Класифікація вітроустановок.

Рисунок 4.3 Найбільша вітроенергетична установка в Білорусі, потужністю 1,5 МВт, с. Грабник

Вітрогенератори використовуються як засоби альтернативної енергетики. Їх застосування можна рекомендувати в районах, що не мають традиційного енергопостачання, а також в місцях, де спостерігаються часті перебої з подачею електроенергії.

Вітроенергетичні установки (ВЕУ) умовно можна розділити на чотири групи:

– ВЕУ з потужністю до 1 кВт

– ВЕУ з потужністю до 10 кВт

– ВЕУ з потужністю до 30 кВт

– ВЕУ з потужністю до 100 кВт і вище.

ВЕУ першої групи володіють невеликими розмірами і вагою. Їх можна рекомендувати для використання в геологорозвідувальних партіях, для туристів в походах і подорожах, для живлення радіостанцій і заряджання акумуляторів автомобіля або яхти, а також для безпосереднього живлення електричних приладів. Крім того, ці ВЕУ відрізняє відносно невисока ціна.

Наступні групи можна віднести до стаціонарних ВЕУ. Ці вітроелектростанції можуть повністю забезпечувати електроживленням житловий будинок або виробничий об'єкт, постійно накопичувати в акумуляторних батареях великий ресурс електроенергії для використання в безвітряні періоди.

Стаціонарні вітроелектрогенератори використовуються також для живлення автономно функціонуючих систем: опалювальні і освітлювальні комплекси, насосні станції, метеостанції, охоронні і моніторингові системи.

Група ВЕУ з потужністю до 10 кВт можна використовувати як систему автономного енергопостачання для невеликих господарств, приватних будинків, котеджів. Ці ВЕУ володіють великою вагою і великими розмірами. Для їх установки потрібний спеціально підготовлений майданчик (заливка фундаменту). У комплект входить генератор і ротор. Генератор, як правило, виробляє постійну напругу 12В, 24В або 48В.

Слід зазначити, що в цій групі на ринку представлені вітчизняні, українські ВЕУ. Вартість таких генераторів нижча, ніж аналогічних імпортних.

Треба мати на увазі, що для можливості використання ВЕУ з будь-яким побутовим або промисловим устаткуванням, необхідно використовувати інвертори. Ці пристрої перетворять постійну напругу генератора в змінну напругу 220В або 380 В. Для накопичення електроенергії в періоди безвітря рекомендуються акумуляторні батареї.

Третю групу складають ВЕУ потужністю до 30 кВт. Їх призначення схоже з призначенням ВЕУ другої групи. Відмінність складають більша вага - до 500 кг і великих розмірів. Відрізняються вони і декілька більшою ціною.

Четвертую групу ВЕУ можна віднести до професійного промислового устаткування. Цей тип можна порекомендувати для установки на промислових підприємствах і для створення вітроенергетичних електростанцій. Для їх монтажу також потрібна заливка фундаменту. Вартість таких ВЕУ починається від 150 000 євро.

Крім того, в цілях економії засобів, споживачеві може бути представлені вітрогенератори Б/У. Всі вони пройшли технічне обслуговування і готові до роботи.

ВЕУ потужністю 2—3 мегавата потребує ділянки 20х20 м. Оскільки такі ВЕУ не потребують об'єднання в систему, то ділянку можна підібрати будь-де. Розосередженість ВЕУ наближує джерело електроенергії до споживача.

Дослідження засвідчили, що сучасні ВЕУ мегаватного класу не нищать птахів, бо будь-який птах добре бачить вітроколесо, яке обертається зі швидкістю 2—30 об./хв.

Середньорічний приріст світової вітроенергетики становить в середньому 26—27% і є найвищим у порівнянні з іншими джерелами енергії.

Прогнозується, що після 2010 року електроенергією, виробленою вітроенергетичними парками, буде користуватися 80% населення ЄС, а до 2025 року завдяки таким паркам в Німеччині буде виведено із експлуатації 80% потужностей АЕС. До 2050 року Німеччина планує генерувати 50% електроенергії шляхом використання енергії вітру. Данія таке завдання збирається вирішити до 2030 р.

До цього часу всі прогнози щодо розвитку вітроенергетики не тільки виконувалися, але й перевиконувалися. На початку 90-х років прогнозувалося, що до кінця 2000 року потужність європейського парку ВЕС досягне 4 тис. МВт. Фактично ж в Європі на кінець 2000 року було введено в експлуатацію ВЕС загальною потужністю 12 800 МВт, тобто в 3,2 рази більше, ніж прогнозувалося.

