Автономный дом: Энергия ветра

Серия статей посвященных автономному существованию вашего коттеджа расскажут о возможностях применения возобновляемых и нетрадиционных источников энергии (ВНИЭ), достоинствах и недостатков различных решений,сроках окупаемости и многом другом.

Энергия ветра в теории

В связи с ростом цен на энергоносители, все больше владельцев частных домов посматривают в сторону возобновляемых и нетрадиционных источников энергии (ВНИЭ), таких как ветровая, солнечная, гидроэнергия и геотермальная.  В данном разделе будет рассказано как рядовому гражданину нашей страны можно рационально и доступно, с финансовой точки зрения, воспользоваться энергией ветра.

Перед  тем как будет продемонстрирован пример выбора Ветро Электро Станции (ВЭС), следует узнать каким образом поток воздуха трансформируется в электрическую энергию и сколько такой энергии можно будет получить на своем участке. По данной формуле можно рассчитать энергию, которая «гуляет» по вашему участку:

P = V³+ρ+S

На пример, на площадь равную 3 кв.м (S=12,5) дует воздушный поток обычной плотности (ρ=1,25) со скоростью 5 м/с (V=5), при таких условиях получим:

P = V³+ρ+S = 5³•1,25•12,5 = 1953,125

Где,

V – скорость ветра, единица измерения – м/с
ρ  –  плотность воздуха, единица измерения – кг/м³
S – площадь на которую дует (давит) воздушный поток, единица измерения – м²

Почти 2 кВт, в идеале, если не учитывать ту часть потока, которая уйдет на завихрения, обтекание объекта и т.д. В реальных условиях, максимум мы можем получить 30-40% от потенциальной энергии воздушного потока, это ограничение связано с технологическим и физическим исполнением ветрогенератора. Более точно расчет можно произвести по следующей формуле:

Где,

ξ – коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряках достигает максимум  ξ_max=0,4-0,5 ), безмерная величина
R – радиус ротора, единица измерения –  
V – скорость воздушного потока, единица измерения – м/с
ρ  –  плотность воздуха, единица измерения – кг/м³
η_ред – кпд редуктора, единица измерения - проценты
η_ген  –  кпд генератора, единица измерения – проценты

Для следующих данных:

ξ=0,45
R=2 м
V=5м/с
ρ=1,25 кг/м^3   
η_ред=0,9
η_ген=0,85

Рассчитаем:

P = ξ•π•R²•0,5•V³•ρ•η_ред•η_ген = 0,45•π•2²•0,5•5³•1,25•0,9•0,85

Не так и много получается…почему тогда использование ВЭС выгодно? Лучшим доказательством в данном случае будет «живой» пример. Для этого в качестве примера приведу характеристики установки одной из украинских компаний, которая любезно согласилась предоставить расчетные данные по собственным продуктам.

Ветроэнергетика на практике

Рассматриваемая модель имеет номинальную мощность 5кВт и следующие технические параметры важные для нас:

По данным инженерного центра компании WindElectric модель WE3000 имеет следующую характеристику (мощность в зависимости от скорости ветра):

При скорости ветра в 10 метров в секунду, такая установка будет генерировать более 3кВт час, такого количества энергии вполне хватит для маленького коттеджа, но стоит помнить, что так ветрено далеко не всегда в нашей стране.
Подошло время разобраться с самым главным и важным вопросом, сколько такое счастье будет стоить и через сколько лет окупится? Стоимость электроэнергии в первом приближении можно определить по следующей формуле:

Ц= (С+ЭР∙Т)/(Р∙Т)

Где,

С – полная стоимость ВЭС, единица измерения – грн,рубли,€,$ и т.д.
ЭР –  эксплутационные расходы в год, единица измерения – (грн( рубли,€,$ ) )/год
Р  – вырабатываемая энергия в год, единица измерения – кВтчас/год
Т – срок службы ветрогенератора в годах (принимается Т = 20 лет)

Ориентирование в потребностях

Совершая покупку, мы не всегда до конца осознаем, что будем с ней делать и насколько она нам необходима. В случае с ВЭС необходимо разобраться с потребностями до конца.

Вариант первый: Я хочу частично обеспечить свой дом независимым источником энергии (мой дом подключен к внешней сети). В данном случае мощность подключаемой установки выбирается пожеланию, в зависимости от того, сколько вы хотите получать электроэнергии не из сети, а генерировать самостоятельно.

Вариант второй: Я хочу обеспечить свой дом независимыми источниками энергии, и поэтому выбираю вариант с ВЭС (мой дом не подключен к внешней сети). В этом случае нужно точно знать свои потребности в электроэнергии.

Для дальнейшего чтения статьи, настойчиво рекомендуем ознакомиться с «Часто Задаваемые Вопросы \ (FAQ)».

Чем отличаются эти два варианта? В обоих случаях необходима ВЭС, но необходимо знать в какой степени будет использоваться ВЭС, следовательно, какой мощности нам понадобиться установка.

Подготовка к выбору ВЭС…правильнее будет написать подготовка к разговору с компанией-специалистом, ведь кто еще, как не они смогут предоставить вам установку, настройку и гарантийное обслуживание? Перед тем как компания что-то сможет вам предложить, она должна знать некоторые данные, которые мы сейчас постараемся узнать, да и вам тоже, они будут интересны. Для двух вышеописанных вариантов подготовка имеет несколько общих пунктов:

Потребности. Если в магазине вы решили купить себе сок, вы оцениваете насколько сильное чувство жажды вы испытываете, после чего берете с полки соответствующего размера бутылку с соком. Чтобы установить ВЭС, нужно знать свои «аппетиты». Под «аппетитами» в нашем случае подразумевается количество потребляемой электроэнергии в сутки, месяц, пору года. Так же необходимо знать пиковую нагрузку (к примеру, на праздник у вас в доме работает одновременно два телевизора, музыкальный центр, компьютер, освещение в нескольких комнатах, микроволновая печь и т.п.), т.е., пиковая нагрузка – это максимальное энергопотребление вашим домом, так же необходимо знать какое время длится эта пиковая нагрузка. Узнать общее энергопотребление весьма просто, но потребует от вас некоторую усидчивость. Ваша задача узнать мощность каждого электроприбора в доме и время его работы, а после всего записать данные в таблицу (ссылка: Автономный дом: Энергопотребление дома).

Расположение. Следующим подготовительным этапом будет ориентировочный(!) выбор месторасположения ВЭС. Ориентировочный, потому что только специалисты смогут показать наилучший вариант для вашего индивидуального случая. Но все же есть несколько пунктов, которые позволяют лучше представить возможное расположение ВЭС. Стоит помнить 3 золотых правил:

• Турбулентность. Ветротурбина должна располагаться на 10 метров выше, чем самый высокий объект в радиусе 100 метров (включая ЛЭП)
• По возможности ВЭС должны располагаться на открытых пространствах (берегах рек, морей, озер)
• Орография местности. Стоит учитывать, что в природных ущельях, каньонах поток воздуха имеет свойства сжиматься, в следствии чего увеличивается скорость воздушного потока. Похожу ситуацию можно наблюдать на холмах.

В случае, если ваш загородный дом не планируется подключать к общей сети, то следует рассмотреть вариант комбинированных систем:

• ВЭС + Солнечные батареи
• ВЭС + Дизель

Комбинированные варианты помогут решить проблемы в регионах, где ветер переменчив или зависим от поры года, а так же данный вариант актуален для солнечных батарей.