Сила из ветра

Сила из ветра

Устройство ветрогенераторов. Часть вторая

Человечество научилось использовать кинетическую энергию ветра еще на заре своего развития – простейшие ветряные мельницы появились за сотни лет до нашей эры. Спустя более 2000 лет развитие технологий сделало доступной электрическую энергию, скрытую в мощи ветра. Аналогия ветрогенератора с ветряной мельницей не случайна – большинство обывателей считает, что ветрогенератор – более сложная и современная разновидность той самой мельницы, с которой сражался Дон Кихот. В определенной степени это действительно так: эти системы очень схожи внешне, сила ветра вращает колесо-ротор, крутящий момент которого передается на основной рабочий механизм, однако принципы их работы совершенно разные.

Размер имеет значение

Одним из принципиальных различий между мельницей и ветрогенератором заключается в том, что первая использует кинетическую энергию, то есть сила ветра передается другим механизмам, которые делают полезную работу. В ветрогенераторе кинетическая энергия ветра преобразуется в электрическую, поэтому главный элемент ветрогенераторной системы – это аккумуляторы и электросетевая инфраструктура. Сегодня в мире существует две схемы ветрогенераторных систем. Первая предполагает использование аккумуляторных батарей и не требует взаимодействия с общественной электросетью. Вторая схема предполагает наличие подключения к общей сети. Таким образом, благодаря развитию концепции smart grid и появлению новых образцов контрольно-учетной аппаратуры можно частично или полностью компенсировать расходы на электроэнергию, например, использовать ветрогенератор только во время действия наиболее дорогих тарифов или вообще продавать излишки электроэнергии (в некоторых странах действуют специальные «зеленые» тарифы на электроэнергию, произведенную с помощью ВИЭ). Размеры и модель ветрогенератора напрямую зависят от количества электроэнергии, которое планируется генерировать на установке. Чем она мощнее, тем больше электричества будет вырабатываться при одинаковой скорости ветра. Также важна высота мачты – вблизи поверхности земли ветер не так силен, как на возвышенности, к тому же ему препятствуют различные помехи, поэтому чем выше мачта ветрогенератора, тем он более эффективен. Имеет значение и диаметр лопастного колеса – чем он больше, тем лучше захватывает воздушные потоки.

001.jpg

Автономная (несетевая) система

Ключевой элемент

Ветрогенераторная система включает в себя несколько основных элементов: сама ветротурбина (то есть те самые лопасти, похожие на вентилятор), электрогенератор (обычно размещается в гондоле или в основании мачты), контроллер заряда, аккумулятор и инвертор. Полученная турбиной кинетическая энергия передается на генератор, где она преобразуется в электрическую. Но генератор выдает переменный ток, а для зарядки аккумулятора необходим постоянный, поэтому роль посредника между генератором и батареей выполняет контроллер заряда. Кроме преобразования тока этот прибор выполняет и другие важные функции, например, управляет работой турбины и следит за скоростью вращения лопастей (тормозит их при сильном ветре, чтобы не допустить выхода из строя аккумуляторов). Из контроллера заряда постоянный ток подается на аккумуляторные батареи. Там он накапливается и может быть использован для снабжения домохозяйства электричеством при безветренной погоде. Кроме того, аккумулятор стабилизирует напряжение электричества, которое подается на бытовые приборы (его значение непостоянно и также зависит от силы ветра). Замыкает систему инвертор, который преобразует напряжение из постоянного 12 или 24 В в переменные 220 В – ток с параметрами, необходимыми для работы бытовых устройств и передаче электроэнергии в общую сеть.

002.jpg

Сетевая система

Часть первая