Ветрогенератор на крышу многоэтажного дома

Обновлено: 01.05.2024

Возрастание интереса к альтернативным источникам энергии способствует продвижению и развитию ветроэнергетики. Возможность обладать собственным источником электричества привлекательна и заманчива для всех владельцев дачных или частных домов. Особенно актуален вопрос для жителей отдаленных поселков, где сети изношены, случаются частые перебои с подачей электроэнергии, а бензиновые или дизельные генераторы не всегда удобны, нуждаются в топливе.

Изготовление или приобретение готового ветрогенератора означает появление большей свободы, независимости от сетевых ресурсов. Но как обстоит дело с законностью установки, не станет ли она нарушением действующих норм и правил и не создаст ли ветряк для своего владельца множество проблем административного порядка? Попробуем разобраться вместе.

Правда и домыслы об установке ветрогенераторов

Монтаж ветряка — процедура заметная, вызывающая множество разговоров, пересудов и пересказывания различных слухов, сплетен. Особенно это скажется при установке ветряка на многоквартирном доме, где устройство окажется в непосредственной близости от многих соседей, людей посторонних и не всегда благоприятным образом настроенных относительно чьих-либо инициатив.

Тут же всплывают разные «теории» о притягивании молний, искажении радио- и телевизионного сигнала, отсутствии качественной мобильной связи, высоком уровне шума, сильной вибрации и прочих ужасных последствиях монтажа ветряка. Насколько все это верно, никто не знает, но руководствуются всеобъемлющим: «а вдруг?»

Возникновение таких ситуаций и настроений следует всячески избегать. От точки зрения соседей во многом зависит, будет ли ветрогенератор работать, принося своему владельцу удовлетворение от использования полезного устройства, или нет. Необходимо проводить разъяснительную работу, демонстрировать пользу и безопасность устройства.

Внимание! Все сказанное относится к жителям многоквартирных домов. Для владельцев частных или дачных домов ситуация намного благоприятнее, так как соседи не настолько близко находятся к устройству, чтобы выказывать неприятие подобных новшеств.

Нужно ли разрешение на установку ветряка?

Разрешение на установку ветрогенератора как такового не требуется. Если возникнут какие-либо претензии со стороны местных властей (что вряд ли), то следует поинтересоваться, на основании чего такие разговоры ведутся. Каких-либо разрешительных документов для подобных устройств попросту не существует, так как ветрогенераторы не имеют широкого распространения на территории России и никем не рассматриваются в качестве серьезных энергетических установок.

Возможные проблемы с представителями энергосбытовых компаний никаких оснований под собой не имеют и могут быть проигнорированы.

Соседи

Сложнее обстоит дело с несогласными соседями. Они могут обратиться в местную администрацию с различными жалобами на шум, помехи, вибрацию и прочие неудобства, связанные с работой ветряка. Здесь надо внимательным образом разобраться, в чем суть их требований и постараться решить вопрос мирным путем.

Если дело дойдет до судебного разбирательства, решение может оказаться в их пользу, поскольку доказать отсутствие оснований с их стороны будет нечем. Кроме того, претензии вполне могут оказаться обоснованными, что однозначно потребует устранения источника беспокойства для них.

Лучшим вариантом будет получить письменное согласие на установку ветрогенератора от соседей. Устный вариант не годится, так как решение может быть изменено в любой момент, а письменное согласие останется. Возникшие впоследствии разногласия, дошедшие до судебного разбирательства, будет легче решить в свою пользу, обладая письменным личным согласием соседей. Тем не менее, наилучшим вариантом следует считать достижение согласия и мирное разрешение любых спорных ситуаций.

Что говорит закон?

Никаких законодательных нормативов, запрещающих использование ветрогенераторов, не существует. Во всяком случае, мощностью до 75 кВт. Такие устройства приравниваются к бытовым электроустановкам, на которые не требуется никаких разрешений. Установки, имеющие мощность более 75 кВт, считаются промышленными и должны пройти сертификацию, что существенно усложняет их использование.

Возможны проблемы иного характера. Например, в регионе может быть установлено ограничение по допустимой высоте мачты для ветряка. Есть подобные нормы для установки мачт вблизи аэродромов, линий электропередач, излучающих антенн радиостанций и т.д. Нарушение региональных правил может стать причиной судебного решения, запрещающего использование ветряка полностью или предписывающего привести состояние сооружения в установленную норму.

Налогообложение

Не менее частым вопросом является налогообложение ветрогенераторов. Здесь необходимо четко различать, с какой целью производится выработка электроэнергии. Если имеются продажи, то налог платить придется, но если установка используется для собственных нужд, то никакого налогообложения не предусмотрено, поскольку платы за ветер пока еще не ввели.

Иногда встречаются жалобы на местные власти, вынуждающие пользователей демонтировать ветряки. Если установка соответствует всем требованиям по мощности, высоте мачты и прочим параметрам, то претензии администрации не имеют под собой законных оснований.

