ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА

С увеличением темпов развития стран, компьютеризации населения, с каждым годом потребление электрической энергии возрастает – это неизбежно ведёт к истощению природных энергетических ресурсов. Цены на импорт природных ресурсов в Беларусь будут так же увеличиваться с каждым годом. Использование возобновляемых или регенеративных источников энергии для Республики Беларусь поможет улучшить экологию и экономику страны.

На данный момент в мире множество предприятий загрязняющих окружающую среду. Уменьшение загрязнений окружающей среды является основной задачей, для решения которой применяются экологически чистые возобновляемые источники энергии. Поддержание чистого воздуха неотъемлемая часть всего живого на Земле. В наше время главным вопросом является выбор экологического чистого источника энергии, который может обеспечивать электроэнергией объект потребления.

Возобновляемая или так называемая «зелёная» энергия – это энергия, которая заимствуется из источников, являющихся неисчерпаемыми, по человеческим меркам. Главным принципом использования зелёной энергии является преобразование её в электрическую, механическую или тепловую энергию из процессов, постоянно проходящих в окружающей среде. Данную энергию получают из различных природных ресурсов, например: ветер, геотермальные источники, солнечное свечение, энергия приливов и отливов, все эти ресурсы пополняются естественным путём.

Солнечный термоядерный синтез – это источник множества видов возобновляемой энергии, за исключением некоторых из них: источником геотермальной энергии является тепловая энергия недр Земли, источником приливов и отливов является воздействие гравитационных полей Солнца и Луны под действием которых на Земле два раза в сутки меняется уровень воды. Истощение возобновляемой энергии, происходящей от Солнца, не угрожает человечеству, так как из астрономических расчётов примерная продолжительность жизни Солнца составляет в районе пяти миллиардов лет. Излучаемая Солнцем, солнечная энергия, прибывает на Землю в очень малом количестве, которую можно преобразовать в различные формы энергии, а другая часть энергии и вовсе растворяется в космосе.

Ветер – это движение смеси газов от зоны с высоким давлением в зону с низким давлением. Его кинетическую энергию используют для преобразования в механическую или электрическую энергию, посредством ветровых мельниц. Ветер относят к возобновляемым источникам энергии, так как его происхождение происходит непосредственно при участии Солнца.

Ветроэнергетика – это одна из разновидностей отрасли энергетики, основанных на возобновляемых источниках энергии, специализирующаяся на преобразование кинетической энергии ветра в электрическую, либо механическую энергию, посредствам использования ветрогенератора, ветровой мельницы и новых видов ветрогенераторов. Наилучшие места для установки ветрогенератора являются возвышенности, равнины, моря, так как в данных местностях скорость ветра может достигать максимально высоких показателей. Ветрогенератор, как электростанция, не потребляет полезного ископаемого, как вид топлива, для преобразования в электрическую энергию. Таким образом работа данных установок мощностью 1 МВт может сэкономить за 20 лет работы примерно 30 тысяч тонн угля или 100 тысяч баррелей нефти.

Ветроэнергетика не стоит на месте и с каждым годом развивается. Примером новой станции является воздушная электростанция. Принцип её работы заключается в том, что надутая гелием конструкция, похожая на дирижабль, поднимается в воздух, на расстояние около 600 метров, где дуют ветра со скоростью намного большей скорости на Земле. Это явление поможет вырабатывать значимо большее количество электрической энергии, чем у установок, расположенных на Земле.

По статистическим данным в 2006 году примерно 18% мирового энергопотребления было выработано благодаря возобновляемым источникам энергии из которых 16% выработано путём сжигания древесины или так называемой традиционной биомассы. В 2015 году из данных источников было выработано 20% из которых 13% выработано путём сжигания биомассы. С каждым годом доля потребления традиционной биомассы снижается, когда тенденция использования возобновляемой энергии, наоборот, растёт в значительном количестве.

В более упрощённом виде принцип работы ветровой мельницы заключается в следующем: движение потоков воздуха и смеси газов воздействует на лопасти ветрогенератора и приводит их в движение. Данные лопасти установлены на оси, которая в свою очередь приводит ротор во вращение через специальный привод. С помощью статорной обмотки происходит преобразование механической энергии в электрический ток. Затем электрическая энергия аккумулируется в батареи, которые подключены к ветроустановке. Исходя из аэродинамических свойств одна сторона лопастей ветрогенератора имеет закруглённую форму, а вторая – прямую. Это позволяет развить наибольшую энергию из возможной. Ветрогенератор для эффективной работы может вращаться, в хвостовой части установки есть пластина, которая помогает поворачивается лопастями по ходу движения ветра. Он работает по принципу флюгера. Принципиальная схема подключения ветрогенератора в частном случае представлена на рисунке 1. Для обеспечения электроэнергии загородного дома, который находится на стадии строительства необходимо учесть мощность нагрузки электроприборов, представленных в таблице 1.

Выбор генератора производится исходя из ежемесячного потребления электроэнергии. По предварительным расчётам электроприборы потребляют не более 400 кВт ежемесячно.

Рисунок 1. Принципиальная схема подключения ветрогенератора:

1 – ветрогенератор; 2 – контроллер; 3 – аккумуляторные батареи; 4 – выключатели и предохранители; 5 – инвертор; 6 – автоматический ввод резерва; 7 – подключение электроприборов; 8 – счётчик; 9 – электрическая сеть.

Таблица 1.

Характеристика электроприборов

Основную часть дня дом «обесточен» и электроприборы не требуют большой энергоёмкости, а пики потребления электроэнергии проходят в утренние и вечерние часы, в это время суммарная нагрузка электроприборов может достигать 3,57 кВт утром и 3,835 кВт в вечернее время. Для правильного выбора ветрогенератора и определения скорости зарядки аккумуляторных батарей необходимо рассчитать почасовое потребление электроэнергии. Для этого число 30, дней в месяце, следует умножить на 24, количество часов в сутки, получится 720, число часов в месяце. Далее делим 400 на 720 получается 0,56 кВт/час число расхода электроэнергии за один час. Из расчётов следует, что скорость заряда аккумуляторных батарей должна составлять не менее 560 Ватт в час.

В Гродненской области низкая среднегодовая скорость ветра, но открытое пространство и возвышение объекта позволит ветрогенератору работать как минимум на 30 – 40% от номинальной мощности.

Для обеспечения заряда аккумуляторов при этих условиях следует взять генератор, номинальная мощность которого будет как минимум в три раза больше необходимой, так как работа генератора будет составлять всего лишь 30 – 40% от номинального значения . При данных условиях подойдёт ветрогенератор с номинальной мощностью в 2 кВт. Ветрогенератор имеет напряжение в 120В, в ветреные дни может быть выработано 10 кВт электроэнергии. Аккумуляторы с характеристиками напряжения 12 В и тока 100 Ач способны хранить в себе 1200 Ватт электроэнергии. Для сохранения максимального количества вырабатываемой энергии ветрогенератора подойдут 10 аккумуляторных батарей. В доме следует установить автоматический ввод резерва, так как есть возможность подключения коммутационной электрической сети. Автоматический ввод резерва подключит электросеть при полном разряде аккумуляторных батарей, либо при слабой работоспособности ветрогенератора.

Список литературы:

1. Принцип работы ветрогенератора. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://tcip.ru/blog/wind/printsip-dejstviya-i-raboty-vetrogeneratora.html. – Дата доступа: 25.05.2019.