Украинская Альтернативная Энергетика. Как работает ветрогенератор
как работает и устроен ветряк?
В течение нашей работы мы принимаем сотни телефонных звонков и получаем электронные письма, из которых становится ясно, что большинство людей полностью не понимает принцип работы ветряков.
В этом посте я «на пальцах» объясню, как работает ветрогенератор или солнечная батарея, сравнивая их с баком для накопления дождевой воды. Сравнение будет простым и наглядным. С его помощью любой, даже совершенно не разбирающийся в электрике человек, сможет быстро понять, как работает система ветрового электрогенератора или солнечная батарея, и для чего нужен каждый компонент этой энергетической системы.
На сегодня существует два основных варианта работы ветрогенераторов (следует читать «ветрогенераторов и солнечных панелей», так как в большинстве своем общий принцип работы ветрового генератора и солнечного модуля идентичен, но для легкости написания я буду далее употреблять просто общее слово «ветрогенераторы»):
- Классическая несетевая схема: работа с аккумуляторными батареями и обычным инвертором. Этот вариант позволяет полностью или частично использовать автономное энергообеспечение. Для него не важно наличие общественной электросети.
- Сетевая схема: работа с сетевым инвертором без аккумуляторных батарей. В этой схеме вы можете частично или полностью компенсировать ваши расходы на электроэнергию. Также возможна продажа электроэнергии по «зелёному тарифу». Наличие общественной сети необходимо.
Существует также множество комбинированных и второстепенных по значимости вариантов работы ветровых станций и солнечных панелей (без инвертора, с источником бесперебойного питания и т.д.), но я не буду подробно их здесь рассматривать.
Сегодня мы рассмотрим классическую схему работы ветрового электрогенератора или солнечной батареи:
Источника воды в округе нет, до ближайшего водопровода десятки километров, а под землёй непроходимый гранитный пласт и скважину не пробьешь. Где же взять воду?
Итак, представим, что у нас есть дом, который надо обеспечить водой. В этом месте регулярно идут дожди с разной интенсивностью, что позволит нам собирать дождевую воду.
Когда идет дождь, вся дождевая вода, которая падает на крышу, стекает по водосточной трубе прямо в накопительный бак, который мы предварительно купили и установили рядом с домом. Дождевая вода постепенно собирается в баке, позволяя нам её набирать для собственных нужд через кран внизу бака в любой момент, когда нам это понадобится.
Вся эта элементарная система состоит из нескольких составных:
- Дождевая вода
- Крыша дома
- Бак для воды
- Кран на дне бака для подачи воды потребителям
...но какое отношение это всё имеет к ветрогенераторам??? Объясняю:
Дождевая вода — это энергия
В моём примере роль энергии, которая передается ветром и затем преобразовывается в электрическую энергию, выполняет дождевая вода. Она так же приходит извне и не зависит от потребителя, как и энергия ветра. Она будет существовать всегда и для её появления не нужно расходовать ресурсы. Ветер и дождь — это два возобновляемых природных явления, которые не зависят от человека. Вы не можете прямо повлиять на интенсивность выпадения осадков и скорость ветра, но они зависят от региона и конкретного географического местоположения.
Можно измерить средний уровень выпадения осадков для каждого месяца на 1 квадратный метр. Тогда мы можем произвести расчёт: сколько воды получим с определенной площади.
Выходит так, что скорость ветра и интенсивность солнечного света постоянно меняется, а иногда вообще отсутствует, но можно произвести замер скорости ветра или интенсивность солнечного излучения в месте установки ветряка или солнечной батареи и, исходя из этих данных, приблизительно рассчитать: сколько энергии мы получим ежемесячно с каждой модели ветрогенератора в этом конкретном месте.
Скорость ветра и солнечная радиация — это единственный необходимый параметр, который не зависит от нас, но его необходимо знать, так как от него зависит количество электроэнергии, которое мы сможем получить впоследствии.
Крыша дома — это ветровой электрогенератор
Дождевая вода собирается благодаря крыше дома. Тут мы наблюдаем прямую зависимость между площадью крыши и количеством собранной воды: если увеличить площадь крыши, то количество воды также увеличится.
К примеру, мы потребляем 200 литров воды ежемесячно. Если в этом регионе в среднем выпадает 1 литр осадков в месяц на 1 квадратный метр, то для того, чтобы собрать 200 литров дождевой воды, нам необходима площадь крыши в 200 квадратных метров. Именно такая крыша обеспечит нас каждый месяц необходимым количеством воды.
К сожалению, мы не можем наращивать площадь крыши в любой момент, когда захотим. Площадь крыши необходимо рассчитать заранее, исходя из нашего планируемого ежемесячного потребления воды и количества осадков в этом месте. К тому же делать большую крышу — это удовольствие не из дешёвых.
Если мы изначально сделаем маленькую крышу, то собираемой каждый месяц воды не будет хватать. Конечно же, можно специально для этого достроить рядом ещё одно здание и увеличить таким образом площадь крыши или нарастить площадь уже существующей крыши. Но новая незапланированная стройка может сопровождаться большими непредвиденными расходами.
А если крыша будет изначально больше, чем нам необходимо, то вся дождевая вода не будет реализована. Да и хранить-то её будет негде, а излишки будут попросту выливаться на землю. Ко всему прочему мы изначально затратим гораздо больше денег на строительство такой крыши, чем нам было необходимо, что означает пустую трату денег.
Тут можно провести аналогию между крышей дома и самим генератором: ветрогенератор вырабатывает электрическую энергию из кинетической энергии ветра, которая попадает на его лопасти. Чем мощнее сам ветрогенератор, тем больше электроэнергии он сможет выработать при одинаковой скорости ветра. Нам необходим такой ветряк, который сможет за месяц собрать необходимое нам количество энергии из ветра в месте его установки.
К примеру, если мы потребляем 400 киловатт-часов электроэнергии ежемесячно, а средняя скорость ветра в месте монтажа установки (именно в месте монтажа, а не в регионе!) составляет 6 метров в секунду, то нам подойдёт модель ветрогенератора EuroWind 2, так как она, исходя из её графика производительности, способна вырабатывать 450 кВт*ч электроэнергии в месяц при скорости ветра 6 м/с.
Так же, как и с крышей для сбора дождевой воды, необходимо соблюдать баланс и произвести правильный первоначальный расчет при выборе ветровой электростанции. Если мы установим ветряной генератор меньшей мощности, чем необходимо, вырабатываемой электроэнергии не будет хватать. А если ветряк будет мощнее, чем надо, то излишки электроэнергии будут попросту пропадать, и к тому же мы понесём излишние затраты на совершенно не нужное нам более мощное оборудование.
Именно поэтому ветрогенератор должен подбираться с умом, после предварительного расчета на основе всех технических данных (контроллер, который управляет основными функциями генератора, уже сразу идёт с ним в комплекте).
Бак для воды, как аккумуляторная батарея
Так, ну а далее собранная вода поступает в большую емкость, которую мы используем для хранения дождевой воды. Наличие такого себе бака для воды позволяет нам запасать воду во время дождя и использовать её по мере надобности. Без него воду, поступающую с крыши во время дождя, нужно было бы использовать сразу в момент её стока, что зачастую просто неприемлемо. Только представьте себе: варить суп только во время дождя, или набирать ванную для купания только при хорошем ливне!
Критическую роль играет и объем бака. При малом объеме он может очень быстро заполняться и переливаться затем на землю, расходуя необходимую и драгоценную воду впустую. В этом случае рекомендуется использовать большие по объему баки. Но большой бак стоит дорого и занимает много места, к тому же, большой бак требует большего обслуживания — чистки, покраски, заделыванию дыр и т.п. Часть воды ещё и испаряется из бака со временем.
Аккумуляторные батареи (АКБ или АБ) — это накопительная ёмкость для произведённого ветрогенератором электричества. Электроэнергия направляется в аккумуляторы и находится в батареях до того момента, пока вы не воспользуетесь ею. Задача аккумуляторов состоит в сохранении электроэнергии в промежутке между её производством и потреблением.
Если объем аккумуляторной батареи будет мал, то она будет быстро заполняться, а излишки энергии будут пропадать. Объем аккумуляторной батареи должен быть большим, иначе потерь электроэнергии не избежать. Но большая батарея стоит дороже, занимает больше места и требует большего ухода. А если купить батарею огромного объема, то она никогда не будет заполняться на полную ёмкость, что будет элементарным расточительством средств. Необходимо учесть также и саморазряд батарей в течение очень длительного хранения энергии, что соответствует испарению дождевой воды из бака.
Объем аккумуляторной батареи должен быть таким, чтобы при выработке ветряного электрогенератора или фотомодулей на максимальной мощности или при максимальном потреблении электроэнергии процесс заряда-разряда аккумуляторной батареи составлял не менее 10 часов (это обязательное условие для всех свинцовых, кислотных, AGM, щелочных и гелевых батарей). К примеру, если номинальная мощность нашего ветряка 5 кВт, то объем аккумуляторной батареи должен составлять не менее 50 киловатт-часов.
Кран на баке — это ваш инвертор
Ну вот, набрали мы воды в бак... и что дальше? А дальше открываем краник внизу бака и используем воду для наших нужд: набираем в чайник для чая, набираем в кастрюли для супа, подключаем к душу, набираем ванну и т.п.
Но вот незадача! Диаметр краника настолько мал, что может пропустить через себя только небольшое количество воды за час. Чайник ещё можно набрать минуты за 3-4, кастрюлю минут за 10, но ванну набирать надо полдня, а о принятии душа вообще речь не идёт, так как струя воды очень слабенькая. А уж одновременно выполнять все эти задачи наш краник тем более не может. Что делать?
Можно заменить этот маленький краник на больший. Естественно, что есть какой-то физический предел по диаметрам кранов и не всегда есть настолько большой, который удовлетворит наши потребности. Но тогда можно установить в бак ещё один дополнительный кран и использовать воду сразу из двух источников. К примеру, один источник побольше для ванной, а второй поменьше для кухни.
Вывод: кран должен быть установлен такой, чтобы мог обеспечить водой всех потенциальных потребителей одновременно. Естественно, что если в доме две кухни, то одновременно они не будут использовать воду или вероятность этого очень мала. Но ко всему этому надо учитывать и то, что все краны слегка разбрызгивают воду при использовании (давайте условимся, что около 5-10% воды при использовании крана разбрызгивается попусту). И чем больше диаметр нашего крана, тем больший объем воды он разбрызгивает при использовании.
Перенесём этот пример на нашу ветроэлектростанцию или фотоэлектрические модули. Инвертор, преобразовывающий постоянный ток из аккумуляторных батарей в переменный ток, необходимый для домашней сети, выполняет функции такого краника в баке. Именно к нему уже подключаются потребители и электроприборы. Мощность инвертора (он же частотный преобразователь) ограничивает максимальную мощность всех электроприборов, которые могут работать от вашей системы одновременно. То есть, если ваш инвертор ограничен по мощности 3 киловаттами, то вы никак не сможете одновременно использовать оборудование на 5 киловатт, то есть вы не сможете подключить одновременно электрочайник (2 кВт), электробойлер (3 кВт) и две-три лампочки (по 100 Ватт каждая). Тут у вас есть выход: использовать эти приборы поочерёдно или наращивать количество/мощность инверторов. Можно установить более мощный инвертор на 6 или 7 кВт, но если такого инвертора не существует, то можно добавить к системе ещё один инвертор 3 кВт и разделить между ними электроприборы: первый инвертор будет для чайника и лампочек, а второй — для электробойлера.
Но не забываем, что все инверторы потребляют сами на себя на свои нужды 5-10% электроэнергии! Это означает, что при получении на выходе 5 киловатт-часов, инвертор потребит из аккумуляторной батареи 5,2-5,5 киловатт-часа.Тут вывод аналогичен: необходим инвертор или группа инверторов, которые по мощности смогут обеспечить одновременное подключение всех потенциальных потребителей.
Подведём итог
В энергосистеме мы имеем:
- Сила ветра или интенсивность солнечного излучения (энергетический потенциал)
- Мощность ветрогенератора (вырабатывает электроэнергию)
- Емкость аккумуляторной батареи (накапливают электроэнергию)
- Мощность инвертора (выдают электроэнергию потребителю)
Каждый компонент энергетической системы работает независимо от других, но определяет тот или иной важный параметр. Каждый параметр критичен и от него зависит общая работоспособность системы возобновляемой энергетики (ветрового генератора или солнечных фотомодулей).
Для того чтобы система ветрогенератора функционировала правильно, необходимо четко сформулировать задачи, которые надо достичь и предоставить исходные данные для расчета. В таком случае успех гарантирован.
Остальные методы работы я опишу в следующий раз.
А сейчас буду рад ответить на ваши вопросы по этой теме, а также узнать какие темы вас интересуют ещё?
blog.ae.net.ua
Принцип работы ветрогенератора и его комплектующие
Содержание раздела:
- Компоненты ветроустановки
- Комплектация наших ветроустановок
- Подбор ветряка
- Примеры подбора компонентов установки
- Схемы работы ветрогенератора
1. Компоненты ветроустановки
К основным компонентам системы, без которых работа ветряка невозможна, относят следующие элементы:
- Генератор – необходим для заряда аккумуляторных батарей. От его мощности зависит как быстро будут заряжаться ваши аккумуляторы. Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра.
- Лопасти – приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра.
- Мачта – обычно, чем выше мачта, тем стабильнее и сильнее сила ветра. Отсюда следует – чем выше мачта, тем больше выработка генератора. Мачты бывают разных форм и высот.
Список дополнительных необходимых компонентов:
- Контроллер – управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.
- Аккумуляторные батареи – накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание вашего объекта идёт от аккумуляторных батарей.
- Анемоскоп и датчик направления ветра – отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности.
- АВР – автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. Внимание: АВР не позволяет работать сети одного объекта одновременно от двух разных источников питания!
- Инвертор – преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов. Инверторы бывают четырёх типов:
- Модифицированная синусоида – преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с модифицированной синусоидой (ещё одно название: квадратная синусоида). Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения: освещение, обогрев, заряд устройств и т.п.
- Чистая синусоида - преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с чистой синусоидой. Пригоден для любого типа электроприборов: электродвигатели, медицинское оборудование и др.
- Трехфазный – преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380В. Можно использовать для трехфазного оборудования.
- Сетевой – в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в общественную электросеть. Их стоимость, обычно, в несколько раз превышает стоимость несетевых инверторов. Иногда они стоят дороже, чем все остальные компоненты ветроустановки вместе взятые.
2. Комплектация наших ветроустановок
В комплект наших ветроэнергетических установок входит:
- Турбина
- Мачта (не входит в комплект EuroWind 300L)
- Лопасти
- Крепления
- Тросы мачты
- Поворотный механизм (только с ветрогенераторами EuroWind 3 и старше)
- Контроллер
- Анемоскоп и датчик ветра (только с ветрогенераторами EuroWind 3 и старше)
- Хвост (только с ветрогенераторами EuroWind 2 и младше)
Аккумуляторы, инвертор и дополнительно оборудование подбираются индивидуально и в базовую комплектацию не входят. Независимо от комплектации ветрогенератор всегда автоматически позиционируется по ветру.
Комплектующие ветрогенератора EuroWind 10
3. Подбор ветряка
Первый вопрос, на который вы должны дать ответ и который поможет вам ответить на остальные вопросы: Для чего вам нужен ветрогенератор и какие задачи он должен выполнять?
Ответив на главный вопрос, вы можете без проблем ответить на остальные вопросы и решить какой набор оборудования вам необходим и сколько это будет стоить.
Итак, три основные величины, которые определяют работу всего комплекса:
- Выходная мощность ветроустановки (кВт), определяется только мощностью преобразователя (инвертора) и не зависит от скорости ветра, емкости аккумуляторов. Ещё её называют «пиковой нагрузкой». Этот параметр определяет максимальное количество электроприборов, которые могут быть одновременно подключены к вашей системе. Вы не сможете одновременно потреблять больше электроэнергии, чем позволяет мощность вашего инвертора. Если вы потребляете электроэнергию редко, но в больших количествах, то обратите внимание на более мощные инверторы. Для увеличения выходной мощности возможно одновременное подключение нескольких инверторов.
- Время непрерывной работы при отсутствии ветра или при слабом ветре определяется емкостью аккумуляторных батарей (Ач или кВт) и зависит от мощности и длительности потребления. Если вы потребляете электроэнергию редко, но в больших количествах, обратите внимание на аккумуляторы с большой емкостью.
- Скорость заряда аккумуляторных батарей (кВт/час) зависит от мощности самого генератора. Также этот показатель прямо зависит от скорости ветра, а косвенно от высоты мачты и рельефа местности. Чем мощнее ваше генератор, тем быстрее будут заряжаться аккумуляторные батареи, а это значит, что вы сможете быстрее потреблять электроэнергию из батарей и в больших объемах. Более мощный генератор следует брать в том случае, если ветра в месте установки слабые или вы потребляете электроэнергию постоянно, но в небольших количествах. Для увеличения скорости заряда аккумуляторов возможна установка нескольких генераторов одновременно и подключение их к одной аккумуляторной батарее.
Исходя из перечисленных выше факторов, для подбора ветрогенератора и сопровождающего оборудования вам необходимо ответить на три вопроса:
- Количество электроэнергии, необходимое вашему объекту ежемесячно (измеряется в киловаттах). Эти данные необходимы для подбора генератора. Их можно взять из коммунальных счетов на оплату электроэнергии или рассчитать самостоятельно, если объект находится в стадии строительства.
- Желаемое время автономной работы вашей энергосистемы в безветренные периоды или периоды, когда ваше потребление энергии из аккумуляторов будет превышать скорость зарядки аккумуляторных батарей генератором. Данный параметр определяет количество и емкость аккумуляторных батарей.
- Максимальная нагрузка на вашу сеть в пиковые моменты (измеряется в киловаттах). Необходимо для подбора инвертора переменного тока.
4. Примеры подбора компонентов установки
Рассмотрим несколько общих примеров подбора оборудования ветроустановки. Более точный расчёт может быть произведён нашими специалистами и включает в себя гораздо больше необходимых деталей.
Пример расчёта ветряка №1
Описание:
Частный дом в Киевской области находится в стадии строительства. По предварительным расчётам жильцы дома будут потреблять не больше 300 400 кВт электроэнергии ежемесячно. Затраты электроэнергии не очень высокие, т.к. хозяева будут использовать для отопления и нагрева воды твердотопливный котёл, а ветрогенератор необходим только для полного обеспечения бытовых приборов электроэнергией.
Хозяева проводят основную часть дня на работе, а пик потребления электроэнергии припадает на утренние и вечерние часы. В этот момент могут быть включены электроприборы суммарной мощностью до 4 киловатт.
Дом находится на возвышенности и есть открытое пространство вокруг будущего места установки ветрогенератора.
Общественной электросети нет.
Задача:
Полностью обеспечить 300-400 кВт электроэнергии ежемесячно с пиковыми нагрузками до 4 кВт.
Решение:
Генератор:Чтобы понять как быстро должны заражаться аккумуляторы при расходе электроэнергии 400 кВт в месяц, мы должны разделить 400 кВт/мес на 30 дней (получим ежедневное потребление), а затем полученное число разделить на 24 часа (400/30/24 = 0,56 кВт/час – среднее ежечасное потребление). Скорость заряда аккумуляторных батарей генератором должна составить как минимум 560 Ватт в час.
В Киевской области низкая среднегодовая скорость ветра, но открытое пространство и возвышение объекта позволит ветрогенератору работать как минимум на 30-40% от номинальной мощности. Для более точных показателей можно произвести замер скорости ветра в месте установки.
Для того, чтобы обеспечить заряд аккумуляторных батарей генератором при этих условиях со скоростью 560 Ватт в час, нужно взять генератор, номинальная мощность которого будет как минимум в три раза больше необходимой, т.к. генератор будет работать всего на 30-35% от номинальной мощности (560Вт/ч*3=1680Вт/ч). Для этих нужд нам подходит генератор EuroWind 2 с номинальной мощностью 2000 Ватт.
Аккумуляторы:Проводя 8-9 часов на работе в будние дни, хозяева отсутствуют, и энергопотребление их дома сведено к минимуму. В ночное время потребление также сведено к минимуму. Основное потребление происходит утром и вечером. Между этими основными пиками существует интервал в 8-9 часов.
При среднем уровне заряда аккумуляторных батарей 560 Вт/ч за интервал 8-9 часов ветровой генератор сможет выработать около 5000 Ватт. В ветреные дни этот показатель может увеличиться как минимум в два раза, поэтому за тот же период времени может быть выработано 10000 Ватт электроэнергии.
Генератор EuroWind 2 имеет напряжение 120 Вольт, поэтому ему необходимо 10 аккумуляторов с напряжением 12 Вольт (12В*10=120В). Одна аккумуляторная батарея 12В 100Ач способна сохранить до 1,2 кВт электроэнергии. Десять таких батарей могут сохранить до 12 кВт (1200Вт*10=12000Вт). Для запаса 10000 Ватт электроэнергии нам отлично подойдут 10 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 100Ач.
Инвертор:Для максимального потребления электроэнергии в пиковые моменты до 4 кВт, можно установить инвертор 5 кВА. Он сможет обеспечить постоянную нагрузку 4 кВт и пусковые токи до 6 кВт (150% нагрузка). Таблицу совместимости инверторов вы найдёте в разделе Инверторы.
Дополнительное оборудование:АВР в данном случае не нужен, т.к. нет основной сети, а коммутацию с дизельным генератором (или бензиновым) можно производить посредством перекидного рубильника.
А вот дизельный генератор на 5 кВт в нашем случае не помешает – его можно использовать как резервное питание при полном отсутствии ветра.
ИТОГО:
Для полного энергообеспечения объекта нам необходим генератор EuroWind 2, 10 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 100Ач, инвертор 5 кВА, дизельная электростанция на 5 кВт.
Пример расчёта ветряка №2
Описание:
Небольшой отель на 8 номеров вместе с рестораном расположены на трассе в открытом поле. Среднегодовая скорость ветра в месте установки была замерена предварительно и составляет 6,8 м/с. Расходы электроэнергии на бытовые приборы и освещение составляют 60 кВт на один номер в месяц и около 2500 кВт в месяц на ресторан. Ресторан и отель обогреваются, кондиционируются и круглый год обеспечивают себя горячей водой с помощью трехфазного геотермального теплонасоса инверторного типа мощностью 14 кВт. Потребление электроэнергии данного теплонасоса составляет 3,5 кВт/час, а пусковые токи - всего 2,8 кВт.
В ресторане и отеле используются энергосберегающие лампы для освещения. Пиковая нагрузка при использовании электроприборов и освещения объекта составляет около 7,5 кВт (не считая 3,5 кВт теплонасоса).
Есть общественная электросеть, но она не может обеспечить потребности, т.к. выделена линия мощностью только 4 кВт. Большую мощность не может обеспечить местная подстанция.
Задача:
Полное обеспечение объекта независимой электроэнергией, отоплением и резервным питанием от основной сети.
Решение:
Генератор:Ежемесячный расход электроэнергии на содержание номеров составит 60 кВт * 8 номеров = 480 кВт в месяц. Общий расход электроэнергии на содержание отеля и ресторана без учёта отопления составит 2980 кВт в месяц (480 кВт + 2500 кВт = 2980 кВт). Отсюда следует, что среднее ежечасное потребление на все электроприборы и освещение без учёта обогрева составит 4,14 кВт/час (2980 кВт / 30 дней / 24 часа = 4,14 кВт/час). К этому числу необходимо прибавить 3,5 кВт/час, которые будет потреблять теплонасос. В итоге мы получаем, что генератор должен обеспечивать нас как минимум 7,64 киловаттами электроэнергии ежечасно (4,14 кВт/час + 3,5 кВт/час = 7,64 кВт/час).
Среднегодовая скорость ветра 6,8 м/с позволяет генератору работать как минимум на 40% от номинальной мощности. Отсюда следует, что номинальная мощность генератора должна составлять как минимум 19,1 кВт/час (7,64 кВт/час / 40% = 19,1 кВт/час)
Для этих целей отлично подошёл бы генератор EuroWind 20, но он рассчитан на более высокие средние скорости ветра, как и другие мощные генераторы (EuroWind 15, 20, 30, 50). Поэтому мы отдадим предпочтение двум генераторам EuroWind 10, которые будут работать в одной системе, вместо одного генератора EuroWind 20. Тем более, что свободное место для установки ветрогенератора в данном случае не критично – есть свободная площадь вокруг отеля и ресторана.
Аккумуляторы:В этом комплексе практически отсутствуют большие перерывы в использовании электроэнергии, а постоянные ветра поддерживают равномерный уровень заряда аккумуляторов.
В этом случае необходимы аккумуляторы, которые будут являться своеобразным «буфером» между генератором и инвертором. Их главная задача будет состоять в стабилизации и выпрямлении напряжения, а не накоплении электроэнергии.
Генератор EuroWind 10 имеет напряжение 240 Вольт, поэтому ему необходимо 20 аккумуляторов с напряжением 12 Вольт (12В*20=240В). Одна аккумуляторная батарея 12В 150Ач способна сохранить до 1,8 кВт электроэнергии. Двадцать таких батарей могут сохранить до 36 кВт (1800Вт*20=36000Вт). Запаса электроэнергии в 36 кВт должно хватить всему комплексу почти на 5 часов непрерывной работы при средней нагрузке при полном отсутствии ветра. Для этого нам подойдут 20 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 150Ач.
Инвертор:Для максимального потребления электроэнергии в пиковые моменты до 7,5 кВт, можно установить инвертор 10 кВА. Он сможет обеспечить постоянную нагрузку 8 кВт и пусковые токи до 12 кВт (150% нагрузка).
А для обеспечения теплонасоса мощностью 3,5 кВт нам необходим трехфазный инвертор, т.к. этот теплонасос требует трехфазный ток с напряжением 380В. В этом случае возьмём ещё один инвертор – трехфазный 5 кВА, который обеспечит нас напряжением 380В и постоянной мощностью 4 кВт.
Дополнительное оборудование:Можно установить АВР, который будет автоматически переключать питание отеля и ресторана с ветрогенератора на общественную электросеть в случае полного безветрия и разряда аккумуляторных батарей. Среднее потребление отеля и ресторана (4,14 кВт) практически равно мощности общественной линии электропередач, которая была выделена объекту (4 кВт), поэтому резервное питание будет обеспечено.
Для резервного обеспечения теплового насоса можно установить трехфазную бензиновую или дизельную электростанцию мощностью 3,5 4 кВт, т.к. общественная электросеть не сможет обеспечить трехфазный ток для резервного питания теплонасоса.
ИТОГО:
Для полного энергообеспечения этого объекта нам необходимы два генератор EuroWind 10, 20 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 150Ач, однофазный инвертор 10 кВА, трехфазный инвертор 5 кВА, АВР, бензиновая или дизельная электростанция на 3,5-4 кВт.
5. Схемы работы ветрогенератора
Приводим несколько популярных схем работы ветрогенераторных систем с потребителем. Это всего лишь некоторые примеры, поэтому возможны и другие схемы работы. В каждом случае составляется индивидуальный проект, который способен решить поставленную перед нами задачу.
Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами).
Объект питается только от ветроэнергетической установки.
Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.
АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потери питания от электросети.
Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор.
В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.
Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью.
Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.
Гибридная автономная система – солнце-ветер
Возможно подключение солнечных фотомодулей к ветрогенераторной системе через гибридный контроллер или с помощью отдельного контроллера для солнечных систем.
Увеличение производительности системы.
Возможно установить два и более генератора, инвертора и комплекта аккумуляторов для увеличения мощности системы.
Также возможны другие схемы работы и коммутации ветрогенераторов.
wind.ae.net.ua
Ветрогенераторы для дома
Ветрогенератор является альтернативным источником энергии, наиболее подходящим для домов и хозяйств, удаленных от линий электроснабжения. Сейчас стоимость энергоснабжения домов постоянно растет из-за подорожания нефти и газа. А если учесть, что большая часть электричества вырабатывается сжиганием нефтепродуктов, стоит ожидать, что и оно вырастет в цене. Для домов с централизованным электроснабжением ветрогенераторы помогут сэкономить на оплате за электричество, а в случае аварий в сетях обеспечят автономное снабжение дома энергией.
КАК РАБОТАЕТ ВЕТРОГЕНЕРАТОР?
Ветрогенератор, а точнее ветроэнергетическая установка (ВЭУ) – это целый комплекс оборудования, который включает:
- собственно ветрогенератор с лопастями;
- мачту;
- аккумуляторы;
- инвертор;
- шкаф автоматического включения резерва.
Современные ветрогенераторы имеют три лопасти. Более ранние модели имели много лопастей, однако научно доказано, что при меньшем количестве лопастей КПД ветроэнергетической установки больше.
Поскольку ветрогенератор – нестабильный источник энергии, выработанное электричество поступает сначала в аккумулятор, а затем, через инвертор подается потребителю. Инвертор обеспечивает подачу стандартного тока 220 В/50 Гц. При полном штиле аккумуляторные батареи могут обеспечивать автономное снабжение дома электроэнергией до нескольких суток.
Скорость ветра, при которой запускается ветрогенератор – 2-3 м/с. При такой скорости ветра начинается зарядка аккумулятора. В характеристиках ветрогенератора указывается также номинальная скорость ветра. Это скорость, при которой обеспечивается максимальный КПД и ветрогенератор выдает нормальное (расчетное) количество энергии. Она составляет 9-10 м/с. При ураганном ветре свыше 25 м/с ветрогенератор разворачивается таким образом, что площадь вращения его лопастей становится почти перпендикулярна направлению ветра. Этим значительно уменьшается нагрузка на лопасти.
ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ УСТАНОВКИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ДОМА
Установка ветрогенератора для дома - достаточно сложный процесс, требующий вдумчивого подхода и определенных инвестиций. Принимая решение о целесообразности установки ветрогенератора нужно учитывать среднемесячную и среднегодовую скорость ветра, рельеф местности и характер задач, которые необходимо решить.
В большинстве регионов России и Украины нецелесообразно устанавливать ветрогенератор мощностью более 5 кВт. Такие установки есть смысл применять в местностях со среднегодовой скоростью ветра более 4,5 м/с. Иначе ветрогенератор будет слишком долго окупаться.
Однако небольшие ВЭУ мощностью от 0,1 до 2 кВт вполне себя оправдывают для домашнего или дачного применения практически во всех зонах. Их достоинством является низкая цена.
На практике используют комбинированные энергетические установки, которые могут включать в себя ветрогенератор, солнечные батареи, дизель-генератор и другие источники. В зимнее время применение ветрогенератора для энергоснабжения дома компенсирует падение потока энергии, вырабатываемой солнечными батареями. Дизель-генератор необходим в случае, когда солнечной и ветровой энергии поступает недостаточно.
Для электроснабжения небольшого дома в местности со среднегодовой скоростью ветра более 4 м/с потребуется ветрогенератор мощностью:
150-200 Вт - для покрытия базовых потребностей электроснабжения: освещение, телевизор, радио. Если в доме есть небольшой холодильник, нужен ветрогенератор мощностью 0,5-1кВт.
1-5 кВт – для покрытия всех потребностей электроснабжения, включая работу холодильника, стиральной машинки, другой бытовой техники. При сильном и длительном ветре вырабатываются излишки энергии, которые можно использовать для отопления дома и нагрева воды.
20 кВт – для покрытия всех энергетических потребностей дома, включая отопление.
Данные о среднегодовой скорости ветра можно взять на ближайшей метеостанции. Однако, нет гарантии, что для места, где планируется поставить ветрогенератор, они будут абсолютно верны. Следует учитывать такие местные условия, как рельеф, препятствия и «шероховатость» поверхности. Наиболее благоприятными местами для установки ветрогенератора считаются равнины и возвышенности неподалеку от берега моря или крупной реки, водоема. В местах с вогнутым рельефом, или расположенных рядом с лесом, крупными строениями ветровой поток будет ослаблен.
Точный прогноз выработки ветрогенератора в определенной точке местности могут дать только специалисты. Обычно крупные компании, торгующие ветроэнергетическим оборудованием, имеют карту ветров для каждого региона. В спорных случаях проводится репрезентативное исследование длительностью в 1 год, или на 2-3 месяца ставится метеостанция. Не стоит доверять «спецам», которые, прибыв на место, через десять минут дают заключение о хорошей скорости ветра.
МОНТАЖ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Небольшой ветрогенератор для дома (до 2 кВт) возможно смонтировать самому. Монтаж ВЭУ большей мощности производится бригадой специалистов.
Мачта ветрогенератора крепится на массивном бетонном фундаменте. Высота мачты домашней ВЭУ – от 6-9 до 18-26 м. Чем выше мачта, тем больше энергии вырабатывает ветрогенератор. Требуемая высота мачты определяется специалистами исходя из местных условий.
Мачта бывает решетчатая или с растяжками. Решетчатая требует меньшей площади для установки, но более массивного фундамента, причем его масса резко возрастает при увеличении высоты мачты. Так мачта высотой 14 м требует бетонного фундамента объемом 3,5 куб.м, а высотой 26,5 м – уже 20 куб.м. Мачта с растяжками при любой высоте требует 5 куб.м бетона в основании, и 4 дополнительных блока для крепления растяжек. Для ее установки нужна большая площадь, чем для решетчатой. К примеру, мачта высотой 18 м устанавливается на квадрате с диагональю 20 м. Также необходимо предусмотреть площадку для заваливания мачты, длина которой на 4 м больше высоты мачты.
Аккумуляторы ВЭУ монтируются в специальном отапливаемом помещении на площади 4 кв.м.
После установки обслуживание ветрогенератора будет минимальным: периодическая проверка надежности крепления лопастей, смазка движущихся деталей.
Согласно российского и украинского законодательств, установка ветрогенератора мощностью до 75 кВт в некоммерческих целях на личном участке не требует каких-либо разрешительных документов от органов власти.
ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ
В качестве недостатков ветрогенератора иногда называют производимый им шум и вибрацию. Современные относительно маломощные ветрогенераторы для дома создают шум порядка 40 децибел, это в два раза тише шума городской улицы. На удалении 20 м от дома ветрогенератор не причиняет абсолютно никакого беспокойства человеку. Ветрогенераторы мощностью до 100 кВт безопасны в плане создания каких-либо вибраций. Однако закрепление достаточно мощного ветрогенератора непосредственно на доме со временем может привести к трещинам в стенах.
Мелкие животные не любят жить рядом с ветрогенератором, и стараются держаться на расстоянии нескольких сотен метров от места его установки. Поэтому ветрогенератор в огороде способен отпугивать кротов и грызунов. Крупный скот, например коровы и овцы, никак не реагирует на шум ветрогенератора.
mymanor.ru
