Jak dlouho trvá zaplatit za větrný generátor?

Příznivcům alternativních dodávek energie se dnes nabízí celá řada řešení – od solárních panelů až po větrné generátory, jejichž produktivita dosahuje několika tisíc kilowatthodin ročně. Poslední možnost je zaslouženě populární. Naši spoluobčané raději následují příklad evropských zemí, kde využití větrné energie dosáhlo průmyslového rozměru a v některých oblastech prakticky nahradilo centralizované zásobování elektrickou energií. Na rozdíl od států severního evropského pobřeží má však podnebí v Rusku své vlastní charakteristiky. A je třeba je vzít v úvahu při výběru a výpočtu návratnosti větrného generátoru, aby drahé zařízení ospravedlnilo investici a přineslo hmatatelné výhody.

Vlastnosti použití větrných generátorů

Aby zařízení fungovalo na plný výkon a bylo schopno překročit své jmenovité charakteristiky, doporučuje se jej instalovat ve vysoké nadmořské výšce – asi 30-40 m, kde jsou poryvy větru silnější než na povrchu země. V hustě zastavěných podmínkách je splnění tohoto požadavku problematické. Proto musí být výpočet výšky proveden přidáním asi 4-5 m od úrovně povrchu nejvyšší budovy v blízkosti místa pro generátor. Optimálním místem pro jeho instalaci je step nebo plocha bez vegetace o poloměru cca 200 m vzhledem k místu instalace.

Vzhledem k vrtkavosti větrů je lepší použít větrný generátor pro napájení zařízení a zařízení, která nemají zvláštní požadavky na kvalitu napájení. Ale připojení citlivých zařízení přímo k zařízení se přísně nedoporučuje. Kvůli častým přepětím rychle selžou. Řešením problému může být použití výkonového usměrňovače, jehož výběr a instalace by měla být provedena s ohledem na doporučení výrobce.

Vývojáři alternativních zdrojů dodávek energie důrazně doporučují využívat možnosti systému nepřerušitelného napájení. Mezi jeho funkce bude patřit akumulace zásob „přebytečné“ elektřiny a její dodávka do domu v době delšího klidu, kdy je generátor v nucené odstávce. Základem systému je dobíjecí baterie, pro jejíž včasné dobití je nutné zapojit do sítě usměrňovač. Vyrovná přijatou energii a sníží riziko přebití v případě náhlého napěťového rázu při zvýšení síly větru. A pro přeměnu stejnosměrného proudu z generátoru na střídavý proud, vhodný pro napájení domácích zařízení, je v systému instalován střídač.

Pokud je region charakterizován vícedenními obdobími klidu, doporučuje se připojit k systému nepřerušitelného napájení benzinový nebo dieselový generátor. Pokud je baterie zcela vybitá a větrný mlýn je dočasně neaktivní, zařízení zajistí dodávku potřebného množství elektřiny do domu a lze se vyhnout výpadkům proudu.

Výpočet návratnosti větrného generátoru

Po investování stovek tisíc rublů do nákupu zařízení má nový majitel právo počítat s jeho zjevnými výhodami a návratností investice do větrného mlýna. Zkusme spočítat cenu kilowattu elektřiny pomocí běžného modelu generátoru 4-5 kW. Při rychlosti větru 4-5 m/s bude zařízení vyrábět cca 350 kW za měsíc, respektive 4200 kW za rok. Životnost generátoru je asi 25 let, náklady na většinu modelů zařízení jsou do 280 000 rublů. Náklady dělíme podle produktu roční výroby a životnosti:

280 000 / 4200 * 25 = 2,666 XNUMX rublů

Náklady na kilowatt energie z větrného generátoru s návratností tedy budou něco málo přes 2,5 rublů. Oproti současné cenové hladině tu přínos je, ale není tak velký, jak bychom si přáli při využívání alternativních zdrojů energie.

Výše uvedené výpočty dávají jiný výsledek, pokud je rychlost větru asi 7-8 m/s. Větrný generátor o výkonu 6-7 kW vyrobí asi 780 kW za měsíc nebo 9000 kW za rok. Vzhledem k tomu, že náklady na takové větrné turbíny jsou asi 310 000, dostáváme následující výsledek:

310 000 / 9000 * 25 = 1,3722 XNUMX rublů

Tato cena je zřejmým přínosem zejména pro energeticky náročná zařízení.

Abychom shrnuli výše uvedené: je větrný generátor ziskový?

Prezentované výsledky jednoznačně dokazují návratnost nákladů na pořízení a spuštění větrného generátoru. Navíc:

• Náklady na kilowatt neustále rostou kvůli inflaci.
• Při použití větrného mlýna se objekt stává energeticky nezávislým.
• „Přebytečnou“ vyrobenou elektřinu lze akumulovat a skladovat v případě bezvětří díky systému nepřerušitelného napájení.
• Mnoho objektů vzdálených od centralizované energetické sítě je nuceno existovat při absenci elektřiny, protože jejich připojení je nerentabilní.

Takže větrný generátor je ziskový. Jeho pořízení pro energeticky náročné spotřebitele bez napájení je ekonomicky proveditelné. Hotel mimo město, zemědělská farma nebo chov hospodářských zvířat, chatová komunita – v každém případě budou náklady na připojení alternativního zdroje napájení oprávněné. Zbývá pouze vybrat vhodný model větrného mlýna a nainstalovat jej podle doporučení výrobce. Výkon zařízení by měl odpovídat průměrné rychlosti větru ve vašem regionu. Upřesnit to můžete pomocí speciální větrné mapy nebo podle údajů z místní meteostanice.

Vezměte prosím na vědomí: u větrných generátorů od čínských výrobců se jmenovitý výkon zařízení vypočítá s ohledem na rychlost větru na 50-70% úrovně země. Instalace větrné turbíny v takové výšce je problematická. Příliš vysoký stožár je drahý a na jeho pevnost jsou kladeny přísné požadavky. V zadané výšce navíc poryvy větru tvoří silné vírové proudy. Nejen, že zpomalují provoz větrného generátoru, ale mohou také způsobit zlomení lopatek. Řešením je instalace zařízení ve výšce 30-35m, což zajistí přístup silnému větru, ale zabrání poškození větrného mlýna.

• Regulátor větrné turbíny
• Umělé tornádo roztáčí větrný generátor
• Na základě technologie útočné pušky Kalašnikov
• Novinky o větrné energii z 16.04.2016

Chcete-li zanechat komentář, musíte být přihlášeni.

V roce 2022 uplyne 50 let od vydání slavného dokumentu „The Limits to Growth“ připraveného Římským klubem. Byl to přehled technologických a společenských trendů charakteristické pro konec 2014. století – obecně se scvrkávalo na myšlenku, že flexibilita trhu a šetrný přístup k přírodě nevykompenzují její vyčerpání. V roce 30 vyšla v ruštině kniha „Hranice růstu: 3.15 let později“. Kniha věnuje významnou pozornost obnovitelným zdrojům energie, zejména solárním panelům a větrným elektrárnám. Obrázek XNUMX z této knihy ukazuje, že na začátku XNUMX. století se náklady na solární kWh po více desetiletí sestupném trendu obecně stabilizovaly, zatímco náklady na větrnou kWh nadále klesaly:

Mimo Habra jsme měli možnost se tohoto tématu dotknout s respektovaným @SLY_G a ten mě upozornil na zajímavé zdroje a nápady, které poukazují na přílišný optimismus ohledně větrné energie, jejích krátkodobých efektů a uhlíkové stopy. Skeptická hodnocení větrné energie ve velkém měřítku získala vědecké zdůvodnění poprvé v letech 2011–2013 – i když dosud byla založena především na empirických odhadech a počítačovém modelování. Přesto bych toto téma rád rozvedl podrobněji.

Rychlý rozvoj větrné energetiky na počátku 2017. století je způsoben jak globálním úsilím o snížení emisí skleníkových plynů, tak rozvojem pobřežních oblastí. Zpráva z roku 2000 naznačila, že největších úspěchů v rozvoji větrných elektráren dosahují Čína, USA, Německo, Indie a některé další země, které mají dobře rozvinutá pobřeží mělkých moří. Zde jsou údaje o ročním uvádění nových větrných elektráren do provozu za roky 2015-26.1 a celkové údaje o výrobě větrné energie ve stejných letech (obr. XNUMX z výše uvedené zprávy):

Podíváme se také na podrobnou mapu zobrazující rozložení stávajících a rozestavěných větrných elektráren v Severním moři. Mapa sestavená Ulrike Kleeberg od roku 2020:

Je jasně vidět, že aktivní větrné elektrárny se nacházejí v nejmělčích oblastech poblíž britského, nizozemského a dánského pobřeží (výjimkou je obdélníková oblast u pobřeží Švédska, která se rovněž nachází blízko pevniny, ale v relativně hluboké vodě).

Podobný „shluk“ větrných elektráren je pozorován na souši, zejména v Texasu a dalších zemědělských oblastech Spojených států. Počátkem roku 2010 se objevily přesvědčivé důkazy, že když jsou větrné turbíny rozmístěny na velkých plochách, nejen ztrácejí účinnost na stožáru, ale mají také vážný negativní dopad na cirkulaci vzduchu. Níže se blíže podíváme na fyziku těchto procesů a zaměříme se na fenomén „větrného stínu“.

Jakákoli velkovýroba energie ovlivňuje životní prostředí. I když se snažíme snížit naši uhlíkovou stopu, krátkodobé a dlouhodobé dopady obnovitelné energie na meteorologii a klima zůstávají nedostatečně pochopeny. Právě v říjnu 2018 byly v časopisech Environmental Research Letters a Joule publikovány dva články, které ilustrují, že využívání větrných elektráren na souši vede k ohřívání atmosféry a změnám v její cirkulaci. Efekt je patrný zejména ve tmě a k samotnému ohřevu dochází ještě rychleji než při postupném nasycení atmosféry oxidem uhličitým. Do konce tohoto století by větrné turbíny mohly zvýšit teploty ve 48 kontinentálních státech USA o 0,24 °C.

Dopad větrné energie na životní prostředí na konci 2010. a na počátku 18. století byl studován především pomocí modelů obecné cirkulace (GCM). K dnešnímu dni bylo nashromážděno mnoho údajů o rychlosti větru a antropogenních turbulencích v oblastech obsazených větrnými elektrárnami, ale jiné meteorologické faktory se v takových modelech téměř neberou v úvahu, protože je obtížné organizovat nepřetržitý sběr dat z provozního větru. farma, zejména pro vědecké účely. Podle studie z Chicagské univerzity z roku 9 je znám alespoň jeden pokus sestavit takové množství „provozních“ dat v terénu: data byla sbírána od 1989. června do 41. srpna 23 na větrné farmě v San. Gorgonio, Kalifornie. Farma měla 8,5 řad turbín vysokých 120 metrů s lopatkami dlouhými XNUMX metru; vzdálenost mezi řadami byla XNUMX metrů.

Studie ukázala, že v oblasti po větru od této farmy byly teploty vyšší než v té návětrné, ale pouze v nočních a časných ranních hodinách. Ve dne větrná elektrárna naopak ochlazovala závětří.

Harvardský článek z časopisu Joule poskytuje úplnější údaje (byť získané na základě počítačového modelování). Podle těchto modelů by se s nárůstem plochy větrných elektráren 10-100krát ve srovnání s moderními (až 3 000 – 300 000 km 2) měla rychlost větru ve větrných oblastech výrazně snížit a hranice povrchu mezní vrstva atmosféry a konvektivní jevy v této by se měly také měnit. V důsledku toho by se měla zvýšit průměrná teplota v povrchové vrstvě, měla by se přerozdělit vlhkost a byla by narušena vertikální výměna atmosférických plynů.

Nejdůležitější změny se týkají přerozdělení vlhkosti v atmosféře a na hranici mezi mořem a pevninou je takové přerozdělení ještě kritičtější, protože srážky začínají padat do moře dříve, než se dostanou do zemědělských oblastí.

větrný stín

Fenomén větrného stínu byl dobře studován na příkladu rozdílů v přirozeném zavlažování horských svahů. Podobný jev v městských oblastech se nazývá „zóna stagnujícího vzduchu“. Z geofyzikálního hlediska vypadá přirozený stín větru takto:

Proto se návětrné a závětrné svahy v horách liší i vizuálně: návětrný svah dostává mnohem více srážek, takže je pokryt různorodou vegetací, zatímco protější svah (zejména v rokli) může být prakticky holý.

V horách je však vytváření větrného stínu přirozeným procesem a horské ekosystémy se dokážou přizpůsobit větrným vzorům a nerovnoměrným srážkám. Větrné elektrárny vedou ke vzniku zcela nového technogenního větrného stínu, který lze nazvat dynamickým. Je dokázáno, že rozsáhlá pole větrných turbín výrazně oslabují vánek a samotné větrné turbíny si navzájem berou energii – doslova „rozkládají“ větrnou energii, a proto se snižuje účinnost celé větrné farmy. Dá se říci, že větrné elektrárny se horizontálně špatně měří.

V důsledku masivního využívání kinetické energie větru v oblastech větrných farem se postupně zhoršují dva vzájemně související procesy:

1) vzniká stagnační zóna: větrná farma narušuje cirkulaci vzduchu a zbavuje závětrnou oblast nejen větru, ale i vlhkosti. Když jsou větrné elektrárny umístěny na moři, šířka této zóny je asi 5 kilometrů a na souši může přesáhnout 20 kilometrů, v některých případech až 50 kilometrů.

2) je narušen odvod přebytečného tepla z povrchové vrstvy atmosféry. V důsledku toho se zemědělské oblasti, kde jsou rozmístěny větrné elektrárny, přehřívají a trpí suchem:

Na pobřeží Severního moře je deficit rychlosti větru nejvýraznější na jaře (22,6 %) a v létě (20,8 %). Vzhledem k tomu, že letní teploty v Evropě právě nyní lámou rekordy, je větrný stín obzvláště nebezpečný a ztěžuje chladnému mořskému vzduchu přístup na pevninu. Větrný stín navíc ovlivňuje tlak a vlhkost v přízemní vrstvě vzduchu, zejména tvorbu rosy a dokonce i koncentraci oxidu uhličitého, který slouží rostlinám jako potrava a zdroj fotosyntézy.

Přitom je již známo, že pobřežní větrné elektrárny přispívají k promíchávání vody, a to nejen povrchového vzduchu. Přirozené mísící faktory pro pobřežní vody jsou především příliv a odliv a příliv sladké říční vody. V oblasti větrných elektráren se vrstva vody, která je neustále obohacována vzdušným kyslíkem, výrazně prohlubuje. To prospívá nejen místním ekosystémům, ale také podporuje rozklad potopené biomasy – voda je díky tomu lépe nasycena živinami a moře může uživit více obyvatel.

Poleva čepelí

Pobřežní větrné farmy se stávají zónou dlouhodobého kontaktu mezi kontinentálními a mořskými větry – a kvůli tomu se v chladných zeměpisných šířkách začnou lopatky větrných turbín zaledňovat. Ledové lopatky jsou těžší a hůře se otáčejí, což může snížit produkci energie ve větrné farmě o 20 % nebo více. Čepele jsou pokryty ledem nerovnoměrně, díky tomu se jejich těžiště posouvá a rychleji se opotřebovávají. Problém námrazy vrtulí a trupů je v leteckém průmyslu dlouho znám a dobře prozkoumán, ale v kontextu větrných turbín má své vlastní nuance. Struktura ledu závisí na vlhkosti vzduchu: pokud je vzduch suchý, pak jsou lopatky pokryty námrazou, a pokud je mokrý, sklovitým ledem podobným černému ledu (zde LWC – Liquid Water Content, v ruštině se tento indikátor nazývá “obsah vody”):

Skelný led tvoří nejen silnější a nerovnější vrstvu než běžný mráz, ale také pomaleji taje. Terénní studie využívající drony ukazují, že tloušťka ledu na lopatkách může dosáhnout 30 centimetrů a během této doby turbína produkuje pouze 20 % energie základní postavy. Stejné studie ukázaly, že čepele zamrzají nerovnoměrně: led se hromadí hlavně na špičkách čepelí. Testy provedené na univerzitě v Iowě (včetně v aerodynamickém tunelu) ukázaly, že existují dvě hlavní metody boje proti námraze lopatek. Za prvé, turbína může být ohřívána zevnitř instalací topných prvků přesně na špičky lopatek. Za druhé, čepele mohou být vyrobeny z hydrofobního plastu nebo na ně mohou být aplikovány nano-povlaky poskytující lotosový efekt.

Další technologické problémy

Popsané přístupy však dále znehodnocují „zelenou“ složku životního prostředí větrné energie. Topné turbíny v zimě zvyšují jejich uhlíkovou stopu a konstrukce lopatek z moderních polymerních materiálů vyvolává otázku recyklace a likvidace použitých turbín. Životnost větrné elektrárny je 15-25 let v závislosti na provozních podmínkách, takže v Evropě je již vyvinuta celá generace větrných turbín; ale jejich výměna je způsobena nejen opotřebením, ale také výměnou starých turbín za výkonnější. Recyklace lopatek je perspektivní odvětví, poptávku po materiálech z použitých větrných turbín diktuje především letecký průmysl. Ale toto odvětví je stále v plenkách a výstavba nových ploch pro čepelové hřbitovy znamená přeměnu bývalé zemědělské půdy v pustinu. Nové generace větrných turbín přitom stále častěji využívají prvky vzácných zemin, o jejichž toxicitě jsem se dříve zmiňoval v publikaci o chytrých telefonech. Takže podle tohoto článku z roku 2018 stojí 100 MW větrné energie:

• 20 000 metrů čtverečních vykácené vegetace,
• Více než 900 kg CO₂,
• 6 000 000 m3 plynných toxických emisí,
• 1,2 milionu litrů otrávené vody,
• 272 milionů kg silně kontaminovaného technogenního písku,
• 127 tun radioaktivního odpadu. (Zdroje:zde,zde,zde.)

Závěr

Energie je především stabilní tok odebrané energie a právě tímto ukazatelem větrná energie ztrácí na tradiční i „zelené“ zdroje energie. Výroba větrné energie se v jednotlivých ročních obdobích liší a spotřeba se mění v průběhu dne. Poměrně silný a stálý vítr je přitom zachycován právě na pobřežních větrných elektrárnách, na jejichž problémy jsem upozornil výše. Názor, že „vítr vždy někam fouká“ a pro udržitelnost větrné energie prostě není dostatek instalovaného výkonu, spočívá na problému horizontálního škálování. Z dlouhodobého hlediska by větrná energie přirozeně obsah snižovala CO₂ v atmosféře, ale krátkodobě se nejen že nedokáže vyrovnat s vlastní uhlíkovou stopou, ale navíc vysušuje přízemní vrstvu atmosféry, což zhoršuje efekt zvyšujícího se tepla.

• větrné elektrárny
• uhlíková stopa
• energetiky
• globální oteplování

• Populární věda
• Energie a baterie
• Ekologie