Ветрогенераторы малой мощности

В настоящее время все больше людей проникается идеей энергосбережения. У нас в Калининграде даже школьники в своих сочинениях вполне грамотно излагают суть главной идеи — применение энергосберегающих технологий и материалов, повсеместная экономия сырьевых ресурсов. Топливно-энергетический кризис перешел с нами в ХХI век, поэтому ученые многих стран пытаются решить эту проблему различными методами. К таковым можно отнести:

  • использование водных ресурсов малых рек
  • морских волн
  • геотермальных вод и гейзеров
  • солнечной энергии
  • энергии ветра
  • использование отходов производства и бытового мусора и др.

Из них наиболее перспективными и доступными на настоящий момент являются ветровая и солнечная энергии.

Если вернуться назад в историю, то ещё в Персии упоминается применение ветряных мельниц во II веке до н.э. Ещё раньше они применялись в Китае. У нас, в России, к началу ХХ века были построены и успешно работали более 2500 тысяч ветряных мельниц, общей мощностью примерно 1 млн. кВт. Поскольку история развития солнечной и ветровой энергии заняла бы много времени и места, оставим эту тему для отдельной статьи.

В настоящей статье я хотел бы кратко рассказать о системах электроснабжения, использующих энергию ветра и солнца. Первоначально они предназначались для приморских и высокогорных поселков домов, условий пустыни, фермерских хозяйств, экспедиций, в общем такого типа условий, при которых строительство стационарной системы электроснабжения составляло бы значительно большие затраты, чем на создание автономной системы электроснабжения. При этом определяющее значение имело наличие в этой местности устойчивых ветров.

Итак, что из себя представляет установка, которую принято называть ветрогенератором или ветроэнергетической установкой? Конструктивно она состоит из ветроколеса с лопастями, повышающего редуктора, ветрогенератора, установленного на мачте, инвертора, аккумуляторной батареи. Зачастую, для большей надёжности, в состав такой автономной системы электроснабжения включают блоки солнечных батарей и бензиновый (дизельный) электроагрегат. Принцип действия ветрогенератора таков:
сила ветра вращает ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через редуктор на вал генератора. Таким образом, реализуется принцип превращения механической энергии в электрическую. Мощность ветрогенератора зависит от размеров ветроколеса, скорости ветра, а также высоты мачты. Выпускаемые в настоящий момент ветрогенераторы имеют диаметр лопастей от 0,75 до 60 и более метров. Инвертор представляет собой узел, который выполняет задачу преобразования электрического тока в синусоидальный и дополнительную стабилизацию напряжения. В буфере с инвертором работает аккумулятор, который подаёт напряжение в сеть нагрузки при отсутствии ветра.

Самым маленьким из ветрогенераторов является тип G-60.При диаметре пятилопастного ротора 0,75 метра и скорости ветра 3-10 метров в секунду он вырабатывает мощность 60 ватт напряжением 12\24 вольта, при этом весит 9 кг. Такой «малыш» легко умещается для транспортировки в любую машину или лодку. Он служит для зарядки батарей, работы средств связи и освещения. Ниже приведены характеристики других зарубежных ветрогенераторов, которые могут применяться для электроснабжения отдельных домов и других объектов.

N п\п Тип ветрогенератора Фирма Страна Диаметр ротора (м) Мощность (Вт) Кол-во лопастей Вес (кг)
1 G-60 J.Bornay Испания 0,75 60 5 9
2 Англия 0,51 60 6
3 Англия 0,91 80 6
4 Inclin 250 J.Bornay Англия 1,35 250 2 32
5 MarlecFM 1803 Мarlec Англия 1,83 250 2
6 Air Marine Southwest Windpower США 1,15 400 3 5,85
7 Air wind module Southwest Windpower США 1,15 400 3 5,85
8 Air industrial Southwest Windpower США 1,15 400 3 6,2
9 Inclin 600 J.Bornay Испания 2 600 2 38
10 WT600 Proven США 2,55 600 3 19
11 Inclin 1000 J.Bornay Испания 2,86 1000 2 45
12 BWC XL.1 Bergey Windpower Бельгия 2,5 1000 3 43
13 Whisper H-80 Southwest Windpower США 3 1000 3 30
14 Whisper H-40 Southwest Windpower США 2,1 1500 3 21
15 BWC 1500 Bergey Windpower Бельгия 3 1500 3 168
16 Inclin 1500 J.Bornay Испания 2,86 1500 2 42
17 WT600 Proven США 3,5 2500 3 70
18 Inclin 3000 J.Bornay Испания 4 3000 2 105
19 Whisper 175 Southwest Windpower США 4,6 3200 2 450
20 WT600 Proven США 5,5 6000 3 450
21 ВК 12КW Bergey США 5,8 12000 3 450

Все модели комплектуются мачтами решётчатой или телескопической конструкции, некоторые модели комплектуются 4-мя тросовыми растяжками с анкерами. Каждый ветрогенератор снабжён системой ориентации по ветру и защитой от ураганных порывов.

