Вітрова енергія (стр. 1 из 2)

Вітроенергетична установка, обслуговуюча заміський будинок, свідчить не тільки про прагнення власника до незалежності, але і про те, що йому не байдуже, яким повітрям дихатимуть його діти. Але чи у всіх випадках використання такого устаткування виправдано з економічної точки зору? Спробуємо розібратися.

Вітер, ти могутній?

На жаль, природа не зібрала всі вітри в родовища, як зробила це з природним газом, нафтою і вугіллям, і не змусила їх текти по руслах, подібно до річок. Енергія вітру справді колосальна (жителям землі потенційно доступно близько 53 000 кВт•ч, що в 4 рази більше теперішнього енергоспоживання планети), але, на жаль, розсіяна в просторі по різних містах і селах. До того ж швидкість і напрям вітру часто в один і той же день міняються багато разів - не дарма у фольклорі і класичній літературі він символізує непостійність. Втім, оцінити, чи буде користь від застосування подібної установки на вашій ділянці, все ж таки можна. Для цього необхідно дізнатися вітровий потенціал території, точніше, його головну характеристику - середньорічну швидкість вітру (середньоарифметичне значення всіх швидкостей вітру, спостережуваних протягом року). Зробити це можна в Центрі по гідрометеорології і моніторингу навколишнього середовища або навіть на найближчому аеродромі (якщо на нім є власна метеослужба).

При низькій середньорічній швидкості вітру (в межах 3-4 м/с) електроенергія, здобута за допомогою ветроэнергетической установки, встає споживачеві в копієчку. Наприклад, в Підмосков'ї, де середньорічна швидкість вітру складає приблизно 4 м/с (3,7-4,2 м/с), сучасний вітряк потужністю 1 кВт видаватиме близько 120 кВт•ч/мес (втім, це вистачить для живлення декількох енергозбережних ламп, телевізора, холодильника і циркуляційного насоса - див. табл.). За рік вироблення устаткування складе 1440 кВт•ч, а за весь термін служби, тобто приблизно за 20 років (якісне устаткування повинне працювати стільки), - 28 800 кВт•ч. Вартість вітроенергетичної установки під ключ в комплектації, що забезпечує гарантоване енергопостачання котеджу, приймемо рівною $ 7000 ($ 3000-10 000). При цьому вартість 1 кВт•ч буде рівна приблизно $ 0,24, або по курсу на середину січня 2006 р. - близько 6,93 крб. за 1 кВт•ч. Для довідки: електроенергія, що купується приватними особами у держави, в Підмосков'ї коштує 1,60 крб. за 1 кВт•ч, а при підключенні через приватну компанію-постачальника - до 3,5 крб. за 1 кВт•ч.

З вищесказаного нескладно зробити вивід: використання ветроэнергетической установки в Підмосков'ї економічно виправдано, якщо мережевої електроенергії в будинку немає і не буде, а вартість енергії, що отримується за допомогою інших типів автономних джерел, наприклад дизель-генератора, перевищує 7 крб. Для котеджів, вже підключених до мережі, ставити вітряк з міркувань економії безглуздо, хіба що для резервного електропостачання. А якщо електроенергія до котеджу ще не підведена, але є можливість її підвести? Тут має сенс задуматися і все прорахувати, враховуючи вартість підключення до мережі (що в різних районах Підмосков'я обійдеться в $ 800-1200 за 1 кВт, причому підключати треба відразу не менше 5 кВт), а також постійне зростання цін на купувальну електроенергію (порядка 10% в рік). Можливо, буде вигідно відмовитися від централізованого постачання і вибрати ветроэнергетическую установку - як і у разі фатальної недоступності мережевої електроенергії.

У тих регіонах країни, де середньорічна швидкість вітру вища, ніж в Підмосков'ї, використання ветроэнергетической установки цілком може виявитися вигіднішим, ніж покупка електрики. Наприклад, в районах, де швидкість вітру рівна 8 м/с, вдасться отримати з кіловатного пристрою близько 580 кВт•ч/мес, і електроенергія обходитиметься споживачеві в 1,43 крб. за 1 кВт•ч. Найчастіше це дешевше, ніж купувати електрику "на стороні" - по комерційних, а іноді і по державних цінах. Наприклад, на Камчатці електрика стоїть від 2 крб. за 1 кВт•ч. У Росії ставити вітродвигуни вигідно на побережжі Північного Льодовитого океану, Фінської затоки, Чорного і Каспійського Морея, а також на Камчатці, Сахаліні і Чукотці, в Якутії. Перспективні і багато інших районів, де гуляють сильні вітри (з середньорічною швидкістю до 10 м/с) і будівництво мережевої системи електропостачання спричиняє за собою більші витрати, чим створення автономної незалежної системи.

При швидкості вітру до 2,5 м/с використовувати ветроэнергетическую установку як джерело енергії не варто. Більшу частина часу вона не діятиме - сила вітру виявиться недостатньою навіть для того, щоб зрушити ветроколесо з місця.

