Устройство, принцип работы и эксплуатация ветряных электростанций
Кто-нибудь из вас сможет объяснить, что за явление ветер? Наверное, нет. Однако все знают, что это такое. С физической точки зрения, ветер является сложным природным процессом. Сложно представить, но в последнее время ветер оценивается и с экономической точки зрения. Причём интерес к использованию энергии ветра постоянно увеличивается. Ветряная энергия дешёвая и возобновляется. Благодаря этому ветер стал привлекателен с точки зрения строительства станций, его использующих. К категории возобновляемых источников энергии относятся течение воды, приливы и отливы, солнечное излучение. Энергия ветра используется в ветряных электростанциях и имеет свои особенности. Ветер сегодня используется в первую очередь для получения электроэнергии. Здесь стоит отметить, что ветряная электроэнергия дороже той, которая вырабатывается на атомных, тепловых или гидростанциях. Однако в ряде регионов с сильными ветрами хорошо использовать ветряки в сочетании с традиционными источниками энергии. А также ветряные электростанции пригодятся там, где нет централизованных электросетей.
Содержание статьи
Сила ветра
Энергия ветра использовалась ещё в древнем Вавилоне за несколько тысяч лет до нашей эры. Этот древний город находился на пике развития в шестом веке д. н. э. И в этот период было сделано немало значимых открытий. К примеру, появился аппарат для осушения болот. Крестьяне в Древнем Египте использовали энергию ветра в мельницах для помола муки. Между тем в древнем Китае воду с рисовых полей откачивали механизированными устройствами с лопастями, вращаемыми ветром. На европейском континенте первые механизмы, работающие от ветряной энергии, появились в XII столетии нашей эры.
Ветряная электростанция
При этом настоящий рывок в использовании энергии ветра произошёл только в прошлом веке. Появились ветряные электростанции, в которых ветер не просто вращал лопасти, а вырабатывал электричество, необходимое для работы самых разных устройств. Благодаря этому популярность «ветряков» резко возросла. Они стали появляться около частных домов и промышленных объектов. После этого вышло уже несколько поколения ветряных станций. В первую очередь они стали появляться в прибрежных районах, где дует сильный ветер. Давайте, рассмотрим, что же представляют собой ветряные электростанции.
Вернуться к содержанию
Принцип работы и конструкция
Ветряная электростанция имеет достаточно простой принцип работы. Ветер вращает ротор с лопастями, который подключён к валу генератора. В некоторых случаях он подключается напрямую, но чаще через систему передач. Сегодня также существуют конструкции ветрогенераторов, где ветер не вращает лопасти, а давит на тарелку с поршнем. Объём вырабатываемой электроэнергии в ветряной электростанции зависит от диаметра лопастей и скорости вращения ветра.
Одна из разновидностей ветряного генератора
Чем сильнее ветер крутит лопасти, тем больше будет вырабатываемое электричество. Но выработка электричества зависит не только скорости ветра. Высота, на которую подвешивается ветрогенератор, также оказывает большое влияние. Ближе к земле сила ветра снижается, а скорость становится медленнее, поскольку мешают элементы ландшафта. Поэтому ветряное колесо должно устанавливаться, как можно выше.
Существуют 3 основных разновидности ветряных электростанций:
- Пропеллерные;
- Барабанные;
- Карусельные.
В пропеллерных установках вал находится в горизонтальном положении относительно ветра. У них имеется специальный стабилизатор, находящийся на оборотной стороне ветрового колеса. Он служит для перемещения конструкции по ходу ветра. Такой вариант является наиболее экономичным из всех ветряных электростанций. Скорость вращения в этих установках зависит от числа лопастей. В большинстве случаев из 3. КПД пропеллерных электростанций составляет 48%.
В случае барабанных и карусельных ветряных электростанций вал с лопастями находится в вертикальной плоскости. Этот тип установок используют в тех случаях, когда неважно направление ветра. Вращающий момент у таких аппаратов больше, чем у пропеллерных установок. Но КПД ниже (10─15%). С одной стороны всё выглядит неплохо, но с другой, работа ветрогенераторов сильно зависит от внешних факторов, на которые мы не можем повлиять.
Основной проблемой является непостоянство ветра. Поэтому в своей работе ветряные электростанции обязательно должна учитывать этот фактор. Поэтому кроме самого ветрогенератора в их составе есть аккумуляторы для накопления энергии, инвертор для управления их зарядом, а также инвертор для преобразования напряжения. То есть, практически все те же вспомогательные компоненты, что и в гелиосистемах.
Ветрогенератор
Проблема при эксплуатации ветряных электростанций также заключается в том, что слишком сильный ветер может вывести установку из строя. Но, несмотря на это, ветряные установки выгодно использовать для получения электроэнергии в некоторых регионах нашей планеты. При этом идеальным вариантом является тот, когда ветрогенератор функционирует в связке с бытовой электросетью или топливным генератором. Тогда электричество будет постоянно, даже когда на улице штиль. Немало случаев, когда ветряки используют вместе с солнечными батареями.
Вернуться к содержанию
Развитие ветряной энергетики в мире и в России
Лидерами по строительству ветряных электростанций являются развитые страны. Впереди планеты всей Германия и в целом европейские страны. Ветряные электростанции есть в скандинавских странах и в южной Европе. В азиатском регионе лидером по использовании энергии ветра является Китай. У них многие проекты по строительству зданий предусматривают монтаж в них ветряных генераторов.
Ветряные электростанции есть в нескольких регионах России
В Америке как Южной, так и Северной уже несколько десятилетий ветряные электростанции используются для обеспечения электричеством жилых домов и фермерских хозяйств. Здесь им удалось потеснить традиционные источники энергии. В США получают примерно 1/5 всей ветряной энергии на планете.
В России последние годы тоже идёт процесс строительства ветряных электростанций. Можно отметить несколько регионов, где они построены:
- Башкортостан (станция Тюлкильды);
- Калмыкия (Калмыцкая ВЭС);
- Калининградская область (Зеленоградская ветряная станция);
- Крым. На полуострове есть 5 станций, из которых очень крупные;
- Мурманск;
- Республика Саха-Якутия.
Рост использования ветряной энергии в стране не такой интенсивный, как в западных странах, но положительная динамика наблюдается. Специалисты прогнозируют и дальнейшее наращивание мощностей. В западных странах на это тратиться всё больше средств из бюджета на развитие альтернативной энергетики. В том числе, и на строительство ветряных электростанций. У них особенно важным считается то, что подобные установки не загрязняют окружающую среду.
Вернуться к содержанию
Производители и цены
Основными поставщиками ветряных электростанций на рынке являются компании из европейских стран и США.
- Германия. Сименс, Repower, Enercon (второй производитель в мире по объёмам производства), Nordex;
- Дания. Vestas (один из лидеров рынка);
- Испания. Фирмы Gamesa и Ecotechnia;
- США. GeneralElectric;
- Индия (Suzlon);
- Япония. Митсубиси.
Большинство из этих производителей выпускают ветряные электростанции мощностью от 500 до 6 тысяч киловатт.
Больше всего ветроэнергетика развита в ЕС и США
В нашей стране можно выделить несколько следующих производителей ветряных электростанций:
- ООО «Ветро Свет»;
- ООО «Сапсан-Энергия»;
- «ЛМВ Ветроэнергетика»;
- ООО «СКБ Искра»;
- ООО «ЭнерджиВинд».
Небольшой объём оборудования для преобразования энергии ветра выпускается на заводах военно-промышленного комплекса.
Примерные цены на ветряные электростанции вы можете посмотреть в таблице ниже.
| Мощность, кВт | Напряжение на выходе, Вольт | Сфера использования | Цена, тыс. руб. |
|---|---|---|---|
| 3 | 48 | Основной или вспомогательный источник питания в небольших домах | 90-100 |
| 5 | 120 | Основной или вспомогательный источник питания в больших коттеджах | 230-250 |
| 10 | 240 | Может использоваться для обеспечения энергией небольших фермерских хозяйств, супермаркетов | 400-450 |
| 20 | 240 | Может обеспечить электричеством небольшую насосную станцию | 700-800 |
| 30 | 240 | Такой агрегат может обеспечить электричеством пятиэтажный дом | 900-1000 |
| 50 | 380 | Используется на промышленных объектах | 3000-3500 |
| Мощность, кВт | Напряжение на выходе, Вольт | Сфера использования | Цена, тыс. руб. |
Вернуться к содержанию
Преимущества и недостатки ветряных электростанций
Стоит сразу отметить, что для успешной работы ветряной электростанции требуется средняя скорость ветра в вашем регионе 4─5 метров в секунду. Если она будет меньше, то установка не сможет выдавать заявленное количество энергии. Поэтому производители пишут в паспортных данных, что заявленная мощность возможна только при определённой скорости ветра, которую также указывают.
Преимущества
- Низкая стоимость эксплуатации ветряной электростанции. Здесь не требуется много персонала и не нужно длительное его обучение. А также не требуется замена каких-то дорогостоящих комплектующих;
- Если вы правильно установили ветряную электростанцию, то несколько десятилетий будете получать определённое количество электроэнергии. Причём процесс никак не загрязняет окружающую среду и приносит прибыль, если это генерация электроэнергии не для себя, а на продажу;
- Плюсом является и тот факт, что ветряная электростанция не вредит окружающей среде, как во время работы, так и при аварии или полном разрушении. Вряд ли это можно сказать о тепловых или атомных электростанциях;
- Возобновляемый и бесплатный источник энергии. Ветер не нужно покупать, доставлять и подготавливать к работе на станции. Поэтому прибыль значительно вырастет после того, как установка окупится;
- Рядом с ветряной электростанцией не нужно создавать «мёртвую» зону, как это делается в случае других станций.
Вернуться к содержанию
Недостатки
Недостатки у ветрогенераторов также имеются. В основном эти сложности, которые можно свести к минимуму.
- Высокая стоимость первоначальных вложений. Для проектирования и строительства ветряной фермы требуются немалые средства. Именно эти траты являются основной статьёй расходов при организации ветряных электростанций;
- Сложность прогнозирования того количества электроэнергии, которое получается за определённый временной интервал. Невозможно угадать, что будет с ветром и будет ли он вообще. Поэтому существуют определённые риски. Здесь остаётся только тщательное планирование и выбор места строительства;
- Ветрогенераторы создают шум при работе. Производители работают над этим и постепенно шум от ветряных станций снижается. Пока остаётся лишь ставить ветряки подальше от жилых домов;
- О лопасти ветряков разбиваются птицы. Тут сложно сказать что-то определённое, поскольку точной статистики на этот счёт нет;
- Есть также некоторые данные об искажении телевизионного сигнала вблизи работающих ветряных станций.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
Спасибо. Очень интересная и полезная статья. Подробно и доходчиво.