Вітроенергетичнаустановка, обслуговуюча заміський будинок, свідчить не тільки про прагненнявласника до незалежності, але і про те, що йому не байдуже, яким повітрямдихатимуть його діти. Але чи у всіх випадках використання такого устаткуваннявиправдано з економічної точки зору? Спробуємо розібратися.
Вітер, тимогутній?
На жаль, природане зібрала всі вітри в родовища, як зробила це з природним газом, нафтою івугіллям, і не змусила їх текти по руслах, подібно до річок. Енергія вітрусправді колосальна (жителям землі потенційно доступно близько 53 000 кВт•ч,що в 4 рази більше теперішнього енергоспоживання планети), але, на жаль,розсіяна в просторі по різних містах і селах. До того ж швидкість і напрямвітру часто в один і той же день міняються багато разів — не дарма у фольклоріі класичній літературі він символізує непостійність. Втім, оцінити, чи будекористь від застосування подібної установки на вашій ділянці, все ж таки можна.Для цього необхідно дізнатися вітровий потенціал території, точніше, йогоголовну характеристику — середньорічну швидкість вітру (середньоарифметичнезначення всіх швидкостей вітру, спостережуваних протягом року). Зробити цеможна в Центрі по гідрометеорології і моніторингу навколишнього середовища абонавіть на найближчому аеродромі (якщо на нім є власна метеослужба).
При низькійсередньорічній швидкості вітру (в межах 3-4 м/с) електроенергія, здобута задопомогою ветроэнергетическойустановки, встає споживачеві в копієчку. Наприклад, в Підмосков'ї, десередньорічна швидкість вітру складає приблизно 4 м/с (3,7-4,2 м/с), сучаснийвітряк потужністю 1 кВт видаватиме близько 120 кВт•ч/мес (втім, це вистачитьдля живлення декількох енергозбережних ламп, телевізора, холодильника іциркуляційного насоса — див. табл.). За рік вироблення устаткування складе 1440кВт•ч, а за весь термін служби, тобто приблизно за 20 років (якіснеустаткування повинне працювати стільки), — 28 800 кВт•ч. Вартість вітроенергетичноїустановки під ключ в комплектації, що забезпечує гарантоване енергопостачаннякотеджу, приймемо рівною $ 7000 ($ 3000-10 000). При цьому вартість 1 кВт•чбуде рівна приблизно $ 0,24, або по курсу на середину січня 2006 р. — близько6,93 крб. за 1 кВт•ч.Для довідки: електроенергія, що купується приватними особами у держави, вПідмосков'ї коштує 1,60 крб. за 1 кВт•ч,а при підключенні через приватну компанію-постачальника — до 3,5 крб. за 1 кВт•ч.
З вищесказаногонескладно зробити вивід: використання ветроэнергетическойустановки в Підмосков'ї економічно виправдано, якщо мережевої електроенергії вбудинку немає і не буде, а вартість енергії, що отримується за допомогою іншихтипів автономних джерел, наприклад дизель-генератора, перевищує 7 крб. Длякотеджів, вже підключених до мережі, ставити вітряк з міркувань економіїбезглуздо, хіба що для резервного електропостачання. А якщо електроенергія докотеджу ще не підведена, але є можливість її підвести? Тут має сенс задуматисяі все прорахувати, враховуючи вартість підключення до мережі (що в різнихрайонах Підмосков'я обійдеться в $ 800-1200 за 1 кВт, причому підключати требавідразу не менше 5 кВт), а також постійне зростання цін на купувальнуелектроенергію (порядка10% в рік). Можливо, буде вигідно відмовитися від централізованого постачання івибрати ветроэнергетическуюустановку — як і у разі фатальної недоступності мережевої електроенергії.
У тих регіонахкраїни, де середньорічна швидкість вітру вища, ніж в Підмосков'ї, використання ветроэнергетическойустановки цілком може виявитися вигіднішим, ніж покупка електрики. Наприклад, врайонах, де швидкість вітру рівна 8 м/с, вдасться отримати з кіловатногопристрою близько 580 кВт•ч/мес, і електроенергія обходитиметься споживачеві в1,43 крб. за 1 кВт•ч.Найчастіше це дешевше, ніж купувати електрику «на стороні» — покомерційних, а іноді і по державних цінах. Наприклад, на Камчатці електрикастоїть від 2 крб. за 1 кВт•ч. У Росії ставити вітродвигуни вигідно на побережжіПівнічного Льодовитого океану, Фінської затоки, Чорного і Каспійського Морея, атакож на Камчатці, Сахаліні і Чукотці, в Якутії. Перспективні і багато іншихрайонів, де гуляють сильні вітри (з середньорічною швидкістю до 10 м/с) ібудівництво мережевої системи електропостачання спричиняє за собою більшівитрати, чим створення автономної незалежної системи.
При швидкостівітру до 2,5 м/с використовувати ветроэнергетическуюустановку як джерело енергії не варто. Більшу частина часу вона не діятиме — сила вітру виявиться недостатньою навіть для того, щоб зрушити ветроколесоз місця.
Приблизнеенергоспоживання електроустаткування заміського будинку
/>
Основа системи
/>
Інверторпотужністю 2,5 кВт
Прилад можнавстановлювати як горизонтально, так і вертикально
В даний часпровідні виробники ветроэнергетическихустановок зосередили свої зусилля на горизонтально-осьових моделях, здатнихнайефективніше перетворювати енергію вітру в електричну. Потужністьгоризонтально-осьових ветроэнергетическихустановок, вживаних для автономного енергопостачання котеджів, — від декількохдесятих кіловата до 10-15 кВт. Є у продажу і могутніші моделі — до декількохмегават. Проте їх призначення — генерувати електрику для подачі в мережіелектропостачання з метою економії палива і ресурсу теплових електростанцій. УРосії, на відміну від країн Заходу, така допомога енергетичному господарствукраїни поки не вітається.
Горизонтально-осьовіветроэнергетическиеустановки схожі на гвинтові двигуни пасажирських літаків, підняті на високіщогли. Вітроколесо з однією або декількома лопатями перетворить кінетичнуенергію поступально рухомого повітряного потоку в механічну енергію обертаннявалу ветродвигателя.До останнього безпосередньо або через редуктор, що підвищує, підключаєтьсягенератор, що виробляє електричний струм. За ветроколесомі генератором розташовується хвостова конструкція яка при допустимих швидкостяхвітру (залежно від моделі – до 12-15, максимум 25 м/с) орієнтує площину ветроколесастрого перпендикулярно вітровому потоку. При надмірно високих швидкостях вітруспрацьовує система складання, орієнтуюча колесо під кутом до вітрового потоку.В результаті забезпечуються обмеження частоти обертання і захист установки відперевантажень.
Вітрогенераторрозташовують на відстані 30-40 м від житлових споруд, щоб легке шелестіння ветроколеса,що обертається, не докучало мешканцям будинку. Висота, а отже, і вартість щоглизалежать від наявності перешкод (дерев, будівель і інших об'єктів) недалеко віднеї. Для найбільш ефективної експлуатації установки пропонується споруджуватищоглу такої висоти, щоб вісь вітроколеса була як мінімум на 3-4 м вище заперешкоди, розташовані на відстані менше 200 м. Саму щоглу необхіднозафіксувати на фундаменті і додатково закріпити розтяжками з оцинкованогометалевого троса (для цього на ділянці заздалегідь виготовляють 5-6 армованихбетонних стовпчиків діаметром 500 мм, що заливаються на глибину близько 2 м). Убудинок електрика від генератора установки подається по двожильному мідномудроту площею перетину до 6-8 мм2,прокладеному в герметизованому підземному каналі.
Електрику, щовиробляється генератором, використовують безпосередньо для живлення нечутливихдо якості електроенергії приладів (ламп розжарювання і обігрівачів), а такождля вуличного освітлення. Інші прилади, наприклад комп'ютери і радіоприймачі,від такого живлення можуть передчасно вийти з ладу унаслідок різких перепадіввеличини і частоти напруги. Підключати вітряк безпосередньо до навантаженнядопустимо хіба що при електропостачанні господарських споруд, електроприладияких в періоди безвітря або слабких вітрів можуть бути знеструмлені без збиткудля безпеки і комфорту людей.
Перебої зпостачанням енергії в сучасний котедж — подію надзвичайну. Для гарантованогоенергопостачання заміського будинку в періоди безвітря або слабких вітрівнеобхідно облаштувати систему безперебійного живлення. Вона дозволить запасатиенергію, витягувану під час сильних вітрів, про запас і забезпечувати будинокенергією у разі тривалого безвітря. Устаткування системи безперебійногоживлення краще всього розташувати безпосередньо в котеджі — в невеликому шумоізольованомуопалювальному приміщенні з відносною вологістю повітря максимум 70% і якмінімум триразовим повітрообміном. Це приміщення облаштовують поблизу від щогливетроэнергетическойустановки.
До складусистеми безперебійного живлення входить перш за все комплект акумуляторнихбатарей. Якщо у ветроэнергетическойустановці використаний генератор потужністю 1 кВт, буде потрібно чотирикислотно-свинцеві або лужні батареї стартерів (190 А•ч кожна). Якщо жзастосовується установка продуктивністю близько 5 кВт, кількість такихакумуляторів повинна досягти 14. Для заряджання акумуляторних батарей будепотрібно зарядний пристрій, що забезпечує випрямляння напруги, що поступає, ізахист акумуляторів від перезаряду. У електромережу котеджу енергія повиннаподаватися через спеціальний прилад — інвертор. Він перетворить постійний струмз акумуляторних батарей в «високоякісний» змінний струм 220 В/50 Гц,придатний для живлення будь-яких побутових приладів. Номінальна потужність інверторів,вживаних в котеджах, зазвичай складає 0,5-5 кВт, максимальна — в 2 рази більше.Компресори, насоси, електромотори у момент запуску короткочасно споживаютьпотужність, в 2-5 разів номінальну, що перевищує. Пускова потужність такогоустаткування при одномоментному запуску не повинна перевищувати максимальнупотужність інвертора.
/>
Бензогенераторпотужністю 5,5 кВт в малошумного виконання на базі двигуна HONDA
Ще один прилад,який бажано включити в комплект системи безперебійного живлення котеджу, — цедизельний, бензиновий або працюючий на балонному газі електрогенератор. Безтакого пристрою не обійтися, якщо середньорічна швидкість вітру в регіоні неперевищує 4-6 м/с (наприклад, в Підмосков'ї). Включений в системуелектропостачання котеджу, генератор працюватиме як резервне джерело живлення вперіод тривалого безвітря. Дійсно, якщо декілька діб підряд вітер дмеледь-ледь, ветроэнергетическаяустановка не зможе видавати номінальну напругу. Тим часом в будинку електроенергіяспоживатиметься в звичайному режимі; рано чи пізно акумуляторна станціявиснажиться і електропостачання припиниться. В цьому випадку генератор требабуде уручну (якщо не передбачити автозапуск) включати всього на декілька годинна добу для заряджання акумуляторних батарей. Таким чином, буде створенанадійна і економічна система безперебійного електропостачання котеджу.
Вибираємо
У ЗМІ іІнтернеті можна виявити безкрайнє море пропозицій від виробників іпостачальників ветроэнергетическихустановок. Проте при виборі фірми варто проявляти обережність. Річ у тому, щодеякі компанії рекламують пристрої, що існують тільки в кресленнях, ніколи невиготовлялися і не випробовувалися. Серед них є і добротні розробки, виконаніпрофесійними конструкторами на основі наукових розрахунків. Але безлічпристроїв — не що інше, як погано оформлені дослідження псевдофахівців.Практичного інтересу для рядового споживача, позбавленого електроенергії, такіпроекти не представляють.
Немало моделейіснує у вигляді дослідного екземпляра. Як правило, такі ветродвигателипропонують невеликі конструкторські бюро при старих машинобудівних заводах.Розрахункова і проектна частини цих розробок відповідають всімнауково-технічним канонам. Недолік один, але дуже істотний: розробників нецікавить дрібносерійне виробництво, тому купити таку установку неможливо, хібащо для енергопостачання селища на 50-100 будинків. Та і перевірити пропонованутехніку на профпридатну «позаочі» не так-то просто. Тому вкладеннягрошей в подібні проекти — заняття вельми ризиковане.
вітроенергетична установка безперебійне живлення
/>
Пристрій длязарядки акумуляторних батарей (а). Інвертор, що перетворює постійну напругуакумуляторів в змінне однофазное220 В/50 Гц для живлення побутових приладів (б)
Ще один різновидветроэнергетическихустановок, що продаються на ринку, — моделі, які проводилися серійно ще прирадянській владі. Підприємства, що випускали таке устаткування, існували зарахунок фінансування по лінії різних державних програм, наприклад по підтримцінечисленних народів Півночі, і, природно, не пережили переходу до ринковоїекономіки. В даний час виробництво зупинене, продаються старі запаси. Завдякихорошій упаковці і консервації ці ветродвигателиблагополучно долежали до наших днів і цілком можуть використовуватися запризначенням. Під питанням залишається лише їх ремонтопридатність.
В даний часіснує зовсім трохи фірм, що регулярно здійснюють одиничне або дрібносерійневиробництво ветроэнергетическихустановок. Звертатися логічно саме до таких виробників, проте з якістю їхустаткування і робіт бажано ознайомитися своїми очима. Для цього краще всьогопоспілкуватися з господарями котеджів, що обслуговуються встановленим данимифірмами устаткуванням. Серед російських виробників вітроенергетичних установокможна назвати, наприклад, компанії «САПСАН-ЕНЕРГІЯ ВІТРУ»,«ЕЛЕКТРОСФЕРА», «ВІНДЕК», «КОМПАНІЯ ЛМВВІТРОЕНЕРГЕТИКА», ЦНІЇ «ЕЛЕКТРОПРИЛАД», «ГМКБ»Радуга"". Серед іноземних — фірми J. BORNAY(Іспанія), RUTLAND, MARLEC(Великобританія), BERGEY,SOUTHWESTWINDPOWER,PROVEN(США) і багато інших.