Продвинутым

РАСЧЕТ СВОЕЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Расчеты своей автономной ветроэнергетической установки достаточно просты, если следовать приведенным инструкциям.

ВНИМАНИЕ: Мы сознательно упростили некоторые данные, цифры и расчеты, т.к. мы понимаем, что не все потребители ВЭУ имеют техническое образование и могут вести расчеты самостоятельно. Погрешность приближений у нас составляет +/- 10%.

1-ый ШАГ НА ПУТИ К БЕСПЛАТНОЙ ЭНЕРГИИ - КАКИЕ У ВАС ПРИБОРЫ?

В руководствах по эксплуатации найдите мощности всех приборов, которые используются у вас дома или в месте, где вы собираетесь поставить ветроэнергетическую установку (ВЭУ). Вы можете использовать таблицу мощностей, приведенную ниже. Однако помните, что это приблизительные цифры! В случае возникновения трудностей в подсчете обратитесь к специалисту.

2-ой ШАГ - РАСЧЕТ ПИКОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Далее самостоятельно делайте расчеты параллельно с нашими инструкциями. Рассчитайте минимальное и максимальное (пиковое) потребление энергии вашего дома. Для этого можно использовать таблицу, приведенную ниже (приведены примерные цифры):

КАКИЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ В ВАШЕМ ДОМЕ	МОЩНОСТЬ ПРИБОРА	УТРО	ДЕНЬ	ВЕЧЕР	НОЧЬ
Телевизор	300	300	0	600	0
Видеомагнитофон	120	0	0	120	0
Компьютер	400	0	0	400	400
DVD-плеер	120	0	0	120	120
Аудио-плеер	100	100	0	100	0
Посудомойка	1500	1500	0	1500	0
Стиральная машина	500	0	0	500	0
Электроплита	1500	1500	0	1500	0
Микроволновая печь	1500	1500	0	0	0
Пылесос	1300	0	0	1300	0
Факс-аппарат	100	100	100	0	100
Лампочка	100	600	100	1000	300
Люстра	400	400	0	400	0
Синтезатор	100	0	0	100	0
Электрочайник	2000	2000	0	2000	0
Утюг	1800	0	0	1800	0
Кофеварка	1200	0	0	300	0
Миксер	200	0	0	200	0
Тостер	300	300	0	0	0
Фен	200	0	0	200	0
Телефонный аппарат	20	20	20	20	20
Сигнализация	20	20	20	0	20
Другие приборы	1000	1000	0	1000	0
Обогреватель пола	300	300	300	300	300
Система обогрева дома	300	300	300	300	300
ИТОГО: ПОТРЕБЛЯЕМАЯ МОЩНОСТЬ	15880	12740	1340	11960	2060

В нашем случае "пик" потребления энергии составляет около 12 кВт - когда в течение 1-2 часов включены почти все ваши приборы. Однако такая ситуация в жизни не наблюдается. Обычно вы включаете на 5 минут электрочайник (или же кофеварку), на 30 минут утюг (а в это время не работает микроволновая печь), или, например, пылесос никогда не включается одновременно с феном. Даже при наличии бесплатного электричества не стоит держать включенными постоянно все электроприборы, т.к. они со временем портятся. Если вы разумно отнесетесь к потреблению энергии, то можете выбрать менее мощную, а значит, менее дорогую ВЭУ для своих нужд. Например, можно сначала вскипятить электрочайник, затем включить микроволновую печь, и только потом пойти пылесосить. Согласитесь, это можно предусмотреть вместо того, чтобы потратить деньги на дорогую ВЭУ (например, на приведенные 12 кВт), а потом один раз в год включить все вместе на 20 минут...

3-ий ШАГ - СКОЛЬКО КИЛОВАТТ Я ТРАЧУ?

Взгляните на свои счета за электроэнергию за последние 6-12 месяцев. Выберите самый максимальный и выпишите количество потребленных или истраченных киловатт. Например, пусть это будет цифра 500 кВт-часов в месяц (т.е. примерно 17 кВт-часов в день или в среднем 0.7 кВт в час). Это и есть средневзвешенная мощность, потребляемая вашим домом.

СПРАВКА: Энергия равна мощности, приложенной в единицу времени (например, час).

Несмотря на кажущееся невысокое энергопотребление, проблему представляют пики электроэнергии, которые бывают обычно утром и вечером, тем более в зимний период, когда к эксплуатации обычных приборов прибавляются электрические обогреватели. В процессе социологического опроса 1000 человек, проживающих в районе центральной полосы России в квартирах и домах, выяснилось, что средний пик потребления городской квартиры или небольшого дома составляет чуть более 3 кВт. Это подтверждается как анализом подсчета одновременно включенных электроприборов в квартирах опрошенных, а также и тем, что на входе электропитания в большинстве домов и квартир стоят предохранители на 15 ампер. При напряжении 220 вольт максимальная потребляемая мощность (или мощность суммарной нагрузки) составляет 220В х 15А = 3300 Вт или 3.3 кВт. При превышении данной нагрузки предохранитель бы постоянно отключал электропитание. Т.о. среднее потребление средней семьи из 4-х человек, проживающих с электроплитой, составляет 0.7 кВт/час, а пиковое 3 кВт/час.

4-ый ШАГ - СКОРОСТЬ ВЕТРА В ВАШЕМ РЕГИОНЕ

Узнайте среднегодовую скорость ветра в вашем регионе у метеорологов или в Интернете. Например, пусть она будет 6 м/сек.

5-ый ШАГ - НОМИНАЛЬНАЯ И РЕАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ

"Номинальная мощность", обычно показываемая фирмой-производителем ВЭУ в технических характеристиках, определяется разными нормативами и стандартами на скорости ветра 11-12 м/сек (для ГРЦ-Вертикаль эта цифра 10.4 м/с). Каждый знает, что это достаточно сильный ветер, который бывает не всегда. Например, ВЭУ-1, имеющая номинальную мощность 1 кВт, на самом деле на скорости ветра 6 м/сек развивает всего 212 Вт в час. Т.о. в вашем регионе для выработки необходимых вам 0.7 кВт электроэнергии (см. шаг 3) на скорости ветра 6 м/сек необходима более крупная ВЭУ. В вашем случае ее мощность должна составить немногим менее 3 кВт (см. расчетную таблицу в разделе "Принцип работы ВЭУ").

Упрощенная таблица выработки мощности от скорости ветра ветроэнергетической установкой мощностью 3 кВт (ВЭУ-3) выглядит так:

СКОРОСТЬ ВЕТРА, м/сек	4	5	6	7	8	9	10	11	12
ВЫРАБАТЫВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ, Вт	200	400	700	1100	1700	2500	2900	4400	5700

Как видно, ВЭУ-3 мощностью 3 кВт на среднегодовой скорости 6 м/сек выдаст реальную среднегодовую мощность 0.7 кВт в час. Во время вашего отсутствия и/или малого энергопотребления ВЭУ заряжает аккумуляторные батареи (АКБ), которые выдают свой заряд во время кратковременного пикового потребления (утро, вечер).

6-ой ШАГ - ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ ПО РАЗМЕРУ ВЭУ

Если вы не хотели бы даже и задуматься об экономии и обычно никогда не считаете деньги, смело принимайте решение по приобретению ВЭУ, которая выдает постоянную мощность 12 кВт (в соответствии с пиковым потреблением вашего дома). Однако, как мы покажем ниже, это будет преждевременный, неоправданный шаг, приводящий к абсолютно лишним затратам. Ведь на самом деле эта мощность будет использоваться только в течение 1-2 часов в день. Не забывайте, что чем больше ВЭУ, тем больше денег необходимо потратить на покупку, а затем на ее дальнейшее обслуживание. Ветроэнергетическая установка, как и автомобиль, экономит вам время и деньги, но в то же время требует к себе периодического внимания. Если вы экономны и не хотели бы тратить лишние деньги, то давайте обсудим полученные данные.

7-ой ШАГ - АККУМУЛЯТОРЫ ДЛЯ ПИКОВОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Электроэнергия, будучи произведенной, должна быть немедленно потреблена. Т.о. если ВЭУ вырабатывает энергию, а потребления нет, ее необходимо запасать. Опять же, для того, чтобы покрыть кратковременные пики энергопотребления, необходим накопитель энергии, который запасает излишки энергии во время минимального потребления, и отдает запасенную энергию во время максимального потребления в сжатый промежуток времени. Примером такого аккумулирования электроэнергии может служить простая автомобильная аккумуляторная батарея.

Пиковое потребление энергии средней квартиры или дома составляет 3 кВт (см. шаг 3). Этот пик продолжается в течение 1 часа утром и 2 часов вечером. Это означает, что во время главного пика вечером среднему потребителю необходим максимум 3 кВт х 2 часа = 6 кВт-часов электроэнергии. Между пиками при наличии ветра ВЭУ заряжает аккумуляторы.

КПД (эффективность) инвертора составляет обычно 85%, т.о. часть энергии уйдет на потери в этом приборе. Т.о. изначально необходимо иметь 625 ампер-часов / 0.85 = 735 ампер-часов. Обычный автомобильный аккумулятор средней мощности имеет емкость 75 ампер-часов. Это означает, что вам нужно 735 ампер-часов / 75 ампер-часов = 10 аккумуляторных батарей.

ЗАМЕЧАНИЕ: Если выход батарей составляет 48 В постоянного тока, тогда количество батарей должно быть кратно 4. В нашем случае это 8 или 12. Можно приобрести сначала 8, а затем проверить, быть может, этого будет достаточно.

Совсем не нужно пугаться этого количества батарей. Во-первых, это небольшие деньги - около 12 тыс.руб или 350 Евро - и вы никогда не платите за электричество! Во-вторых, объем не такой уж большой, особенно если речь идет о загородном доме. И, наконец, существуют крупные дорогие батареи, которые в количестве 1-2 шт. могут заменить все 12 обычных автомобильных аккумулятора. На основании данных расчетов вы можете самостоятельно подсчитать необходимое количество аккумуляторов в соответствии с пиковыми потреблениями, характерными для вашего жилища.

Во время минимального потребления (днем и ночью) при наличии ветра ВЭУ будет заряжать аккумуляторы. Скорость зарядки батарей зависит от мощности, вырабатываемой ВЭУ, а значит, от силы ветра (см. шаг 3). Можно легко посчитать, что ВЭУ-3 на скорости ветра 6 м/сек будет выдавать 0.7 Вт/час, или 0.7Вт х 12час = 8.4 Вт-час за день и столько же за ночь, что достаточно для пикового потребления.

Тем не менее, понятно, что чудес не бывает и в любом месте Земного шара существуют безветренные дни. Конечно, весьма неэкономично для нескольких дней в году приобретать более крупную ВЭУ или большее число аккумуляторов. Для большинства людей простейшим решением может служить бережное, экономичное потребление энергии в такие дни. А для тех, кто не хотел бы экономить, необходимо выяснить среднегодовую продолжительность максимального количества безветренных дней и посчитать необходимое количество аккумуляторов. Например, максимальный промежуток безветренных дней в году в вашем регионе составляет 5 дней летом (10 кВт-час в сутки) и 3 дня зимой (20 кВт-час в сутки). Конечно, необходимо взять для расчетов зимний период, т.к. энергопотребление более высокое. Т.о. 3 дня х 20кВт-час в сутки = 60 кВт-часов. Для того, чтобы получить 60 кВт-часов (см. ШАГ 5), вам необходимо иметь в запасе 60.000 ватт / 12 вольт = 5000 ампер-часов. Однако вы не можете использовать батарею более, чем на 80%. Следовательно, реальный запас электроэнергии должен быть 5000 ампер-часов / 0.8 = 6250 ампер-часов. КПД (эффективность) инвертора составляет обычно 85%, т.о. часть энергии уйдет на потери в этом приборе. Т.о. изначально необходимо иметь 7350 ампер-часов / 0.85 = 8640 ампер-часов. Обычный автомобильный аккумулятор средней мощности имеет емкость 75 ампер-часов. Это означает, что вам нужно 8640 ампер-часов / 75 ампер-часов = 120 аккумуляторных батарей. Как мы видим, такое количество батарей хоть и решит проблему энергоснабжения, но потребует более крупную ВЭУ, чтобы осуществить зарядку батарей. Так не лучше ли всего лишь 3-5 дней в году пожить в экономичном режиме?

Необходимо заметить, что аккумуляторы обладают свойством остаточной ёмкости. Т. е., например, если, используя аккумулятор 90 А/ч вы работали газонокосилкой мощностью 1 кВт в течении 45 мин., после чего инвертор отключился - уменьшите нагрузку до 500 Вт (подключите, к примеру, электролобзик) и работайте ещё столько же! Затем можно подключить 300 Вт-ную дрель, а потом 130 Вт-ный краскопульт, далее 60 Вт-ный паяльник и, наконец, 30 Вт-ную лампочку. Но даже в этом случае вы "вычерпаете" около 80% от максимальной ёмкости аккумулятора. "Вычерпывание" 100% не рекомендуется, т. к. ресурс аккумулятора, в этом случае, сокращается. Из вышеприведенного примера совсем не следует что эти (и другие) нагрузки нельзя включить все сразу.

Мы рекомендуем покупать полностью необслуживаемые аккумуляторы. И дело здесь не только в том, что отпадает необходимость периодически проверять электролит и доливать дистиллированную воду (в обслуживаемые АКБ, рекомендуется доливка дистиллированной воды хотя бы раз в месяц, в малообслуживаемом аккумуляторе для контроля уровня электролита и доливки воды сохранены пробки, однако контроль уровня и его корректировку достаточно осуществлять раз в год). Широко распространенные кислотные аккумуляторы, выполненные по классической технологии, доставляют много хлопот и оказывают вредное влияние на людей и аппаратуру. Они наиболее дешевы, но требуют дополнительных затрат на их обслуживание, специальных помещений и персонал. Наиболее удобными и безопасными из кислотных аккумуляторов (особенно, для эксплуатации в помещении) являются абсолютно необслуживаемые герметичные аккумуляторы.

8-ой ШАГ (ОПЦИИ) - РУБИЛЬНИКИ, СИНХРОНИЗАТОРЫ СЕТИ, ИНВЕРТОРЫ

Допустим, потребитель приобрел ВЭУ. Представим себе, что если рядом с потребителем проведена сеть, то он пожелает, чтобы во время пиковых нагрузок сеть вручную или автоматически подключалась к питанию нагрузок потребителя. Например, раз в год он пользуется электроплугом мощностью 10 кВт. Остальное время он потребляет не более 3 кВт в пике. В этом случае есть несколько решений этой задачи:
- Потребитель изначально проводит отдельную, запитанную от сети параллельную проводку для мощных приборов.
- Потребитель ставит механический рубильник на входе электросети. Он позволяет вручную переключаться либо на ВЭУ, либо на обычную сеть. Недостаток - скачок напряжения и выключение ряда электроприборов (часов, постоянно работающих приборов).
- Потребитель закупает более мощный инвертор, предварительно подсчитав его мощность. В нашем случае это составит примерно 10кВт + 3кВт + небольшой запас (напр.1кВт) = 14кВт. Стоимость такого инвертора составит около 200,000 рублей или 6,000 Евро. При наличии сети сетевые провода (фаза, ноль) подключается к специальному входу инвертора. В случае пиковых нагрузок или отсутствия ветра инвертор автоматически переключается на сеть. Разновидностью данного случая может служить соединение с дизель-генератором.
ВНИМАНИЕ: Выход инвертора НЕЛЬЗЯ соединять (включать параллельно) с сетью - последует взрыв из-за несоответствия частот, амплитуд и фаз тока этих приборов!

Учитывая то, что малые ВЭУ (до 10 кВт) просты в монтаже, установке и обслуживании, рекомендуется для увеличения мощности ставить несколько малых ВЭУ вместо одной крупной. Например, вместо одной 9-киловаттной ВЭУ-9 (9 кВт) лучше поставить три ВЭУ-3 (3 кВт) общей мощностью 9 кВт. Кстати, в этом случае стоимость 3-х маломощных инверторов будет значительно меньше стоимости одного мощного.

« назад