В таких случаях правильным решением станет игнорирование подобных претензий. Пусть подают в суд, где доказывают свою правоту, если это возможно. Для пользователя ветряка важно понимание, что он никаких нормативов не нарушает, пользование ресурсами в данном случае не требует лицензирования, так как ресурс неисчерпаемый. Если нет нареканий со стороны соседей, то все в порядке, использование ветрогенератора вполне законно.

Здание, оборудованное собственным ветрогенератором, способным полностью обеспечить потребности в энергии без необходимости подключения к сети — это уже не фантастика, а вполне реально существующие проекты. Заслуживает внимания как сама идея об установке ветрогенератора на здание, создающей для ветряка максимально удачные условия работы, так и автономное существование собственной энергосистемы дома.

Применение ветроэнергетических установок в современной архитектуре

Еще в 80-х годах прошлого века состоялась Международная энергетическая конференция ООН. На ней впервые были рассмотрены варианты использования альтернативных источников энергии для обеспечения крупных зданий энергией. Специалисты обнаружили, что максимальный потенциал имеют ветровые и солнечные станции, что вполне объяснимо — большая высота и открытая площадь, отсутствие преград или помех обеспечивают высокую эффективность для этих способов выработки электричества.

С этого момента отмечен рост интереса к ветроэнергетике в связке с архитектурой. Солнечные батареи, установленные на стенах или крыше, имеют несколько меньшую эффективность из-за периодичности появления источника. Ветер есть постоянно, а на большой высоте его параметры являются наиболее удачными для ветряков.

Архитекторы и дизайнеры всего мира, в тесном сотрудничестве с энергетиками и конструкторами, разработали массу проектов, некоторые из которых уже воплощены в реальность, другие пока ждут своей реализации. Наиболее выгодным образом расположены здания, находящиеся на морском побережье. Они имеют возможность получать ровные и сильные потоки ветра, направленные по одному вектору, что позволяет располагать ветряки на оси преобладающего направления ветра без использования направляющих устройств.

Существуют разработки, предлагающие использовать ветрогенераторы внутри вытяжных шахт. Подсчитано, что усилие, создаваемое выводимым потоком, способно вращать достаточно сильные роторы, способные в значительной степени компенсировать расходы на вентиляцию.

Интересен проект использования формы здания для улавливания и разгона ветрового потока с одновременным использованием каскада ветряков, установленных по пути следования. Пока не решен вопрос с дальнейшей судьбой разогнанной воздушной струи — направлять в воздуховоды и производить вентиляцию здания или отводить в сторону с помощью системы отбойников.

5 самых впечатляющих зданий со встроенными ветряками

Существующие на сегодня здания с конструктивно внедренными ветрогенераторами выглядят словно кадры из фантастических фильмов. Вопреки мнениям противников такого способа энергообеспечения, оборудование показывает высокую эффективность и полностью оправдывает расчеты проектантов. Рассмотрим наиболее впечатляющие образцы энергетики будущего.

Strata Tower. Эта башня была первенцем среди зданий, оборудованных ветряками. Верхняя часть стены фронтальной части здания имеет три крупных ветряка, вмонтированных в круглые отверстия. Появление башни вызвало немало споров, даже была присуждена антинаграда за «нелепый» дизайн. Здание прозвали «электробритвой на юге Лондона». Тем не менее, ветряки обеспечивают башню, а дизайн — вопрос вкуса, не подлежащий обсуждению.

Bahrain World Trade Center. Это 50-этажный комплекс из башен-близнецов. Одних лифтов имеется 26 штук, не считая множества апартаментов, парковок, гаражей, коммуникаций и прочих технических устройств, частично обеспечиваемых энергией от трех ветрогенераторов. Они установлены на горизонтальных балках, соединяющих два самых крупных корпуса.

Диаметр лопастей составляет 29 м, вращение производится совершенно бесшумно. Доля энергии, произведенной ветряками, составляет 15 % от общего потребления здания, что немало, учитывая специфику и энергетическую нагрузку башен.

BedZED. Экологический комплекс, расположенный в 15 км от Лондона, состоит из жилых и офисных помещений, оснащенных максимально безвредными для окружающей среды коммуникациями, устройствами обеспечения циклов жизнедеятельности и ветрогенераторами. Создание комплекса преследовало единую цель — устранение всех вредных для природы факторов.

Помимо ветряков, снабжением электроэнергией заняты солнечные батареи. Комплекс считается раем для сторонников «зеленой энергетики», хотя имеется немало скептически настроенных специалистов, считающих, что воздействие комплекса на природу ничуть не меньше, чем у любого другого жилого массива.

