Jak vybrat a nainstalovat větrný generátor pro rodinný dům

Světoví výrobci větrných turbín

1. Suzlon Energy je předním výrobcem větrných turbín nejen v Asii, ale i na celém světě. Společnost zaměstnává třináct tisíc odborníků, kteří pracují v deseti závodech v Indii, Belgii, USA a Číně. První větrná turbína byla vyrobena v roce 1996 a v roce 2000 již byla vyprojektována první elektrárna. Růst výrobní kapacity, jak si to žádá trh, se začal výrazně zvyšovat v roce 2006. V současné době je indická společnost šestým největším výrobcem těchto výrobků.
2. Od roku 2007 je německý výrobce ENERCON GmbH světovou jedničkou na trhu v Německu, kde se nachází více než padesát procent trhu. První výrobky sjely z montážní linky v roce 1986. Závody se nyní nacházejí v Indii, Švédsku a Portugalsku.
3. Sinovel patří mezi první společnosti v Číně, které vyvíjejí, navrhují, vyrábějí a prodávají větrné elektrárny na pevnině i na moři. Společnost Sinovel vyrábí turbíny pro větrné elektrárny o výkonu od 1,5 do 6,0 megawattů. Výrobky jsou rozděleny do čtyř řad: SL1500, SL3000, SL5000, SL6000.
4. Výrobce větrných turbín Vestas Wind Systems má závody v Dánsku, Německu, Indii, Rumunsku, Velké Británii, Španělsku, Švédsku, Norsku, Austrálii, USA a Číně. Společnost vyrábí větrné turbíny s průměrem rotoru od čtyřiceti sedmi do sto šedesáti čtyř metrů a výkonem od 660 kW do 7 megawattů.

Výroba větrné turbíny vlastníma rukama

Hlavní prací, kterou je třeba provést, je konstrukce a instalace rotujícího rotoru. Nejprve je třeba zvolit typ konstrukce a její velikost. Znalost požadované kapacity zařízení a výrobních možností vám pomůže tuto kapacitu určit.

Většinu komponentů, ne-li všechny, bude muset vyrobit stavitel, takže výběr bude ovlivněn tím, jaké má stavitel znalosti a s jakými spotřebiči a zařízeními je nejlépe obeznámen. Obvykle se nejprve vyrobí zkušební větrná turbína, na které se ověří výkon a upřesní parametry konstrukce, a poté se přistoupí k výrobě funkční větrné turbíny.

Výběr větrného generátoru

Nejkvalitnější větrné turbíny se vyrábějí v Německu, Francii a Dánsku. Tyto země vyrábějí větrné elektrárny pro zásobování domácností, zemědělských podniků, škol a malých maloobchodních prodejen elektřinou. V Rusku nejsou větrné turbíny, solární panely a další druhy alternativní energie příliš rozšířené kvůli nízkým nákladům na elektřinu a tichému monopolu na její prodej.

Mobilní větrná turbína je vhodná pro ropný průmysl nebo montážní týmy, které staví na polích (prototyp).

Ale vysoké náklady na připojení vzdálených zařízení k elektrické síti (stále existují neelektrifikované vesnice), neurvalí úředníci, zdlouhavé procedury chůze a získávání povolení od monopolních společností nutí majitele využívat alternativní zdroje energie svých zařízení.

Především byste si měli uvědomit, že účinnost větrné turbíny je přibližně 60 %, že je závislá na rychlosti větru a že je nutná pravidelná údržba. Pokud se rozhodnete pro větrnou turbínu, měli byste vědět. Generátor větrné turbíny vybírejte podle konkrétních podmínek jeho použití. Existují nové konstrukce a modely: s vyšší účinností, vertikální, horizontální, ortogonální, bezlopatkové.

U podniků nebo domácností mohou být tyto údaje uvedeny v projektu nebo na účtu za elektřinu. Pokud potřebujete zásobovat svou chatu elektřinou, vyberte si model větrné turbíny s výkonem 1-3 kW, měnič s malým výkonem a obejdete se bez baterií. Princip větrné turbíny na dače je jednoduchý: je vítr - je elektřina, není vítr - pracujete na zahradě nebo v domácnosti. Jednoduchou větrnou turbínu si můžete vyrobit sami, stačí shromáždit potřebné materiály a spojit je dohromady.

Pro soukromé bydlení není tento princip vhodný pro trvalý pobyt. Při častém bezvětří je třeba věnovat baterii zvláštní pozornost. Zde je vyžadována vysoká kapacita. Samotný generátor elektřiny by však měl mít také vysokou kapacitu, aby se rychleji dobíjel. Jinými slovy, jednotlivé složky systému jsou úzce propojeny. Spolehlivější kombinací je symbióza s dieselovým generátorem a solárními panely. Jedná se o 100% záruku dostupnosti elektřiny v domácnosti, ale je také dražší.

Komerční větrné turbíny jsou nyní velmi rozšířené. Vyrobenou elektřinu prodávají různým podnikům, které mají nedostatek energie. Tyto elektrárny se obvykle skládají z několika větrných turbín různých výkonů. Vyrobené střídavé napětí 380 V se přivádí přímo do elektrické sítě. Kromě toho lze větrné turbíny využít k nabíjení velkého počtu akumulačních baterií, které jsou pak rovněž dodávány do elektrické sítě s výkonem přeměněným na střídavý proud.

Větrné turbíny vyrobené v Rusku

Ve většině případů si majitelé podniků instalují větrné turbíny, solární panely a dieselové generátory pro vlastní výrobní potřeby. Získání povolení k prodeji elektřiny v Rusku je, řekněme, samostatný příběh. Po energetickém auditu se uvolní kapacita, například výměnou žárovek za LED. Vypočítá se doba návratnosti, a pokud není k dispozici rozpočet, lze modernizaci rozdělit na etapy.

Kolik stojí větrný generátor

Ceny větrných turbín ruské výroby jsou nižší než ceny německých, dánských nebo indických turbín. Nejlevnější jsou čínské větrné turbíny, i když jejich kvalita je mnohem nižší. Nejjednodušší větrné turbíny pro soukromé domy stojí do 500 dolarů. Mohou být použity pro místní výrobu energie, ale nebudou schopny vyřešit problém kompletního zásobování domácností energií. Výkonnější větrné generátory od 3 kW pro plné zásobování domácnosti elektřinou budou dražší.

Přibližné náklady na sadu větrných generátorů pro dům:

• Pro malý soukromý dům (chatu), 3 kW/72V, Eq $1700-$1800;
• pro zásobování chaty elektrickou energií, 5 kW/120 V, tj. 4000 USD;
• pro zásobování několika domů nebo farem elektrickou energií, výkon 10 kW/240 V, v přepočtu 8500 USD.

Zvláště žádané jsou větrné turbíny se svislou osou otáčení vyráběné v Rusku. Mezi výhody tohoto zařízení patří:

1. nízké rychlosti větru potřebné pro pohyb rotoru;
2. nezávislost na směru větru;
3. nízké zvukové pozadí, žádné vibrace;
4. design šetrný k ptákům;
5. není nutné nucené spuštění;
6. Funguje za všech povětrnostních podmínek a při všech rychlostech větru.

Součásti a výpočty

Náklady na výstavbu se značně liší v závislosti na zvolené konstrukci větrné turbíny a použitých komponentech. Existují dva základní typy větrných turbín - s horizontální osou otáčení (nutně umístěné ve výšce, optimálně 25-35 m) a se svislou osou, které lze umístit jednoduše na úrovni terénu.

Větrné turbíny s vodorovnou osou otáčení vyžadují kromě samotného generátoru také rotor s lopatkami, převodovku a otočný ocas a ochranný kryt. To vše je obvykle namontováno na vysokém stožáru. Protože stožár je obvykle poměrně mohutný a vysoký, je třeba jej podepřít základy a dalšími lanovými popruhy.

K celkovým nákladům na stavbu se připočítávají náklady na montáž jeřábem. Aby se předešlo stavbě vysokého a nákladného stožáru, používají se u malých větrných elektráren stále častěji varianty se svislou osou otáčení rotoru, které mohou pracovat v menší výšce při rychlosti větru od 1 m/s. Tyto systémy jsou však relativně nové, takže zatím neexistují jasné statistiky jejich fungování. Vyrábějí méně elektřiny, ale jsou podstatně levnější, méně hlučné a lze je snáze postavit vlastníma rukama.

Na zemi je umístěn měnič pro přeměnu stejnosměrného proudu z generátoru na střídavý, sada baterií, odpojovačů a jističů potřebných k přerozdělování odebírané elektřiny a k vypnutí zařízení v případě nouze nebo při opravách.

Přibližné množství energie vyrobené za rok větrnou turbínou s vodorovnou osou otáčení lze vypočítat podle následujícího empirického vzorce: E = 1,64 * D*D * V*V*V. Kde: E - elektrická energie za rok (kWh/rok), D - průměr rotoru (v metrech), V - průměr rotoru (v metrech). průměrná roční rychlost větru (m/s). Poté vypočítejte množství a náklady na elektřinu spotřebovanou vaším domem za rok a vynásobte je 25-30 lety - odhadovanou životností větrné turbíny. Na základě toho vypočítejte požadovanou velikost lopatek a přibližné celkové náklady na konstrukci v závislosti na ceně komponentů.

Pokud si stožár můžete postavit sami, doporučujeme zakoupit továrně smontované elektrické zařízení a samotnou větrnou turbínu. Přestože řemeslníci opakovaně předvedli příklady svépomocné stavby větrných turbín pro domácnosti na základě komponentů z jiných zařízení (automobilových generátorů, průmyslových zařízení, dokonce se jim podařilo uvést do provozu přeměněné elektromotory z domácích spotřebičů), používají podomácku vyrobené rotorové listy a ocasní plochy.

Schémata, techniky a tipy snadno najdete na internetu nebo v odborných technických časopisech, ale v tomto případě bude veškerá odpovědnost za výkon a bezpečnost postavené větrné elektrárny na vás.

Je zřejmé, že s rostoucím průměrem listů rotoru a výškou stožáru, a tedy i s větším množstvím získané větrné energie, se zvyšuje vyrobený výkon, ale úměrně tomu rostou i konečné náklady na stavbu.

Podle různých odhadů se náklady na stavbu malé větrné turbíny pro rodinný dům pohybují od 2 000 do 8 000 dolarů na 1 kW elektřiny. Pokud nemáte doma centralizovanou dodávku elektřiny, větrná turbína vás pravděpodobně vyjde levněji než pokládka elektrického vedení nebo palivo do dieselového generátoru.

Pokud je koncipován jako prostředek úspory peněz, spočítejte si, zda je pro váš domov nezbytný. Mimochodem, již nyní je elektřina získaná z velkých průmyslových větrných generátorů na 1 kW levnější než elektřina vyrobená v klasických tepelných elektrárnách. Náklady na elektřinu z malých větrných turbín jsou o něco vyšší, ale v posledních letech se neustále snižují.

V každém případě, pokud se dnes ukáže, že větrná turbína je nerentabilní, nezahazujte výpočty, které jste provedli rukama - po nějaké době, objevení se nových modelů generátorů s vyšší mírou účinnosti, změny v tarifech elektřiny mohou dramaticky změnit vaše předchozí rozhodnutí.

Sledujte také zelený tarif, který se používá v mnoha zemích. V rámci tohoto tarifu lze elektřinu vyrobenou v domácnostech z alternativních zdrojů, včetně větrné energie, dodávat zpět do sítě za příplatek. Vznik zeleného tarifu v zemi nebo změna jeho sazby může mít významný dopad na dobu návratnosti větrné turbíny a úspory, které přinese do domácnosti.

Optimální podmínky pro použití

Vítr fouká nepravidelně a zvýšená výroba elektřiny z něj se zřídkakdy shoduje s obdobím nejvyšší spotřeby v domácnosti. Proto je žádoucí, abyste měli možnost zajistit potřebnou zátěž a využít veškerou dodatečnou elektřinu vyrobenou větrným generátorem - pro ohřev vody v bojleru, doplnění elektrického topení v domě, čerpadlo ve studni, čerpání vody do nádrže na střeše nebo i exotičtější úkoly, jako je dobíjení baterií elektromobilu - všechny by se měly zapínat automaticky, když je silný vítr a celková spotřeba je malá.

Obecně lze říci, že v ruském podnebí s dlouhými chladnými zimami a relativně nízkou rychlostí větru je energeticky nejúčinnější a nejlevnější větrný generátor se svislou osou otáčení instalovaný na úrovni země nebo na malém stožáru ve výšce 5-10 m, který jej zvedá nad střechu domu a koruny ovocných stromů. Větrná turbína je přímo připojena k samostatnému elektrickému topení a vnitřnímu kotli, bez měničů energie nebo baterií.

Takový systém je možné realizovat vlastníma rukama, aniž by bylo nutné využívat instalační firmu. V tomto případě větrný generátor v podstatě vyrábí teplo pro vytápění domu, které zase slouží jako bezrozměrný tepelný akumulátor a umožňuje vám příliš se nestarat o nepravidelné kolísání výkonu větru a plně využít veškerou elektřinu vyrobenou větrným generátorem. A takový systém je samoregulační - silný vítr dům rychleji ochlazuje, ale zároveň umožňuje tandemu větrného generátoru a elektrického topení lépe ho vytápět zevnitř.

