Ветряные установки на крыше

Обновлено: 18.04.2024

Ветряк — устройство, способное получать энергию ветровых потоков и преобразовывать ее во вращательное движение. В настоящее время существует большое количество конструкций ветряков, имеющих разные виды лопастей, с осью вращения, расположенной в горизонтальной или вертикальной плоскости. При этом, все они выполняют одну и ту же работу, только с разной степенью эффективности.

Функции ветряка

Ветряк — это конструкция, способная выполнять множество функций. Традиционно ветряки приводили во вращение мельничные жернова. Со временем появилось большое количество механизмов, нуждающихся в приводе:

Насосы.
Электростанции разной мощности.
Декоративные элементы оформления участка, ландшафтные элементы.

Вариантов использования ветряков было бы намного больше, но их распространение ограничено из-за неравномерного распределения потоков ветра. Для России характерны слабые и умеренные ветра, поэтому строительство и использование ветряков уступило место гидроэнергетике.

В последнее время широкое распространение получают ветрогенераторы, обеспечивающие энергией частные дома. Также широко распространены декоративные элементы, изготавливаемые для оформления частных домов, различных зданий или сооружений. В этом случае вращающиеся части не передают движение ни на какие устройства (чаще всего), используясь сами по себе для оживления окружающего пейзажа.

Флюгер

Одна из интересных и эстетически привлекательных ролей ветряка — выполнение функций флюгера. Это устройство, помимо декоративного значения, выполняет обязанности метеорологического прибора. Флюгер способен определять скорость и направление ветра, позволяя получать статистическую информацию.

Накопленные данные могут быть использованы, например, для производства расчетов при создании большого ветрогенератора. Установка флюгера на крышу создает стильный элемент декора, украшает выступающие части кровли. В качестве материала для изготовления флюгера могут быть использованы:

Выбор материала обусловлен возможностями и предпочтениями владельца дома. Из метала можно создать высокохудожественное кованое изделие, но это доступно далеко не всем. Пластиковый флюгер не боится воздействия атмосферной влаги, но плохо реагирует на холод и солнечные лучи. Деревянные конструкции доступны большинству домашних мастеров, но сильно нуждаются в нанесении качественного защитного слоя от влаги.

Как своими руками делать интересный ветрогенератор?

Изготовление флюгера своими руками в первую очередь потребует решения двух вопросов:

Для того, чтобы определиться с дизайном флюгера, проще всего ознакомиться с фотографиями различных готовых конструкций, которые имеются в сети интернет. Любая фотогалерея способна дать наглядное представление о разнообразии флюгеров и обилии возможностей для самостоятельного изготовления.

Из материалов лидирует металл. Он наиболее прочен, долговечен и устойчив к внешним воздействиям. Кроме того, металл допускает разные способы обработки — ковку, сборку на резьбовые соединения, сварку. Единственное слабое место металла — коррозия, возникающая на незащищенной стальной поверхности.

Деревянные конструкции более доступны, поскольку для их изготовления требуются инструменты, имеющиеся практически у любого домашнего мастера. Кроме того, древесина легко поддается обработке и имеет высокую степень ремонтопригодности. При этом, устойчивость к механическим или физическим воздействиям у таких конструкций гораздо ниже, а условия эксплуатации подобных флюгеров не позволяют им существовать в течение длительного времени.

Основной элемент флюгера — рабочее колесо (крыльчатка), установленное на траверсе с хвостом, расположенном на противоположном конце. Центр тяжести траверсы является точкой установки поворотного механизма, позволяющего свободно вращаться вокруг своей оси для беспроблемной установки на ветер.

Размещение шарнира в точке равновесия очень важно, так как это позволяет обеспечить наиболее легкое вращение вокруг вертикальной оси по направлению ветра, устанавливающее правильное положение крыльчатки.

С точки зрения внешнего вида, построение флюгера дает массу возможностей. Существует огромное множество дизайнерских и конструктивных решений, позволяющих изготовить оригинальный и привлекательный флюгер, изменяющий внешность крыши дома и придающий ему романтический облик. Рассмотрим некоторые виды флюгеров:

Флюгер Вильда

Этот флюгер представляет собой метеорологический прибор, способный измерять скорость и направление ветра. Он используется уже более 100 лет, а изобретение устройств, входящих в его состав, относится к средним векам.

Конструкция состоит из вертикальной оси, на которую насажена флюгарка (горизонтальная часть, вращающаяся вокруг оси и указывающая направление ветра). На оси установлены 8 лучей, расположенных в горизонтальной плоскости (роза ветров). При установке эти лучи точно направляются по сторонам света. Ось север-юг отмечается стрелкой для лучшего ориентирования. Положение флюгарки относительно них указывает направление ветра в данный момент.

Кроме того, в состав конструкции входит анемометр — прибор, показывающий скорость ветра. Он устроен довольно просто — имеется вертикально повешенная за верхний торец доска определенного веса. По величине отклонения ее от вертикали определяется сила ветра. Для этого установлена дугообразная шкала, наглядно демонстрирующая величину отклонения.

Существуют конструкции с тяжелой и легкой досками, предназначенные для сильных и слабых ветров.

Дымоходные флюгера-дефлекторы

Эти устройства устанавливаются на выход дымовой трубы и служат для ее украшения и рассеивания дыма. Кроме того, дефлектор препятствует попаданию внутрь дымохода дождевых капель, проникновению птиц или мелких животных. При выходе из трубы дыми устройство начинает вращаться, рассеивая поток в стороны. Кроме того, флюгер направляется по ветру, что препятствует задуванию потока в дымоход и попаданию дыма в помещения. Изготовление такого флюгера просто, в качестве материала используется оцинкованная сталь. Форма флюгера представляет собой наклонный участок трубы, разрезанный в продольном направлении. Сверху устанавливается хвост, направляющий устройство по ветру.

Устройство простое, но требует периодического обслуживания, так как копоть и конденсат забивают подшипники или втулки, отчего вращение устройства затрудняется.

Современные метеорологические ветряки

Современные метеорологические флюгера используют электронные устройства, определяющие скорость и направление ветра с высокой степенью точности. Для этого используются различные типы датчиков, определяющих скорость вращения крыльчатки и переводящие ее в скорость ветра, или определяющие усилие, создаваемое потоком на плоскость, противостоящую его направлению. Большинство этих устройств используется в научных целях и для украшения верхнего яруса крыши зданий не применяется.

Флюгер-самолет своими руками

Обычный вид такого ветряка напоминает самолет — вращающаяся крыльчатка похожа на пропеллер, а хвост, выполняющий роль стабилизатора, автоматически устанавливающего положение устройства по ветру, делается в виде хвоста самолета. Такая форма обыгрывается в художественном смысле при помощи различных элементов, например, крыльев или иных деталей.

Изготовление такого устройства несложно. Его можно сделать вместе с детьми, которым очень нравится мастерить подобные «живые» игрушки. Для выполнения работы потребуется минимальный набор инструментов, а устанавливать такое устройство совсем необязательно на крыше, что довольно опасно. Проще всего укрепить флюгер перед окном или на невысоком шесте на улице, где за ним будет удобно наблюдать.

Детский ветряк-самолет из ПЭТ бутылок

Как вариант, можно изготовить флюгер-самолет из пластиковых бутылок. Простейший способ таков:

отмытая бутылка прорезается по бокам для установки крыльев;
сбоку делается продолговатое отверстие для установки бруска, который послужит основанием для вращения;
крылья изготавливаются из картона и просовываются в боковые прорези;
в брусок, установленный внутри, вбивается гвоздь (или шуруп), который вставляется в вертикальную трубочку. Этот гвоздь является осью вращения устройства;
в крышке бутылки делается отверстие, в которое помещается гвоздь или шуруп. Это — ось для пропеллера;
пропеллер делается из картона и одевается на ось;
хвост самолета изготавливается из картона и крепится в задней части «фюзеляжа» на клей или скотч. Как вариант, пропеллер можно вырезать из донышка другой бутылки и так же установить на ось в пробке.

Флюгер устанавливается на улице и радует детей своей работой.

Установка флюгера

Монтаж флюгера производится на высшую точку крыши. Обычно это конек или дымоход, иногда — антенна или иное сооружение. Главное, чтобы это была высшая точка, другие варианты установки сильно снижают эффект от работы устройства. Все элементы конструкции должны быть тщательно отбалансированы, чтобы обеспечить максимальную легкость вращения. Шток, на котором будет расположен флюгер, должен быть качественно закреплен, но иметь возможность демонтажа для периодического обслуживания.

Важно! Установка флюгера — опасная операция, производимая на высоте. Выполнять ее следует с соблюдением мер безопасности. В обязательном порядке надо использовать индивидуальные средства защиты — например, страховочный пояс.

Ветряки, выполняющие функции флюгеров, довольно широко распространены среди владельцев частных домов. Они играют роль декоративных элементов, украшают крышу, придают дому особенный шарм и стиль. Устройства просты и могут быть изготовлены самостоятельно, что увеличивает их привлекательность для пользователей.

Вопрос ветроэнергетики в наше инновационное время интересует очень многих. Те, кто хоть раз посещал Европейские страны на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки.
Сотни генераторов встречаются по пути.

Наблюдая такую картину, многие начинают верить, что получение эл.энергии при помощи ветра, весьма перспективное и выгодное занятие. Мудрые европейцы ошибаться то не могут.

При этом, почему-то игнорируется факт, что в других местах той же Европы, подобных ветроэлектростанций практически нет. С чего бы это?
Вот именно об этом, когда, где и как ветряки использовать выгодно, а когда нет, и пойдет речь в статье.

Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.

Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.

К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.

Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.

Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.

Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.

Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.

Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.

Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.

Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!

К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.

Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.

Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:

и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности

У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.

И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.

Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.

И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.

Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.

Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!

Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.

А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.

При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.

Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.

Еще о чем стоит серьезно задуматься - это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.

Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).

Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.

О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.

Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.

Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.

Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.

Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.

Пятая причина, неразрывно связана с первыми четырьмя. Это срок окупаемости затрат.

Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.

Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.

Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.

И все это без учета эксплуатационных затрат. А если прикинуть, что средний срок службы хорошего ветряка – около 20лет, то получается, что он окончательно и безвозвратно поломается еще до того, как выйдет на окупаемость.

При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.

Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.

И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.

Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.

Безусловно, электроэнергия с каждым годом дорожает. К примеру 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Давайте проведем примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.

Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.

Как мы уже выяснили ранее, стоимость такой модели около 200тысяч. Но с учетом всех доп.расходов, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.

То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэфф. установленной мощности (он для маленьких ветряков не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите 75квт.

Даже если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. Если и предположить что электричество от ТЭС подорожает в 4 раза, то случится такое не завтра, и даже не через 5 лет.

Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного?

Ветрогенератор в нынешних российских условиях – это убыточный агрегат.

Чтобы хоть как-то обосновать его применение, цена электроэнергии уже сегодня должна доходить до 30 рублей за 1 квт.

Использование ветряка может быть обосновано в двух случаях:

у вас поблизости нет внешних электросетей или вам не дают к ним подключаться

При этом, устанавливаться ветряк должен в районе со средне годовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с. Только в этих случаях ветроустановка будет хорошей альтернативой.

Фактически, в таких условиях вы просто вынуждены выбрать из всех зол наименьшее. При этом, не верьте в суперэффективность других моделей вертикальной или шарообразной формы, собранных на неодимовых магнитах.

Конечный результат будет всегда один. Энергия, которую производит ветряк, зависит только от:

Поэтому, если вы уже подключены к электросети, не ищите себе лишних приключений и головных болей. Выгоды никакой вы не найдете, по крайне мере на сегодняшний день.

Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.

Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.

В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.

У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.

Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.

А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!

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.

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.

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 56987 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…

Читайте также: