VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Согласно проведенному расчету, сроки окупаемости ветроэнергетических проектов зависят от среднегодовой скорости ветра и состава оборудования и могут находиться в широком диапазоне от 5 – 10 лет и более. Срок окупаемости ветроэнергетических установок зависит от стоимости самой установки и сопутствующего оборудования и от стоимости электроэнергии в конкретном регионе России. При постоянных отключениях электроснабжения, а также при отсутствии электросети срок окупаемости значительно сокращается.

Использование ветрогенераторов экономически целесообразно:

- при отсутствии электросети и непостоянной её работе;

- при достаточном ветропотенциале (в районах, где среднегодовая скорость ветра превышает 3 - 4 м/с;

- при цене электроэнергии выше 3 рублей за кВт·ч.

Важно так же то, что ветрогенератор хорошо в техническом смысле сочетается с другими источниками энергии и может работать в паре с дизельными генераторами, солнечными батареями или другими источниками энергии (комбинированные установки), что так же повышает экономическую эффективность установки.

Также проведя сравнительный анализ достоинств и недостатков ВЭУ с вертикальной и горизонтальной осями вращения, можно сделать вывод о том, что несмотря на дороговизну, вертикально-осевые ветроустановки являются технически более простыми и обладают еще рядом преимуществ перед горизонтально-осевыми ветроустановками: меньший коэффициент использования мощности ветра и КПД компенсируются отсутствием потерь энергии при изменении направления ветра. Аккумулируя электроэнергию, можно снизить требования к качеству выходного напряжения и применить упрощенные конструктивные решения преобразования ветрового потока в механическую энергию вращения вала (например, применяя нерегулируемые лопасти). При этом требуемое качество электроэнергии в канале электроснабжения может быть обеспечено стандартными устройствами преобразования электрической энергии (например, источниками бесперебойного питания) с аккумуляторной батареей соответствующей емкости.

Сравнение ветроэнергетических установок с вертикальной и горизонтальной осями вращения:

Вертикально - осевые ВЭУВертикально – осевые ВЭУ

1) наиболее эффективны при малой мощности (до 10кВт);	1) подавляющее большинство существующих ВЭУ с вертикальной осью имеют КПД меньше, чем ВЭУ с горизонтальной осью (до 30%);
2) не требуют ориентации на ветер;	2) гораздо большая подверженность усталостным разрушениям из-за часто возникающих колебательных процессов;
3) возможность расположения всех механизмов на фундаменте установки;	3) пульсация крутящего момента, приводящая к пульсациям мощности и других параметров генераторов;
4) нет необходимости сооружать мощную башню;	4) «слабое место» ВЭУ типа Дарье и Н-ротора – подпятник-подшипник главного вала ВЭУ. Именно из-за быстрого выхода его из строя были прекращены попытки сооружения мощных вертикально-осевых ВЭУ.
5) уровни аэродинамических, инфразвуковых шумов, теле- и радиопомехи гораздо ниже;
6) меньше радиус разброса обломков лопастей в случае их разрушения и менее вероятно саморазрушение;
7) ниже вероятность столкновения лопастей с птицами.

Сравнение традиционных ветроэнергетических установок с установками, имеющими различные типы лопастей

Изучив примеры расчета ветроэнергетических установок с четырьмя стационарными лопастями типа «Банан» и с четырьмя лопастями типа «Колокол», снабженными подвижной стабилизирующей плоскостью [Сибикин Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие. – М.: КНОРУС, 2010- С. 121-139.], конструкции которых были предложены российскими учеными ( Хозяинов Б.П., Хозяинов Д.Б. и Хозяинова Г.Я. авторы патента "Колокол"; Хозяинов Б.П., Хозяинов Д.Б., Лобанова М.Б. авторы установки с лопостями типа «Банан») в 2011 году, мы составили сводную сравнительную таблицу:

Таблица 1. Сводная таблица результатов расчета

Параметр	ВЭУ с четырьмя стационарными лопастями типа «Банан» с шестью ветронаправляющими экранами	ВЭУ с четырьмя лопастями типа «Колокол», снабженных подвижной свободно поворачивающейся вокруг вертикальной оси стабилизирующей плоскостью, с шестью ветронаправляющими экранами
Скоростной напор q, (кг · м 2)	27,485	14,112
Крутящий момент Мкр, (кг · м)	0,0514	0,0245
Угловая скорость вращения ветротурбины ω, (об/мин)	13,72	17,79
Мощность установки Р, (Вт)	6,908	4,274
Традиционная установка той же площади (А = 0,0598 м 2) при максимальном коэффициенте использования энергии ветра х = 0,45.
Мощность традиционной установки Р, (Вт)	4,957	1,823
Отношение мощности разработанной установки к мощности традиционной Nразг/Nтрад, (единиц / %)	1,393 / 39,36	2,345 / 134,45

Сравнивая предлагаемые конструкции установок с традиционными, можно выделить несколько преимуществ первых:

1. Работа ВЭУ не зависит от изменения направления ветра. При непостоянстве направления движения воздушного потока , изменяется положение ветронаправляющих экранов, а для ВЭУ с лопастями типа «Колокол» и изменение положения стабилизирующей плоскости.

2. Наличие ветронаправляющих экранов способствует увеличению скорости прохождения ветрового потока через ветровую турбину. Кроме того, ветронаправляющие экраны изменяют направление движения ветра, сосредоточивая его на лопастях ветротурбины.

3. Эффективность работы предлагаемых ВЭУ значительно выше, чем у традиционных ветродвигателей.

Также эффективность работы ветрогенератора характеризует такой параметр, как быстроходность ветроколеса Z. Ветроколесо может быть быстроходным или тихоходным. В зависимости от диаметра и количества лопастей обороты ветроколеса при одной и той же скорости ветра будут разные.

Рисунок 1. Зависимость количества оборотов ветроколеса от скорости ветра и быстроходности, об/мин (при диметре ветроколеса 2 м)

По графику видим, что чем больше лопастей имеет ветроколесо, тем меньшую быстроходность оно будет иметь. Обусловлено это трением лопастей о воздух, что тормозит вращение ветроколеса. Многолопастные конструкции - низкооборотные, и, следовательно , имеют центробежные и гироскопические силы значительно меньшие, чем высокоскоростные.

Таким образом, оптимальным исполнением будет 3 - 6 лопастное ветроколесо.Расчет экономической эффективности замены общего электроснабжения на ветрогенератор

Для расчета экономической эффективности необходимо знать затраты на оплату электроэнергии до внедрения в эксплуатацию и стоимость оборудования для ветрогенератора и стоимость его обслуживания и ремонта. Расходы на оплату электроэнергии можно рассчитать зная:

1) стоимость электроэнергии за 1 кВт · ч, 2,5руб/ кВт · ч;

2)общее энергопотребление за месяц, 450 кВт;

Исходя из выше перечисленных параметров можно рассчитать стоимость электроэнергии за 1 год, по формуле:

Sэ = Wh · 2,5 руб., (1)

450 · 12 =5400 кВт · ч, (2)

Sэ = 5400 · 2,5 = 13500 руб. (3)

Затраты на приобретение и установку ветрогенератора можно рассчитать, зная стоимость ветрогенератора и его монтажа. Исходные данные для расчета стоимости ветрогенератора представленыв таблицах 2 и 3:

Таблица 2. Стоимость горизонтально-осевого ветрогенератора и его монтажа

Наименование	Цена (тыс. руб.)
Ветрогенератор горизонтально-осевой Condor Home 2 кВт · ч	109,9
Аккумуляторы CHALLENGER G 12-100H (12В, 100А · ч)	15,7
Инвертор МАП SIN PRO 1,3кВт (12В/220В)	22,7
Затраты на установку	5
Прочие затраты	5
ИТОГО	158,3

При сроке службы ветрогенератора в 15 лет среднегодовой износ будет составлять 6,67% от первоначальной стоимости.

Исходя из этого амортизация будет равна:

Sp = 158300· 6,67/100 = 10559 руб./год, (4)

где Sp – амортизация, руб./год;

Период окупаемости:

(158300+10559)/13500 = 12лет 6 месяцев, (5)

Экономия семейного бюджета - это разность между сроком эксплуатации и периодом окупаемости:

15лет – 12лет 6месяцев = 2 года 6 месяцев

Таблица 3. Стоимость вертикально-осевого ветрогенератора и его монтажа

Наименование	Цена (тыс. руб.)
Ветрогенератор вертикально-осевой Flacon Euro 2 кВт · ч	180
Аккумуляторы CHALLENGER G 12-100H (12В, 100А · ч)	15,7
Инвертор МАП SIN PRO 1,3кВт (12В/220В)	22,7
Затраты на установку	5
Прочие затраты	5
ИТОГО	228.4

При тех же условиях, используя формулу (4), рассчитаем амортизацию:

Sp = 228400· 6,67/100 = 15234 руб./год

и период окупаемости по формуле (18):

(228400+15234)/13500 = 18лет

Результаты обоих расчетов сведены в Таблицу 4:

Таблица 4. Сводная таблица результатов расчета

Ветроэлектрическая установка	Период окупаемости
Ветрогенератор горизонтально-осевой Condor Home 2 кВт · ч	12 лет 6 месяцев
Ветрогенератор вертикально-осевой Flacon Euro 2 кВт · ч	18 лет

Установка вертикально-осевого ветрогенератора не окупается за 15 лет его использования при стоимости электроэнергии в 2,5 руб. за кВт·ч. Более выгодным решением будет установка вертикально-осевого ветрогенератора в регионах, где стоимость электроэнергии превышает 3 руб. за кВт·ч.

Стоит также заметить, что целесообразно устанавливать и использовать ВЭУ на срок от 15 лет.

Код для цитирования: Скопировать