Je možné nainstalovat větrný generátor v soukromém domě?

Větrné elektrárny jsou považovány za možná nejekologičtější způsob výroby energie. Nevyžadují fosilní paliva a neprodukují škodlivé emise. Přesto z nich stále existuje škoda. Větrné turbíny zabíjejí ptáky a netopýry. Dalším problémem jsou vibrace a infrazvuk. Infrazvuk je pro člověka škodlivý. Navíc rozhání hrabající hlodavce – polní myši, krtky, ježky – a to vede k přemnožení škůdců.

Pokud lze vibrace ještě minimalizovat pomocí vyvážení, pak je infrazvuk při provozu nejběžnějšího třílistého větrného generátoru nevyhnutelný – vzniká, když se od lopatek odlomí víry a zatím neexistuje způsob, jak se ho zbavit.

Když je větrná turbína zničena, trosky se šíří až stovky metrů. Proto je například v Evropě limit 300 metrů od stožáru generátoru k nejbližšímu krytu a interval mezi instalacemi musí být alespoň 10 průměrů větrného kola – aby nedocházelo k dominovému efektu.

Všechna tato omezení se však plně vztahují pouze na větrné turbíny mlýnského typu, jejichž podíl ve světě dnes činí asi 95 %. Hlavní problémy větrné energetiky lze vyřešit využitím turbíny leteckého typu vyvinuté ruskou společností Optiflame Solutions, která díky svému výzkumu získala grant od Skolkovo Innovation Foundation.

Funkční prototyp větrného generátoru turbíny s pevným pláštěm byl testován v aerodynamickém tunelu

„Trh klasických třílistých větrných generátorů je dlouhodobě zavedená technologie, jako jsou spalovací motory,“ říká Vladimír Kanin, ředitel vývoje společnosti. — Trh je rozdělený a je trochu nepohodlné vymýšlet něco nového. Globální výrobci jsou dávno etablovaní, nikdo jim nešlape na paty, pokračují ve výrobě 65metrových monster. Větrné turbíny vyráběné v současnosti však mají vážná omezení – pokud jde o minimální vzdálenost od obytných oblastí, nízkofrekvenční vibrace, elektromagnetické záření a problémy, které způsobují ptákům a netopýrům. Pokud do cesty ptačí migrace postavíte větrný mlýn, bude to samozřejmě mlýnek na maso. Pták nevnímá větrný mlýn s lopatkami jako nebezpečí. Čepele vnímá jako samostatné hole, mezi kterými může létat.

— Ale první otázka, která vyvstává, je, proč není větrný generátor tam, kde je potřeba? Na střechách domů, v soukromých vesnicích – všude tam, kde je spotřebitel. A naše otázka přesně zněla – jak přiblížit větrný mlýn spotřebiteli. Přitom je potřeba vyřešit přesně tři problémy: nízké frekvence, ochrana před zničením, ochrana před mechanickým nebezpečím pro ptáky a samozřejmě pro lidi.

Obsah

1. Tři křídla
2. Je větrná energie skutečně šetrná k životnímu prostředí?
3. Co je výnosnější – vyrábět kilowatty z větru nebo tradičně nakupovat od státu?
4. Je možné vydělávat peníze prodejem elektřiny státu za výkupní cenu?
5. Výpočet ziskovosti větrných elektráren
6. Mapa zatížení větrem na území Ukrajiny
7. Proč jsou tedy potřeba větrné generátory?

Tři křídla

Větrná farma vyžaduje nejen větrný generátor, ale také infrastrukturu. Jedná se o baterie a elektrická zařízení pro přeměnu proudu na průmyslový standard 220 voltů – 50 hertzů. Jedná se o přenosové vodiče, které jsou pro větrné turbíny odcizené od země, často je nutné zařadit systém do stávající elektrické sítě. Větrné turbíny potřebují ochranu (aby je, jak Kanin poznamenal, průkopníci neodtáhli do šrotu). To vše větrnou elektrárnu prodražuje a její cena bude tím vyšší, čím dále bude od bydlení.

„Obchodní problém byl postaven takto,“ pokračuje Kanin, „dva alternativní vědecké týmy musely potvrdit nebo vyvrátit životaschopnost této myšlenky. To znamená, že předložte hrubé výpočty větrné turbíny – i na úkor účinnosti, s výkonem o 10% nižším než u analogů, ale který by vyřešil hlavní problémy větrných generátorů.

Kromě technických parametrů musí mít instalace určité spotřebitelské vlastnosti. Jedním z hlavních je velikost. Je jasné, že větrnou turbínu s lopatkami 40 metrů nelze nainstalovat na střechu devítipatrové budovy. Další důležitou vlastností je instalační výkon. Dále jsou to parametry, jako je minimální rychlost větru, při které větrný mlýn začne pracovat, a maximální, při které ještě funguje, a také hladina hluku, která musí splňovat hygienické normy.

„Samozřejmě, že větrný generátor, který se točí ve větru o rychlosti 2 metry za sekundu, vyprodukuje extrémně málo energie,“ říká Kanin. – Ale pokud se bavíme o nabíjení baterie, tak jaký rozdíl to pro nás znamená – pár wattů je lepších než nula. Ale gigantické průmyslové větrné mlýny nestlačí ani 4-5 metrů větru, musí se roztočit speciálním motorem.

Za dva roky od zahájení práce na podnikatelském nápadu v roce 2008 tým vývojářů Optiflame Solutions pod vedením vědeckého supervizora projektu, kandidáta fyzikálních a matematických věd Sergeje Dudnikova a vědeckého supervizora aerodynamiky, profesora Petrohradu Polytechnická univerzita Rudolfa Izmailova, byla vytvořena a testována v aerodynamickém tunelu je funkční prototyp větrného generátoru v tuhém plášti o průměru půl metru. Větrný generátor je letecká turbína. Úspěšné testování prototypu umožnilo vytvořit model větrného generátoru o průměru 2 metry s instalovaným výkonem 1 kilowatt, maximálně 2 kilowatty. Navrhuje se větrná turbína o průměru 6,4 metru, jmenovitém výkonu 5 kilowattů a maximálně 10. V plánu je vytvoření generátoru o průměru 20 metrů o výkonu 50 až 100 kilowattů.

Konstrukci tvoří rotor s 32 lopatkami uzavřený v plášti – tuhém těle, které se stalo vykonavatelem hlavního bezpečnostního požadavku v případě zničení lopatky. V přední části je rotor uzavřen vodicí lopatkou, která se skládá z přední kapotáže a stejných lopatek jako u rotoru, ale pevně fixovaných. Rozváděcí lopatka tvoří proud vzduchu v turbíně a zároveň slouží jako ochranná mřížka – „radiátor“ – pro rotující lopatky.

„Díky speciální konstrukci vodicí lopatky,“ říká Kanin, „se nám podařilo nejen neztratit účinnost větrného generátoru ve srovnání s klasickým třílistým analogem, ale také ji výrazně zvýšit. A protože máme v rotoru 32 lopatek, pak je v „radiátoru“ 32 ochranných lopatek – nemůžeme říct, že tam nemůžete vůbec strčit ruku, ale chrání před náhodným dotykem, a kočka rozhodně neprojde. A ochrana, která bude fungovat proti ptákům a kočkám, platí i proti dětem, elektrikářům nebo hospodyňkám, které se rozhodnou hrát si na střeše s ventilátorem.

„Jak přesně se naše účinnost liší od té klasické, bude možné říci na konci léta, kdy testujeme dvoumetrový model. Zatím na základě výsledků testování půlmetrového modelu soudíme, že účinnost bude o 20-30 % vyšší,“ potvrdil slova svého kolegy Sergej Dudnikov. “Ale stále považujeme za hlavní věc ne efektivitu, ale bezpečnost našeho větrného mlýna.” Pokud se „rozdivočí“, kolo rotoru se jednoduše zasekne ve skořápce a nikde nic nevyletí. Díky pevné vodicí lamele je také v bezpečí před fasádou.

Zvýšením rychlosti otáčení turbínového větrného generátoru bylo možné vyřešit problém nízkofrekvenčních oscilací. Podle Vladimira Kanina byl zvláštní důraz kladen na to, aby se veškerý hluk produkovaný rotorem dostal do slyšitelné oblasti zvukového spektra. Hladina hluku byla omezena na 35 decibelů při rychlosti větru 10 metrů za sekundu, což je v rámci normy. Pro obytné prostory v noci je to 30 decibelů, přes den – 40. Limit hladiny hluku pro kancelářské prostory je podle evropských norem 55 decibelů.

“Když se rychlost otáčení zvýší, v silném větru se zvýší tón zvuku, ale ne jeho síla,” ujistil Kanin.

Hmotnost instalací bude nízká, protože čepele jsou vyrobeny z plastu, nikoli z kovu. U dvoumetrové turbíny – 90-95 kilogramů by pětikilowattová turbína o průměru 6,4 metru neměla vážit více než 200 kilogramů.

