Контент-платформа Pandia.ru:     2 872 000 материалов , 128 197 пользователей.     Регистрация


Ветряк. Что надо знать при строительстве ветряка, ветряной электростанции или ветрогенератора

 просмотров


Ветряк.

Что надо знать при строительстве ветряка, ветряной электростанции или ветрогенератора.

В связи с ростом цен на энергоносители, все больше дачников посматривают в сторону использования альтернативных и возобновляемых источников энергии, ветровой, солнечной, гидроэнергии.

Человек использует ветер уже несколько тысяч лет, с тех самых пор, как был изобретен парус. Несколько меньше - на ветряных мельницах. Последние лет 100 ветряки в основном ориентируют на выработку электроэнергии.

Основная проблема самодеятельных строителей ветряков не в том, что они ошибаются в своих расчетах. А в том, что они вообще никаких расчетов не делают, прежде чем начать тратить время и деньги на постройку или приобретение ветряка (или деталей к нему).

Смотря на бешено вращающийся флюгер-пропеллер или анемометр (прибор для измерения силы ветра), самодельщик думает, вот бы хорошо на нее генератор поставить, пусть халявный ток дает. И закипела работа… Или наоборот. В руки к нему попадает невесть откуда взявшийся генератор и самодельщик, ничтоже сумняшися, решает, вот разрежу пару бочек, да насажу на ось. Вот и будет генератор. И как итог - потраченное время, деньги, и все без толку. И маячит над его участком такой ветряк или пропеллер, как памятник глупости и скоропалительности решений.

Прежде чем предпринять попытку обуздывать вольный ветер и пытаться заставить его работать на себя, необходимо провести довольно большую теоретическую и практическую подготовительную работу. Мне, как строящему ЭКО-дом, в снабжении которого разной энергией ветер будет играть значительную роль, пришлось перелопатить огромное количество материала по ветроэнергетике. Некоторыми выводами и размышлениями я и хочу поделиться.

Основой основ принятия правильного решения можно считать анализ энергии, которую несет в себе ветер. Не отвлекаясь на пространные рассуждения я сразу приведу формулу расчета энергии ветра:

P = 0,6 х S x V^3

P - это мощность, в Вт

S - площадь (М2) на которую перпендикулярно дует ветер.

V - скорость ветра, в метрах в секунду (в формуле - в кубе).

Т. е. мощность, энергия, что несет в себе ветер прямо пропорционально обдуваемой им площади и кубу его скорости.

Например, ветер дующий на 1 кв. метр со скоростью 2 м/с «несет» в себе энергию 4,8 Ватт.

Если скорость ветра увеличится до 8 метров в секунду, то мощность возрастет до 307 Ватт.

И больше чем эта вы от ветра не получите в принципе, даже теоретически. (Это к вопросу о «разрезанной бочке» и прицепленному к ней 3-х киловатному генератору, призванному решить все ваши энергетические проблемы раз и навсегда). Так что сделать «маленький но мощный» ветроэлектрогенератор не получится даже в принципе. На скорость ветры вы вообще не влияете, поэтому остается влиять только на площадь вашего ветряка.

Надеюсь, этот факт немного остудит тех, кто рассчитывает перевести обогрев дома на «от ветряка». Прикиньте площадь своего дома, умножьте на коэффициент 100 (ватт на кВ. м.), а получившуюся цифру умножьте на 5 (КПД ветроустановок в целом 20-30%, не более). Вот такая энергия потребуется вам для отопления.

Для примера: Дом 100 кв. м., Мощность ветра на отопление потребуется 50 Квт. Достигается при скорости ветра в 6 метров/сек площадью ветряка 385 (!!!) кв. м. (диаметр ветряка 22 метра). Если бы скорость ветра была 10 м/с, то площадь бы потребовалась 80 кв. м (диаметр ветряка 10 метров). Ну и как вам?

Но это вовсе не означает, что делать ветряк не стоит. Стоит! Надо просто немного поуменьшить свои амбиции.

Когда стоит делать или покупать ветряк.

