подсказал автомобиль. Завести мотор зимой всегда проблема, а колеса как накачал с определенным давление так и буде пока гвоздь не найдешь на дороге.На энергии сжатого воздуха с давлением от одной технической атмосферы работает мой двигатель и вращает типовой электрогенератор. Принцип работы двигателя я скопировал с подводной лодки. Она опускается под воду по закону Ньютона, а поднимается Архимедом. Я пишу вам, потому что не могу найти инвесторов. Мой ветропарк это вертикальный ветропарк. Это вертикальная конструкция длиной 1000-1500 м на конструкции по вертикали буду установлены моей конструкции ветродвигатели с вертикальной осью вращения и они должны вращать винтовые компрессоры. Если у вас есть возможность найти инвесторов, то давайте находите. Будете начальниками, мне в кайф производством заниматься.

Источник https://mbhn.ru/vetryak-ili-vetryanye-ustanovki-dlya-vyrabotki-elektroenergii

Источник https://ekobatarei.ru/vetryanye-melnicy-dlya-ehlektrichestva

Источник https://www.solarhome.ru/biblio/wind/100faq-2.htm