Přes léto společnost plánuje postavit pilotní várku 5-10kilowattových generátorů a poslat je k provoznímu testování. Po testování a případných úpravách bude rozhodnuto o otázce uvedení do sériové výroby.

„Pokud nám, řekněme, výrobce v Německu nebo jiné zemi řekne, že je připraven vyrobit a prodat 1000 kusů ročně, pak tam postavíme montážní linku,“ řekl Kanin.

Výkonnější model turbíny, 5 kilowattů, je plánován na výrobu v pilotní sérii v příštím roce. To je přesně ten větrný generátor, který se může stát základem pro samostatný soukromý dům nebo farmu.

„Pokud mluvíme o Rusku, pak pro soukromý dům bychom doporučili náš model 5000 – to je pět kilowattů instalačního výkonu při 10 metrech za sekundu,“ říká Kanin. — Naše spotřeba energie v Rusku je, ne-li o řád, pak o půl řádu vyšší než spotřeba energie v Asii a o řád vyšší než v Africe. Podle našich výpočtů bude těchto 5 kilowattů stačit pro rodinu s průměrnou úrovní spotřeby energie – osvětlení, lednička, počítač, topení. Pokud se dům nachází ve větrné oblasti, například na vrcholu kopce, pak není potřeba ani stožár – turbínu lze umístit na střechu. Pokud je vítr na dvoře malý, bude potřeba stožár – 20 nebo 30 metrů.

Standardní odhad nákladů na větrný generátor je cena za kilowatt instalovaného výkonu. U malých větrných turbín v Evropě se cena 2500-3000 eur považuje za dobrou, pokud je 2300 naprosto úžasných. Protože konkurence na trhu s větrnými generátory neustále roste, cena má tendenci klesat – i když ne rychle, poptávka je poměrně velká. Loni bylo v USA instalováno asi 40 tisíc malých instalací (do sta kilowattů), v Číně 40 tisíc, v Německu 15-20 tisíc.

„Cenu jsme schopni nastavit pod spodní hranici,“ říká Vladimír Kanin. — U pětikilowattové větrné turbíny odhadujeme cenu kolem 10 tisíc dolarů.

„Po celém světě leží ladem desítky milionů vysokých střech. Běžné větrné mlýny tam nelze instalovat. Ale ten náš je možný! A brzy to začneme dokazovat v praxi,“ shrnul Sergej Dudnikov.

Téma ochrany životního prostředí je každým rokem stále aktuálnější. Jedním z jeho nejdůležitějších faktorů je hledání alternativních zdrojů energie, mezi které patří i větrná energie. Mnoho fór věnovaných ekologii je zaplněno informacemi, že větrné elektrárny jsou jedním z nejúčinnějších a nejekologičtějších zdrojů energie. Pomáhají větrné turbíny skutečně šetřit životní prostředí a je pravda, že se rychle zaplatí? Abych tyto otázky vyřešil, rozhodl jsem se obrátit na autoritativní zdroje.

Je větrná energie skutečně šetrná k životnímu prostředí?

Samotné větrné elektrárny samozřejmě neznečišťují životní prostředí, ale pouze v místech, kde jsou instalovány. Životnost průmyslového větrného generátoru o průměrném výkonu 2 MW je 20 let. Výzkumníci z University of Oregon, kteří posoudili návratnost větrné turbíny, vypočítali, že samotná maziva k údržbě větrného generátoru během tohoto období vyžadují 273 až 546 tun v závislosti na modelu. Tyto údaje byly zveřejněny v International Journal of Sustainable Manufacturing.

Podle výsledků získaných americkými odborníky se asi 78 % elektřiny vyrobené průměrným větrným generátorem za 20letý cyklus spotřebuje na jeho výrobu: výrobu dílů z kovu, plastu a dalších materiálů, jakož i instalaci, což vyžaduje cement a kov. Během cyklu výrobního procesu se do atmosféry uvolňuje velké množství emisí CO2. Je vhodné vzít v úvahu další faktory, jako je přeprava a instalace pomocí jeřábů (větrné turbíny jsou instalovány ve výšce 7-10 metrů pro větší expozici na vítr), což také znamená další emise oxidu uhličitého do atmosféry.

Zpravidla během celé své životnosti bude větrný generátor potřebovat velké opravy alespoň 2-3krát, jejichž náklady mohou dosáhnout nákladů na celou instalaci. K jeho servisu jsou zapotřebí také baterie s kapacitou 150-200 Ah.

Většina z nich je lithium-iontová a těžba lithia je proces, který zahrnuje velké emise CO2 do atmosféry. Každých 4-5 let bude nutné vyměnit baterie a opotřebované baterie zlikvidovat, což je škodlivé pro životní prostředí.

Co je výnosnější – vyrábět kilowatty z větru nebo tradičně nakupovat od státu?

Pro obsluhu soukromého domu potřebujete zdroj elektřiny o výkonu 2-3 kW. Na základě skutečnosti, že větrná turbína bude pracovat v průměru na 35% vypočteného výkonu (slabý vítr nebo jeho dočasná nepřítomnost), pak pro nepřetržité napájení domu budete potřebovat větrnou turbínu o výkonu 5-6 kW . Průměrné náklady na jeden takový model spolu s celým systémem (baterie, měniče atd.) na trhu dosahují 15 tisíc amerických dolarů, plus za 20 let budete muset 2-3x opravit a vyměnit baterie – to je asi dalších 10 tisíc dolarů – celkem máme 25 tisíc dolarů (643 tisíc hřiven).

Nakoupíme-li od státu elektřinu za její aktuální cenu 1,68 UAH za 1 kWh při průměrné spotřebě energie 1,5 kW za hodinu, dostaneme:

1,5 kW x 24 (hodiny) x 365 (dny) x 20 (roky) = 262 800 kW – spotřebováno za 20 let;

Za 20 let za dnešní tarif utratíme:

262 800 kW x 1,68 UAH = 441 504 UAH = 17 182 USD

Ukazuje se, že za předpokladu zachování současných tarifů bude po dobu 20 let použití větrného generátoru dokonce o 201 496 hřiven dražší, než kdybyste za elektřinu jednoduše platili státu.

Dá se předpokládat, že se časem tarif zdraží a paralelně se zvýší i výhody z používání větrných generátorů, ale je nepravděpodobné, že to přesáhne jejich soběstačnost. Větrná elektřina může být zisková pouze v případě, že tarif za její spotřebu výrazně vzroste nebo větrné generátory prudce zlevní, ale nyní je použití větrné turbíny k zajištění elektrické sítě pro soukromý dům nerentabilní!

Je možné vydělávat peníze prodejem elektřiny státu za výkupní cenu?

Zvažme situaci, kdy si nekoupíte větrný generátor pro sebe, ale za účelem prodeje elektřiny státu. Zjistili jsme, že pořízení a provoz 20 kW větrného generátoru na 5 let nás bude stát 643 tisíc hřiven.
Náklady na výkupní ceny na Ukrajině

Období	Tarif bez DPH
od 01 do 2015	327,02 kopecks/kWh
od 01. ledna 2020 do 31. prosince 2024	293,71 kopecks/kWh
od 01. ledna 2025 do 31. prosince 2029	261,92 kopecks/kWh

*odkaz na zdroj: Kievenergo

Výpočet ziskovosti větrných elektráren

Pojďme si tedy spočítat, jaký zisk může malá domácí elektrocentrála přinést za více než 20 let provozu. Pokud vezmeme v úvahu, že větrnou elektrárnu zprovozníme před 31. prosincem 2019 a vyrobí 2 kW za hodinu, vyděláme:

3,2702 UAH x 2 (kW) x 24 (hodiny) x 365 (dny) x 20 (roky) = 1 145 878 UAH

Pokud od této částky odečteme náklady na větrný generátor, další vybavení a jeho údržbu, dostaneme:

1 145 878 UAH – 643 000 UAH = 502 878 UAH

A když ještě odečteme náklady na elektřinu, kterou už 20 let odebíráme od státu, dostaneme:

502 878 UAH – 441 504 UAH = 61 374 UAH

(za 20 let budeme v takovém plusu)

Ukrajina je ve srovnání se zeměmi západní Evropy a Středozemního moře bezvětrným regionem. Při pohledu na mapu zatížení větrem je zřejmé, že větry vanou víceméně stabilně pouze na západě Ukrajiny (Karpatská oblast) a na pobřeží Azovského moře. Umístění větrné elektrárny někde v Kyjevě by bylo jen stěží rentabilní.

Mapa zatížení větrem na území Ukrajiny

Za zohlednění stojí i fakt, že podle platné legislativy je pro prodej elektřiny nutné zaregistrovat soukromého podnikatele a získat státní licenci. Můžeme tedy konstatovat, že vydělat na větrných generátorech prodejem elektřiny za výkupní cenu státu je poměrně obtížné. A „vyrovnat se“ může trvat až 20 let – není to nejziskovější druh příjmu.

Větrné generátory navíc produkují spoustu hluku – v rozmezí 34 – 45 dB, což se může rovnat hluku auta jedoucího po dálnici nebo zvuku sbíječky fungující na vzdálenost 10 metrů.

Proč jsou tedy potřeba větrné generátory?

Větrné turbíny mohou být dobrým řešením, pokud se používají jako záložní zdroj elektřiny nebo pokud je to jediný možný zdroj energie pro elektrickou síť. Mohou být instalovány v některých malých provozovnách nebo soukromých domech tak, aby v případě výpadku elektrického proudu (přerušení elektrického vedení, výpadek proudu při havárii v okolních budovách, plánované odstávky atd.) bylo možné využít větrnou energii k udržení osvětlení v pokoj a dobíjecí pomůcky.

Jinak mohou větrné generátory využívat meteorologické stanice, observatoře a malá sanatoria, která jsou příliš daleko od obydlených oblastí a nemají možnost připojení k centralizovanému elektrickému vedení.
Jako alternativní zdroj elektřiny pro domácí potřeby je lepší pořídit si generátor.

Nákup elektřiny od státu byl kalkulován v maximálním tarifu a je zde i snížený noční tarif. Když si vše spočítáte, větrný mlýn se ukáže být ještě nerentabilnější a 20 let bude čistá ztráta, navíc to nepůjde instalovat všude, dělá velký hluk, sousedé mohou být proti takový hluk.

Jak proti? Existují na Ukrajině nějaká konkrétní administrativní omezení?

Setkali jste se s takovým problémem (zatím jsem nenašel odpověď).

ps je možnost nainstalovat ho na chatu, ale se sousedy to nefunguje dobře (nedávno byly problémy s odtokem vody ze střechy garáže). Mohou *požádat* o vyčištění později?

Například: Článek 24 ukrajinského zákona „O zajištění sanitárního a epidemického blahobytu obyvatelstva“ uvádí, že v noci od 22.00:8.00 do 40:XNUMX je hlasitý zpěv a křik, používání zařízení pro reprodukci zvuku a jiných zdrojů v domácnosti v obytných budovách a přilehlých oblastech je hluk zakázán.” Přípustná hlučnost v noci do XNUMX dB. Pokud váš větrný mlýn dělá hluk, a to bude, mohou sousedé zavolat policii, zaznamenat přestupek a sepsat Správní protokol o přestupcích, zažalovat vás a donutit vás k demontáži, nebo donutit k demontáži, ale úřady, pokud odmítáte.

Není 5 15000 $ hodně za XNUMXkW větrný mlýn?

Pro napájení ze sítě nejsou potřeba žádné baterie.

To je jen normální průměrná cena. Horizontální větrný generátor typu EuroWind 5 (bez vybavení, jen samotná větrná turbína) nyní stojí od 10000 05 USD. Ceny ostatních oblíbených modelů jsou mnohem vyšší. Například vertikální větrný generátor EuroWind VS-5 (19 kW) lze zakoupit od 000 6000 USD, německý Landmark 6 (23000 kW) – 10000 15000 USD. Jediná věc, kterou si můžete koupit za méně než XNUMX XNUMX $, je samotný větrný mlýn, bez měniče, podpory a doplňků. zařízení, ale výsledek bude stále stát více než XNUMX XNUMX dolarů.

Sada solárních panelů je velmi žádoucí, pokud používáte větrný generátor jako autonomní nebo záložní zdroj energie, protože za slunečného počasí obvykle nefouká vítr a za větrného počasí je slunce málo. Pomocí baterie můžete ukládat vyrobenou elektřinu.

Pokud instalujete větrný mlýn čistě za účelem výdělku v rámci „výkupního tarifu“, můžete to udělat bez baterií i se solárními panely.

Vrátíme-li se však k předchozí otázce, EuroWind 5 s balíčkem výkupních cen (včetně ovladače, měniče atd.) stojí asi 19 000 USD.

Za tyto peníze si můžete pořídit solární elektrárnu o výkonu 20 kW, která nevyžaduje údržbu, což se o větrném generátoru říci nedá. Má mechanické části, které je třeba pravidelně mazat, vyměňovat a opravovat. Nejen, že to není vhodné dělat doma, ale také to znamená dodatečné náklady na údržbu. Také větrný generátor o výkonu 5 kW pracuje poměrně hlasitě, což vás v soukromém sektoru bude rušit a sousedé nebudou spokojeni. Solární panely zase nevydávají vůbec žádný hluk. Navíc je „zelený tarif“ pro solární energii vyšší.

Solární elektrárna také vyžaduje údržbu (alespoň čištění – špína, sníh).