Основные цели, которыми задаются потребители электроэнергии, – создание альтернативного источника питания, снижения энергозатрат, так как автоматизация процессов в быту или на производстве наносит сильный удар по бюджету. Доступный и хорошо изученный способ, который поможет достигнуть поставленные цели, –установка ветрогенераторов. Они помогут и владельцам бизнеса, и собственникам загородного хозяйства/дома создать стабильное энергоснабжение и предохранят от растущего в цене электроснабжения. Ветряные электроустановки (ВЭУ) могут иметь полную независимость от коммунальных электросетей. Другое важное преимущество ВЭУ – возможность преобразовывать энергию ветра не только в электрическую, но и при необходимости в механическую и тепловую. Способ использования ветрогенератора зависит от вашей фантазии и цели. Например, его энергию можно направить на подъем воды с глубины или снабжения электричеством целого предприятия.

Независимо от необходимой мощности ВЭУ и масштабности проекта перед разработкой (и последующим монтажом) ветрогенераторной установки необходимо узнать скорость ветра на территории непосредственной её установки. Необходимость замеров можно условно описать формулой: номинальная мощность генератора * скорость ветра = реальная мощность генератора.

Не следует слепо доверять людям, которые уверенно (без проведения предварительных замеров) утверждают, что скорость ветра у вас подходящая/неподходящая для работы ветряка. Стопроцентного результата не даст ни карта ветров, ни среднестатистические данные по региону, поскольку, как показывает практика, при смещении датчика замера скорости ветра на 50 метров в сторону получаются абсолютно отличные показания. Поэтому замеры производятся непосредственно на месте установки ветряка, при этом минимальное время замера составляет 1 месяц.

На основании полученных данных решаются следующие вопросы: стоит ли возводить на этой территории ветрогенератор, и какое оборудование ВЭУ будет оптимальным согласно геологическим и метеорологическим особенностям местности. Например, положительно на работу ветряка влияет близкое расположение к морю или океану. Близость к лесу снижает производительность ВЭУ. Впрочем, влияние негативных факторов можно нивелировать за счет смены места строительства ВЭУ, или путем изменения габаритов установки. На этапе проектирования необходимо учесть пагубное воздействие ВЭУ на жизнедеятельность и здоровье человека. Важно позаботиться, чтобы установка не несла вреда собственникам и их соседям.

К возможным (при несоблюдении норм) негативным воздействиям ВЭУ можно отнести:

• Стробоскопический эффект от мерцания тени вращающихся лопастей (при стечении обстоятельств, приводит к эпилептическому припадку).
• Шум и вибрация создаваемые ВЭУ (регламентируется нормативными документами, например СНИП «Санитарные нормы допустимого шума в жилых и общественных зданиях и на территории жилой застройки»).
• Создание помех для телевизионной антенны и для сотовой связи и другие.

Определившись с местом возведения, необходимо спроектировать ВЭУ и подобрать оптимальные компоненты системы. К основным элементам системы относятся:

• Лопасти способствуют преобразованию кинетической энергии ветра в движение вала генератора.
• Генератор преобразовывает энергию вращения в электрическую. От его параметров зависят максимальное (пиковое) потребление и скорость зарядки аккумуляторов.
• Мачта – несущая конструкция, которая устанавливается на заранее подготовленный фундамент. Бывает трех видов: жестко закрепленная мачта (на растяжках); поворотная мачта на растяжках; мачта без растяжек (тяжелее и дороже аналогов, но занимает меньше места на земле).

Кроме основных элементов ВЭУ, существуют и дополнительные компоненты, без которых не получится «запитать» потребителя. Под размещение некоторых составляющих цепи электроснабжения необходимо предусмотреть отдельное помещение.

К дополнительному оборудованию относятся:

• Контроллер отвечает за управление работой ВЭУ. Например, управляет такими процессами, как поворот лопастей и заряд аккумулятора, защитными функциями, преобразованием постоянного тока ветряка в постоянный ток для зарядки АКБ. Может дополняться монитором, на котором будут отображаться текущая скорость ветра, температура окружающей среды, уровень вибрации, заряд АКБ и другие (по усмотрению владельца).
• Датчики – источник информации котроллера. Обычно устанавливают анемоскопы и датчик направления ветра (предоставляют информацию о скорости и направлению ветра), датчики контроля напряжения, температурные датчики и т п.
• Поворотный механизм позволяет поворачивать ветрогенератор «по ветру». Необязательный элемент, который рекомендуют устанавливать в случае частой смены направления ветра.
• Аккумуляторные батареи (АКБ) накапливают электроэнергию для покрытия потребности в электричестве в безветренное время. Благодаря АКБ потребитель получает без перебоев стабильное напряжение при порывистом ветре (или его отсутствии).
• Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный ток напряжением 220 В.
• Автоматический ввод резерва (АВР) осуществляет автоматическое переключение между источниками питания. С его помощью объединяют ВЭУ, городские сети, дизель-генератор и другие источники питания в единую систему электроснабжения.

Одна из проблем ВЭУ – избыточное вырабатывание электроэнергии в ветряную погоду или, наоборот, недостаток её в период без ветра. Самый распространенный способ накопления энергии – использование в системе ВЭУ аккумуляторов.

Рассмотрим другие способы хранения ветряной энергии.

Первый способ – использование ветряка для работы насоса, который перекачивает воду в резервуар, расположенный на высоте. Вода, стекая из емкости, приводит в действие водяную турбину и электрогенератор.

Второй способ – использование энергии вращения лопастей для раскручивания гигантского маховика (устройство, накапливающее кинетическую энергию, – так называемый «инерционный аккумулятор»).

Третий способ (самый перспективный) – производство с помощью ветряка водорода и использование его в качестве топлива. «Излишки» электроэнергии, выработанной ВЭУ, расщепляют воду на кислород и водород. Водород хранят в сжиженном виде, который при необходимости сжигают на тепловых электростанциях.

При установке и наладке ВЭУ учитываются следующие факторы:

1. Ограничения по монтажу ветряка. Во-первых, необходимо подтвердить экологическую допустимость возведения ветряка. Во-вторых, следует получить одобрение соседей на строительство, поскольку работа ВЭУ подразумевает регулярный шум и тень од установки. В-третьих, необходимо выдерживать расстояния ВЭУ до соседних построек. Если не выдержать расстояние между ветряками (минимум 1/3 конструкции), то снизится производительность установок.
2. Расчёт и монтаж молниезащиты и заземляющего контура ВЭУ. Эти мероприятия необходимы, поскольку опоры ветряка могут достигать десятков метров. Для установки молниеотвода допускается использовать опору ВЭУ.
3. Необходимо перед установкой ВЭУ выполнить строительные работы, такие как заливка фундамента под ветряк, подготовка помещения под наземные компоненты ВЭУ. При строительстве ВЭУ среднего или большого размера необходимо предусмотреть прокладку дороги к месту строительства.
4. В случаях, когда планируется использование нескольких ветряков, особое внимание уделяется разработке карты их размещения с целью минимизирования взаимной аэродинамической затененности ВЭУ.
5. При выборе места установки ВЭУ учитывается техническая и финансовая составляющие возможности подключения к местной электрической распределительный системе.

Если ВЭУ возводится не только для собственных нужд, но и для продажи электроэнергии государству, то формируется соответствующий пакет документов для использования «зеленного тарифа». «Зелёный тариф» – это специальные расценки, согласно которым энергокомпания покупает у населения электроэнергию, которую произвели с помощью оборудования частной энергетики. Право на продажу по «зеленому тарифу» имеют только те собственники ВЭУ, у которых суммарная мощность ветряков не превышает 30 кВт. Для использования «зеленого тарифа» подается заявление в управление местного Облэнерго, к которому прилагается предлагаемая схема подключения к электросети. Также приобретается и устанавливается узел учета электроэнергии и подписывается дополнительное соглашение о покупке электроэнергии, полученной с помощью ВЭУ. Энергокомпания согласно положению Закона Украины «Об электроэнергетике» не имеет права отказать в покупке «излишков» электроэнергии у частного лица. Если планируется строительство ветроэлектростанции средней или большой мощности, то сотрудничество с Обэнерго регламентируется согласно соответствующим нормам и правилам.

Рассмотрим возможные затраты, связанные с установкой ВЭУ:

• Затраты на предпроектные исследовательские работы. Например, замеры характеристик ветра для проверки уровня ветроэнергетических ресурсов, разработка (при необходимости) бизнес-плана и т. п.
• Затраты на создание проектной документации и получение необходимых согласований и разрешений.
• Затраты, связанные с покупкой комплектующих ВЭУ.
• Затраты на инфраструктуру. В данной статье расходов учитываются расходы на прокладку кабелей, заливку фундамента и т. п.
• Затраты на доставку и на монтажно-наладочные работы ВЭУ.
• Затраты на сервисное обслуживание ВЭУ.
• Затраты на подключение к электрическим сетям (например, укладка кабеля, установка трансформатора и т. п.)

Чтобы реализовать план по воздвижению ВЭУ, необходимо будет ответить только на три простых вопроса:

1. Какое количество электроэнергии должна вырабатывать ВЭУ.
2. Каково необходимое время работы энергосистемы в безветренное время.
3. Какова максимально возможная нагрузка на сеть.