ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

В условиях увеличения электропотребления всё большую популярность приобретают возобновляемые источники энергии, а именно энергия ветра, солнечного света, воды. Для небольших частных владений наиболее разумными и актуальными источниками энергии являются ветроэлектростанции (ВЭС), способные полностью обеспечить хозяйство электричеством. А при достаточной мощности ветрогенератора вполне реально получить энергию, которой хватит для отопления жилища в зимнее время! Рассмотрим принципы строительства мини-ВЭС.
Не трудно догадаться, что важнейшим критерием эффективности ВЭС является скорость и длительность ветра в данной местности.
Силу ветра можно определить по таблице
Скорость ветра, м/с Давление ветра, Н/м^2 Характеристика силы ветра Видимые признаки
1,5 5 Очень лёгкий ветер Едва уловимый шелест листьев
4-5 27 Лёгкий ветер Ветви гнутся
6-7 60 Умеренный ветер Толстые ветви гнутся
8-9 80 Свежий ветер Деревья качаются
10-11 130 Сильный ветер Гнутся высокие деревья
12-14 190 Очень сильный ветер Ломаются тонкие ветви
15-16 265 Резкий ветер Тонкие сучья ломаются
17-19 390 Буря Толстые сучья ломаются
Чтобы построить ветродвигатель, необходимо рассчитать некоторые параметры ветряного колеса – основной детали ВЭС.
Быстроходность – отношение линейной скорости конца лопасти к квадрату скорости ветра:
Z=wR/V^2 ,
w – угловая скорость вращения ветроколеса, рад/с;
R – радиус ветроколеса, м;
V – скорость ветра, м/с.
Для современных трёхлопастных двигателей этот показатель равен 4-7,5.
Мощность ветряного колеса можно рассчитать по формуле:
P=0.481*D^2*V^3*e , Вт,
D – диаметр ветроколеса, м;
V – скорость ветра, м/с;
e – коэффициент использования потока ветра.
Для колёс обтекаемой формы e приблизительно равен 0,5, для менее эффективных колёс (сельская ветряная мельница) — 0,3. Таким образом, при скорости ветра 5 м/с и диаметре колеса 10 м получим 3 кВт мощности, чего вполне достаточно для загородного дома.
Частота вращения ветродвигателя при заданной быстроходности определяется по формуле:
n=9.55*V*Z/R, об/мин.
Ветродвигатель должен автоматически устанавливаться по ветру. Для небольших колёс это достигается установкой позади опорной башни. Также используется хвост, действующий по типу флюгера. Площадь хвоста, при которой ветроколесо приобретает устойчивость:
S=3.14*D^2*l/4L+9.8*n*m*r/pL , м^2,
D – диаметр ветроколеса, м;
l – расстояние от центра хвоста до вертикальной оси поворота ветродвигателя, м;
L – расстояние от плоскости вращения ветроколеса до вертикальной оси поворота ветродвигателя, м;
n – коэффициент трения головки двигателя по опорной плоскости (для подшипников качения n=0.03-0.05);
m – масса ветродвигателя, кг;
r – радиус окружности, по которой возникают силы трения, м;
p – давление ветра во время пуска двигателя, Н/м^2.
Для превращения механической энергии в электрическую необходим генератор. Самый дешёвый вариант – использование синхронного генератора от автомобиля. Если требуется больше энергии, нужно приобрести генератор соответствующей мощности со стабилизатором напряжения. При этом на выходе получим постоянное напряжение 12-14 В (автомобильный генератор). Для сглаживания пиков выработки и потребления электроэнергии применяются аккумуляторы (обычно самые дешёвые – свинцово-кислотные типа автомобильных).Чтобы получить переменное напряжение 220 В, используют инверторы на основе силовых транзисторов. Например, можно использовать инверторы от источника бесперебойного питания компьютера.
Таким образом, вложив некоторые средства в приобретение или постройку ВЭС, получаем неиссякаемый источник бесплатной энергии!