Cor. Это — кондоминиум в Майами, который даже среди подобных футуристических сооружений выглядит необычно. Стены башни имеют обширные проемы округлой формы, расположенные в шахматном порядке, являющиеся окнами по совместительству. Верхние проемы сквозные, в них установлены ветряки. Три верхних этажа, заполненные ветряками, способны образовать солидную ветроэлектростанцию. По окончании строительства владельцы намерены получить сертификат LEED Platinum, выдаваемый наиболее «чистым» в экологическом отношении объектам.

Rotating Tower. Пока это только проект, который планируется создать в Дубае. 80-этажная башня будет способна изменять угол поворота каждого этажа вокруг своей вертикальной оси, что позволит постоянно изменять внешний вид сооружения. По замыслу конструкторов, будет встроено 79 ветрогенераторов, дающих возможность обеспечивать энергией не только саму башню, но и соседние здания. Подсчитано, что на монтаж одного этажа уйдет 6 дней, т.е. на строительство (без отделки) уйдет 480 дней.

Известен также проект башни Анара в Дубае, состоящий из каскада ветряков, расположенных один над другим по всей длине сооружения. Проект был отменен, хотя крест на нем никто ставит не собирается.

Также нельзя не упомянуть Башню Жемчужной реки в Гуанчжоу (Китай), небоскреб из 71 этажа, полностью обеспечивающий себя энергией. Или знаменитый Burj al-Taqa, расположенный в Дубае, также полностью независимый от внешних источников энергии. Пока это отдельные здания, но тенденция к созданию самообеспеченных построек весьма привлекательна и дает основания предвидеть увеличение их числа.

Ветрогенератор на крыше здания

Установка ветрогенератора на крыше имеет массу плюсов и минусов, имеющих примерно равную значимость. К достоинствам этого варианта можно отнести:

высота способствует использованию потока ветра наибольшей интенсивности и силы
появляется возможность значительно сэкономить на сооружении мачты
обслуживание и ремонт становятся максимально удобными

Оборудование расположено в непосредственной близости и не требует длинных соединительных кабелей и коммуникаций.

При этом, имеются серьезные недостатки:

работа ветряков сопровождается вибрацией, которая передается на конструкции здания
шум от вращающихся роторов создает массу неудобств, возможно появление инфразвука

Недостатки весьма существенные, они способны заставить конструкторов отказаться от идеи монтажа ветряков на крыше. Решить вопрос можно, усовершенствовав конструкцию или используя другие варианты.

Здания с вертикальным генератором ветровой энергии

Вертикальные типы ветрогенераторов считаются менее эффективными, но для монтажа на крыше здания они подходят оптимальным образом. В условиях преобладания слабых ветров вертикальные конструкции гораздо производительнее, а вибрации или уровень шума от них гораздо ниже, чем от горизонтальных моделей.

Такие конструкции работают при любом направлении потока, обладают высокой чувствительностью, что позволяет вырабатывать энергию при слабых ветрах, когда горизонтальные ветряки даже не начинают вращаться. Кроме того, аэродинамика вертикальных роторов способствует созданию более стабильной нагрузки на ось, так как при усилении потока вокруг ротора образуется вихревой кокон, защищающий ротор от перегрузок.

Вертикальные конструкции широко используются на Западе, там имеется широкий выбор промышленных и бытовых установок для частного пользования. В России, в основном, эксплуатируются самодельные устройства, изготовленные из подручных материалов, но способны развивать немалую производительность.

Многоквартирные здания с ветрогенераторами в России

На сегодняшний день существуют только отдельные проекты многоквартирных зданий с энергообеспечением от собственных ветряков. Практической реализации они пока не имеют, так как рентабельность использования ветряков намного ниже, чем при подключении к сети.

Кроме того, возникают проблемы эксплуатационного характера, на решение которых потребуется серьезное финансирование, значительно увеличивающее плату за электроэнергию для жителей такого дома. Поэтому строительство зданий с собственными ветряками возможно только при появлении недорогих, надежных и мощных ветрогенераторов.

Россия считается энергоизбыточной страной. Это положение верно, но имеются исключения. Существуют регионы, куда линии электропередач еще не проведены. Чаще всего, это ненаселенные регионы, северные территории и прочие труднодоступные участки. Обеспечение электрическим током в этих районах является весьма насущной проблемой, для решения которой следует рассматривать все возможные варианты. Один из них — использование ветрогенераторов.

Как устроен ветрогенератор?

Ветрогенератор — это устройство, перерабатывающее энергию ветра в электричество. Воздушный поток раскручивает ротор, который приводит во вращение генератор. Производимый ток накапливается в аккумуляторных батареях, соединенных с инвертором, преобразующим полученный заряд в номинальное значение для бытовых приборов и техники. Все используемое оборудование практически одинаково для любых типов ветряка и отличается лишь величиной напряжения.

В составе ветроэнергетических комплексов используются разные конструкции вращающихся частей — роторов, которые имеют свои достоинства и недостатки, разную эффективность и возможности. На сегодня существует большое количество разработок, способных взаимодействовать с ветрами разной силы и скорости.

Основные виды и особенности конструкции

Основными типами конструкции ветряков считаются:

Горизонтальные устройства имеют форму пропеллера и являются более эффективными, чем вертикальные. Это вызвано тем, что лопасти таких ветряков получают только полезное усилие, целиком использующееся для переработки во вращательное движение. При этом, особенностью горизонтальных конструкций является необходимость точной настройки на ветер.

Отклонение крыльчатки вызывает остановку и, соответственно, прекращение выработки электротока. Еще одна особенность горизонтальных ветряков — требовательность к высоте над уровнем земли. Чем выше, тем эффективнее их работа, так как с набором высоты увеличивается сила ветра и уменьшаются помехи.

Вертикальные устройства лишены недостатков горизонтальных, но имеют меньшую эффективность из-за наличия отрицательного воздействия потока на обратные стороны лопастей. В то же время, они не нуждаются в наведении на ветер и не требуют высокого основания, что делает их более удобными для обслуживания и ремонта.

В отличие от горизонтальных конструкций, имеющих практически единственный тип ротора, вертикальные устройства обладают широким перечнем вариантов. Доступность и большие возможности вызвали интерес со стороны конструкторов, разработавших множество видов ветряков с разнообразными конструктивными особенностями. Широко известны:

ротор Дарье;
конструкция Савониуса;
ортогональный ротор;
ротор Горлова;
геликоидный ротор;
устройство Третьякова и т.д.

Перечень всех типов конструкции велик и постоянно пополняется новыми разработками.

Внимание! Большинство конструкций существуют лишь в виде проектов и опытных образцов, так как промышленность создает ветрогенераторы в малых количествах и широкого распространения они пока не имеют.

Схемы работы ветрогенераторов

Существуют две основные схемы работы ветрогенераторов:

автономная. Устройство производит электроток и питает потребителей. Распространения е имеет, работа ведется лишь с оборудованием, подключенным напрямую.
работа в параллельном с электросетями режиме. Этот вариант подключения широко распространен на Западе — ветряк не только питает собственные потребители, но и отдает част энергии в сеть, за что владелец получает определенную плату.

В России на сегодня возможен только первый вариант, так как оборудования, позволяющего совмещать сетевое и генерируемое электричество, в составе магистральных комплексов не имеется. При этом, для ветряка на имеет значения, по какой схеме он подключен к системе.

Рассматриваем ветровые электростанции для дома

Если рассматривать использование ветрогенератора в качестве источника электропитания для частного дома или усадьбы, то сразу же обнаруживаются две основные проблемы, препятствующие распространению ветроэнергетики среди населения:

высокая стоимость оборудования;
отсутствие или крайняя неравномерность ветров в регионах.

Такие обстоятельства вынуждают большинство делать выбор в пользу дизельных или бензиновых электростанций, которые имеют более устойчивую работу и в целом обходятся дешевле, хотя и нуждаются в топливе и оказывают отрицательное воздействие на экологию региона.

Выбор ветрогенератора: ориентировочные цены

Если рассмотреть промышленные образцы ветрогенераторов, то можно отметить, что цены на них имеют несколько категорий:

маломощные ветрогенераторы, самые дешевые, ценой 40-100 тыс руб;
комплексы средней мощности, имеющие цены порядка 100-200 тыс руб;
мощные системы ценой от 200 тыс руб и выше.

Наиболее доступны китайские образцы, которые заметно дешевле, чем изделия российских или западных производителей.

При выборе готового устройства надо учитывать необходимую мощность, возможность ремонта, а также накладные расходы — транспортировку, монтаж, настройку. Кроме того, понадобится дополнительное оборудование — контроллер заряда, АКБ, инвертор, коммутационное оборудование и т.д. Необходимо удостовериться, что все это входит в состав комплекса, иначе его стоимость возрастет на цену того, чего в нем не хватает.

Оправдана ли цена ветряка для частного дома?

Вопрос о том, насколько стоимость ветрогенератора оправдана, находится в плоскости возможностей владельца дома. Если доходы позволяют, то любая цена будет оправдана. Если же сравнивать стоимость с расходами на сетевую электроэнергию, то, конечно, разница окажется очень большой. Срок службы промышленного ветрогенератора, заявленный производителем, составляет около 20 лет. Учитывая суровые климатические условия, можно утверждать, что намного превысить заявленный предел оборудование не сможет.

Поэтому и распространены дизельные или бензиновые генераторы, которые более понятны рядовому пользователю, могут быть отремонтированы любым умельцем. Топливо, в котором они нуждаются, приобретается по мере необходимости, что тоже удобно для пользователей.

Если же никаких других вариантов нет, то цены на ветряки уже нет смысла обсуждать, приходится лишь подбирать вариант, оптимальный по цене и параметрам.

Действительно ли ветрогенератор выгоден?

В этом вопросе имеется некий подвох. Выгода ветрогенератора состоит в том, что он дает возможность пользоваться электроэнергией и не оказывает вредного влияния на окружающую среду. Если выбор производится между отсутствием электричества и его присутствием, то ответ очевиден. Если же сравнение производится между самым дешевым сетевым электричеством и генерируемым ветряком, то лидерство однозначно будет за сетевыми ресурсами.

При этом, надо учитывать возможность самостоятельного создания ветряка. В этом случае себестоимость энергии зависит от расходов на изготовление, которые иногда оказываются совсем мизерными. Конечный результат в данном случае зависит от наличия опыта, навыков и производственной базы, которыми располагает мастер.

Известны владельцы ветрогенераторов, полностью обеспечивающие свое жилище энергией ветра, которой им хватает на все нужды. Но наиболее распространен вариант, когда ветряки вырабатывают лишь дополнительную энергию, позволяющую экономить на освещении или водоснабжении участка.

Законность установки ветряка

Нормативных актов, напрямую регулирующих порядок установки ветрогенераторов на своем участке, в России на сегодня не имеется. Поэтому никаких разрешений получать не требуется, можно использовать ветряки на вполне законных основаниях. При этом, чиновники из администрации всегда имеют возможность придраться к различным обстоятельствам — например, жалобы соседей, уровень шума или магнитное воздействие на участке могут стать основанием для требования убрать ветряк или привести его конструкцию в соответствие с нормативами.

Если ветрогенератор установлен на участке, то проблем, скорее всего, не будет. Другое дело, если устройство установлено на балконе многоквартирного дома, но такие ситуации редки и рассматривать их незачем. Установлено, что ветрогенератор является электроприбором, поэтому пользование им разрешено так же, как использование электрокамина или утюга.

Что лучше: сделать ветрогенератор для дома своими руками или купить?

Самостоятельное изготовление ветрогенератора сулит весьма большую экономию. Даже с учетом приобретенных приборов или деталей, самодельные ветряки обходятся в десятки раз дешевле, чем купленные в магазине. Кроме прямой экономии, самодельные конструкции позволяют существенно сократить расходы на обслуживание и ремонт, так как свое изделие любой мастер разберет и соберет с завязанными глазами.

Единственной проблемой становится недоступность изготовления устройства для людей, не имеющих профильного образования, навыков или хотя бы элементарных познаний в электротехнике. В таких случаях выходом из положения будет либо приобретение готового устройства, либо использование альтернативных источников электроэнергии, не столь экологически чистых, но доступных для них.

Использование ветряных генераторов требует развития и продвижения. Возможности и перспективы такого способа выработки энергии вполне реальны, но нуждаются в определенных мерах со стороны производителей и администрации населенных пунктов. Отдельные частные генераторы проблему энергоснабжения региона не решат, но для конкретного владельца усадьбы такой вариант вполне может быть выходом из положения.

Ветротурбины отличаются по ориентации оси вращения по отношению к направлению ветра и по типу ветротурбины.

По ориентации оси вращения ветротурбины подразделяются на ветроустановки с вертикальной осью вращения и ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Ветроустановки с горизонтальной осью составляют около 95% всех ветроустановок, подключенных к сетям энергосистем.

Ветротурбины также принципиально отличаются по тому, какую силу они используют для преобразования в механическую — силу давления ветра или подъемную силу. От этого свойства существенно зависит КПД ветротурбины. Теоретические КПД равны: для первого типа 0,22, для второго — 0,59 (согласно теории Жуковского Бетца).

Ветроустановки, использующие силу давления ветра, имеют право на жизнь, но наукой и опытом давно доказана их очень низкая эффективность по сравнению с пропеллерными или другими, использующими подъемную силу крыла. Это примерно как гребные колеса у дореволюционных пароходов по сравнению с обычным винтом любого современного корабля или катера. Такие ветротурбины имеют большую материалоемкость и, соответственно, высокую удельную стоимость.

Ортогональные ветроустановки с вертикальной осью вращения, которые используют подъемную силу крыла, имеют КПД немногим менее пропеллерных, поэтому их эффективность также высока. Но у таких вертикально-осевых турбин есть другой недостаток — они не могут самостоятельно начать вращение, и для их запуска их надо раскрутить — или от сети, или с помощью другой ветротурбины, имеющей стартовый момент вращения (часто используется турбина Савониуса для этих целей).