Приблизне енергоспоживання електроустаткування заміського будинку

Основа системи

Інвертор потужністю 2,5 кВт

Прилад можна встановлювати як горизонтально, так і вертикально

В даний час провідні виробники ветроэнергетических установок зосередили свої зусилля на горизонтально-осьових моделях, здатних найефективніше перетворювати енергію вітру в електричну. Потужність горизонтально-осьових ветроэнергетических установок, вживаних для автономного енергопостачання котеджів, - від декількох десятих кіловата до 10-15 кВт. Є у продажу і могутніші моделі - до декількох мегават. Проте їх призначення - генерувати електрику для подачі в мережі електропостачання з метою економії палива і ресурсу теплових електростанцій. У Росії, на відміну від країн Заходу, така допомога енергетичному господарству країни поки не вітається.

Горизонтально-осьові ветроэнергетические установки схожі на гвинтові двигуни пасажирських літаків, підняті на високі щогли. Вітроколесо з однією або декількома лопатями перетворить кінетичну енергію поступально рухомого повітряного потоку в механічну енергію обертання валу ветродвигателя. До останнього безпосередньо або через редуктор, що підвищує, підключається генератор, що виробляє електричний струм. За ветроколесом і генератором розташовується хвостова конструкція яка при допустимих швидкостях вітру (залежно від моделі – до 12-15, максимум 25 м/с) орієнтує площину ветроколеса строго перпендикулярно вітровому потоку. При надмірно високих швидкостях вітру спрацьовує система складання, орієнтуюча колесо під кутом до вітрового потоку. В результаті забезпечуються обмеження частоти обертання і захист установки від перевантажень.

Вітрогенератор розташовують на відстані 30-40 м від житлових споруд, щоб легке шелестіння ветроколеса, що обертається, не докучало мешканцям будинку. Висота, а отже, і вартість щогли залежать від наявності перешкод (дерев, будівель і інших об'єктів) недалеко від неї. Для найбільш ефективної експлуатації установки пропонується споруджувати щоглу такої висоти, щоб вісь вітроколеса була як мінімум на 3-4 м вище за перешкоди, розташовані на відстані менше 200 м. Саму щоглу необхідно зафіксувати на фундаменті і додатково закріпити розтяжками з оцинкованого металевого троса (для цього на ділянці заздалегідь виготовляють 5-6 армованих бетонних стовпчиків діаметром 500 мм, що заливаються на глибину близько 2 м). У будинок електрика від генератора установки подається по двожильному мідному дроту площею перетину до 6-8 мм2, прокладеному в герметизованому підземному каналі.

Електрику, що виробляється генератором, використовують безпосередньо для живлення нечутливих до якості електроенергії приладів (ламп розжарювання і обігрівачів), а також для вуличного освітлення. Інші прилади, наприклад комп'ютери і радіоприймачі, від такого живлення можуть передчасно вийти з ладу унаслідок різких перепадів величини і частоти напруги. Підключати вітряк безпосередньо до навантаження допустимо хіба що при електропостачанні господарських споруд, електроприлади яких в періоди безвітря або слабких вітрів можуть бути знеструмлені без збитку для безпеки і комфорту людей.

Перебої з постачанням енергії в сучасний котедж - подію надзвичайну. Для гарантованого енергопостачання заміського будинку в періоди безвітря або слабких вітрів необхідно облаштувати систему безперебійного живлення. Вона дозволить запасати енергію, витягувану під час сильних вітрів, про запас і забезпечувати будинок енергією у разі тривалого безвітря. Устаткування системи безперебійного живлення краще всього розташувати безпосередньо в котеджі - в невеликому шумоізольованому опалювальному приміщенні з відносною вологістю повітря максимум 70% і як мінімум триразовим повітрообміном. Це приміщення облаштовують поблизу від щогли ветроэнергетической установки.

До складу системи безперебійного живлення входить перш за все комплект акумуляторних батарей. Якщо у ветроэнергетической установці використаний генератор потужністю 1 кВт, буде потрібно чотири кислотно-свинцеві або лужні батареї стартерів (190 А•ч кожна). Якщо ж застосовується установка продуктивністю близько 5 кВт, кількість таких акумуляторів повинна досягти 14. Для заряджання акумуляторних батарей буде потрібно зарядний пристрій, що забезпечує випрямляння напруги, що поступає, і захист акумуляторів від перезаряду. У електромережу котеджу енергія повинна подаватися через спеціальний прилад - інвертор. Він перетворить постійний струм з акумуляторних батарей в "високоякісний" змінний струм 220 В/50 Гц, придатний для живлення будь-яких побутових приладів. Номінальна потужність інверторів, вживаних в котеджах, зазвичай складає 0,5-5 кВт, максимальна - в 2 рази більше. Компресори, насоси, електромотори у момент запуску короткочасно споживають потужність, в 2-5 разів номінальну, що перевищує. Пускова потужність такого устаткування при одномоментному запуску не повинна перевищувати максимальну потужність інвертора.

Бензогенератор потужністю 5,5 кВт в малошумного виконання на базі двигуна HONDA