Постройка ветряка может быть, например, хобби. Вообще говоря, построить небольшой, но реально работающий ветряк, вырабатывающий несколько Ватт энергии можно за пару часов и за 7 копеек, использую совершенно подручные материалы, например, пластиковые ПЭТ бутылки. И он реально будет работать и вырабатывать эти 2-3 Ватта энергии, котрые вы можете направить, например на зарядку аккумулятора мобильника или на водокачку.

Постройка более серьезного ветряка (мощностью в десятки Ватт) так же реальная задача, не несущая в себе больших материальных затрат. А вот ветряки мощностью в сотни Ватт, а тем более киловатт - это уже очень серьезная задача, требующая огромных капвложений (сотни и тысячи долларов). И не факт, что они вообще когда то окупятся.

Если у вас есть на участке электроэнергия, нет смысла задаваться целью строить огромный ветряк. Электроэнергия ветряка будет всегда дороже покупной. Считайте, что это аксиома. Строить большой ветряк при наличии стационарной электроэнергии «от Чубайса» стоит только тогда, когда либо с ней очень частые перебои, серьезно отражающиеся на качестве вашей жизни, либо все мощности выбраны подчистую и нет никаких перспектив по их наращиванию. Тогда возможно ветряк будет выходом.

Не стоит рассчитывать на ветряк как на аварийный источник энергии. Бензиновый аварийный генератор в 2-3 квт даст 100 очков фору ветряку, с его заморочной системой выработки энергии в зависимости от ветра, ее аккумулированию и обратному преобразованию.

С другой стороны, строительство любого серьезного ветряка связана с большими трудностями. Поэтому если уж строить - надо строить ветряк максимально возможной мощности. Соблюдая при этом принцип учета затраты/выход. Т. е. проводить анализ «что даст вам дополнительное увеличение мощности и во что оно вам обойдется». Это, кстати, общий принцип энергетики - стоимость генерирующих мощностей. Если вы можете построить ветряк в 200-400 Ватт за 500$ и сроком службы лет 10, то при ежедневной (средней) выработке 2-3 Квт энергии за 10 лет ее объем составит 10.000 КВт. Т. е. по 5 центов/Квт*час. Это хорошее вложение. Нужно энергии больше? Поставьте 2-3 ветряка.

А если на участке нет электроэнергии вообще, и перспективы ее туда провести туманны и дороги, то постройка ветряка может оказаться весьма неплохим способом решения проблем электроснабжения.

Тоже самое можно сказать и о мобильном использовании ветрогенераторов. Тут необходимо строить мобильный, небольшой, но максимально эффективный ветроэлектрогенератор.

Если вы хотите использовать энергию ветра, вы должны решить для себя главную задачу - «зачем». Что вы хотите получить от ветра, какая ЦЕЛЬ будет у будущего ветряка.

Это может быть достаточно широкий диапазон запросов. Например, декоративная цель (вы строите ветряную мельницу), получение электричества, получение тепла (непосредственно), ветряная водокачка и т. д. Давайте их рассмотрим.

Декоративная. Эта цель не рассматривается в принципе. Если вы захотите ее достигнуть, вы это с легкостью сделаете потом, прочитав статью до конца.

Подъем воды с помощью ветряка. Этой цели достигнуть достаточно легко. Энергия, необходимая на подъем веса на высоту равна mgh, где m –масса, g- ускорение свободного падения (9,8), h - высота. Т. е. поднять 1 литр воды на 10 метров за 1 секунду «стоит» 98 ватт. За 10 секунд – 9,8 Ватт, за 100 секунд – всего 1 Ватт. Т. е. если никуда не торопиться, то поднимать воду из колодца или скважины можно самыми слабыми ветрами и очень небольшим ветряками. Да, пусть ваша водокачка поднимает всего 30-50 литров в час. Но за 10-15 часов ветра она поднимет уже полтонны воды! Т. е. небольшой ветрячок, при наличии достаточно большой промежуточной емкости-накопителя обеспечит вас водой полностью. Создание такого ветряка не потребует больших затрат и усилий. Другой вопрос, что для вас проще - использовать электрический насос в течении получаса или строить ветряк.

Вообще говоря, я видел очень много заброшенных ветряков – водоподъемников в европейских странах. Развитие электротехники, в частности появление достаточно емких аккумуляторов, дешевых бензогенераторов и производительных насосов сделало их неэффективным способом подъема воды. Так что вам решать, нужен ли вам ветряк водокачка. Хотя, если нет электричества - ветряк не самый плохой вариант.

Получение тепла непосредственно от ветряка достаточно затруднительная задача. Получить тепло можно, но очень трудно его передать в место назначения. Поэтому такой способ использования ветровой энергии практически не используется.

Самым популярным вариантом является использование ветряков для выработки электроэнергии.

Ветряной электрический генератор. Как сделать ветряк и электрический генератор самому.

Итак, самым популярным вариантом является использование ветряков для выработки электроэнергии.

Казалось бы - чего проще, сделал ветряк, насадил на его ось электрогенератор и вауля! Получай электричество!

Но не все так просто. Давайте рассмотрим, почему.

Все ветряки или ветровые установки приводятся в действие (вращение) силой ветра. О мощности ветрового потока мы уже говорили. И понятно, что большей энергии от генератора мы не сможем получить принципиально.

Другой важнейшей характеристикой ветряка является т. н. КИЭВ - коэффициент использования энергии ветра. У самых лучших образцов ветряков он составляет всего 40-45%! (Хотя можно встретить утверждения о чуть ли не о 60-80% КИЭВ. Это, мягко сказать, преувеличение продавцов этих ветряков. Поэтому рассчитывайте, что ветряк будет использовать ветер едва ли на 25-30% и не забудьте поделить расчетную мощность ветряка на 3-4. Вот что вы реально сможете получить с ветроустановки в случае использования идеального электрогенератора.

Кстати, о мощности ветряка. Вы можете не поверить, и это действительно парадоксально выглядит, но единственно, от чего зависит мощность ветряка (кроме скорости ветра) - это его площадь. Иногда ее называют «площадь ометания». Можно привести много формул математических доказательств и практических подтверждений, но мощность ветряка с одной лопастью (которая ометает - описывает круг диаметром D), и ветряка с 6-ю лопастями такого диаметра - одинакова! Вот хотите верьте, хотите нет, но это – так!

Дело в том, что ветер воспринимает лопасти не как отдельные «дощечки» и давит на каждую по очереди, а как круг, диск. Поэтому важна только площадь, а не количество лопастей. Ветер, раскручивая лопасти ветряка, придает ей скорость. Кроме угловой скорости вращения, лопасть еще имеет и линейную скорость. А следовательно, поскольку крутится не в вакууме, начинает встречать сопротивление воздуха, которое растет пропорционально кубу скорости. Тем более, что лопасть представляет собой не плоскую дощечку, а определенный аэродинамический профиль, имеющий и конкретную толщину, и угол поворота. И этот профиль при вращении «натыкается» на воздух «межлопастного» пространства. И получается, что чем большую мощность потока мы собираемся собрать увеличивая число лопастей, тем большее сопротивление воздуха они испытывают во время вращения. Как результат - то, что написано выше - мощность ветряка зависит от площади ометания, а не от числа лопастей.

Таким образом, мы подошли к другой важной характеристикой ветряка - быстроходности. Быстроходность ветряка - величина, показывающая, насколько линейная скорость лопасти больше скорости ветра. Если вы узнаете, например, что у ветряка быстроходность 7, то это значит, что кончик его лопасти имеет линейную скорость в 7 раз больше скорости ветра. И при ветре в 10 м/с, кончик лопасти летит по воздуху со скоростью 70 м/сек, т. е 250 км/час! Так что очень не рекомендую пытаться останавливать лопасть руками. Их просто срежет как бритвой.

К быстроходности и ее расчету мы еще вернемся, а сейчас давайте посмотрим, чем она важна именно для процесса выработки электроэнергии.

Так уж исстари повелось на Руси, что электроэнергию тут добывают с помощью специальных устройств - генераторов. Конструкций генераторов много, но в плане стыковки с ветряком, нас интересуют электрогенераторы, выдающие электроэнергию в результате вращения. В самом деле, зачем нам от добра добра искать. Ветряк нам поставляет вращение, его надо и использовать.

Так вот, при строительстве ветряка вы обязательно столкнетесь с тем, что генераторов-то пригодных для ветряка вобщем-то НЕТ. Ну вообще то в природе они есть, их даже выпускают серийно. Но купить их достаточно проблематично и по цене, и по возможности. Слишком это специфическая вещь, оттого и дороги и их мало. Поэтому придется либо приспосабливать то, что есть, либо делать генератор самому.

А что у нас есть, что б электричества поесть? Из готового. Выбор блюд, вобщем небогатый. Это двигатели с постоянными магнитами, шаговые двигатели, автомобильные генераторы, асинхронные двигатели, генераторы от умерших бензогенераторов. Вобщем, практически любые электро двигатели. Их подробный анализ мы проведем позже. Согласно всем теориям, всякая электрическая машина является обратимой. Т. е. любой электродвигатель при соответствующих условиях может работать и как генератор. С той или иной эффективностью. С той или иной серьезностью, степенью и ценой переделки.

Почему нельзя просто использовать то что есть? Да потому что оно все - быстроходное! Можете воспринимать это восклицательный знак как знак траура. Ну разве что кроме шаговых двигателей. Они по определению тихоходы. Остальные все двигатели – генераторы рассчитаны на 1000 оборотов в минуту и выше ( т. е. 15-20 оборотов в секунду). Соответствующие обороты им надо придать и для получения обратного эффекта - генерации электротока. Например, казалось бы самый доступный и дешевый вариант приличного генератора в 0,5 КВт - автомобильного, натыкается на цифру в 2-3 тыс. об/мин. Двигатель машины даже на холостых оборотах держит вращение со скоростью 800 об/мин. Плюс мультипликация шкивов мотора и генератора 1:2 как минимум. Генератор крутится уже 1500 об/мин. А если газу поддать и мотор «открутить» до 3-4 тыс (рядовой случай) – генератор тогда выдает свои полкиловатта. При 5-8 тыс. оборотов/мин.

То же и с другими моторами. За что ни схватись - меньше 1000 об/минуту и не найти ничего.

Вернувшись к параметру быстроходности ветряка и пересчитав ее с учетом скорости ветра, размеров ветряка, вы с удивлением обнаружите, что обороты вала ветряка не так велики. 200-400 об/минуту у самых быстроходных ветряков и при хорошем крепком ветре!

Поставим мультипликатор, скажете вы и повысим обороты в 5-10 раз! (Кстати, то, что снижает обороты – это редуктор. А то, что повышает – это мультипликатор). Ну справедливости ради скажу - так, вобщем то и делается. Но только на очень больших и мощных ветряках, что бы закрутить большие и мощные генераторы. На ветряках с мощностью менее 500 Ватт мультипликаторы - это роскошь. Надежный и качественный необслуживаемый мультипликатор с малыми потерями - это само по себе дорогое устройство. И его цена, соответственно переносится на стоимость вырабатываемой электроэнергии. Поэтому применение мультипликатора в маленьком «домашнем» ветряке необоснованно никак. Разве что он достался на халяву.

А из низкооборотных генераторов у нас есть только шаговые двигатели. Что такое шаговый двигатель? Это двигатель, который поворачивает свой вал на определенный угол (шаг) при подаче на его обмотки импульса напряжения. Такие моторы имеют как правило несколько обмоток, а из ротор буквально напичкан магнитами. Этот отрадный факт и позволяет использовать шаговые двигатели в качестве генератора. При придании вращения валу шагового двигателя извне, он начинает вырабатывать электричество, причем весьма эффективно.

«Вычислить» шаговый двигатель просто. При вращении вала, он вращается не плавно, а как бы толчками. Этот эффект называется «залипание». Если закоротить все выводы двигателя, то вращать вал станет заметно труднее. Это значит, что шаговый мотор уже вырабатывает электрический ток. Кстати, это общий принцип проверки двигателей постоянного тока «на вшивость». Если при закорачивании выводов вращать вал мотора стало труднее, то электромотор в плане использования его в качестве электрогенератора небезнадежен и есть смысл снять его характеристики.

Добыть шаговый электромотор малой мощности несложно. Любой принтер, который можно купить на интернет-аукционе за 100-300 рублей, содержит их как минимум 2. Один «гонял» головку, другой - бумагу. Сканер – 1, старые дисководы на 5,25 дюйма - тоже 1. Это хорошая новость. Плохая состоит в том, что легкодоступны шаговые двигатели лишь очень малой мощности! 1-2-3 Ватта. Добыть шаговый двигатель на 30-50 Ватт хотя бы - это редкая удача, считайте что отличный генератор у вас в кармане!

Куда применить шаговик на 2 Ватта? Да в общем заряжать аккумулятор мобильника, плеера и т. п. Этой мощности уже хватит. Надо 10-20 Ватт? Ну поставьте 10 таких двигателей. Они дешевле, чем яичная скорлупа после Пасхи.

Ну а если вы хотите получать с ветряка 200-300 Ватт, причем желательно задешево (держим в уме соотношение затраты / отдача ), то скорее всего, придется делать генератор самому. Это сложно, но абсолютно реально, если вы все же решите делать ветро - электрогенератор.

Константин Тимошенко

Прокомментируйте:

Регистрация
Мы в соцсетях:


Подпишитесь на рассылку:
Посмотрите по Вашей теме:

Проекты по теме:

Строительство
Архивы:
А АкведукиАрхитекторАрхитектураАрхитектура МосквыАрхитектурно-строительный факультетАрхитектурное проектированиеАсфальтирование ББассейныБетономешалкаБуровзрывные работы ВВодопроводВодоснабжение и водоотводВодостокВыдача планов на земельные участки ГГазопроводГенеральные планыГеоинформационные системы и технологииГидроизоляцияГородское строительство и хозяйство ДДачи и коттеджиДачные домаДвериДеревоДеревообработкаДеревянные домаДизайн интерьераДолевое строительствоДома из клееного брусаДома из оцилиндрованного бревнаДымоход ЖЖилплощадь ЗЗастройкаЗащита прав потребителейЗемлепользованиеЗемлеустройствоЗемляные работыЗвукоизоляция ИИмущественное правоИнвентаризация объектовИнвестиции в строительствеИнженерно-геологические изысканияИнженерные системыИнтерьер ККаминыКвадратный метрКирпичная кладкаКондиционирование и вентиляцияКоттеджные поселкиКровля ЛЛандшафтный дизайнЛенточный фундаментЛесопилка ММалоэтажное строительствоМногоквартирные домаМонтажМонтажникМусоропровод ННормативные материалы ООбследование зданийОбщая площадьОбъекты для ввода в эксплуатациюОкнаОтделочные материалы и работыОтоплениеОхрана труда в строительствеОцилиндрованное бревноОчистка естественных и стоковых вод ППервоочередные объектыПечьПодрядное строительствоПолимербетонПолы и покрытияПотолкиПроектная документацияПроектные декларацииПроектные работыПроизводственная недвижимостьПромышленное и гражданское строительство РРемонтРемонт дорогРемонт жильяРемонт лифтовРемонт помещенийРемонтные работыРемонт жильяРеконструкцииРешения на строительство ССанитарные нормыСантехникаСметные нормативыСметыСоюзы строителейСтеныСтройматериалыСтроитель Строительнная: ТехникаБюджетыРаботыВыставкиКолледжиОрганизацииСтроительство жильяКвартир ТТеплоизоляцияТерриториальное планированиеТехническое обслуживание, ремонт и реконструкция зданийТраншеяТрубопровод УУправления капитального строительства ФФасадные работыФундамент ЧЧастный сектор ШШпатлевкаШпонШумоизоляция ЭЭкономика предприятий строительстваЭлектроинструментЭлектропроводкаЭлектротехнические работы
Основные порталы, построенные редакторами

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалоги
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьер

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказЭкономикаРегионы РоссииПрограммы регионов
История: СССРИстория РоссииРоссийская ИмперияВремя2016 год
Окружающий мир: Животные • (Домашние животные) • НасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШкола
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовМуниципалитетыМуниципальные районыМуниципальные образованияМуниципальные программыБюджетные организацииОтчетыПоложенияПостановленияРегламентыТермины(Научная терминология)

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства