Выбираем ветрогенератор

Дата публикации: 17 декабря 2014

Плюсы и минусы ветряных электростанцийВо многом эффективность выработки электроэнергии с использованием ветра зависит от вида ветрогенератора. Ветряные электроустановки бывают нескольких типов, различаясь по расположению оси (горизонтальные и вертикальные), по количеству лопастей (одно-, двух-, трехлопастные и многолопастные), по материалу, из которого изготовлены лопасти (жесткие и парусные), по шагу винта (фиксированный и изменяемый). Рассмотрим различные варианты.

Генераторы с фиксированным и изменяемым шагом винта

На первый взгляд изменяемый шаг винта ветрогенератора представляется наиболее предпочтительным, ведь подобная конструкция более эффективна за счет использования различных скоростей движения ветра. Если у ветрогенератора с фиксированным шагом винта эффективность снижается при изменении скорости ветра, то за счет изменяемого шага винта эффективность продолжает поддерживаться на максимальном уровне и при изменении скорости (фиксированный шаг обуславливает максимальную эффективность при определенных скоростях, а изменяемый – увеличивает диапазон таких скоростей).

Но тут подстерегает и существенный минус: использование системы с изменяемым шагом винта означает повышение стоимости как самого ветрогенератора, так и его эксплуатации, а главное – уменьшение надежности ветрогенератора за счет усложнения конструкции и увеличения веса ветроколеса. Поэтому изменяемый шаг винта применяется редко, а в основном используется фиксированный – надежность и простота обслуживания компенсируют потери в эффективности и делают эксплуатацию оборудования более удобной.

Материал и виды лопастей

Лопасти ветрогенератораЛопасти ветрогенератора могут быть как парусные, так и жесткие (крыльчатые). Парусные лопасти по внешнему виду напоминают мельничные крылья или корабельные паруса и работают по тому же принципу: за счет давления на их поверхность воздушных масс. К сожалению, подобный тип лопастей не использует энергию ветра максимально эффективным образом, так как в этом случае не используется аэродинамическая составляющая, а в результате используется около 10% от поступающей энергии.

Еще одним недостатком является довольно невысокая прочность лопастей. Высокая парусность и постоянное давление ветра приводит к быстрому выходу из строя лопастей – за счет постоянных нагрузок. Кроме того, обычно для парусных лопастей используются такие материалы, как фанера, пластик, жесть, реже – специальные ткани (например, баннерная ткань, представляющая собой смесь полиэстера и пластификатов, что придает ей большую прочность). Эти материалы общедоступны и достаточно недороги, но их устойчивость к тем нагрузкам, которым подвергаются лопасти ветрогенератора, недостаточно высока. Обычно парусные лопасти приходится заменять раз в год, а то и чаще, что существенно удорожает эксплуатацию оборудования. Поэтому парусные лопасти чаще всего используются в самодельных ветряных генераторах, как наиболее простые в изготовлении.

В ветрогенераторах промышленного производства применяются крыльчатые лопасти: такие лопасти максимально используют энергию ветра, а их форма и материалы, и которых они изготавливаются, позволяют с успехом противостоять разрушающим воздействиям окружающей среды.

Количество лопастей

Количество лопастей ветрогенератора может быть совершенно различным, в зависимости от области применения оборудования. Дело в том, что много-лопастные генераторы начинают вращение при минимальных скоростях ветра, однако они мало пригодны для выработки электроэнергии: небольшие скорости ветра и высокое сопротивление ветроколеса при большом количестве лопастей не обеспечивают нужных оборотов. В результате получается, что до достижения рабочих оборотов необходима высокая скорость ветра! Поэтому подобные конструкции используются в качестве подъемных устройств (например, для подъема воды из колодцев) – в этих случаях важны не обороты, а просто вращение ветрового колеса.

Для выработки электроэнергии используются одно-, двух- и трехлопастные ветрогенераторы. Что интересно: одно-лопастные ветрогенераторы способны работать даже при малых скоростях ветра, более низких, чем двух- и трехлопастные.

Расположение рабочей оси вращения

Ветрогенератор Савониуса

Ветрогенератор Савониуса

Расположение рабочей оси вращения ветрового генератора может быть как горизонтальным,так и вертикальным. У каждого из этих видов есть как свои плюсы, так и минусы, и, выбирая ветрогенератор, приходится учитывать и то, и другое.

Из вертикальных ветрогенераторов старейшим считается изобретение Савониуса, которому вот уже два столетия. Ветровой генератор Савониуса представляет собой несколько полу-цилиндров (от двух и более), закрепленных на вертикально расположенной оси. Основным преимуществом такого ветрогенератора перед горизонтальными является то, что он работает при любом направлении ветра. К сожалению, при этом наблюдаются низкие показатели использования энергии ветра – не более 25-30%. Ветрогенератор Савониуса нередко используется народными умельцами при самостоятельном изготовлении ветроэлектрической установки, для изготовления лопастей применяются металлические (иногда пластиковые) бочки.

