Для чего вам нужен ветрогенератор?

Начнём с ответа на вопрос, вынесенный в заголовок: для чего вам нужен ветрогенератор? И смотря для кого он потребовался? Пенсионеру он нужен, чтобы лампочки горели, телевизор работал и в доме было тепло. Предпринимателю, владельцу небольшой, на 10 номеров, придорожной гостиницы потребуется намного больше электроэнергии, а владельцу загородного дома, когда он там бывает только утром и вечером, надо даже меньше, чем пенсионеру. Когда вы точно рассчитаете потребность, тогда можно и разбираться с вопросом о том, как работает ветрогенератор с горизонтальной или вертикальной осью вращения ротора. Для этого нелишне знать и климатические условия данной местности, какое направление и с какой среднегодовой скоростью дует ветер.

Получив ответ, нетрудно рассчитать, какую по мощности установку выбрать, как подобрать инвертор, какие аккумуляторные батареи приобрести и сколько. Потребляемая энергия не может превышать мощность инвертора и скорость зарядки аккумулятора и так далее. Технических вопросов много, о которых мы сейчас и поговорим.

Если вам необходима электроэнергия редко, но с большой нагрузкой, то здесь особое внимание надо уделить выбору инвертора. Попросту говоря, преобразователя тока из переменного в постоянный. Возможно, что вам потребуется не один подобный агрегат.

Зная, что в вашей местности бывают частые случаи полного безветрия, тогда надо придать значение выбору аккумуляторов с большой ёмкостью. А чтобы они быстрее заряжались, надо делать ставку на выбор более мощного ветрогенератора. То есть, устройство одного агрегата тесно связано с характеристикой другого. Всё надо тщательно рассчитать, начиная от среднегодовой скорости ветра и до мощности каждого прибора в отдельности.

И в том случае, если вы будете знать, сколько электроэнергии вам надо в сутки, сколько часов занимает самое пиковое потребление и сколько в эти часы надо киловатт, вы можете точно сделать выбор, какой вид ветрогенератора вам потребуется.

Анатомия ветряной установки

Из чего состоит и как работает «организм» ветрогенератора в целом. Перечисляем: лопасти (пропеллер), ротор турбины (вращающаяся часть), генератор, ось генератора, инвертор, превращающий переменный ток в постоянный для зарядки батарей, аккумулятор. Схематический чертёж ветрогенератора наглядно показывает схема. Смотрите рисунок.

При вращении ротора создаётся трёхфазный переменный ток, затем идущий через контроллер на аккумуляторную батарею постоянный ток для его зарядки, далее инвертор, преобразующий ток в стабильно-переменный для подачи на потребители (освещение, телевизор, радиоприёмник, отопительные батареи и т.д.). Таково схематическое устройство ветряных установок.

Принцип работы любого вида ветрогенератора следующий: вращение вызывает три вида физического воздействия на лопасти винта – импульсную силу и подъёмную, в результате которых начинает приходить в движение маховик, и тормозящую силу. Две силы против одной преодолевают сопротивление и маховик раскручивается, ротор создаёт магнитное поле на неподвижной части генератора. Этого достаточно, чтобы по проводам пошёл электрический ток.

Как работает ветрогенератор, и из чего он состоит, узнаете из видео:

Перед покупкой ветрогенератора необходимо учесть все нюансы. Если воздушный поток по какой-либо причине обходит стороной вашу местность, то установка мощного ветрогенератора вряд ли целесообразна. Тогда для вас подойдёт генератор небольшой мощности. А бывает и так, что направление ветра меняется постоянно. Тогда, конечно же, стоит подумать о том, есть ли смысл устанавливать ветряные установки. И в случае расчётов в пользу установок, то предпочтение надо отдавать использованию ветрогенератора вертикального вида вращения оси. Чем же они отличаются друг от друга – вертикальные и горизонтальные ветряки, какие их преимущества и недостатки, разговор в следующем разделе.

Плюс пишем, минус в уме держим

До каких пор мы будем гоняться за европейскими товарами! Неужели у нас хуже мастера, или такое допотопное оборудование, чтобы выпускать на рыночный прилавок низкосортную продукцию? Конечно же, нет. Стоимость ветрогенератора напрямую зависит от суммарной мощности, какой обладает ветроэлектростанция в сборе.

Цена обычно колеблется и зависит от производителя. Зарубежный производитель – о! Тогда можно и три шкуры содрать с покупателя. Не поддавайтесь на эту дешёвую приманку. Цена от нашего, отечественного производителя, в три раза дешевле, чем от зарубежных мастеров. А разницу в качестве и под микроскопом не отличишь. Пора бы уж научиться уважать своего соотечественника, мужественно, вопреки всяким препонам, занимающегося производством товаров.

Ветряные установки по своему устройству делятся на два вида: с горизонтальным валом генератора и с вертикальным. Ветрогенераторная установка с вертикальным валом имеет следующие неоспоримые преимущества перед горизонтальной:

1. Отпадает необходимость обустраивать флюгер. И никаких подшипников для вращения верхней коробки при изменении направления ветра. Вертикальная конструкция стоит незыблемо при всяком ветре и улавливает любое его направление.
2. Устроена с минимальным количеством передающих редукторов.
3. Способна улавливать малейшие колебания ветра, что даёт возможность приблизить конструкцию к поверхности земли и намного удешевить монтаж и обслуживание.
4. Генератор меньше реагирует на изменение направления и скорость ветра.

Как и в каждом обсуждаемом деле не обошлось и без ложки дёгтя в бочке мёда. Недостатки:

1. Лопасть турбины с вертикальным валом устроена так, чтобы достигать площади раза в три больше, чем занимают лопасти винта горизонтальной установки. Явный минус.
2. И, как следствие, КПД станций вертикальной конструкции в три раза меньше, чем горизонтальных установок.

Уходим завтра в море

Несколько слов о конструкции «моряков», а потом о самом «морском походе». Итак, схема ветроустановок принципиально везде одинакова, разве что, с некоторыми отклонениями от нормы. Вот основные элементы ветрогенератора:

• Роторная часть (вращающаяся). Её задача преобразовать силу ветра во вращательное движение. Сюда входят лопасти и вал.
• Редуктор. Его задача увеличить скорость вращения вала до двух и более тысяч оборотов в минуту и передать это вращение на генератор. Простейшая схема ветряков выполнена без редуктора. Там генератор напрямую соединён валом с лопастями.
• Генератор. Здесь с помощью магнитных полей вращение вала создаёт электроэнергию.
• Анемометр. Это прибор, измеряющий скорость ветра. Находится сзади корпуса, рядом с флюгером, который отвечает за направление лопастей против движения ветра.
• Башня, на которой монтируется вся система выработки электроэнергии.
• Преобразователь напряжения (см. схему).

Такова конструкция «моряков» — ветрогенераторов.

А теперь вспомним, какое самое уязвимое место ветрогенератора любого типа, будь то вертикального или горизонтального? – Точно, это возможное безветрие, когда ветроэлектростанция полностью прекращает свою работу. И где же выход? Он есть. Как в любой жизненной ситуации. В данном случае – это выход в море. Туда, где ветра дуют практически круглый год и круглые сутки.

Вечером дует ветерок с суши на море, утром – с моря на сушу. «Бриз» называется. Вблизи высоких прибрежных гор господствует «Бора» — холодный ветер, устремляющийся в море со стороны горных вершин. «Муссон» — довольно постоянный сезонник, дующий в летнее время с моря, а зимой в противоположную сторону. У западных берегов Чёрного моря господствует восточный ветер «Абаза». А так называемый «Свежак» постоянно разгуливает над поверхностью моря вдали от пляжных берегов. Бывает и всем известный грозный «Шторм».

Вы только посмотрите, какое богатство ветровой энергии пропадает даром! Практически ветер над морем и береговой линией не утихает ни на минуту. Поэтому и пришла в голову конструкторов идея подумать над сооружением ветрогенераторов морского базирования. Задача была сделать надёжную опору. Сделали. А потом пришла идея не вкапывать в глубину дна капитальные опоры, а ставить на воде качающиеся электростанции (см. рисунок). И снова удача.

Но и на этом не остановились датские изобретатели. Они пришли к выводу, что самой дешёвой в установке будет морская плавучая ветроэлектростанция. Ветряки расположены на такую высоту от палубы, чтобы до них не доставала даже штормовая волна. И снова успех оказался налицо.

Французские специалисты сконструировали морскую установку мощностью более двух мегаватт, которую запускают в декабре этого года в Средиземное море. Отличительной особенностью её будет то, что винт расположен вертикально. То есть, вертикальные виды ветрогенераторов шагнули на морские просторы.

Так пошли в море офшорные электростанции добывать дешёвую электроэнергию. (Офшор – находящийся далеко от берега, вне территории страны). И лидером в этом морском нашествии оказалась Дания. Мы об этом расскажем в следующих выпусках.

В. Ильин

Ветрогенератор в Челябинске: