Сегодня, когда тема безотходного ресурсопользования и бережливого отношения к природе становится все актуальнее.
На Федеральном уровне принимаются законы и предлагаются законопроекты по вторичному использованию отходов и ограничении потребления электроэнергии, все острее становятся для предприятий и граждан вопросы, связанные с получением дополнительных энергоресурсов. В связи с тем, что все свалки значительно удалены от населенных пунктов, часто возникают проблемы с электроснабжением. Помимо этого существуют жесткая отчетность Росприроднадзора, и взимается дополнительная плата при применении стационарных источников загрязнения воздуха - дизельных генераторов.
Так, нами был предложен вариант электроснабжения объекта размещения отходов в городе Кондопога с использованием энергии ветра, постоянно присутствующего на полигоне.
Во всем миру (США, страны Европы и Азии, центральные и южные районы нашей Родины) уже давно успешно эксплуатируются ветрогенераторы и ветрогенераторные поля. В свободной продаже сегодня имеются ветрогенераторы мощностью от 1 до 10 кВт, которые вполне пригодны к использованию в быту. Они стоят сравнительно недорого, легки в установке и эксплуатации, надежны.
Поскольку подобных объектов в Карелии достаточно много, решено разработать типовой пакет проектно-сметной документации на закупку и монтаж ветрогенератора мощностью 3-5 кВт для полигона.
Ветрогенератор – совокупность механизмов, позволяющих преобразовать механическую энергию, получаемую при вращении ротора потоком ветра, в электрическую, получаемую генератором переменного тока.
Для накопления электроэнергии используются аккумуляторные батареи. Они позволяют использовать электроэнергию при отсутствии ветра.
Контроллер – устройство, регулирующее режим работы ветрогенератора. При сильном ветре механизм уменьшает угол атаки лопастей ротора, при слабом ветре – наоборот, таким образом поддерживая оптимальные обороты ветрогенератора в любую погоду.
Для преобразование низкого напряжения, производимого генератором, в высокое, используемое в быту, применяют инверторы. Они представляют собой повышающий трансформатор.
Различают два основных вида генераторов: горизонтальные и вертикальные (рисунок 1 приложения). Названия даны по расположению оси крыльчатки генератора.
Горизонтальные ветрогенераторы, как правило, не могут работать без системы, позволяющей ориентировать крыльчатку по направлению ветра. Кроме того, из-за неравномерности нагрузок на опорный подшипник тот выходит из строя достаточно быстро. Такие генераторы высокооборотисты, не боятся сильных ветров.
Вертикальный ветрогенератор не нуждается в системах ориентации – при любом направлении ветра его лопасти будут вращаться. При этом нагрузка на подшипник всегда равномерная. Стоит также отметить, что у вертикальных ветрогенераторов стартовая скорость ветра ниже, чем у горизонтальных, что играет немаловажную роль для Карелии. К слову, максимальная скорость ветра тоже значительно ниже.
У поставщиков подобраны три варианта ветрогенераторов, сравнительные характеристики которых представлены в таблице 1 приложения. Изображения ветрогенераторов (рисунки 1, 2 и 3) даны в приложении.
В характеристиках дана высота мачты, которая является минимальной для данной модели ветрогенератора. Для осуществления проекта выбрана расчетная высота мачты в 15 метров. На данной высоте скорость ветра оптимальна для работы подобранных, вертикальных, ветрогенераторов на территории полигона в г. Кондопога. Расчет высоты производится из соображения, что нижняя часть лопастей должна находиться минимум на 10 метров выше, чем верхушки рядом стоящих деревьев в радиусе 150 метров. А так как на полигоне деревьев нет, то была выбрана высота 15 метров.
В качестве мачты можно применить опоры двух типов: многосекционную трубчатую коническую опору или многосекционную мачту-ферму. Коническая опора подходит для ветрогенераторов мощностью до 5 кВт. Мачта-ферма более дорогая в установке, но выдерживает гораздо более высокие нагрузки на изгиб от бокового ветра и может иметь большую высоту при более мощных ветрогенераторах.
Фундаментом для опоры ветрогенератора на мусоронакопительном полигоне могут служить либо железобетонные сваи, либо железобетонная плита на щебеночной подушке. Такие варианты обусловлены геологическими условиями полигона: двадцать метров мусора, пересыпанного послойно грунтом. Данный тип основания имеет очень низкую несущую способность (1 - 1,3 кг/см2, как у пластичных глин средней плотности), большие неравномерные осадки под нагрузкой. Для проектирования выбран второй вариант как более дешевый и простой в установке в сегодняшних реалиях города Кондопога.
Таким образом, фундамент представляет собой железобетонную плиту толщиной 0,5 метра, армированную стальной арматурой А400, бетон плиты М400, залитую на щебеночную подушку толщиной один метр. В плиту замоноличено основание опоры.
Для правильной работы ветрогенератора необходимы аккумуляторные батареи, инвертор и контроллер. Аккумуляторные батареи накапливают выработанную энергию в том случае, если потребление ее низкое. Инвертор повышает напряжение с выходного 12 или 24 В (зависит от модели генератора) в потребляемое объектом (в нашем случае 220 В). Контроллер – комплекс, позволяющий управлять работой генератора (автоматическое переключение режима работы в зависимости от скорости ветра или уровня заряда АКБ).
Общая стоимость подобранных ветрогенераторных комплексов дана в сравнительных характеристиках в таблице 1 приложения.
Стоимость фундамента в расчет не входит.
Приложение
Рисунок 1. Виды ветрогенераторов: а) горизонтальные; б) вертикальные.
Рисунок 2. Ветрогенератор ОСА 3000-24 (модификация «Север»)
Рисунок 3. ВетрогенераторSAV-5kW
Рисунок 4. Ветрогенератор SAV-3kW
Таблица 1. Сравнительные характеристики подобранных ветрогенераторов
|
|
ОСА 3000-24 (модификация «Север») |
SAV-5kW |
SAV-3kW |
|
Тип |
Вертикальный |
Вертикальный |
Вертикальный |
|
Диаметр турбины (м) |
3,4 |
3,6 |
3,6 |
|
Количество лопастей |
6 |
5 |
3 |
|
Высота одной лопасти (м) |
4 |
4 |
4 |
|
Номинальное число оборотов ротора (об/мин) |
200 |
80-100 |
90-120 |
|
Номинальная мощность (Вт) |
3000 |
5000 |
3000 |
|
Максимальная мощность (Вт) |
3300 |
5500 |
3200 |
|
Стартовая скорость ветра (м/с) |
3 |
2,5 |
2 |
|
Номинальная скорость ветра (м/с) |
10,5 |
8 |
8 |
|
Рабочая скорость ветра (м/с) |
3-14 |
3-20 |
3-20 |
|
Высота мачты (м) |
4-15 |
8 |
6 |
|
Тип генератора |
3-х фазный на постоянных магнитах |
3-х фазный на постоянных магнитах |
3-х фазный на постоянных магнитах |
|
Частота генератора (Гц) |
0-50 |
0-50 |
0-50 |
|
Тип выходного тока |
Переменный |
Переменный |
Переменный |
|
Номинальное выходное напряжение (В) |
24 |
48 |
48 |
|
Номинальный ток (А) |
125 |
100 |
65 |
|
Максимальный ток (А) |
140 |
110 |
70 |
|
Рекомендуемая емкость АКБ (А*ч) |
200 |
200 |
200 |
|
Рекомендуемое количество АКБ |
2-5 |
8 |
8 |
|
Уровень шума (Дб) |
30-35 |
40 |
35 |
|
Цена ветрогенератора (руб) |
333 500 |
440 000 |
345 000 |
|
Контроллер |
ОСА-3000 |
Входит в стоимость ветрогенератора |
Входит в стоимость ветрогенератора |
|
Цена контроллера (руб) |
23 805 |
||
|
Инвертор |
МАП Про 24В |
ИС-12-5100 |
ИС-12-3000 |
|
Цена инвертора (руб) |
46 900 |
47 600 |
27 600 |
|
АКБ |
Delta Gel GX 12-200 |
Delta Gel GX 12-200 |
Delta Gel GX 12-200 |
|
Цена АКБ (руб) |
16 900 |
16 900 |
16 900 |
|
Опорная мачта |
СМ-1 (10 метров) |
Входит в стоимость ветрогенератора |
Входит в стоимость ветрогенератора |
|
Цена опорной мачты (руб) |
50 000 |
||
|
Итого цена (руб) |
471 105 |
504 500 |
389 500 |