Мечта каждого фермера - мощная стационарная ветроэлектростанция

Не имея возможности воздействовать на общественные процессы, многие хотят решить проблему дорогих энергоносителей  чисто техническим путем.

Письма с просьбой прислать чертежи ветроэлектростанции (ВЭС) или вятряка поступают к нам ежемесячно. Не надо думать, что довольно насадить пропеллер на вал генератора - и ветряная электростанция готова!

Скорость ветра весьма непостоянна. Поэтому скорость вращения вала генератора будет меняться по многу раз за день. Вслед за ней станет изменяться и напряжение, частота электрического тока.

Согласно стандартам напряжение подаваемого в наши дома переменного тока в 220 В выдерживается с точностью плюс 10 - минус 15 процентов. А точность частоты в 50 Гц и того значительнее - одна десятая процента.

Получить от ВЭС ток подобного свойства крайне трудно. Но всё время ли оно необходимо? Все связано от подключаемого электроприбора. К примеру, для компьютера либо телевизора надо абсолютно строгое соблюдение всех параметров. Для электронагревательных приборов плотность практически безразлична. При понижении напряжения в 1,5 раза некоторые из них, к примеру утюг либо электрокамин, сохраняют работоспособность. Лампа накаливания при уменьшении напряжения в полтора раза уменьшает свой световой поток в три раза. Однако нет худа без добра, период службы повышается в 38 раз!

По сообщениям наших корреспондентов из «горячих точек», где отключение электроэнергии длилось месяцами, возникли простейшие любительские ВЭС на основе пропеллера диаметром около двух метров, соединенного ременной передачей с велосипедным генератором.

Постоянноих устанавливали на балконах городских домов. Подобные электростанции больше служили поднятию морального духа, чем каким-либо практическим целям. Цель этой статьи - изложить общие принципы, которые можно положить в основу при самостоятельном изготовлении маленькой, довольно эффективной ВЭС.

До революции Россия была на первом месте в мире по использованию энергии ветра. Общая мощность наших ветроэнергетических установок (это были мельницы и насосные станции) достигала 1,2 миллиона кВт. В США к 1945 году общая мощность ветродвигателей достигла 6 миллионов кВт, причем среди них доминировали электростанции, впоследствии цены на нефть быстро снизились, и интерес к ветроэнергетике везде быстро упал. Ныне общая мощность ветросиловых установок всего мира меньше, чем в дореволюционной России.

Новозросли цены на нефть. Катастрофических размеров достигло вызванное сжиганием топлива загрязнение среды, и снова возник интерес к энергии ветра.

И в нашей стране на территории Калмыкии создан комплекс ветроэлектростанций мощностью около 1000 кВт каждая. Это огромные сооружения с высокими башнями, увенчанные стометровыми роторами.

ВЭС, способная дать свет и тепло односемейному дому - это сооружение высотой 10 - 15 метров с ротором диметром 5 - 7 метров и мощностью около 10 кВт. Она оснащена системами автоматического поддержания параметров тока, батареей аккумуляторов и резервной дизельной электростанцией на случай длительного бездействия. За рубежом подобные установки выпускаются в массовом масштабе и стоят не дороже автомобиля.

Прекрасные ВЭС мощностью до 250 Вт были разработаны в нашей стране еще в довоенный период. При массовом производстве они были бы не дороже мопеда и вполне доступны для самостоятельного изготовления.

Во все времена стремились достичь постоянства скорости вращения ветряка. В начале XX века ветроэнергетика существенно продвинулась в своем развитии за счет идей, взятых в авиации.

Так, к примеру, появился винт переменного шага с поворотом лопастей сравнительно продольной оси. На ветродвигателе Д-1,5 для поворота лопастей служили особые грузики. При вращении ротора на них возникал гироскопический эффект, стремящийся развернуть лопасть вдоль потока. Однако на оси лопасти была еще и пружина, которая при этом закручивалась, препятствуя повороту. При определенном подборе массы грузиков за счет противоборства сил инерции и упругости пружины удавалось поддерживать скорость вращения ротора с точностью до 6% при изменении скорости ветра от 4 до 12 м/с.

