Использование ветрогенератора для слабого ветра — ротор Онипко
Обновлено: 2 января 2021
Использование ветрогенератора обычной лопастной конструкции может иметь должный эффект только при достаточно сильном и ровном ветре. Средняя скорость ветра в большинстве регионов России составляет 3-4 м/с, что для ветряка слишком мало. Многие конструкции на таких скоростях ветра даже не начинают вращаться. Но это не означает, что при слабых ветрах получить электроэнергию невозможно. Просто, в таких условиях следует использовать специальные конструкции ротора.
Ротор Онипко
Как один из вариантов ротора, созданного для малых скоростей ветра, следует рассмотреть изобретение группы украинских ученых под руководством инженера Алексея Онипко. Ротор, созданный ими, получил Гран-при на Всемирном конкурсе в Нюрнберге, посвященном возобновляемой энергетике.
Устройство рассчитано на использование при слабых потоках со скоростью от 1 до 20 м/с, хотя на практике начинает вращаться уже при 0,1 м/с. Учитывая относительно слабые скорости ветра, преобладающие в наших широтах, такие возможности являются наилучшим решением вопроса.
Конструкция
Ротор представляет собой конструкцию с горизонтальной осью вращения. Рабочий орган имеет парусно-лопастную конструкцию, представляющую собой модификацию архимедова винта. Внешне он напоминает наконечник сверла. Поток ветра, попадая на наклонную поверхность, сдвигает ее в сторону, чем и обеспечивается процесс вращения ротора. При этом, лопастей несколько, что усиливает вращающий момент и заставляет устройство реагировать даже на небольшое усилие. Направление оси вращения на ветер осуществляет дополнительный элемент — флюгер, автоматически поворачивающий устройство при изменениях направления потока.
Низкая скорость вращения — до 100 об/мин, что не составляет даже 2 об/сек — обеспечивает практически полное отсутствие шума при работе. Средняя производительность ротора составляет около 300 кВт электроэнергии. По утверждениям изобретателя, пара таких устройств способна обеспечить электроэнергией и отоплением загородный энергоэффективный дом.
Примечательно, что использование ротора не ограничивается только ветрогенераторами. Производятся тестовые испытания устройства в качестве гребного винта и для мини-ГЭС. Универсальность ротора дает основания предполагать для него большие перспективы и возможности.
Другие ветрогенераторы, способные работать на слабых потоках
Помимо конструкции Онипко существуют другие типы генераторов, позволяющие получать электроэнергию при относительно невысоких скоростях ветра. Так, известны парусные роторы, реагирующие на небольшие ветра за счет большой площади лопастей. Существуют конструкции с изменяемым углом поворота лопастей или со складывающимися лопастями, способными исключать воздействие на обратную сторону, уравновешивающие давление на рабочую часть.
Особенностью таких конструкций является способность разворачиваться боком или складываться в плоскую пачку при движении навстречу потоку. Эти варианты не менее эффективны, но более сложны в изготовлении и довольно капризны в эксплуатации. Попадание грязи, пыли или дождевой воды в механизмы поворота или складывания вызывают засорение или коррозию движущихся частей и выводят конструкцию из строя, вынуждая производить частые ревизии или ремонты. Более удачными признаются конструкции с неподвижными лопастями, но они более требовательны к силе ветра и плохо стартуют на слабых потоках.
При использовании беpщеточных генераторов и системы вращения на неодимовых магнитах, фактически подвешивающей вращающиеся части в воздухе, усилие запуска существенно снижается, параллельно устраняя шум при работе и снижая вибрацию мачты. Многие удачные модели могут быть установлены даже на крыше дома и не будут беспокоить жителей.
Самодельный ветрогенератор для слабого ветра
Цены на ветрогенераторы весьма высоки. Даже относительно недорогие китайские образцы весьма ощутимо бьют по кошельку пользователя, что вынуждает задумываться о самостоятельном изготовлении ветряка. Многие пользователи приобретают только преобразователи и аккумуляторы, создавая движущиеся части своими руками. При необходимости, такие устройства могут быть использованы для освещения, зарядки аккумуляторов и прочих хозяйственных нужд.
Более удачные конструкции способны обеспечивать энергией частный дом, позволяя обходится без сетевых ресурсов. При этом, наличие бензинового или дизельного генератора в качестве аварийного источника энергии единогласно признается необходимым.
Выбор типа ротора производится исходя из собственной осведомленности или возможностей. Обычно исходят из имеющихся в наличии деталей, к которым добавляют все необходимое. Лопасти изготавливаются из полипропиленовых труб, разрезанных повдоль металлических бочек и прочих подобных предметов. Основная опасность, возникающая при создании ротора — перегрузка вращающихся деталей, использование слишком тяжелых элементов, инерцию которых не сможет преодолеть слабый поток ветра.
Более удачные конструкции используют в качестве подшипников неодимовые магниты. Они имеют очень большую силу и способны отталкивать вращающиеся части, снижая их вес, обеспечивая более плавное и легкое вращение. При этом, обычные подшипники, установленные правильным образом, также способствуют легкому и свободному вращению, хоть и требуют периодического обслуживания.
Создание мачты требует наличия подходящих материалов. При большой высоте потребуется устройство фундамента — бетонной подушки с анкерными креплениями. Также рекомендуется высокие мачты усиливать растяжками. При этом, многие конструкции не нуждаются в больших высотах, свободно реагирующие на слабый ветер конструкции вполне эффективны на высоте от 1,5 м и устанавливаются на небольших тумбах или опорных конструкциях. Если рядом с домом имеется холм или пригорок, то, по возможности, следует использовать такое естественное возвышение и установить ветряк на нем.
Источник
Ветряк для частного дома — деньги на ветер. Весь расклад по цифрам в рублях и киловаттах.
Вопрос ветроэнергетики в наше инновационное время интересует очень многих. Те, кто хоть раз посещал Европейские страны на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки.
Сотни генераторов встречаются по пути.
Наблюдая такую картину, многие начинают верить, что получение эл.энергии при помощи ветра, весьма перспективное и выгодное занятие. Мудрые европейцы ошибаться то не могут.
Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.
Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.
К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.
Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.
Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.
Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.
Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.
Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.
Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!
К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.
Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.
Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:
- показания эти снимаются в аэротрубе
- и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности
У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.
И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.
Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.
И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.
Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.
Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!
Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.
А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.
При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.
Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.
Еще о чем стоит серьезно задуматься — это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.
Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).
Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.
О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.
Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.
4-я причина – высокая цена. Не ведитесь на цены продавцов в прайс листах. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
Поэтому цены всегда умножайте на 2, даже при выборе так называемых готовых комплектов.
Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.
Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.
Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.
Пятая причина, неразрывно связана с первыми четырьмя. Это срок окупаемости затрат.
Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.
Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.
Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.
При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.
Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.
И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.
Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.
Безусловно, электроэнергия с каждым годом дорожает. К примеру 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Давайте проведем примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.
Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.
Как мы уже выяснили ранее, стоимость такой модели около 200тысяч. Но с учетом всех доп.расходов, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.
То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэфф. установленной мощности (он для маленьких ветряков не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите 75квт.
Даже если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. Если и предположить что электричество от ТЭС подорожает в 4 раза, то случится такое не завтра, и даже не через 5 лет.
Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного?
Ветрогенератор в нынешних российских условиях – это убыточный агрегат.
Чтобы хоть как-то обосновать его применение, цена электроэнергии уже сегодня должна доходить до 30 рублей за 1 квт.
Использование ветряка может быть обосновано в двух случаях:
- у вас поблизости нет внешних электросетей или вам не дают к ним подключаться
- у вас есть дизель генератор, но доставить для него топливо нет возможности
При этом, устанавливаться ветряк должен в районе со средне годовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с. Только в этих случаях ветроустановка будет хорошей альтернативой.
Фактически, в таких условиях вы просто вынуждены выбрать из всех зол наименьшее. При этом, не верьте в суперэффективность других моделей вертикальной или шарообразной формы, собранных на неодимовых магнитах.
Конечный результат будет всегда один. Энергия, которую производит ветряк, зависит только от:
- площади, которую описывают лопасти
Поэтому, если вы уже подключены к электросети, не ищите себе лишних приключений и головных болей. Выгоды никакой вы не найдете, по крайне мере на сегодняшний день.
Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.
Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.
В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.
У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.
Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.
Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.
А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!
Источник