Через сколько окупится ветрогенератор

Выгодно ли в России производить электроэнергию на ветрогенераторах

Сегодня электроэнергетика мало чем отличается от той, что была 50 лет назад. В России ток поступает на предприятия и в дома по сетям компаний-монополистов. Альтернативные технологии развиваются медленно. Пока бизнес на ветрогенераторах не пользуется популярностью. Причины тому – государственная ценовая политика и ограничения, прописанные в законодательстве.

Кстати. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), потенциал ветряков может покрыть 35% мирового производства электроэнергии к 2050 г., при этом выбросы СО² снизятся на четверть (6,3 млрд тонн). Сейчас доля ветроэнергетики в мировом балансе составляет 7 %.

Изготовители автомобилей – основные потребители нефти – стали решать экологические проблемы заменой двигателей внутреннего сгорания электрическими. Это приведет к резкому увеличению расхода электроэнергии, что вызовет необходимость локального перераспределения энергетических мощностей. В такой ситуации коммерческие ветрогенераторы малой производительности способны решить проблему зарядки аккумуляторов электромобилей.

Самые большие ветроэлектростанции (ВЭС):

• Walney Extension – крупнейшая в мире шельфовая электростанция на северо-западном побережье Великобритании в Ирландском море. Построена датской компанией Orsted. 87 турбогенераторов Siemens занимают площадь 145 км². Мощность 659 МВт может обеспечить электричеством больше полумиллиона домов.
• Alta Wind Energy Center – одна из крупнейших в мире наземных ветроэлектростанций в штате Калифорния, США. Мощность 1700 МВт достаточна для жизнеобеспечения города населением более 1 млн человек.

По данным сайта energybase.ru

Коммерческий потенциал в РФ

Российская Федерация в мировом рейтинге потребителей ветряной электроэнергии занимает 67 место с показателем 0,14 млрд кВт·час. Например, Дания потребляет в 100 раз, а США – в 1800 раз больше (2017 г., Knoema.ru).

Рисунок 1. Схема работы ветряка.
Источник: Яндекс.Картинки.

Казалось бы, в такой ситуации увеличение доли ветростанций малой мощности в балансе отечественной энергетики – перспективное направление для бизнеса. Однако в обзоре Российской ассоциации ветроиндустрии (РАВИ) отмечается, что наша страна, оставаясь аутсайдером, уделяет мало внимания потенциалу развития таких станций.

Статус микрогенерации

Закон РФ «Об электроэнергетике», впервые закрепивший понятие «микрогенерация», вступил в силу только 27.12.2019 г. Согласно ему частная ветровая станция по мощности не должна превышать 15 кВт. При этом имеется в виду продажа только излишков энергии, вырабатываемой для личных нужд.

К тому же энергокомпании обязаны приобретать продукт микрогенерации по средневзвешенным ценам оптового рынка. Например, по прогнозу ОАО АТС (Администратор торговой системы оптового рынка), средневзвешенный тариф на электроэнергию в 2020 г. по Московской области составит 1,4 р./кВт·час при цене для конечного потребителя 4,66 р./кВт·час. Это не способствует стимуляции развития ветроэнергетики.

Для непосредственной реализации электричества необходимо оформлять статус энергокомпании. Согласно Постановлению Правительства №1172 от 27.12.2010 г. возможность называться таковой получают лишь коммерческие организации, имеющие основную уставную цель – оказание услуг по передаче электроэнергии. При этом предприятие должно владеть на праве собственности или ином законном основании генерирующим оборудованием мощностью не менее 5 000 кВт.

Итог. Учитывая сложившуюся ситуацию, приходим к выводу: организация бизнеса по продаже ветроэнергии в настоящее время – вопрос трудноразрешимый.

Остается путь опосредованной реализации ветроэлектричества через структуру малого бизнеса.

Монетизация силы ветра

Учитывая то, что применение ветрогенераторов возможно только вне городской черты, надо ориентироваться на малый бизнес в деревнях. Прежде всего, это сельское хозяйство. Рассмотрим проблематику на примере тепличного комплекса по выращиванию цветов.

Подсчитаем мощность, необходимую для обогрева поликарбонатного парника площадью 20 м² с толщиной покрытия 8 мм. Предположим, что в зимнее время для выбранного региона минимальная температура воздуха -15°С. Если по нормативным документам этот показатель ниже в течение небольшого количества дней, предусматривается дополнительное подключение к стационарной сети.

Температура в теплице поддерживается на уровне +20°С. Тогда необходимая мощность для отопления составит 8 кВт. Среднемесячный расход энергии – 3500 кВт·час (по методике расчета elec.ru). Ориентировочная энергия для освещения такого объекта – 1 кВт.

Следовательно, общая мощность для эксплуатации теплицы – 9 кВт.

Нужное оборудование

Ветроэлектростанция состоит из комплекса установок для преобразования энергии ветра в электрическую:

• Соосно с воздушным винтом вращается трехфазный генератор.
• Встроенный выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный и подает его в контроллер зарядки аккумуляторных батарей, которые обеспечивают объекты энергией в то время, когда нет ветра.
• Для преобразования постоянного напряжения аккумуляторов в переменное используются инверторы.

Для примера рассмотрим линейку ветрогенераторов Condor Air от фирмы «Группа Зеленых технологий». Первым этапом реализации проекта является определение средней годовой скорости ветра в зоне установки. Нужно смотреть на статистику местных метеостанций. Но даже это не даст реальных цифр. Ветрогенератор начинает вырабатывать энергию при скорости не ниже 3-4 м/сек., а выходит на номинальную мощность при 9-10 м/сек.

Рисунок 2. Ветроэнергетический потенциал РФ. Источник: Infourok.ru.

Усредненные показатели скорости ветра для Европейской части России не достигают этого значения. Уровень выше 4 м/сек. по Московской области наблюдается лишь в районе Шереметьево, а во Владивостоке – 6 м/сек. На самом деле локальные значения варьируются в широких диапазонах. На берегах крупных водоемов они могут быть выше, а в закрытом холмами месте – ниже.

При выборе генератора надо учитывать КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра (для большинства конструкций около 0,4). Тогда мощность установки будет равна необходимой для теплицы, деленной на этот коэффициент:

9 кВт / 0,4 = 22,5 кВт.

Предварительно устанавливается средняя скорость ветра за отопительный сезон. Предполагаем, что она равна 7,5 м/сек. Для решения задачи подходит ветрогенератор Condor Air 30 мощностью 30 кВт с горизонтальной осью вращения. Учитывая наше законодательство, производительность объекта микрогенерации не может быть больше 15 кВт. Поэтому приходится выбирать два генератора Condor Air 15 по 15 кВт. Такой агрегат начинает выработку электроэнергии при скорости 2,5 м/сек. и выходит на номинальный режим при 9 м/сек. Большую часть времени оба будут выдавать 20-25 кВт.

Информация. Мощность самой крупной в России Балаковской АЭС – 4 млн кВТ. Чтобы выработать столько же энергии, понадобится 528 ветряков Enercon E-126.

В рассматриваемом комплексе нет больших перерывов в использовании электроэнергии, а относительное постоянство ветра поддерживает непрерывный процесс зарядки батарей. Генератор Condor Air 15 имеет напряжение 240 В, и ему одному нужна нагрузка в 20 аккумуляторов по 12 В (20×12 В = 240 В). Следовательно, для двух необходимо 40 штук. Одна батарея напряжением 12 В и емкостью 150 А·час накапливает 1,8 кВт (12 В × 150 А·час = 1800 Вт·час). Сорок единиц аккумулируют 72 кВт·час, чего достаточно для работы комплекса в течение более трех часов безветрия.

Мощность ветроэлектростанции на выходе определяется характеристиками инвертора. В рассматриваемом варианте подойдет использование двух агрегатов MAP DOMINATOR-UPS-48-15, каждый мощностью 15 кВт. Это позволит продавать лишнюю энергию генератора во внешнюю сеть.

Определяем эффективность

Подсчитаем стоимость комплектующих системы.

Источник

Окупаемость Ветроэнергетических установок в условиях средней полосы России

Окупаемость Ветроэнергетических установок в условиях средней полосы России

Самый актуальный вопрос в области ветроэнергетики в России на сегодняшний день — как окупить затраты на приобретение и эксплуатацию Ветрогенератора в условиях слабых ветров средней полосы России.

С учетом нашего опыта эксплуатации Ветроустановок , есть несколько советов, которые помогут при выборе Альтернативного источника энергии уже сегодня получить действительное подспорье в хозяйстве, а не дорогую и бесполезную игрушку .

По опыту работы с ветрами средней полосы России, с Ветрогенератора получается получить, в лучшем случае, до 10% мощности от номинала ВУ летом и 25 — 30 % на зимних ветрах.

Например: Потребитель, установив Ветряк, в центральной части РФ, номинальной мощностью 5 кВт, будет получать реальную мощность 0,5 кВт летом и 1,5 кВт в зимний период.

Очевидным решением проблемы производительности ветряков, при работе на «слабых» ветрах, является добавление солнечных батарей. Гибридные системы (Ветрогенератор + Солнечная батарея = Ветросолнечная электростанция) помогают увеличить мощность Альтернативной электростанции, особенно в летних условиях. Однако темой статьи является повышение окупаемости самой Ветроэнергетической установки, а добавление дополнительных элементов в систему, этому не способствует.

Но вернемся к проблеме окупаемости Ветряных электростанций, для этого есть два направления:

1. Снижение капитальных и эксплуатационных затрат на ВЭС.

2. Повышение производительности ветроэлектростанции.

Однако, рассматривая проблему окупаемости Альтернативной энергетики, нам лучше объединить в обсуждении эти направления в одну общую тему, т.к. они взаимно пересекаются с друг другом, дополняя и усиливая себя.

Первое, на что бы мы обратили внимание — установку не одного мощного Ветрогенератора, а нескольких небольших ветряков. Это диктуется следующими характеристиками Ветроустановок:

— мощные Ветрогенераторы оснащаются мультипликаторами (коробками скоростей), электроприводами разворота «на ветер», дисковыми тормозными системами, жидкостными системами охлаждения и системами электронного контроля под управлением компьютера

/ малые ветряки имеют три — максимум четыре подшипника и механическую систему «буревого» торможения (обычно за счет складывания «хвоста»);

— мощные Ветроустановки имеют большие и тяжелые лопасти с большим диаметром, раскрутить которые под силу хорошему ветру

/ малые модели имеют легкие лопасти, иногда больше трех, и начинают вращаться от ветра 1,5 м/с, одним словом — небольшие Ветряки производительнее больших Ветрогенераторов;

— мощные Ветрогенераторы требуют значительного объема строительных работ, что объясняется большим фундаментом, применением специальной техники и коллективом профессионалов / малые Ветроустановки устанавливаться силами нескольких работников или за счет лебедки. Иногда с использованием автомобиля или трактора, а более тяжелые модели за счет гидравлического цилиндра.

— мощные Ветроустановки просто дороги. При этом они не только в разы могут превышать стоимость нескольких малых систем (равной суммарной мощности — Ветропарк), мощные ВУ дороги в транспортировке, монтаже и наладке, а при эксплуатации — в обслуживании и ремонте / малые Ветрогенераторы за счет своей простоты, дешевы и не требуют, практически, ни какого обслуживания.

— дорогие и мощные модели, даже именитых производителей, легко ломаются и в случае выхода из строя одного, но мощного Ветрогенератора, можно потерять все / ремонт небольших моделей подпадает под правило: «Чем меньше деталь — тем она дешевле как запчасть», и конечно, выход из строя одной единицы, из двух/пяти/десяти ВУ единой Ветроэнергосистемы или Ветропарка, не остановит энергоснабжение объекта.

Второе относиться к потребителям, имеющим хоть какое то подключение к сетям, но не удовлетворенных ее качеством или выделенной мощностью — это Сетевые Альтернативные энергетические системы .

Сетевой комплект = Ветрогенератор (ВУ + СБ или СБ) + сетевой контроллер + сетевой инвертор, предназначен для работы в уже существующую сеть (220 или 380 В) объекта снабжения. Сетевое оборудование, получая непригодную для прямого использования энергию от Альтернативных источников, настраивается на частоту сети и начинает ее снабжение, перерабатывая энергию ветра (и/или солнца) в привычные нам 220 или 380 вольт переменного тока, «бесплатно» и качественно снабжая потребителя.
Для работы этого комплекта не требуется аккумуляторная батарея и средства ее контроля и подзарядки. Это значительно сокращает стоимость Альтернативной энергетической системы и ее эксплуатации, что значительно сокращает сроки окупаемости системы.

При этом, предлагаемые ООО «ТЕРМОДИНАМИКА» сетевые комплекты , имеют дополнительные возможности для организации выделенных линий и подключения любого количества АКБ, на случай необходимости обеспечить бесперебойное питание на объекте. Хотя такое усложнение системы отодвигает сроки окупаемости на годы.

И третье . Как ни странно, в данном случае, мы предлагаем использовать более дорогое Ветроэнергетическое оборудование , но изначально подготовленное для работы на слабых ветрах.

То есть — мы предлагаем, вместо «недорогих» горизонтальных Ветроустановок, дорогие вертикальные Ветрогенераторы VAWT с поворотным крылом, но с меньшим номиналом производительности для каждого конкретного случая.

С учетом того, что данные модели в условиях слабых ветров центральной части РФ, вырабатывают 40% от номинальной мощности летом и 70% зимой, там, где требуется установка 50 кВт горизонтального Ветрогенератора потребуется всего один VAWT с регулируемыми лопастями мощностью 15 кВт.

И, несмотря на то, что новый тип Вертикальной Ветроустановки VAWT в два раза дороже обычного горизонтального Ветрогенератора, при сравнении моделей номинальной мощности, он (VAWT) на треть дешевле обычных ветряков при расчете оборудования на реально полученные киловатты.

Единственный недостаток такой, во всех отношениях «прекрасной» модели Вертикальной Ветроустановки — необходимость периодического обслуживания (смазки) поворотного механизма лопастей.

Давайте подведем итог нашему разговору: возможно ли на сегодня получить окупаемую Ветряную электростанцию работающую в условиях «слабых» ветров.

Подсчитаем:
Например, если среднегодовая скорость ветра составляет 4 м/с, современный горизонтальный полупромышленный ветряк мощностью 10 кВт будет выдавать около 800 — 900 кВтч в месяц. За год работы оборудования выход составит 10200 кВтч. Для выработки такого же количества энергии нам понадобиться семь бытовых киловаттных ветряков (125 кВтч х 7 в месяц) или одна трех киловаттная Ветроустановка VAWT нового типа.
Теперь рассмотрим среднюю стоимость 10200 кВтч за год (при 4 м/с) в виде различных типов комплектаций оборудования «под ключ»:

• Сетевая ВЭС на базе горизонтального ВУ 10 кВт: 900 000,00 руб.

• Сетевой Ветропарк на базе горизонтальных ВУ 1 кВт в количестве 7* шт: 90 000,00** руб. х 7

• Сетевая ВЭС на базе вертикального ВУ 3 кВт с поворотными лопастями: 580 000,00 руб .

При этом стоимость 1 кВтч, (для МО) на сегодня равна, в среднем, 3,00 руб. за кВтч. Считайте.

Вывод очевиден: на сегодняшний день, при ресурсе Ветроустановки в 20 лет, второй и третий варианты — окупаемы , а при некоторых условиях — рентабельны:

— мы рассматриваем наихудший вариант для эксплуатации ветрогенератора — среднюю скорость ветра 4 м/с. Уже при скорости в 5 м/с, все варианты комплектации ВЭС становиться не только окупаемы, но и начинают приносить прибыль. То же произойдет при повышении цен на электроэнергию — при стоимости 1 кВтч = 4,00 руб. затраты окупаются по всем вариантам, а при стоимости 5,00 руб. за кВтч становятся рентабельным даже первый вариант;

— электроэнергия будет только дорожать, а производство бытовых и полупромышленных Ветрогенераторов в мире растет, с появлением новых, более производительных и легких моделей ветряков, а следовательно и более дешевых.

Примечания:

* — то или иное количество ВУ подбирается с учетом ТУ заказчика, путем просчета всех возможных вариантов;

** — без учета монтажных работ, для ВУ мощностью до 1 кВт (включительно) работы по монтажу могут быть выполнены заказчиком самостоятельно, в виду их не сложности.

Ветрогенератор вертикальный: цена, размеры, установка

Приобретая ветрогенератор с вертикальной осью вращения, следует обратить внимание на следующие характеристики:

• — начальная, номинальная и максимальная скорость ветра;
• — номинальная и максимальная мощность;
• — габариты деталей (лопастей, мачты, ротора);
• — общий вес.

Самый большой ветрогенератор в мире – горизонтальный Энеркон Е-126. Он был впервые установлен в Германии в 2007 году. Его общая высота составляет 198 м, диаметр ротора – 127 м, вес – 6000 т, а мощность – 7,58 МВт! Сейчас в Европе используют несколько десятков таких моделей.

Вертикальные ветряки непромышленного назначения при высоте мачты 5 м имеют диаметр ротора 3 м, вес 120 кг и при средней скорости ветра 5-8 км/ч вырабатывают энергию от 4 тыс. до 10 тыс. кВт ч. в год.

Установить ветрогенератор вертикального типа допустимо, в том числе, и в городских условиях с плотной застройкой. Компактные модели можно устанавливать на крышах зданий на высоту до 6 м. На высотных небоскрёбах высота мачты может достигать 15 м. Ветряное колесо нуждается в надёжном закреплении. При установке следует учитывать его диаметр и вес, которые задаются необходимой мощностью. Основание конструкции должно быть крепким и массивным, т.к. оно испытывает существенные нагрузки. Установка ветрогенератора с вертикальным вращением, в отличие от горизонтального, возможна в любой местности.

Как самому сделать ветрогенератор

С целью самостоятельного изготовления ветряка в домашних условиях необходимо, в первую очередь, собрать саму турбину. В зависимости от выбранной конструкции лопастей понадобится фанера (для рёбер и стрингеров) и алюминиевые листы для обшивки (можно заменить на ПВХ) или ABS пластик для изготовления лопастей на верхней и нижней опорах. В качестве оси подойдёт оцинкованная труба.

Установка генератора – важнейший этап. Существуют самостоятельные, но весьма трудоёмкие способы сборки генератора. При этом используются неодимовые магниты для ротора и катушки индуктивности – для статора. Кронштейн статора выполняется из прочного материала, например, из стальных пластин. Его можно вырезать с помощью гидроабразивной или лазерной резки.

Кроме этого, в различных источниках встречаются советы использовать для самодельных ветряков генераторы — двигатели от авто или стиральных машин. А интернет-ресурсы содержат множество детальных схем сборки подобных систем в домашних условиях.

Ветрогенератор – это сложный механизм, и прежде чем приступать к реализации планов по его сборке, необходимо тщательно взвесить все «за» и «против». Ведь для создания надёжного в длительной эксплуатации ветряка понадобится произвести точные расчёты. Также необходимо наличие такого оборудования, как сварочный аппарат, станок для резки металла и прочего расходного материала и инструментов (карбонатное волокно, стекловолокно, эпоксидная смола, уголки, подшипники и многое другое).

Обязательно нужно учитывать сложности при сбалансировании самодельной конструкции – это довольно сложный процесс. Поэтому самодельные ветряки не рекомендуется устанавливать на высоту более полутора метров.

В качестве альтернативы можно рассмотреть вариант сборки ветрогенератора из готовых комплектующих, специально предназначенных для подобной работы. Принимаясь за самостоятельную сборку, помните, что это потребует определённых навыков, будет довольно затратным и займёт много времени. И в любом случае придётся приобретать инвертор. Желательно с функцией контроллера заряда и стабилизацией напряжения.

Вертикальные ветрогенераторы. Цена

Цены колеблются в зависимости от характеристик. Средняя стоимость непромышленных моделей составляет примерно 2000 у.е:

• — мощность 50 Вт, диаметр ветряного колеса (ротора) 1 м, высота 0,6 м, цена зависит от производителя — в районе 1 тыс. у.е;
• — мощность 10 кВт, диаметр ротора 8 м, высота — 6 м, цена около 3,5 тыс. у.е.

Источник