Ротор Дарье

Ротор Дарье

Ротор Дарье – еще один вариант вертикального расположения рабочей оси вращения. В этом случае используются плоские лопасти. Основной плюс ротора Дарье – простота изготовления и последующего монтажа. Эффективность его такая же, как и у ветрогенератора Савониуса, но имеется и дополнительный недостаток: ротор Дарье не может запускаться самостоятельно.

Наибольшую эффективность из вертикальных ветровых генераторов демонстрируют генераторы с много-лопастным ротором.

Реже всего используются вертикальные ветряки с геликоидным ротором. Закрутка лопастей обеспечивает равномерное вращение ветроколеса, но сложность изготовления приводит к слишком высокой цене, что ограничивает применение таких ветрогенераторов.

Ветровые генераторы с горизонтальной осью вращения используются чаще, чем вертикальные ветряки, так как их КПД существенно выше. К недостаткам горизонтальных ветрогенераторов относится необходимость установки флюгера, так как ветроколесо такого типа должно постоянно устанавливаться по ветру.

Подобного типа ветрогенераторы могут быть одно-лопастными, двух-, трех- и много-лопастными. Одно-лопастные генераторы имеют самые высокие обороты вращения, а масса и габариты всей установки невелики. Конструкционные особенности делают такие ветрогенераторы не только практически бесшумными, но и недорогими.

Двухлопастные ветрогенераторы близки по характеристикам к одно-лопастным (основное конструкционное различие их в том, что в одно-лопастных вместо второй лопасти используется противовес).

Из вертикальных ветряков наиболее часто для выработки электроэнергии используются трехлопастные. Особенно активно такой тип ветрогенераторов применяется в частных хозяйствах для обеспечения энергией загородных домов и коттеджей.

Для водяных насосов используются много-лопастные вертикальные ветрогенераторы. Вырабатываемая ими мощность недостаточна, чтобы применять их для производства электроэнергии, но среди устройств, служащих для подъема воды из скважин, такие устройства являются на данный момент наилучшими.

Использование магнитной левитации

Применение новейших технологий и известного даже школьникам закона электромагнитной индукции Лоренца-Ленца позволили создать ветрогенератор, который объединяет плюсы генераторов с вертикальным и горизонтальным ротором. В этом генераторе отсутствует механическое трение, нет щеток – это делает устройство чрезвычайно надежным, а обслуживание – чисто символическим (самые «больные» места стандартных генераторов – подшипники, которые довольно быстро изнашиваются из-за трения, также часто приходится заменять щетки).

Ветрогенераторы, использующие явление магнитной левитации, изготавливаются с вертикальным расположением ротора. Их срок эксплуатации гораздо больше, чем у стандартных ветряков, к тому же, они работают практически бесшумно.

Ветрогенераторы без лопастей

Парусный ветровой генераторСовременные технологии позволяют создать и такое чудо, как ветровой генератор, у которого полностью отсутствуют лопасти. Больше всего устройство похоже на антенну для спутникового ТВ – плоская тарелка. Ветрогенератор без лопастей работает почти без шума, эксплуатационные расходы ниже почти на 50% по сравнению с классическими устройствами, а КПД – значительно выше.

Также в мире начат серийный выпуск поплавковых электростанций, в которых вместо энергии ветра используют движение морских волн – за счет раскачивания волн приводятся в движение поршни гидравлических двигателей, ну а затем полученная механическая энергия преобразуется в электрическую.

Ветровые генераторы в домашнем хозяйстве

В настоящее время все больше владельцев частных домов и коттеджей задумываются об установке ветровых генераторов. При этом чаще всего их внимание обращено на вертикальные ветряки, если устройство покупается, и на горизонтальные – у тех, кто изготавливает устройство самостоятельно.

Следует заметить, что сроки окупаемости такого оборудования достаточно длительные, если учитывать стоимость аккумуляторных батарей. Но без аккумуляторов невозможно обеспечить бесперебойное снабжение дома и подворья электрической энергией с помощью такого генератора. Чаще всего бытовые генераторы используются в сочетании с другими источниками энергии, такими, как гелио-панели. Оптимально, если для выработки электроэнергии применяется тандем ветрогенератор/гелио-панели, а для снабжения дома теплом – тепловой насос. Как вариант – для отопления может быть использован биогаз, но нужное количество можно выработать только при наличии собственной животноводческой или растениеводческой фермы.

Таким образом можно добиться полной автономии дома и хозяйства от внешних «покупных» источников энергии и сделать энергоснабжение своего дома совершенно бесплатным.

С.Варган


Ротор Дарье:

Наверх