Typy větrných generátorů

Používají se dva základní typy větrných turbín, které se zásadně liší:

• horizontální
• vertikální

V obou případech se jedná o osu rotoru. Různé modely horizontálních zařízení se od sebe konstrukčně liší jen málo a jsou podobné domácím ventilátorům nebo vrtulím. Vertikální jednotky mají mnohem širší škálu konstrukčních typů, které se výrazně liší svým vzhledem. Podívejme se na ně blíže:

Horizontální větrné turbíny

Horizontální konstrukce mají vyšší účinnost, protože přijímají proudění větru pouze z pracovní strany lopatek. Nejběžnější jsou oběžná kola se třemi lopatkami, ale u menších konstrukcí lze počet lopatek zvýšit.

Právě horizontální konstrukce se používají pro velké průmyslové projekty s obrovským rozpětím lopatek (přes 100 m), které dohromady tvoří poměrně výkonné elektrárny. Státy západní Evropy, jako je Dánsko, Německo a skandinávské země, aktivně využívají větrné turbíny k dodávkám energie.

Zařízení mají jednu nevýhodu - musí být poháněna větrem. U menších větrných turbín se tento problém řeší instalací ocasu podobného letadlu, který automaticky nastaví konstrukci po větru. Větší modely mají speciální ukazovací zařízení, které ovládá polohu oběžného kola vzhledem k proudu.

Vertikální návrhy

Vertikální větrné generátory mají nižší účinnost, a proto se používají k zásobování energií pouze jednotlivých spotřebitelů - rodinného domu, chaty, skupiny zařízení apod. Pro vlastní výrobu jsou tato zařízení nejvhodnější, protože mají širokou škálu konstrukčních možností, nemusí být zvednuty na velmi vysoký stožár (i když to není kontraindikováno pro ně).

Vertikální rotory lze sestavit z jakéhokoli materiálu, který je po ruce, a jako model lze použít jakýkoli typ z mnoha známých:

• Rotory Savonius nebo Darier
• modernější Treťjakovský rotor
• ortogonální návrhy
• šroubovitá zařízení atd.

Není třeba podrobně popisovat všechny typy, protože jejich počet neustále roste. Téměř všechny novinky jsou založeny na vertikální ose otáčení a jsou určeny pro použití v soukromých domech nebo usedlostech. Většina vývoje nabízí vlastní řešení hlavního problému vertikálních jednotek - nízkou účinnost. Některé varianty mají poměrně vysoké hodnoty, ale mají složitou konstrukci skříně (např. Treťjakovská konstrukce).

Zásady výběru

Nejdříve formulujeme úkol, kterého se ujmeme: k čemu přesně potřebujete větrnou energii, jaký proces bude zajišťovat. Jinými slovy, jaký bude spotřebitel. Dále proces návrhu budoucí větrné turbíny: budete se muset rozhodnout, jaký typ bude, jak přesně bude energie přenášena ke konečnému uživateli (elektrickým proudem nebo mechanicky - ve formě točivého momentu, translačního pohybu nebo něčeho jiného).

V tomto článku si povíme o typech nejdůležitějšího prvku větrné turbíny - rotoru, rozebereme výhody a nevýhody jednotlivých variant. Dotkneme se také využití vyrobené energie. Doufejme, že vám tyto informace pomohou při navrhování větrné turbíny.

Tyto informace vám snad pomohou ve fázi návrhu stroje.

Kolik stojí větrný generátor pro dům

Ceny větrných generátorů pro rodinné domy a chaty jsou uvedeny níže. Obecně se výkon těchto jednotek pohybuje v rozmezí 5-50 kW.

• 3 kW, 48 V. Používají se jako pomocný i hlavní zdroj energie. Energie vyrobená těmito modely je dostatečná pro životnost chaty. Cena je asi 90 tisíc rublů;
• 5 kW, 120 V. Tento větrný generátor snadno napájí celý dům s velkým počtem elektrických spotřebičů. Cena 200-250 tisíc rublů;
• 10 kW, 240 V. Tyto větrné generátory mohou zásobovat elektřinou farmu nebo několik obytných budov. Existuje mnoho příkladů, kdy se tato zařízení používají k výrobě energie v malých supermarketech, garážích apod. Cena je asi 400 tisíc rublů;
• 20 kW, 240 V. To zcela postačuje k zajištění elektřiny pro některé rozvodny vody. Cena je asi 750 tisíc rublů;
• 30 kW, 240 V. Takový větrný generátor zajistí elektřinu pro bytový dům o 5-7 podlažích. Cena instalace se pohybuje kolem jednoho milionu rublů;
• 50 kW, 380 V. Taková zařízení se používají v průmyslu. Není vhodné je používat v domácnosti. Cena je více než 3 miliony rublů.

Pole větrných turbín

Výhody a přednosti větrných elektráren

• Obnovitelná energie zdarma. Větrná energie je obnovitelná a bezplatná. Větrné turbíny nevypouštějí emise CO₂ nebo jiné škodlivé látky. Vítr je ideálním a nevyčerpatelným zdrojem energie. Výstavba většího počtu větrných elektráren snižuje výskyt elektráren, které vypouštějí do ovzduší škodlivé látky.
• Rozmanitost. Větrná energie přispívá k rozmanitosti zdrojů energie a pomáhá minimalizovat závislost na konvenčních elektrárnách nebo jiných formách výroby energie.
• Budoucnost. Větrná energie má budoucnost! Vytváření nových větrných elektráren vede k technologickému rozvoji, technickým inovacím a tvorbě pracovních míst.
• Snížení nákladů. Náklady na získávání energie z větrné energie v posledních letech výrazně klesly. Za posledních dvacet let klesly náklady až o 80 %, takže v současné době jsou nejvýhodnější ze všech typů elektráren.
• Další zisky. Vlastník pozemku, na kterém se větrné elektrárny nacházejí, může očekávat zisk z pronájmu tohoto pozemku, protože skutečná plocha potřebná pro elektrárnu je malá. Půda, na které se elektrárna nachází, může být navíc využívána v zemědělství (pro pěstování různých plodin), protože elektrárny nevypouštějí žádné škodlivé emise.
• Obezřetnost. Životnost takové elektrárny je v průměru 20-30 let a po její demontáži nezůstanou v krajině ani v atmosféře žádné stopy.
• Efektivita. Provoz větrných elektráren je poměrně jednoduchý, doba montáže je velmi krátká a náklady na provoz a údržbu jsou také poměrně nízké. Elektrárna vyrobí 85krát více energie, než spotřebuje. Má také relativně nízké ztráty při transportu energie.
• Přijetí. Zřízení větrné farmy se těší souhlasu veřejnosti. Naprostá většina lidí chápe a podporuje výhody využívání tohoto typu energie.

Instalovat či neinstalovat

Při rozhodování o instalaci větrné elektrárny je třeba získat následující vstupní údaje:

• Průměrná rychlost větru v místě instalace v metrech za sekundu. První orientační představu vám může poskytnout mapa rychlosti větru v Rusku. Na rychlost větru v konkrétním místě instalace však mohou mít vliv různé faktory, např. kopce, koryta řek. K přesnému určení roční mapy větru můžete použít Wildeovu meteorologickou lopatku, anemometr nebo provádět denní pozorování okolní přírody.

• Dostupnost centralizovaného zásobování elektřinou, cena za kilowatthodinu a možnost položení přenosového vedení.

Algoritmus pro odhad návratnosti větrné turbíny je následující:

• Na základě mapy větrnosti a technických specifikací zařízení určete vyrobený výkon pro letní a zimní období nebo pro jednotlivé měsíce. Například u výše uvažované jednotky o výkonu 2 kW bude při rychlosti 5 m/s generovaný výkon 400 W;
• Na základě získaných údajů určete roční výkon, který má být vyroben;
• Pomocí nákladů na kilowatthodinu určete cenu vyrobené elektřiny;
• Vydělte náklady na soupravu větrné turbíny získaným údajem a získáte návratnost v letech.

Pro úpravu výpočtu vezměte v úvahu:

• Baterie je třeba vyměnit nejméně jednou za tři roky;
• Životnost moderního generátoru větrné turbíny je 20 let;
• Zařízení musí být udržováno. Náklady a dobu servisu je třeba ověřit u prodejce zařízení;
• Cena kilowatthodiny se každoročně zvyšuje; za posledních 10 let se více než ztrojnásobila. Na rok 2017 je plánováno zvýšení tarifů nejméně o 4 %, takže tento údaj lze použít jako základ pro zvýšení nákladů na elektřinu.

Pokud nejsou údaje o návratnosti uspokojivé, ale chcete mít alternativní zdroj energie nebo nemáte možnost připojení k centrálnímu zdroji elektřiny, měli byste zvážit možnosti zvýšení účinnosti větrné turbíny a snížení nákladů na její instalaci a údržbu.

Možné jsou následující možnosti:

• Instalace několika menších kapacitních zařízení namísto jednoho velkého. Tím se sníží cena hlavního zařízení, sníží se náklady na instalaci a údržbu a zvýší se účinnost, protože malé větrné turbíny mají vyšší účinnost při nízkých rychlostech větru;
• Instalace speciálního systému řízení elektrické sítě v kombinaci se systémem centrálního zásobování elektřinou. Taková zařízení jsou dnes komerčně dostupná.