Прибыльный воздух. Небольшие ветровые установки незаменимы там, где отсутствует электросеть, а также в районах с частыми отключениями электричества

Ветряки пока нечасто встретишь на наших дачных участках или возле загородных домов — стоят такие агрегаты дорого (от 40–45 тыс. до 120 тыс. грн.), а окупаются долго. Но , что является настоящей проблемой большинства дачных поселков. Приобретая ветряк, вы получаете энергонезависимость — важное преимущество в условиях постоянного роста стоимости электроэнергии. 

Особенно эффективно устанавливать такие агрегаты, если дом расположен далеко от линий электропередач. Прокладка 1 км кабеля для подключения к централизованной системе обойдется примерно в 80–100 тыс. грн., что по цене сравнимо с двумя небольшими по мощности ветроустановками. Но ведь традиционное энергопотребление не может обеспечить энергетическую независимость и освободить от уплаты счетов.

Дизельные генераторы, которые часто используют как альтернативный источник энергии, хотя и дешевле ветряных установок (как минимум втрое), но в отличие от них требуют постоянных дополнительных расходов на дорожающее топливо. К тому же они то и дело выходят из строя, и, пока их ремонтируют, вы оказываетесь полностью отрезанными от цивилизации.
В Украине можно без проблем поставить ветряк мощностью до 75 кВт и высотой до 30 м для личного некоммерческого использования на собственной территории. Для этого не нужны никакие документы, разрешения или справки. Причем современные ветроустановки весьма неприхотливы и позволяют получать электроэнергию практически в любых регионах страны, даже в зонах самых слабых ветров — от 2,5 м/с.
К плюсам ветряных электростанций можно отнести то, что они не загрязняют окружающую среду в отличие от бензо- и дизельных генераторов. Так что, приобретая ветряк, вы не только решаете проблему электроснабжения, но и вносите свой вклад в сохранение озонового слоя. 

Залог эффективности
Перед тем как потратить немалые деньги на покупку ветряка, стоит убедиться, будет ли он в вашей местности продуктивно работать. Установка ВЭС оправдана при достаточной среднегодовой скорости ветра (в идеале — более 6–7 м/с). Достигается она, как правило, на открытых территориях, где круглый год дуют сильные ветра (равнины, морское побережье, мелководье). Но технологии ВЭС постоянно развиваются, и новые разработки позволяют извлекать энергию из воздуха даже в довольно тихих районах. И все же чем выше среднегодовой показатель ветра, тем лучше. В Крыму он составляет порядка 7,5 м/с, в южных и восточных регионах — около 5 м/с, в центральных и северных областях — чуть более 4 м/с, на западе — 3,6 м/с.
Получается, что наиболее выгодно использовать ветроустановки в качестве альтернативного источника энергии крымчанам, они могут рассчитывать на их эффективную работу даже при невысокой мощности (что существенно экономит инвестиции в агрегат). Так, если для обеспечения электроэнергией дома в 150–200 кв. м, расположенного в западных регионах, специалисты рекомендуют ВЭС мощностью в 4–5 кВт, то в Крыму или на юге достаточно будет установки в 1,6–2 кВт.
Один из важных параметров ВЭС — значение номинальной мощности, которую ветрогенератор выдает при определенной скорости ветра (указывается в технических характеристиках устройств). К примеру, если расчетная (номинальная) скорость воздушного потока составляет 8 м/с, это значит, что ветряк в 1 кВт будет вырабатывать 1кВт при скорости ветра 8 м/с. Если мощность воздушного потока больше, например 16 м/с, то вы получите 2 кВт. На первый взгляд, чем меньше номинальная скорость ветра, тем лучше. Отчасти так оно и есть, но все же не стоит искать ВЭУ, начинающие работать на скоростях до 3 м/с, поскольку в этом случает вырабатываемая ими энергия будет ничтожно мала. Большинство устройств выпускают с показателями от 7 до 10 м/с. Самыми недорогими в этой «вилке» будут агрегаты на 10 м/с. По мере уменьшения этой цифры стоимость растет пошагово примерно на 5–10%. Соответственно, система на 7 м/с на 15–20% дороже агрегатов, рассчитанных на номинальную скорость ветра в 10 м/с. Оптимальное решение для Крыма — ветряк, работающий на полную мощность при расчетной скорости 9–10 м/с, южных и восточных регионов — 8 м/с, центральных и северных — 7 м/с, западных — 6 м/с. Производительность одного и того же ветрогенератора в АРК, где среднегодовая скорость ветра 7,5 м/с, будет в 2–2,5 раза больше, чем на западе и прилегающих областях, где среднегодовая скорость ветра 3,6 м/с.
Помимо среднегодовой скорости ветра, номинального его значения и направления, существует еще ряд параметров, необходимых для более точного определения воздушного потенциала. Это максимальная скорость ветра, количество последовательных дней (часов), когда она превышает 5 м/с, продолжительность периодов безветрия и постоянного ветра. Все это можно выяснить в процессе наблюдений в течение нескольких месяцев.

Где устанавливать
Идеальное место для установки ветряка — возвышенности, поскольку на холмах скорость ветра больше. Проследите, чтобы между ВЭС и домом не находились деревья или хозяйственные постройки — они будут способствовать образованию турбулентных воздушных потоков, что значительно уменьшит производительность ветроустановки. Если на местности все же есть крупные объекты, то следует устанавливать ВЭС так, чтобы ветроколесо было на 2–3 м выше ближайшего препятствия.
Сила ветра увеличивается с высотой, поэтому чем выше расположен ветрогенератор, тем лучше. Так, два агрегата одинаковой мощности, помещенные на высоте 10 м, будут вырабатывать столько же электроэнергии, сколько один на 30-метровой мачте. К тому же поставить один ветряк с высотой башни 30 м намного дешевле, чем два с более низкими мачтами. Считается, что 15 м —  это минимальная высота установки для ее продуктивной работы, но чем она больше, тем лучше. C другой стороны, ограничения по пределу прочности некоторых материалов, используемых в конструкции башни, лимитируют высоту приблизительно 30 м. Оптимальным по эффективности считается ветрогенератор, поднятый на 10 м над самым высоким деревом или строением в радиусе 100 м.
Перед принятием решения о приобретении ВЭУ стоит учесть, что она требует немало места. И если для отдельно стоящих коттеджей, окруженных десятками соток свободной приусадебной территории, найти пространство для фундамента несложно, то на участках в шесть соток разместить крупный ветряк практически невозможно. Тем более что устанавливать его рекомендуется не ближе 20 м от жилого строения, иначе электромагнитные поля, возникающие при работе генератора, могут стать не только источником помех для электронной техники, но и причиной заболеваний владельцев дома. Продавцы ветроустановок, конечно, активно опровергают этот факт, настаивая на абсолютной безвредности ветряных систем, но медики с ними не согласны.
Еще один весьма спорный вопрос — уровень шума ветряка. Разумеется, сотрудники фирм будут вас убеждать, что агрегаты издают лишь легкий шелест. Но, как показывает практика, соседи многих счастливых обладателей ВЭС подают на них в суд — из-за грохота в ночной тиши невозможно уснуть. И если днем звук от работы ветроустановки заглушается другими источниками шума, то в темное время суток это одно надоедливое жужжание. Поэтому ветряк лучше разместить как минимум в 12 м от жилья. В этом случае при скорости ветра в 12 м/с шум от работы ВЭС составит 60–70 дБ, тогда как допустимый рабочий шум установки по санитарным нормам Украины — до 80 дБ.

