Не затрагивая технических особенностей устройства ветряных генераторов, а лишь принимая во внимание порядок значения количества вырабатываемой электроэнергии, ветряные генераторы делятся на промышленные и домашние. Если первые, будучи объединенными в единую энергосеть, образовывают ветряные электростанции, поддерживающие энергообеспечение крупных предприятий, жилых массивов или целых регионов, то вторые, устанавливаясь одиночно, обеспечивают подачу электроэнергии в отдельные дома. Поскольку установка промышленных ветротурбин является прерогативой государственных энергетических компаний, остановимся на подробном рассмотрении ветряных генераторов бытового использования.
На сегодняшний день, не взирая на кажущуюся экзотичность для нашей страны данного технического устройства, можно без каких-либо сложностей и по разумным ценам произвести установку ветряного генератора на своем земляном участке, обеспечив полную автономию, а значит бесперебойность и независимость от тарифов, энергообеспечения своего жилища. Исследования в области энергопотребления свидетельствуют, что для обеспечения электроэнергией средней величины жилого дома достаточно ветряного генератора мощностью порядка 1 КВт при средней скорости ветра порядка 7-10 м/с, что по шкале Бофорта определяется как умеренный или свежий. В случае низкой “ветрености” местности, ветряной генератор может служить составляющей частью более сложной энергосистемы, включающей в себя иные источники энергии. В любом случае в виду отсутствия какого-либо топлива, ветрогенератор, в отличии от традиционных энергоисточников, является в высшей мере экономически эффективным.
Принципиальная схема распространения электроэнергии ветряного генератора выглядит следующим образом:
Рисунок 1.1
Воздушные потоки раскручивают лопасти и разгоняют ротор генератора, в результате чего вырабатывается переменный электрический ток .
Контролер заряда преобразовывает переменный ток в постоянный, которым и заряжается аккумулятор.
Аккумулятор является одновременно накопителем электроэнергии выработанной генератором и стабилизатором напряжения, т.е. его основная задача – обеспечение бесперебойного стабильного питания энергосети в условия безветрия или порывистого ветра.
Инвертор – устройство, которое выполняет задачу обратную задаче контролера заряда, т.е. преобразование постоянного тока, который был предварительно накоплен в аккумуляторе, в ток переменный, поступающий на распределительную систему дома, а из нее – к конкретному устройству-потребителю электрической энергии.
Перед установкой ветряного генератора необходимо провести анализ условий, в которых ему предстоит работать (открытость местности, возвышенность местности, средняя скорость ветра, характерная для региона), и задач, которые будут перед ним ставиться (количество и тип устройств потребителей электроэнергии, предположительная частота работы устройств-потребителей и т.д.). Это максимально снизит вероятность установки неподходящего устройства и исключит возможность не обоснованных реальными потребностями растрат.
Сами же ветряные генераторы наиболее однозначно характеризуются совокупностью следующих своих характеристик:
- скорости зарядки аккумулятора (измеряется в кВт/час), являющейся показателем того, насколько мощным является генератор и как быстро устройство начинает работать с момента полной разрядки;
- времени непрерывной работы (измеряется в часах), являющегося показателем того, насколько долго (начиная с момента остановки генератора при безветрии или при слабой его работе в случае слабого ветра) электроэнергия будет поступать на устройства-потребители;
- выходной мощности инвертора (измеряется в кВт), дающего представление о том, какое количество устройств-потребителей (в зависимости от их энергопотребления) может быть подключено к энергосистеме.
Принцип выбора ветряного генератора можно описать следующим алгоритмом:
Допустим, что количество необходимой в месяц мощности (определенное по проведенным предварительным подсчетам), Wмес. = х кВт/месяц. Какой скоростью зарядки аккумулятора (Vз.а.) должна обладать устанавливаемая ветроэлектрическая установка? Чтобы это определить последовательно определяем средний дневной и часовой расход мощности:
Wдн. = Wмес. /30 → Wдн. = x/30 (кВт/час);
Wчас. = Wдн./24 → Wчас. =(х/30) / 24= х/ 720 (кВт/час).
Для нормального функционирования энергосистемы скорость зарядки аккумулятора должна равняться или превышать средний часовой расход, таким образом:
Vз.а. ≥ х/ 720 (кВт/час).
Далее, чтобы оценить время непрерывной работы, определим мощность, накапливаемую в аккумуляторе, Wнакопления (кВт/час).
Wнакопления = Тнакопления× Vз.а, где
Тнакопления – время накопления мощности, час;
Тнакопления = 24 -Tактив., где
Tактив. – время активной работы устройств-потребителей, час;
Таким образом:
Wнакопления = (24 -Tактив) × Vз.а
Чтобы оценить уровень необходимой выходной мощности ветряного двигателя Wтреб., необходимо предварительно провести анализ средней годовой скорости ветра в данной местности. Тогда зная, что, в силу низкой скорости ветров, генератор сможет работать на какое-то число N% от своего номинального максимума мощности Wном., необходимо, для получения требуемого значения скорости зарядки аккумулятора, подбирать генератор для которого будет справедливым следующее соотношение:
Wтреб. ≤ (Wтреб. × N) /100
Стоит отметить, что приведенная ранее принципиальная схема распространения электроэнергии ветряного генератора может претерпевать изменения в зависимости от потребностей конкретного пользователя.
Так, например, в том случае, если существует реальная необходимость в увеличении скорости зарядки аккумулятора (Vз.а.), то существует возможность подключения нескольких генераторов к одному аккумулятору, а при желании увеличить выходную мощность (Wтреб.) возможно подключение нескольких инверторов.
Описанные примеры свидетельствуют о широких комбинационных возможностях ветряных генераторов. Однако требуемые результаты могут быть достигнуты в полном объеме только в том случае, если монтаж ветроэлектрической установки проводится подготовленными профессионалами и с проведением всех необходимых геодезических замеров и анализа средней скорости ветра. Важность максимально использования силы воздушных потоков наглядно иллюстрирует гистограмма зависимости цены электричества от скорости ветра, полученная Американской Ассоциацией Ветряной Энергетики (AWEA).
Рисунок 1.2