В последние несколько лет, ввиду всё более обостряющегося топливно-энергетического кризиса, развитие альтернативной энергетики получило дополнительный толчок. В Западно-Европейских и Скандинавских странах, Америке и Японии уже созданы и уверенно развиваются при поддержке государства ассоциации альтернативной энергетики. Там разработаны и функционируют ветроэнергетические установки мощностью 1,5 и более МВт. Вырабатываемая этим сектором электроэнергия в Бельгии и Дании составляет значительную часть.

Страны СНГ также делают попытки развить аналогичный сектор энергетики. Это, в первую очередь, Украина, Кыргыстан, Белоруссия, Башкортостан. У нас, в России, также растёт интерес к ветроустановкам. Уже созданы и прошли испытания отечественные модели такие, как ВП-3,72 (Объединение «Ветромоторы») и ВЭУ-3, ВЭУ-10, мощностью соответственно 3 и 10 кВт. В настоящий момент в разных регионах России разрабатываются не только серьёзные проекты создания целых систем ветровой энергетики, но и инвестиционные проекты по развёртыванию производства ветроэнергетических установок 0,5-10 кВт, а также гелиоустановок.

Во многих странах уже много лет назад применялись так называемые кооперативные ветроэнергетические установки. Это тот самый пример, когда 10-15 семей совместно приобретают ветрогенератор, и в течение дальнейших 15-20 лет экономят до 70% потребляемой электроэнергии (ведь установка автоматически, незаметно для ее владельца, переключает все нагрузки на себя.

Мало кто знает, что с помощью интернета нами разворачивается обширная программа анализа дефицита электроэнергии по регионам, которая ставит целью определение групп потребителей, особо страдающих от отключений и низкой надежности централизованных электросетей, и ее главная задача-возмещение этого дефицита альтернативными источниками электроэнергии.

  • Цилиндрические редукторы: с какой целью применяют и в чем их особенности
  • Расход топлива дизельного генератора: расчет и оптимальный уровень
  • Высокопроизводительные ДГУ 50 кВт для электроснабжения объектов различного назначения
  • Аренда генераторов: услуга для бизнеса и частных лиц
  • Какими преимуществами и особенностями обладают генераторы «Субару»
  • Выбираем дизельные генераторы
  • Как выбрать и купить бензиновый генератор
  • Как увеличить срок службы генератора?
  • Генератор, как резервный источник питания
  • Деньги на ветер? О ветрогенераторах малой мощности для индивидуальных домов

Наверх

Малые ветрогенераторы позволяют добиться полной автономии электроснабжения загородного дома, но при этом, конечно же, следует просчитывать экономическую целесообразность при принятии подобного решения, ведь стоимость преобразования энергии ветра в электрическую всё ещё достаточно высока.

К удорожанию электроэнергии, получаемой от ветрогенератора приводят:

  • высокая стоимость инвертора, применяемого для преобразования постоянного тока, получаемого от ветрогенератора в переменный (220В; 50Гц) — 50% стоимости всей установки;
  • высокая стоимость щелочных (тяговых) аккумуляторных батарей — 25% (рекомендуемые иногда автомобильные аккумуляторы не приемлемы);
  • необходимость добавления к установке дизель-генератора, сравнимого по стоимости со всей установкой.

Невзирая на всё вышеперечисленное объёмы продажи ветрогенераторов продолжают расти.По данным Американской Ассоциации Ветряной Энергетики (AWEA) в США в 2006 г. было продано 6807 малых ветрогенераторов. Их суммарная мощность составила 17543 кВт, а стоимость $56,082,850 (примерно $3,200 за кВт мощности). В остальном мире в 2006 г. были проданы 9502 малых ветрогенератора (без учёта США) при суммарной мощности 19483 кВт.

Наиболее перспективными регионами для развития малой ветроэнергетики считаются регионы со стоимостью электроэнергии более $0.1 за кВт*ч. Себестоимость электроэнергии, производимой малыми ветрогенераторами в 2006 г. в США составляла $0.10—$0.11 за кВт*ч. AWEA ожидает, что в ближайшие 5 лет себестоимость снизится до $0.07 за кВт*ч.