Крылья или карусель
Несмотря на двухтысячелетнюю историю использования, принцип действия всех ветряков остался практически неизменным: энергия вращающихся под напором ветра лопастей через систему трансмиссии передается на электрический генератор. Благодаря трансмиссии он довольно эффективно работает при различных скоростях ветра. Выработанная электроэнергия может использоваться напрямую, поступая в электросеть, или же накапливаться в аккумуляторах для дальнейшего применения.
По конструкции различают бытовые ветроустановки с горизонтальной (крыльчатые) и вертикальной осью вращения (карусельные). Наибольшее распространение получили горизонтальные устройства (95% бытовых ветряков — крыльчатые). Их ветрогенераторы обычно двух- или трехлопастные. В таких моделях роторный вал и генератор располагаются сверху, а система направляется на ветер. Регулируются малые устройства с помощью флюгерных конструкций. Достоинства горизонтальной оси — изменяемый шаг лопаток турбины, который позволяет использовать энергию ветра по максимуму при любых погодных условиях, поскольку ветроколесо всегда направлено перпендикулярно ветру и использует весь воздушный поток.
Гораздо менее распространены карусельные ветроустановки — с вертикальной осью вращения. Основным преимуществом такой системы является отсутствие необходимости направления оси на ветер, агрегат использует воздушный поток, поступающий с любого направления. Когда ветер усиливается, карусельные электростанции быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения ветроколеса стабилизируется. Поэтому такие ветрогенераторы особенно эффективны в областях с переменным ветром. ВЭУ с вертикальной осью могут работать при любой силе воздушного потока, тогда как горизонтальные автоматически отключаются, если мощность ветра превышает максимально допустимое значение. Серьезный минус карусельных устройств состоит в том, что из-за потерь на вращении против потока воздуха большинство вертикальных систем почти в два раза менее эффективны, чем с горизонтальной осью вращения. И, наконец, ввиду того что некоторые элементы карусельной системы находятся внизу, под весом всей конструкции, их ремонт или замена могут потребовать демонтажа всей ВЭУ.
Итак, какое же устройство выбрать — горизонтальное или вертикальное? Дельного совета от продавцов того или иного вида оборудования ожидать не приходится: понятно, что каждый хвалит свой товар. В результате проведенного «ДС» исследования, включающего опрос пользователей, а также продавцов обоего вида ветроустановок, удалось сделать довольно объективные выводы. Коэффициент полезного действия вертикальных и горизонтальных ветряков приблизительно одинаков: в первом случае это 20–30%, во втором — 25–35%. Хотя у горизонтальных систем КПД немного выше, коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) ниже (примерно на 10–15%). Это связано с тем, что горизонтальные устройства должны разворачиваться по ветру, тогда как работа вертикальных не зависит от направления воздушных потоков. В момент разворота производительность падает, поскольку сила ветра снижается. Срок службы у обоих типов ветряков практически одинаков. При правильном уходе и обслуживании он составляет 15–25 лет. Что касается цены, то вертикальные конструкции более чем на 50% дороже горизонтальных. Так, если горизонтальный ветряк в 1 кВт стоит в среднем 35–45 тыс. грн., то вертикальный — 55–70 тыс. грн. Специалисты объясняют столь существенную разницу более сложной конструкцией вертикальных систем. В частности, высокой стоимостью опорно-подшипникового узла и лопастей.
Вертикальные ветрогенераторы, при наличии достаточных финансовых ресурсов, являются оптимальным решением в местах с постоянно меняющейся скоростью ветра. Во всех остальных случаях наилучшее соотношение цена-качество — это горизонтальные модели.

Собираем конструкцию
Важное значение для продуктивной работы ветроустановки имеет ее комплектация. Она же во многом обуславливает итоговую стоимость ВЭС. Основные компоненты системы, кроме ветрогенератора, это мачта, инвертор и аккумулятор. Для малых ветряков подходят дешевые мачты решетчатого типа (порядка 2–2,5 тыс. грн.). Они также довольно прочные. Опоры из трубчатых секций или труб вдвое дороже. И хотя внешне они привлекательнее, вряд ли стоит переплачивать за такую красоту, поскольку надежности она не добавляет. Для небольших установок подойдут и обычные телефонные столбы. Некоторые типы опор и ветряков (мощностью до 1 кВт) легко установить самостоятельно, для монтажа более мощных устройств лучше обратиться к специалистам.
Выбор аккумулятора для ВЭС зависит от продолжительности периода безветрия. Из-за того что иногда трудно определить количество последовательных безветренных дней, аккумулятор должен быть «с запасом». Так, минимальной считается батарея, которая может поддержать работу установки в течение семи дней в безветренную погоду. Если это возможно финансово, то стоит увеличить объем аккумулятора до 14 дней. Благодаря более мощному аккумулятору ветряк будет работать эффективнее и меньше зависеть от погодных условий, но и цена его повысится до 15%: каждый дополнительный кВт/ч запасенной энергии обойдется примерно в 2,5 тыс. грн.

Мощность
Мощность современных бытовых установок вне зависимости от их вида составляет до 20 кВт. Самые маленькие ветряки на 12 Вт и в 2 м высотой (так называемые «пчелки») можно использовать на даче, на пасеке и даже на маленькой метеостанции — там, где требуется небольшое количество электроэнергии. Они легко собираются, удобно транспортируются и за неделю заряжают небольшой аккумулятор, которого обычно хватает для обеспечения электричеством дачи на все выходные. Но поскольку запасенной энергии не всегда хватает, стоит все же предпочесть более мощные устройства.
Для того чтобы сделать хотя бы приблизительный расчет необходимой мощности ветрогенератора для вашего дома, необходимо знать среднее ежемесячное потребление электроэнергии или планируемое, если здание находится в стадии постройки, а также среднегодовую скорость ветра. Данные о потреблении легко можно узнать из счетов за электроэнергию. Если дом еще только строится, можно самостоятельно рассчитать расход по планируемым электроприборам (возможно, кроме холодильника, телевизора и прочей малой бытовой техники нужно обеспечить функционирование тепловых насосов, теплых полов и т. п.). Для этого емкость всех электроприборов нужно умножить на ориентировочное время их работы и сложить полученные показатели.
Площадь дома не имеет принципиального значения, поскольку объект в 200 кв. м может потреблять как 150 кВт в месяц, так и 3000 кВт. В первом случае вам потребуется ветрогенератор мощностью 1 кВт, во втором — в 20 кВт. При учете всех необходимых параметров (главные из которых — энергопотребление и среднегодовая скорость ветра) можно подобрать конструкцию, максимально обеспечивающую потребности здания в электроэнергии. В среднем для дома в 100 кв. м с обычным набором электроприборов, расположенного в центральных областях Украины, достаточно ветроустановки в 1–2 кВт, для коттеджа в 200 кв. м — системы в 3–4 кВт, для больших зданий — от 5 кВт. Если вы — владелец дачи, на мощности можно существенно сэкономить: для стандартного домика площадью до 80 кв. м потребуется устройство мощностью до 1 кВт. Оно обеспечит не только освещение помещения и работу бытовых приборов, но и теплового насоса.
При выборе ветряка не стоит особо доверять продавцам, которые часто пытаются навязать более мощное и, соответственно, более дорогое оборудование: каждый дополнительный кВт горизонтальной ветроустановки обойдется вам примерно в 10–15 тыс. грн., вертикальной — 15–20 тыс. грн. Поэтому перед тем как прийти в специализированную фирму, необходимо самостоятельно произвести расчет энергопотребления вашего дома.

Цена
Цену ВЭС формируют ее комплектующие. На долю ветрогенератора обычно приходится 30–40% общей стоимости; мачты — 5–10%; инвертора, преобразующего поступающую энергию в потребляемые бытовыми приборами 220 Вт, 10–15%; аккумуляторов — 30–40%. Малые горизонтальные ВЭУ мощностью 0,5–1 кВт обойдутся в среднем в 30–45 тыс. грн. в зависимости от вида установки (вертикальная или горизонтальная), вида и высоты мачты, емкости аккумулятора. Системы в 2–3 кВт — в 50–70 тыс. грн., в 5 кВт и более — от 80 тыс. грн. Вертикальные станции в 0,5–1 кВт предлагаются за 45–70 тыс., в 2–3 кВт — в 60–120 тыс. грн., в 5 кВт и более — от 120 тыс. грн. Монтаж вне зависимости от вида ветряка (горизонтальный или вертикальный) добавит еще порядка 10% к общей стоимости.
Установка «под ключ» на готовый фундамент обычно длится от 4 до 24 часов в зависимости от мощности устройства и способа монтажа. Предварительная закладка фундамента производится как минимум за три недели до начала монтажа системы. Малые ВЭУ в 1кВт можно смонтировать самостоятельно. Главное правило при установке — ветряк должен быть как можно ближе к аккумуляторной станции, чтобы снизить потери энергии в электропроводке и уменьшить стоимость прокладки кабеля.

Окупаемость
Сроки окупаемости ветроустановки — один из самых важных вопросов, который следует изучить, прежде чем принимать решение о ее покупке. Если у вас есть постоянное подключение к электросети, ветрогенератор окупится не скоро, если только не произойдет драматического повышения тарифов на электроэнергию до европейского уровня. Другое дело, когда сети нет и ветряк рассматривается как альтернативный или резервный (при частых отключениях) источник энергии. Но и в этом случае на мгновенный результат рассчитывать не приходится.
Поскольку составляющее ВЭС оборудование стоит недешево, а тарифы на электроэнергию в Украине все еще гораздо ниже европейских, то и сроки окупаемости будут достаточно высокими. Однако, учитывая постоянно растущие тарифы и энергонезависимость, это все равно выгодно.
Как показывает практика, наиболее целесообразно использовать ветряки при большом расходе электроэнергии (от 200 кВт часов в месяц и более), когда в доме, кроме обычных бытовых приборов, имеются теплые полы и необходимо обеспечить работу теплового насоса. Быстрее окупится ветроустановка, если здание расположено далеко от централизованных электросистем, в этом случае прокладка кабеля обойдется куда дороже. Только за 2 км коммуникаций придется выложить около 200 тыс. грн., а ведь иногда дома находятся и в большем удалении от электросистем.
Наибольшие преимущества в отношении окупаемости у ветряков, расположенных в зоне высоких показателей среднегодовой скорости ветра.