Как подключить ветрогенератор к дому
На сегодняшний день, цены на электроэнергию выросли в несколько раз. Ветряная электростанция для дома является примером альтернативной энергетики. Это оптимальное решение для объекта, на котором отсутствует централизованная подача электроэнергии, а провести линии электропередач к дому слишком дорого.
Ветряк средних размеров в состоянии обеспечить электричеством жилой дом
Станция повышенной мощности позволяет полностью удовлетворить все энергетические потребности. Установка данного устройства, в зависимости от мощности, позволяет значительно сэкономить расходы покупаемой электроэнергии — или полностью позволяет перейти на свою собственную, производимую ветрогенераторами.
Конечно, цена на такие устройства является немаленькой, но, в свою очередь, если установить даже ветряк небольшой мощности — то можно значительно сэкономить.
Следует изначально проанализировать весь рынок продукции, рассчитать все затраты, а также произвести примерный расчет производимой энергии и того количества денег, которые ветряная установка позволит сэкономить.
Идем дальше, следующим пунктом рассмотрим:
Устройство ветрогенератора
Контроллер, который находится после генератора, преобразует трехфазный переменный ток в постоянный. Контроллер отвечает за управление током во всей электрической цепи, может переключать его для зарядки аккумуляторов.
Затем ток попадает на инвертор, где из постоянного преобразуется в переменный. Все это приводит к незначительным энергопотерям – около 20%
Гибридная ветро-солнечная установка от GREEN SYSTEM
GREEN SYSTEM предлагает вам оптимальное решение на основе ветрогенератора Фламинго (Украина).
Гибридная ветро-солнечная установка для генерации энергии состоит из:
1. Ветроэлектрической установки. В нее входит:
– мачта 26 метров для мощности 1 кВт;
– контрольный блок, который обеспечивает управление зарядом;
2. Дополнительно можно устаноить Фотоэлектрические.
3. Дополнительно бензо или дизельный генератор. Если в аккумуляторах закзнчится запас э/энергии автоматически может включаться генератор)
4. Инвертора необходимого типа.
5. Дополнительно Аккумуляторные батареи на основе гелия (также подходит AGM), адаптированные к цикличности напряжения 12 В или 2В.
6. Соединяющих деталей и устройств.
7. Другого оборудования для электромонтажа.
Для обеспечения надежной работы ветро-солнечных установок и небольших автономных станций следует использовать аккумуляторы с глубоким разрядом AGM. Плохой вариант использование привычных аккумуляторов (например, автомобильные или на основе жидкого электролита). Плохо себя зарекомендовали щелочные аккумуляторы из-за неспособности заряжаться малым током.
Важно знать: мачта требует установки на правильной высоте. Это означает, что нижний край лопасти должен быть выше на 10 метров от любого препятствия и в радиусе 500 м от ветротурбины. Это обеспечит выработку достаточного количества энергии ветротурбиной.
Аккумуляторные батареи
Как их часто еще обозначают АБ или АКБ – накапливают выработанную ветрогенератором электроэнергию. Их главной задачей есть хранение энергии в промежутке между ее выработкой и потреблением. Если емкость аккумуляторной батареи будет мала, то она быстро зарядится и последующая выработка энергии будет бессмысленна, так как хранить ее будет негде. При питании от такой батареи потребителей возникнет обратная ситуация – она слишком быстро разрядится, соответственно не позволит питать от нее нагрузку длительное время. Поэтому следует выбирать аккумуляторные батареи большой емкости, для устранения перечисленных выше недостатков. Если купить аккумуляторы огромной емкости, то они никогда не будут заряжаться на полную емкость. Также емкость аккумуляторов влияет на их стоимость и габариты. При длительном хранении электрической энергии аккумуляторные батареи саморазряжаются, что также нужно учитывать. Поэтому для правильного выбора данных устройств необходимо проанализировать все варианты, чтоб подобрать наиболее оптимальный вариант именно для вашей системы, в зависимости от требований, которые вы задаете для вашей системы.
Емкость аккумуляторной батареи
Емкость должна быть такой, чтоб при работе солнечной или ветряной электростанции при максимальной мощности заряда (или потребления) электроэнергии заряд – разряд аккумуляторной батареи должен составлять не менее 10 часов (что является обязательным условием для AGM, кислотных, щелевых, гелевых и свинцовых батарей). Как пример, если мощность ветряка будет 5 кВт, то емкость аккумулятора должна составить не менее 50 кВт-часов.
Как самостоятельно провести расчет ветрогенератора
Чтобы установить эффективный ветрогенератор, нужно купить модель, мощности которой хватает на удовлетворение энергетических запросов домохозяйства. Мы уже писали, как рассчитать мощность СЭС, так вот общий порядок действий примерно такой же:
- Определяем энергопотребление дома;
- Определяем мощность одной турбины;
- Рассчитываем необходимое количество ветряков.
Однако сложность с ветрогенераторами в том, что их фактическая мощность может существенно отличаться от номинальной и сильно зависит от скорости и направления ветров в конкретном регионе. Для вычисления мощности ветрогенератора можно использовать следующую формулу:
p – плотность воздуха;
S – общая обдуваемая площадь лопастей;
V – скорость ветра;
При этом N отображает не мощность ветряка, а мощность потока воздуха, от которого в первую очередь и зависит эффективность ВЭС. Фактически показатель N и мощность ветряка примерно одинаковы, но могут незначительно отличаться из-за технических особенностей ветрогенераторов.
Важно: Мощность стандартного бытового ветряка, как правило, не превышает 500 Вт (при наличии места под установку турбин большого диаметра), поэтому для полного энергообеспечения дома потребуется несколько ветрогенераторов.
Чтобы получить более точный результат с учетом данных ветрового коридора в конкретном регионе, лучше доверить расчеты специалистам, которые располагают необходимой метеорологической информацией и подробной розой ветров данной местности.
Гибридные инверторы для «зеленых» электростанций
«Зеленые» электростанции — это электростанции на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как солнце, ветер, гидроэнергия, производящие экологически чистую электроэнергию. Солнечные электростанции и ветряки пока не в силах тягаться с мирным атомом и мощными энергоагрегатами. Однако уже сегодня «зеленые» станции имеют свою нишу в мировой энергетике, а новые технологии прочат им все большее распространение.
Солнечные фотоэлектрические батареи и один ветряк дают достаточное количество электроэнергии. Это невыгодно только тогда, когда у человека есть альтернатива в виде розетки. А если рядом нет линии электропередач, то использование гибридных систем экономически вполне целесообразно.
Оптимальной является комбинированная схема работы «зеленой» электростанции на основе ВИЭ и дизель-генератора (бензогенератора) в качестве резерва. Таким образом, «зеленая» или по другому гибридная электростанция работает при наличии ясной погоды или ветра, заряжая аккумуляторные батареи или выдавая мощность потребителю. Как только гибридная энергоустановка перестает выдавать необходимую мощность, включается дизель-генератор и восполняет недостаток. Такая схема электроснабжения имеет следующие преимущества: надежность системы электроснабжения, экономия топлива, увеличение ресурса работы дизель-генератора, экологичность.
Рис. 1. Ветро-солнечная гибридная электростанция, фото с сайта http://www.pulscen.ru
Для одновременного подключения солнечных панелей и ветрогенератора к аккумуляторным батареям используются специальные устройства — т.н. гибридные инверторы.
1. Описание предлагаемой технологии (метода) повышения энергоэффективности, его новизна и информированность о нем
Инвертор — это преобразователь постоянного тока напряжения 12, 24, 36 или 48 вольт в переменный ток напряжения 220 вольт. Источниками постоянного тока являются аккумуляторные батареи (АКБ), солнечные батареи или ветрогенераторы. Инвертор использует энергию одной или нескольких аккумуляторных батарей. Батареи необходимо периодически заряжать от дизель/бензо/газогенератора, или от сети 220 вольт, или от альтернативных источников энергии (солнечные панели, ветряк и т. п. ).
Для чего нужен инвертор? Самое простое и распространенное применение инвертора — это использование его в качестве резервного или аварийного источника напряжения 220 вольт. Вы подключаете инвертор к аккумуляторной батарее, а затем включаете ваш бытовой прибор в розетку 220 вольт на корпусе инвертора. С помощью инвертора можно запитать от аккумулятора практически любой прибор как домашней бытовой, так и профессиональной техники: кухонная электротехника, микроволновая печь, электроинструменты (в том числе и мощные до 5 кВт), телевизор, стерео, компьютер, принтер, холодильник, не говоря уже о любых приборах освещения.
Это позволяет пользоваться электроприборами там, где нет постоянных источников электрической энергии (например, в лесу, в степи и т.п.).
Обычные инверторы, подключенные к системе стационарного электроснабжения в комплекте, например, с солнечными батареями работают следующим образом: в нормальных условиях, когда в центральной электросети есть напряжение, АКБ заряжаются от солнечных батарей. Как только подача центральной электроэнергии прекращается, тогда в работу вступают АКБ. Инвертор преобразует ток от АКБ и полностью или частично (в зависимости от мощности батарей и самого инвертора) заменяет центральное энергоснабжение на автономное.
После подачи центрального электроснабжения разряженные АКБ вновь запитываются от солнечных панелей. После полного набора емкости аккумуляторных батарей солнечные модули становяться невостребованными, т.к. электроэнергию, которую они производят, некуда расходовать.
Гибридные инверторы позоляют не только зарядить АКБ, но и «лишнюю» электроэнергию, выработанную солнечными модулями или другими альтернативными источниками электроснабжения, направить в общую сеть.
Рис 2. Многофункциональный автономный преобразователь (инвертор).
Установка смешанной системы, в которой есть и возобновляемые источники энергии (например, массив солнечных панелей или ветрогенератор) и имеется промышленная сеть, сердцем которой будет являться гибридный мощный инвертор — возможна повсеместно и является наиболее перспективной. Ведь такой объект (например, частный дом), имеющий смешанное энергоснабжение, сможет не только обеспечить себя электроэнергией во время аварий и отключений, не только покрыть существенную часть своего обычного внутреннего энергопотребления, но и несколько часов в сутки выдавать электроэнергию промышленного качества во внешнюю промышленную сеть.
2. Результат повышения энергоэффективности при массовом внедрении
При внедрении технологии Smart Grid (Умные Сети) участники, установившие у себя «зеленые» электростанции, смогут стать очень экономически выгодной частью системы российского энергоснабжения.
В ближайшей перспективе, сеть можно рассматривать скорее как аккумулятор бесконечной мощности для «зеленой» энергии, который принимает излишки энергии, и выдает недостающее её количество при необходимости. Энергии от возобновляемых источников до сих пор поступает не так много. Пока она лишь частично компенсирует потребности потребителя. Тем не менее, даже это позволит, в масштабах страны сэкономить достаточное количество невозобновляемых ресурсов, таких как газ и нефть, а также затрат на содержание, строительство и ремонт крупных электростанций.
3. Прогноз эффективности технологии (метода) в перспективе
В отчете по результатам проекта TACIS «Перспективы развития ВИЭ в России» даны оценки валового, технического и производственного потенциала некоторых видов ВИЭ. Так производственный солнечный потенциал для выработки тепловой энергии оценивается в 1,4-1,7 млн т у.т. в год, что достаточно для обеспечения 12-14 млн человек горячим водоснабжением с приемлемым качеством по цене менее 2000 рублей за 1 Гкал. Производственный ветровой потенциал для выработки электроэнергии оценивается в 36 млн т у.т. в год или 120 млрд кВт•ч по цене около 2-2,5 рублей за кВт•ч.
Общая оценка производственного потенциала солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии, а также энергии биомассы, сточных вод и т.д. превышает 250 млн т.у.т. ежегодно или около 30% всех потребляемых первичных энергетических ресурсов России за год. Следует отметить, что детальные расчеты потенциала нетрадиционных ВИЭ в России производились в конце XX века. К настоящему времени они, по всей видимости, возросли с учетом повышения эффективности технологий ВИЭ.
4. Существует ли необходимость проведения дополнительных исследований для расширения перечня объектов для внедрения данной технологии?
Да. На данный момент во многих регионах РФ начинают вводиться элементы систем Smart Grid. Есть возможность на стартовом этапе опробировать системы, включающие в себя гибридные инверторы и ВИЭ, найти пути внедрения данной технологии в наш обиход.
5. Причины, по которым предлагаемые энергоэффективные технологии не применяются в массовом масштабе; наметить план действий для снятия существующих барьеров.
Дело в том, что современные отечественные счетчики, при подаче на них обратной мощности, не вычитают ее из потребленной, а наоборот, суммируют, поэтому «зеленую» энергию частник поставлять в электросеть пока не может.
Требуется узаконить применение двунаправленных «умных» счетчиков и обязать электроснабжающие организации не только продавать, но и покупать выработанную потребителем энергию, пусть даже по той же розничной цене (в Европе за такую энергию государство доплачивает). Однако российским энергосбытовым организациям это не выгодно.
6. Существующие меры поощрения, принуждения, стимулирования для внедрения предлагаемой технологии (метода) и необходимость их совершенствования
Существует большое количество запросов от граждан, желающих установить у себя источник альтернативной, возобновляемой энергии. Для них мера поощрения и внедрения технологии очевидна.
Необходима мера принуждения для энергосбытовых компаний для проработки данного вопроса. Только для них это не выгодно.
7. Наличие технических и других ограничений применения технологии (метода) на различных объектах
8. Необходимость проведения НИОКР и дополнительных испытаний; темы и цели работ
Необходимо определение стандартов для повсеместного внедрения технологии для массового использования с учетом просьб производителей , продавцов и потребителей альтернативных источников электроэнергии.
9. Необходимость разработки новых или изменения существующих законов и нормативно-правовых актов
Да. Необходимо узаконить возможность выдачи в промышленную сеть мощностей электроэнергии, вырабатываемой при помощи ВИЭ, а так же другими способами (бензо/газо/дизель генерация и т.д.).
10. Наличие внедренных пилотных проектов, анализ их реальной эффективности, выявленные недостатки и предложения по совершенствованию технологии с учетом накопленного опыта
В Европе уже давно применяются такого рода технологии. Для примера, в Италии реализация национального проекта по установке «умных» счётчиков началась в 2001 году (проект Telegestore). Теперь, в соответствии с регуляторным актом № 292/06 от 18 декабря 2006 г., использование в Италии автоматической измерительной инфраструктуры является обязательным.
В Швеции уже в 2003 г. правительство обязало компании к июлю 2009 г. перейти на систему «умных сетей», обеспечивающих ежемесячное снятие показаний приборов учета. Государство платит гражданам за производство электроэнергии.
11. Возможность влияния на другие процессы при массовом внедрении данной технологии
В настоящее время инвестиции в интеллектуальные сети обосновываются ожидаемым снижением эксплуатационных расходов для операторов систем распределения электроэнергии. Это, как правило, устранение расходов на считывание показаний приборов учета, уменьшение хищений электроэнергии, дистанционная активация и деактивация услуг, более быстрое обнаружение перебоев энергоснабжения и более эффективная борьба с неплательщиками.
Масштабное развитие ВИЭ и технологий аккумулирования энергии будет означать снижение доли централизованной крупной энергетики. Людям это даст независимость от крупных энергетических компаний, а также повышение надежности электроснабжения и снижение расходов.
4. Заключение
В заключение можно отметить, что молниезащита и заземление для ВЭУ – это задача, требующая тщательного подхода и изучения всех экономических и технических вопросов, таких как риски, определение класса молниезащиты для всех элементов ВЭУ, выбор УЗИП и ЗУ.
Ветроустановки часто устанавливаются на открытой местности с сильными ветрами, например в полях или в открытом море. В таких местах ВЭУ являются самыми высокими объектами, а это значит, что во время грозы удар молнии с большой вероятностью может прийтись именно на ВЭУ. Последствия ПУМ могут быть очень затратными, поэтому разработка молниезащиты и заземления является неотъемлемой частью работы при проектировании ветроэлектрических станций. Особое внимание уделяется ЗУ и УЗИП, так как эти системы обязательны при любых рисках! ЗУ должно отвечать требованиям по коррозийной стойкости, механической прочности, а также конструктивным требованиям согласно классу молниезащиты и иметь наименьшее сопротивление, которое требуется для работы электронного оборудования. УЗИП должны подбираться на основе технических характеристик оборудования, которое применяется в той или иной установке.