Идея этого ветрогенератора была предложена французским изобретателем Дарье в 1920 году. Но вплотную заниматься разработкой этой идеи начали только в 1970 году. В настоящее время ветрогенератор Дарье считается главным конкурентом ветрогенераторов с обычными ветроколесами.
Его особенность состоит в том, что он использует подъемную силу аэродинамики лопастей, которые в поперечнике имеют форму крыла. Стартовый вращательный момент такого ротора небольшой, а быстроходность высокая. За счет этого его мощность по отношению к собственной массе наибольшая. Это позволяет иметь одну или больше лопастей, и несколько разновидностей формы ротора.
Мощность нынешних ветрогенераторов намного больше, чем у их предшественников – ветряков. Лопасти колес очень легкие и одновременно прочные. Они изготовляются из синтетических материалов или стали. Их производительность зависит не только от скорости ветра, но и способности его улавливать. Увеличение вращения пропеллера вдвое, дает увеличение производства количества электроэнергии в четыре раза.
Конструкция любого вида ветровой электростанции, независимо от мощности, практически одинаковая. Она состоит из мачты, контейнера для генератора и редуктора с ветроулавливателем. Мачта может быть нескольких типов: обычная на растяжках, телескопическая или монолитная. Подвижное крепление контейнера для генератора и ротора позволяет пропеллеру быть постоянно развернутым к фронту ветра.

Вертикально-осевые ветротурбины (ВОВТ), как правило, менее эффективны, чем горизонтально-осевые ветротурбины (ГОВТ), по следующим причинам:

Лопасть испытывает сопротивление при вращении, т.к. на части траектории она должна двигаться противоположно направлению ветра
ВОВТ часто установлены на более низкой высоте (земля или крыша здания), где скорость ветра меньше.
ВОВТ имеют проблемы, связанные с вибрацией, например, шум и более быстрый износ и разрыв опорной конструкции (так как воздушный поток имеет большую турбулентность на низкой высоте).
Нагрузка на электрогенератор от массы ветротурбины, если она установлена на одном валу с электрогенератором.

Важным параметром ветроколеса является быстроходность. Быстроходность — это отношение линейной скорости лопасти к скорости ветра. У ветротурбин, использующих силу давления ветра, быстроходность всегда меньше 1. К таким ветротурбинам относятся карусельные, чашечные и другие аналогичные типы ветротурбин. Ротор Савониуса имеет быстроходность немного больше единицы потому, что кроме силы давления ветра в нем используется еще и реактивная сила. У ветротурбин, использующих подъемную силу крыла, скорость лопасти больше скорости ветра.

Как это не парадоксально, но чем меньше лопастей в ветроколесе, тем выше его КПД. Это проверено как теоретическими исследованиями, так и продувками в аэродинамической трубе, хотя разница между 1, 2, 3 лопастями незначительна. Однако, с уменьшением количества лопастей также уменьшается момент страгивания и ухудшается работа при низких скоростях ветра. У однолопастных ветротурбин также есть серьезная проблема с балансировкой и надежностью ветроколеса.

Ветрогенераторы с 2-3 лопастями относятся к быстроходным с более высоким КПД и частотой вращения, но при этом у них низкий стартовый момент вращения ротора. Поэтому быстроходные ветрогенераторы выгодно объединять с электрическим генератором, так как электрический генератор имеет высокую частоту вращения (для улучшения массогабаритных характеристик) и низкий пусковой момент. Тихоходные многолопастные ветротурбины обычно работают в связке с водяными насосами, у которых большой момент запуска и меньшая частота вращения. Быстроходные 3-х лопастные ветрогенераторы получили большее распространение, чем 1-2-х лопастные, несмотря на их высокую стоимость. 3-х лопастным ротором генерируется меньше вибрация и выглядит он более эстетично. Поэтому во всем мире оптимальным количеством лопастей горизонтально-осевой ветротурбины признано 3.

От чего зависит мощность ветротурбины?

Мощность ветротурбины зависит от скорости ветра, площади ометаемой поверхности и эффективности ветротурбины. Это основные факторы, влияющие на вырабатываемую ветротурбиной мощность (и, соответственно, энергию). На выработку также влияет турбулентность ветропотока, плотность воздуха, равномерность распределения скорости ветра по ометаемой площади.

Скорость ветра — важнейший элемент в проектировании и использования ветроустановки. Вырабатываемая мощность пропорциональна кубу скорости ветра и квадрату диаметра ротора. Это означает, что при удвоении скорости ветра возможная вырабатываемая мощность увеличивается в 8 раз. Так, ветроустановка, работающая при средней скорости 6 м/с, генерирует мощность на 44% большую, чем при скорости 5 м/с. Если скорость ветра определяется местом, где сооружается ветроустановка, то диаметр ее ротора — это элемент конструкции, величина которого зависит от многих расчетных параметров. Чаще всего решается обратная задача: задается проектируемая мощность ВЭУ и далее определяется требуемый диаметр при определенной расчетной скорости.