Наприкінці XX століття стали відчутними зміни клімату: зміна температури, збільшення сили та частоти несприятливих явищ.

Найпоширеніше пояснення тому — парниковий ефект внаслідок спалювання вугілля, нафти та газу. В 1997 р. прийнято Кіотський протокол як частину Рамкової конвенції ООН про зміни клімату. Всі країни, які ратифікували цей документ, беруть на себе зобов'язання знизити викиди парникових газів у 2008—2012 роках. Україна ратифікувала Кіотський протокол 4 лютого 2004 р., а з 2005 року він набув чинності. Згідно з протоколом, розвинуті держави разом з країнами з перехідною економікою можуть здійснювати спільні проекти зі зниження викидів. Це дозволить Україні реалізувати її гігантський потенціал енергозбереження та енергоефективності. Набагато більшої ефективності вітроенергетичних установок можна досягти за умов реалізації їх будівництва в межах проектів спільного впровадження — шляхом продажу сертифікатів на викиди парникових газів. Згідно з Кіотським протоколом, для здешевлення ВЕС ми можемо використати ще й квоти України на міжнародну торгівлю викидами парникових газів. Кошти, які можна отримати, не є позиками, а тому ВЕС, побудовані за ці гроші, будуть рентабельними з першого дня експлуатації.

Термін окупності вітроенергетичної установки, залежно від місцевості, забезпеченості комунікаціями, потужності установки тощо, становить від 3 до 8 років.

Питомі капітальні витрати для станцій малої потужності становлять 800-1000 доларів за 1 кВт встановленої потужності і зменшуються зі збільшенням потужності установки. Тож капітальні витрати на вітроенергетичну станцію потужністю 250 кВт (Данія) становлять 40 тис. доларів США при терміну окупності 6,7 року.

Важливим аспектом використання вітроустановок є вартість електроенергії (грн/кВт•год), яка може бути підрахована за виразом

B=(K•F)/(0,25•P•F),

де К - капітальні витрати, грн. (дол.);

F - фактор поновлення витрат, за гарантованого терміну дії установки 25 років F= 0,125;

Р - потужність установки, кВт;

Т - кількість годин роботи установки на рік, Т = 8760 год.

Вітроустановки виробляють електроенергію практично без забруднення довкілля, але вплив на нього мають: відведення під будівництво значних територій та зміни ландшафту, шумові ефекти, радіоперешкоди.

Проблема зменшення шумів розв'язується шляхом розташування вітроустановок на значних відстанях (допустимих за рівнем шуму - 40-50 децибелів) від житла. Отже, відстань від вітроагрегату до житла має становити 150 м, вітростанції - 250 м.

ВЕУ класифікують:

- за видом виробленої енергії;

- за потужністю;

- за сферами застосування;

- за призначенням;

- за ознакою роботи з постійною або змінною частотою обертання вітроколеса (ВК);

- за способами керування;

- за структурою системи генерації енергії.

ВЕУ залежно від виду виробленої енергії підрозділяють на дві групи: механічні та електричні. Електричні ВЕУ, у свою чергу, підрозділяють на ВЕУ постійного і змінного струму .

ВЕУ залежно від потужності підрозділяють на чотири групи:

а) великої потужності - понад 1 МВт;

б) середньої потужності - від 100 кВт до 1 МВт;

в) малої потужності - від 5 до 99 кВт;

г) дуже малої потужності - менше 5 кВт.

Залежно від сфери застосування механічні ВЕУ підрозділяють на дві підгрупи: вітронасосні та вітросилові згідно рисунку 4.4.

Рисунок 4.4 Загальна класифікація ВЕУ

Рисунок 4.5 Структурна схема автономних ВЕУ: Г - генератор; АГ - асинхронний генератор; БО - баластних Опір; ПЧ - Перетворювач частоти

Рисунок 4.6 Структурна схема гібрідніх ВЕУ: СГ - синхронний генератор, АСГ - асінхронізованій генератор; ПЧ - Перетворювач частоти

Рисунок 4.7 Структурна схема мережевих ВЕУ: СГ - синхронний генератор; АГ - асинхронний генератор; АСГ - асінхронізованій генератор; ПЧ - Перетворювач частоти