AWEA прогнозирует, что к 2020 г. суммарная мощность малой ветроэнергетики США вырастет до 50 тыс. МВт, что составит около 3% от суммарных мощностей страны. Ветряные турбины будут установлены в 15 млн. домов и на 1 млн. малых предприятий.

Этот ветрогенератор я строил так сказать для опыта и практики, так-же очень хотелось сделать именно аксиальный генератор и проверить как он работает и на что способен. Изначально я хотел переделать авто-генератор, так-как это первое что приходит на ум в качестве генератора для ветряка. Но почитав форумы и сайты в интернете меня заинтересовала компоновка аксиального генератора, он просто изготавливается и не имеет залипаний в отличие от генераторов с железными статорами.

Маленький ветрогенератор

Небольшой самодельный ветрогенератор на неодимовых магнитах Дело началось с мачты, не торопясь я находил трубы разного диаметра, и потихоньку сваривал, получилась мачта длинной 12 метров. Основа мачты это бетонная свая от высоковольтной опоры, она длиной 3 метра, пришлось ее закопать на 2 метра в землю.

У токаря выточил два диска под магниты диаметром 10,5см, толщина железа 5мм. Приобрел неодимовые магниты шайбы размером 20*5мм, в количестве 24шт. по 12 на каждый диск ротора. Магниты наклеил чередуя полюсами и до половины для прочности залил эпоксидной смолой. Ступицу использовал от мотоблока.

Для статора вырезал форму и фанеры, намотал 12 катушек проводом 0,5мм, по 60 витков и соединил все катушки последовательно в одну фазу, толщина катушек ну и статора всего 4мм. Заливал статор так, сначало на квадрат из фанеры постелил вощеную бумагу, к ней эпоксидка не пристает. Потом положил квадрат фанеры с вырезанным кругом под статор, в центр вырезанного круга еще небольшой кружок, из стеклоткани вырезал по форме кольцо и уложил на дно формы, это для прочности, чтобы статор вдруг не треснул. Потом выложил катушки, сделал канавки для проводов от катушек, залил эпоксидной смолой почти полностью, подождал пока пузырьки все выйдут, утопил второй кружок из стеклоткани, долил до полного и накрыл вторым листом вощеной бумаги, и прижал еще квадратом из фанеры, сверху положил груз и оставил застывать.

Ниже фотографии этого ветрячка, фотографировал во время демонтажа, на место этого ветрячка я ставил новый ветряк из авто-генератора мощностью 400ватт.

Защита генератора от сильного ветра

Здесь хорошо видно как приварено крепление для х.оста, штырь по вертикали отклонен на 20градусов, а по горизонтали относительно генератора на 120гр.

Конструкция аксиального генератора, статор с дисками

на фото статор с дисками ротора, магниты на дисках чередуются полюсами, а диски на генератор ставятся так чтобы притягивались

Статор аксиального генератора — однофазный

После извлечения из формы получился вот такой статор, вышло ровно и красиво, все катушки статора соединены последовательно в одну фазу

Двух-лопастной винт ветрогенератора

Винт сделан из дюралюминиевой трубы диаметром 220мм, диаметр винта 1м.

Аксиальный ветрогенератор

Здесь ветрогенератор вблизи

Вид с тыла ветряка

Вид с тыльной стороны

Мачта ветрогенератора

Мачта поднимается с помощью ручной лебедки, сама мачта сварена из труб разного диаметра начиная с 325мм, длина 12 м

Мачта подъемная для ветрогенератора

Мачта для ветрогенератора самодельная После из формы извлек готовый статор. Винт сделал из дюралюминиевой тонкостенной трубы от полевых полевалок. Диаметр винта 1м, две лопасти, они не раздельные, вырезал электролобзиком сразу цельной винт. В центре просверлил отверстие для крепления винта к генератору. Особенно небольшие высоко-оборотистые винты надо тщательно балансировать, я подвешивал винт на нитку через центральное отверстие и добивался горизонтального положения винта стачивая лишнее.

Хвост ветрогенератора складывающийся, генератор смещен относительно оси. При сильном ветре винт давит на генератор смещая в сторону, а хвост поднимается вверх. Это классическая схема защиты от сильного ветра.

В будущем я планирую построить большой аксиальный ветрогенератор, ну а эта уменьшенная модель показала неплохую работу. Ветряк начинает вращаться от малейшего ветерка, так-как нет залипания, работы винта практически не слышно, сильнее шумит ветер качая ветви деревьев чем винт. Я собирал модель чтобы давала до 1 ампер на аккумулятор 12 вольт, но генератор на хорошем ветру давал ток более 3-х ампер, мог бы и больше, но срабатывает защита уводом винта от ветра.

Оставьте комментарий