где ρ= 1,22 — плотность воздуха (стандартная), кг/м 3
V — скорость ветра, , м/с
η_г·η_м— коэффициенты полезного действия генератора и механической передачи между ветроколесом и генератором,
C_p — коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ), зависящий от профиля лопастей и других режимных параметров, предельное значение которого равно 0,593, а достигнутое в эксплуатации- 0,4-0,45,
А — площадь ветротурбины, в случае пропеллерной турбины вычисляется по формуле:

где D, м- диаметр ротора,π=3,14.

Скорость ветра увеличивается с высотой над уровнем земли, поэтому чем выше мачта ветротурбины, тем более производительной будет ветроустановка.

Ветроустановка состоит из следующих основных подсистем и узлов:

ротор или лопасти, который преобразует энергию ветра в энергию вращения вала,
кабину или гондолу, в которой обычно расположен редуктор ( некоторые турбины работают без редуктора),
генератор и другие электромеханические системы,
башню или мачту, которая поддерживает ротор и кабину,
электрическое и электронное оборудование, такие как панели управления, электрические кабели, оборудование заземления, оборудование для подключения к сети, система молниезащиты, система накопления электроэнергии и ее стабилизации, и др.

Как выбрать ветрогенератор?

Распространенная ошибка — выбирать мощность ветроустановки по пиковой мощности нагрузки. Ветрогенератор, также как и солнечные батареи, является источником энергии, а не мощности. Поэтому расчет ветроэнергетической системы ведется в несколько шагов, и желательно, если это сделает специалист.

Для выбора ветрогенератора сначала Вам необходимо определить своё потребление в кВт*часах в месяц, пиковую (суммарную) мощность всех приборов и постараться узнать среднегодовую и среднемесячные скорости ветра в Вашей местности. Последний параметр не всегда возможно определить с достаточной точностью. Даже если вы получите данные по многолетним скоростям ветра от ближайшей метеостанции, не факт, что в месте установки вашей ветротурбины будет именно такая скорость ветра. Поэтому для больших ветростанций необходимо обязательно проводить мониторинг скорости ветра хотя бы в течение одного года, а затем сделать корреляцию полученных данных с данными от ближайшей метеостанции. Для малых ветроустановок такой путь слишком дорог, и очень часто малые ВЭУ устанавливаются на страх и риск хозяина. В таких случаях обычно, если ветра недостаточно, признается, что решение об установке ветротурбины было ошибочным. Если же ветер хороший, то следующим шагом обычно является увеличение мощности малой ветростанции.

Для получения электричества в необходимом объёме нужно понимать, что количество вырабатываемой ветряком энергии напрямую зависит от ометаемой ветротурбиной площади или максимального сечения ветротурбины. Для минимального обеспечения пары лампочек, ТВ, холодильника, электрочайника — диаметр ветряка должен быть не менее 2,5 метров при средних по силе ветрах.

Упрощенная формула расчета реально отдаваемой ветром мощности в зависимости от скорости ветра и диаметра винта:

Р = D 2 V 3 /7000, кВт,

Некоторые производители представляют результаты продувок своих ветроэлектрических установок по мощности в аэродинамической трубе. Это хорошо, и говорит о серьезном подходе к делу. Однако, необходимо учитывать, что мощность в аэродинамической трубе и в природе на ветру отличаются примерно на 10-30% вследствие идеализации воздушного потока в трубе. Реальный поток ветра имеет турбулентности, которые существенно ухудшают параметры ветроколеса.

Мощность, вырабатываемая ветрогенератором, пропорциональна кубу скорости ветра. Это означает, что мощность ветрогенератора на слабых ветрах (даже если он вращается) очень мала. Но, с усилением ветра, идет резкое нарастание мощности. А поскольку ветер на практике дует с постоянной скоростью и направлением только в аэродинамической трубе, понятно, что мощность, вырабатываемая ветрогенератором, является постоянно меняющейся по времени величиной. Поэтому любая энергетическая система с использованием ветрогенератора в качестве источника энергии должна иметь стабилизирующее звено.

В малых автономных системах роль такого звена обычно играет аккумуляторная батарея. Если мощность ветрогенератора больше мощности нагрузки, батарея заряжается. Если мощность нагрузки больше – батарея разряжается. Из этого следует следующая важная особенность ветрогенератора, как источника мощности: если большинство других источников выбираются по мощности пиковой нагрузки, ветрогенераторы следует выбирать, исходя из величины потребления электроэнергии в месяц (или в год, как кому нравится).

Проиллюстрируем это на примере. На берегу моря, где средняя скорость ветра приближается к 6 м/с, стоит домик, куда приезжает семья из трех человек на выходные. Электрооборудование включается тоже только на выходные. В день потребление достигает 15 кВт*ч, при этом пиковая нагрузка – до 3 кВт. Следовательно, в месяц потребление энергии равно 120 кВт*ч. При среднегодовой скорости ветра 6 м/с выработку 120 кВт*ч в месяц может обеспечить небольшой 700-ваттный ветрогенератор. Кроме того, для аккумулирования энергии в течение 5 дней потребуется батарея большой емкости, и инвертор (который преобразовывает постоянное напряжение батареи в стандартное переменное) мощностью 3 кВт, чтобы обеспечить пиковые нагрузки.