Новинт переменного шага дорог и сложен. Его употребление на маломощных ветродвигателях экономически не оправдывалось.

Болеедешевые ветряки оснащались деревянным винтом постоянного шага. Поддержание постоянства скорости осуществлялось при помощи «лопаты». Она стремилась развернуть плоскость вращения винта по ветру, что понижало скорость вращения. Хвост же ветродвигателя, наоборот, ставил плоскость вращения винта перпендикулярно ветру, чем достигалось ее повышение. Регулирование опять-таки достигалось вследствие противоборства этих двух сил. Но без введения дополнительных сложных устройств качество регулирования получалось невысоким. Сегодня подобное регулирование реализовывается с помощью электроники.

Поддерживая постоянство скорости вращения, можно получать стабильное напряжение и частоту тока. Мощность же, развиваемая генератором, по-прежнему связана со скоростью ветра.

К примеру, ветродвигатель Д-1,5 при скорости 4 м/с развивал мощность на клеммах генератора 2,5 Вт; при 5 м/с - 13 Вт; при 7 м/с - 60 и начиная с 8 и наиболее м/с - 109 Вт.

Потомубез использования аккумуляторных батарей, сглаживающих данную неравномерность получаемой мощности, пользоваться ветряными электростанциями трудно.

Среднегодовая выработка энергии связана со средней скоростью ветра в этой местности. Там, где нередко дуют сильные ветры, а значит, могут великолепно работать ветряки, к примеру, в Калмыцких степях, людей не так уж много.

В обжитых же местностях или дуют слабые ветры, или их сменяет безветрие.

Ветряная электростанция (ветряк) Д-1,5 в местности со средней скоростью ветра 4 м/с выдает за год 191 кВт/ч. А при среднегодовой скорости ветра 7 м/с - 548 кВт/ч в год.

Учтем, что КПД электрогенератора малой мощности в те годы не превышал 50 %. Подобным же низким был и КПД зарядно-разрядного цикла тогдашних аккумуляторов. Подобным образом, потребитель получал лишь четвертую часть энергии от лопастей ветродвигателя.

Сегодня результативность подобной электростанции была бы в два раза значительнее.

Есть смысл сравнить ее с малыми бензиновыми электростанциями. Как правило, они расходуют около 400 грамм бензина на кВт/ч. Выходит, что крохотная ветроэлектрическая станция довоенного образца экономит от 100 до 300 литров бензина в год, а ее современное исполнение в два раза больше.

Ветроэлектростанция (ветряк) Д-1,5 крепилась на верхушке обычного зарытого в землю деревянного столба, применяемого для прокладки сельских линий электропередачи. Она состояла из автомобильного электрогенератора постоянного тока с двухлопастным пропеллером на валу. Он вращался со скоростью 900 - 1200 об/мин.

Сам генератор был оснащён хвостом и мог свободно поворачиваться на оси под воздействием ветра. Конструкция данного узла способна быть и иной, наиболее соответствующей вашим возможностям.

Важная деталь двигателя - воздушный винт.

Сегодня опыт создания ветродвигателей утерян. Людей, знакомых с ними, практически нет. Опыт вам придется нарабатывать с нуля. На наш взгляд, разумно вначале сделать винт постоянного шага, регулировку делать при помощи лопаты. Ее размеры требуется подобрать экспериментально.

Электрогенератор, систему регулирования и аккумуляторную батарею можно взять от легкового автомобиля.

В данном случае освещение дома и на ферме можно сделать с помощью автомобильных ламп накаливания. Однако наиболее разумно применить люминесцентные лампы, питаемые от постоянного тока по специальной схеме.

Обсудить тему ветряков (ветряных электростанций) можно на нашем форуме, в теме Ветряки