Как можно видеть, в каждом из вышеописанных случаев мощность ветрогенератора отличается в разы от пиковой мощности нагрузки. Мощность пиковой нагрузки определяет мощность преобразователя. Сам ветрогенератор определяет только величину выработки в определенный временной промежуток при определенной среднемесячной скорости ветра. Кроме средней скорости ветра, существуют более подробные вводные данные для оценки ветровых ресурсов, называемые параметрами распределения Вейбулла, которые отражают распределение длительности ветра определенной силы для данного места, они используются при проектировании ветропарков мощностью в десятки МВт.

В каких случаях выгодно использовать ветрогенератор?

Ветровые электростанции установки наиболее выгодно использовать в местах, где невозможно провести общую электросеть, или соединение является очень затратным, а также — в местах с частыми отключениями электричества. Ветровые электростанции смысл устанавливать, если в месте становления среднегодовая скорость ветра превышает 3 м/с.

В общем случае, при среднегодовой скорости ветра более 4 м/с на высоте 10 м (на этой высоте на метеостанциях устанавливаются анемометры — приборы, измеряющие скорость ветра) возможно эффективное применение ветроустановок, а ветер с меньшей скоростью годится для водоподъемных устройств.

Хорошими ветровыми условиями в России обладают следующие субъекты РФ: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская области, Краснодарский, Приморский, Хабаровский края, Дагестан, Калмыкия. Карелия, Коми. Ненецкий автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.

По опыту эксплуатации ветропарков, установленных в Российской Федерации, их КИУМ в среднем равен 12%. Как видим, российские ветропарки имеют невысокий КИУМ. Это связано как с невысокой среднегодовой скоростью ветра в местах их установки, так и с большим временем простоя.

Какие нужны документы и разрешения для установки ветрогенератора?

Импортируемые ветроустановки не подлежат сертификации. Вы можете без проблем установить на своей территории для себя ветрогенератор мощностью до 75 кВт и высотой до 30 метров для личного некоммерческого использования. Для этого не нужны никакие документы, справки или разрешения.

Обсуждения по теме с нашего форума

Эта статья прочитана 57006 раз(а)!

Продолжить чтение

В 2001 году Интерсоларцентр совместно с партнерами по ОПЭТ (ETSU и WREAN, Англия) подготовил руководство по применению малых и средних ветроэнергетических установок. Эксперты компании "Ваш Солнечный Дом" принимали участие в подготовке этого Руководства на русском языке. За основу было принято…

Вопросы и ответы по использованию ветрогенераторов

Автономные ветроэлектрические установки Предупреждаем пользователей об обязательном соблюдении законодательства по авторскому праву, в соответствии с которым полученные копии документов разрешается использовать только для научных и образовательных целей. Запрещается тиражировать полученные копии документов, передавать на любой основе копии документов другим лицам…

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…

Наиболее благоприятными местами считаются возвышенные и равнинные участки, места, близкие к морским побережьям, долинам больших рек и водоемов.

Следует избегать мест с вогнутой формой рельефа, а также мест вблизи леса, жилых домов и производственных объектов, которые могут помешать беспрепятственному подходу воздушных масс к ветроустановке. При этом необходимо обратить особое внимание на исключение помех на пути ветра в направлениях, несущих преобладающую часть энергии.

Ветроустановка должна быть удалена от жилых помещений, лечебных учреждений, школ и домов отдыха на расстояние, обеспечивающее снижение уровня шума, создаваемого работающей ВЭУ , до уровня 45 дБ.

Место для сооружения ветроустановок должно находиться вне отведенной территории расположения железных дорог и автомобильных трасс, линий электропередач, магистральных газопроводов, кабельных и водопроводных трасс.

Ветроустановки не должны устанавливаться на пути основных трасс перелетных птиц, а также размещаться вблизи их массового гнездовий.

Если ветроустановка оказывает шумовое, визуальное или другое воздействие, то выбранное место для сооружения ветроустановок должно быть согласовано с местной администрацией района размещения ВЭУ .

Влияние различных помех на скорость ветра

Эта статья прочитана 11664 раз(а)!

Продолжить чтение

Запоет ли в России "Жаворонок"? Автор: Алла Прохорова Потребности регионов в энергоснабжении за счет автономных источников электроэнергии не только не уменьшаются, но и продолжают расти. По оценкам специалистов в области возобновляемых источников энергии, на сегодняшний день ветроэнергетика является самым экономически…

Типы ветротурбин, их мощность, эффективность 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…

Читайте также: