Kietinate įsirengti mažą vėjo jėgainę? Šis straipsnis yra kaip tik jums: čia pateiksime informaciją, kurią dauguma vėjo jėgainių gamintojų ir pardavėjų yra linkę nutylėti.

Jums turbūt kyla natūralus klausimas kodėl tie, kurie patys prekiauja vėjo jėgainėmis, rašo apie tai. O atsakymas yra paprastas: visą elektros energiją, kurią suvartojame, mes pagaminame savarankiškai. Darome tai ne vien dėl ekologijos, kurį mūsų vertybių skalėje užima pirmą vietą, bet ir dėl mūsų klientų, kuriuos su atsinaujinančiais energijos šaltiniais pažindiname remdamiesi praktiniais pavyzdžiais, paimtais iš realaus gyvenimo. Ir jeigu mūsų straipsnis išgąsdins jus ir atgrasins nuo vėjo jėgainės pirkimo, mes tikrai nenusiminsime ir nenutrauksime dėl to savo veiklos, nes vėjo jėgainių pardavimai sudaro mažąją mūsų verslo dalį.

Norėtume pabrėžti, jog mes, UAB „GIMINIJA“, užsiimame autonominėmis sistemomis, kuriose kiekviena pagaminta kilovatvalandė yra labai svarbi. Todėl tikrai nesame prieš vėjo jėgaines ir patvirtiname, jog vėlyvą vėjuotą rudenį ir žiemą jos sėkmingai kompensuoja saulės energijos trūkumą. Šiame straipsnyje kalbėsime pagrinde apie į elektros tinklą prijungtas vėjo jėgaines, nes, kaip jau užsiminėme, pasirenkant autonomines vėjo jėgaines, vadovautis tenka visai kitais kriterijais ir tikslais. Pagrindinis skirtumas tarp autonominių ir į tinklą prijungtų vėjo jėgainių yra toks, kad įsirengiant autonomines jėgaines visiškai negalvojame apie atsiperkamumą. Jos yra lyg mūsų gelbėjimosi ratas apniūkusiomis dienomis. O tie, kas turi elektros įvadą, dažniausiai vėjo jėgaines įrenginėja taupymo tikslais, siekiant sumažinti sąskaitas už sunaudotą elektros energiją. Būtent tokius tikslus ir aptarsime šiame straipsnyje, neliečiant konkrečių gamintojų ir nekritikuojant mūsų konkurentų.

Kas tai yra maža vėjo jėgainė? Tai visos vėjo jėgainės, kurių rotoriaus diametras neviršija 10 metrų ir nominali galia yra nuo kelių šimtų vatų iki 20 kW. Šie kriterijai taikomi tiek horizontalios, tiek vertikalios ašies vėjo jėgainėms.

Ką rinktis – saulę ar vėją?

Tiesa yra tokia, kad nors ir gyvenate vėjuotoje vietovėje, labiau apsimoka investuoti vis tik į saulės elektrinę.

Neįmanoma paneigti saulės jėgainės pranašumų:

  • jokių judamų dalių
  • 25 metų garantija
  • jokio aptarnavimo, nebent gyvenate labai dulkėtoje aplinkoje ir tenka valyti saulės modulius
  • 7 kW saulės jėgainė kainuoja lygiai du kartus pigiau, nei 6 kW vėjo jėgainė!
  • Vilniuje įrengta 7 kW saulės jėgainė per metus pagamins apie 6000 kWh elektros energijos. Tuo tarpu 6 kW vėjo jėgainė pasieks tokius gamybos pajėgumus tik tuomet, kai vidutinis metinis vėjo greitis bus ne mažesnis už 5 m/s.

Bet mano vietovė yra labai vėjuota!

Visi, kas kreipiasi į mus dėl vėjo jėgainių, vienbalsiai pareiškia, jog jų gyvenvietėje yra daug vėjo. Žmonės dažnai pernelyg pervertina savo vietoves. Be to, jų atmintyje lieka tik vėjuotos dienos, lyg nevėjuotų nebūtų visai – tokia jau žmonių prigimtis. Net, jeigu ketinate įsirengti mažą vėjo jėgainę, labai svarbu nustatyti vidutinį metinį vėjo greitį pasirinktoje vietoje. Idealiausiai yra įsirengti vėjo greičio matuoklį (anemometrą) ir stebėti jo parodymus 3-5 metus. Svarbu, kad matuoklis būtų įrengtas tame pačiame aukštyje, kuriame ketinate įrengti vėjo jėgainę. Tačiau kokybiškas vėjo greičio matavimas ir duomenų surinkimas nėra pigus užsiėmimas, todėl dauguma vadovaujasi meteorologų parengtais statistiniais vidutinio vėjo greičio duomenimis. Nebūtina vėjo greitį stebėti 3-5 metus. Pakanka anemometro rodmenis rinkti vienerius metus ir sulyginti juos su tais pačiais metais atliktais meteorologų matavimais. Turint tiksliuosius duomenis iš savo sklypo ir meteorologinių stočių rodmenis pagal vietovę, galite nustatyti skirtumą tarp šių duomenų ir naudoti jį kaip korekcijos faktorių analizuojant daugiametes statistines vidutinio vėjo greičio matavimų lenteles.

Kaip jau minėjome, jeigu vidutinis metinis vėjo greitis yra mažesnis už 5 m/s, nėra absoliučiai jokio ekonominio pagrindo galvoti apie į tinklą prijungtos vėjo jėgainės įrengimą.

Vėjo energija yra proporcinga vėjo greičio kubui. Tai reiškia, kad dvigubai padidėjus vėjo greičiui, gausime net 2 x 2 x 2 = 8 kartus daugiau energijos! Todėl net nežymus vidutinio vėjo greičio padidėjimas turi ženklią įtaką gaminamai energijai. Įrengus tą pačią vėjo jėgainę sklype, kur yra 10% daugiau vėjo, pagaminsite net 33% daugiau elektros energijos!

Išvada yra tokia, kad norint gauti ekonominę naudą iš mažos vėjo jėgainės, įrengti ją reikia tikrai labai vėjuotoje vietovėje.

Vietovė, vietovė ir dar kartą vietovė

Elektros energijos gamybai su vėjo jėgaine yra būtinas vėjas. Apie tai regis pamiršta ne tik vėjo jėgainių pardavėjai, bet ir patys gamintojai. Neretai galima sutikti tokius reklaminius teiginius, jog vėjo jėgainė 60% sumažins sąskaitas už sunaudotą elektros energiją. Ir tam pakanka ją įrengti tik 12 metrų aukštyje. Jeigu jus esate iš tų, kurie vis dar tiki, jog žemė plokščia, tai ši vėjo jėgainė jums!

Vėjo jėgainei būtinas vėjas. Ir ne šiaip sau vėjas, o laminarinio tipo, pakankamo stiprumo ir tolygus. Deja, bet tokio vėjo nesutiksime 9 – 10 metrų aukštyje. Maža to, toks vėjas yra retenybė net ir 20 metrų aukštyje, tačiau apie tokius aukščius neverta net ir kalbėti, nes susidursime su visokių leidimų klausimais ir tokio bokšto kaina gerokai viršys pačios jėgainės kaštus. Kuo arčiau žemės, tuo vėjas yra labiau turbulentinis ir yra prastu „kuru“ vėjo jėgainei.

Vėjo jėgainių gamintojai nemeluoja – jų turbinos tikrai gali pagaminti deklaruojamus energijos kiekius, jeigu jas veikia tolygūs ir laminariniai oro srautai. Tačiau tokių, vėjo jėgainėms idealių sąlygų, 8-12 metrų aukštyje nėra. Taip pat reikia turėti omenyje tai, jog pastatų stogai yra prastos vėjo jėgainių įrengimo vietos. Virš stogų būna stiprios turbulencijos ir vidutinis vėjo greitis yra gerokai mažesnis už statistinį. Tačiau apie tokius dalykus vėjo jėgainių gamintojai ir pardavėjai nešneka, o tiesiog įžūliai savo reklaminiuose tekstuose parašo daugumai „nepastebimą“ žodelį „iki“, pvz. ši jėgainė padės jums sutaupyti iki 30, 50, 60% išlaidų.

Mažos vėjo jėgainės

Besirenkant mažos galios vėjo jėgainę, kurią ketinate prijungti į tinklą, nekreipkite per daug dėmesio į tai, ką deklaruoja gamintojas. Jums turi rūpėti tik du parametrai – sparnuotės diametras ir vidutinis vėjo greitis jūsų vietovėje. Remiantis šiais parametrais pagal toliau pateiktą formulę galima apytiksliai apskaičiuoti vidutinį metinį energijos kiekį, kurį pajėgi pagaminti horizontalios ašies vėjo jėgainė:

Energija [kWh] = 2.09 x Diametras2 [m] x vėjo greitis3 [m/s]

Koeficientas 2.09 yra išvestas vietovėms nutolusioms nuo jūros, todėl pajūrio gyventojams ši formulė nebus naudinga. Taip pat šioje formulėje yra vertinama tai, jog bendras vėjo jėgainės našumas yra 30% (tai yra naudingumo koeficientas labiausiai atitinkantis realias sąlygas).

Toliau pateiktoje lentelėje yra pavaizduotas vėjo jėgainės rotoriaus diametro, vidutinio vėjo greičio ir metinio pagamintos energijos kiekio santykis:

Diametras (m)

Metinis pagamintos energijos kiekis (kWh)

7

4391

6554

9332

12801

17038

21121

28124

35127

6.5

3786

5651

8047

11038

14691

19073

24250

30288

6

3226

4815

6856

9405

12518

16252

20663

25807

5.5

2711

4046

5761

7903

10519

13656

17362

21685

5

2240

3344

4861

6531

8693

11286

14349

17922

4.5

1815

2709

3857

5290

7041

9142

11623

14517

4

1434

2140

3047

4180

5564

7223

9183

11470

3.5

1098

1639

2333

3200

4260

5530

7031

8782

3

806

1204

1714

2351

3130

4063

5166

6452

2.5

560

836

1190

1633

2173

2822

3587

4480

2

358

535

762

1045

1391

1806

2296

2867

1.5

202

301

429

588

782

1016

1291

1613

1

90

134

190

261

348

451

574

717

Vėjo greitis (m/s)

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

Ar šie skaičiai yra tikslūs? Tai yra kokybiškos horizontalios ašies vėjo jėgainės, įrengtos tinkamoje vietoje ir aukštyje, energijos gamybos pajėgumai. Jeigu jūsų jėgainė gamina panašius energijos kiekius, galite džiaugtis!

Vertikalios ašies vėjo jėgainės

Aptarta formulė ir energijos kiekio lentelė yra skirtos horizontalios ašies vėjo jėgainėms. Vertikalios ašies vėjo jėgainių atveju reikia sparnuotės plotą konvertuoti į diametrą:

Diametras = SQRT(4 x S / )

Čia:

SQRT – kvadratinė šaknis;

S – vertikalios ašies vėjo jėgainės sparnuotės plotas.

Plotą konvertavus į diametrą įstatykite jį į aukščiau pateiktą formulę ir apskaičiuosite energijos kiekį. gauto energijos kiekio atimkite 25% Savonijaus rotoriaus atveju ir 60% Darje rotoriaus atveju (apie šiuos du vertikalios ašies jėgainių tipus skaitykite čia). Pavyzdys: jeigu apskaičiuotas vertikalios ašies vėjo jėgainės diametras yra lygus 2 m, o vėjo greitis 5 m/s, tai iš lentelės gauname energijos kiekį, lygų 1045 kWh per metus. Savonijaus rotoriaus atveju metinis energijos kiekis bus 1045 kWh – 25% = 784 kWh. Turėkite omenyje tai, kad šie skaičiai gali būti teisingi tik tuomet, kai vėjo jėgainė eksploatuojama idealiomis sąlygomis, esant mažai turbulencijai. Realiai metinis pagamintos energijos kiekis bus ženkliai mažesnis. Situaciją pablogina ypač tai, kad dažnai vertikalios ašies vėjo jėgainės yra įrengiamos žemai arba ant pastatų stogų, kur yra silpnas vėjas ir didelė turbulencija.

Mitai apie vėjo greitį, nuo kurio vėjo jėgainė pradeda generuoti elektros energiją

Dažnai žmonės renkasi vėjo jėgaines pagrinde pagal du parametrus, t. y. pagal mažiausią vėjo greitį, nuo kurio jėgainė pradeda generuoti elektros energiją ir pagal nominalią galią. Pastarąjį parametrą aptarsime šiek tiek toliau, o dabar išsklaidysime mitus apie minimalų vėjo greitį. Daugumoje atveju šis parametras (cut-in wind speed) yra 2.5 – 3.5 m/s ir tai yra visiškai bevertis parametras. Vėjas tokiame greityje neturi jokios energijos, kuria galėtų pasinaudoti vėjo jėgainė. Įsivaizduokite, kad vėjo jėgainė, kurios sparnuotės diametras yra 6 metrai (tai yra pakankamai didelė iš mažų jėgainių serijos), esant 3.5 m/s vėjo greičiui gamina tik 120 W galią! Taigi, mažiausio vėjo greičio parametras yra ne kas kito, kaip tik lašas jūroje. Tokia galia yra suvartojama paties tinklo inverterio ir į tinklą niekas nenukeliauja.

Vėjo jėgainės nominali galia

Ar 10 kW vėjo jėgainė geresnė už 6 kW? Tai iš esmės klaidingas klausimas! Nominali galia, kaip ir aukščiau aptartas minimalaus vėjo greičio parametras, mus visai neturėtų dominti. Nominalios galios parametras visai nieko nepasako apie vėjo jėgainės gaminamą energijos kiekį. Juk ESO mums išstato sąskaitas už suvartotą elektros energiją, o ne už mūsų elektros imtuvų momentinę galią. Besirenkant vėjo jėgainę jums turi rūpėti ne jos nominali galia, o kiek ji sugeba pagaminti elektros energijos, esant vidutiniam metiniam vėjo greičiui jūsų vietovėje (žr. aukščiau aptartą energijos kiekio lentelę).

Be to, vėjo jėgainės nominali galia yra pasiekiama tik esant nominaliam vėjo greičiui, o pastarasis nėra standartizuotas, t. y. vieno gamintojo vėjo jėgainė nominalią galią išvysto prie 9 m/s vėjo greičio, o kito prie 10 m/s arba 12 m/s. Pvz. 6 m diametro vėjo jėgainė prie 10 m/s vėjo greičio išvysto 5.2 kW galią, o prie 12 m/s vėjo greičio galia siekia jau 9 kW!

Vėjo jėgainių pramonėje yra priimta, kad nominalus vėjo greitis, prie kurio turbina išvysto savo nominalią galią, negali būti didesnis už 11 m/s. Esant didesniam vėjo greičiui tampa labai sudėtinga valdyti vėjo jėgainę ir apsaugoti ją nuo sugadinimo. Sutardami, kad nominalus vėjo greitis yra 11 m/s, galime pasinaudoti toliau pateikta formule ir apskaičiuoti vėjo jėgainės realią nominalią galią:

Galia [W] = 192 x Diametras2 [m]

Ši formulė buvo išvesta remiantis tuo, kad vėjo jėgainės maksimalus našumas yra 30% ir ji turi kokybišką sparnuotę. Esant prastai sparnuotei arba nenašiam generatoriui nominali galia bus mažesnė. Remiantis šia formule galima sudaryti lentelę, kurioje matysime vėjo jėgainės nominalios galios priklausomybę nuo sparnuotės diametro prie 11 m/s vėjo greičio:

Diametras (m)

Nominali galia esant 11 m/s vėjo greičiui (W)

1

190

1.5

430

2

770

2.5

1200

3

1730

3.5

2350

4

3070

4.5

3890

5

4800

5.5

5810

6

6920

6.5

8120

7

9410

Apibendrinant pateiktą informaciją galima padaryti išvadą, kad parenkant vėjo jėgainę reikia kreipti dėmesį tik į sparnuotės diametrą.

Ar vertikalios ašies vėjo jėgainėms taip pat būdingos visos aukščiau išvardintos problemos?

Atsakymas yra TAIP!

Vertikalios ašies vėjo jėgainės neturi ženklių pranašumų, lyginant su horizontalios ašies turbinomis, kuriuos dažnai akcentuoja prekybininkai. Jų našumas taip pat stipriai nukenčia dėl turbulencijų. Atmetus Savonijaus tipo vertikalios ašies vėjo jėgaines, kurių našumas yra apgailėtinai žemas, galima teigti, jog tiek horizontalios ašies, tiek Darje tipo vertikalios ašies vėjo jėgainių veikimo principai remiasi aerodinaminiais dėsniais ir sparnuotės konstrukcija. Esant turbulentiniams oro srautams aerodinamika yra labai silpna. Ir jeigu įrengsite vertikalios ašies vėjo jėgainė taip, kaip rekomenduoja gamintojas, t. y. ant žemo bokšto arba ant pastato stogo, iš jos neturėsite jokios naudos.

Gamintojai dažnai teigia, jog jų vertikalios ašies vėjo jėgainės pranašesnės už horizontalios ašies turbinas tuo, kad jos visuomet yra nukreiptos į vėją. Bet juk horizontalios ašies vėjo jėgainės, uodegos ar pasukimo mechanizmo dėka, atlieka lygiai tą patį. Pučiant besikeičiančios krypties vėjui susidaro didelės turbulencijos, kurios ženkliai sumažina abejų jėgainių tipų našumą.

Taip pat gamintojai dažnai teigia, jog jų vertikalios ašies vėjo jėgainės gamina daugiau elektros energijos, esant mažam vėjo greičiui. Deja, bet prieš fizikos dėsnius nepapūsi: mažo greičio vėjas neturi galios. Ir nors vertikalios ašies vėjo jėgainės sparnuotės kampas nukreiptas į vėją, tiesiogiai su vėju susiduria tik dalis sparnuotės menčių, todėl tokia jėgainė negali iš vėjo perimti optimalią galią, kas padaro ją net šiek tiek mažiau našesnę už tokios pat klasės horizontalios ašies vėjo jėgainę. Todėl, kalbant apie vėjo jėgainių veikimą mažų vėjų diapazone, vertikalios ašies vėjo jėgainės neturi jokių pranašumų.

Teoriškai Darje tipo vertikalios ašies vėjo jėgainės turėtų turėti panašų našumą, kaip ir horizontalios ašies vėjo jėgainės, tačiau realūs bandymai atskleidžia, jog prie identiškų oro sąlygų jos pagamina 11% mažiau elektros energijos nei jų konkurentės – horizontalios ašies turbinos. Be mažesnio našumo, jos turi eilę kitų trūkumų. Kadangi jos dažniausiai yra aukštos ir siauros, didelė lenkimo jėga veikia jų apatinius guolius. Ta pati problema yra ir su jėga, veikiančia sparnuotę. Tai reiškia, kad siekiant pagaminti patikimą vertikalios ašies vėjo jėgainę, reikia naudoti labai kokybiškas ir brangias medžiagas, kas padaro tokias jėgaines ženkliai brangesnes už horizontalios ašies vėjo jėgaines.

Išvada: jeigu jūsų tikslas gaminti elektros energiją, rinkitės horizontalios ašies vėjo jėgainę, o jeigu norite pagrąžinti savo kiemą ir suteikti architektūrinio žavesio pastatui, įsirenkite vertikalios ašies turbiną.

Mažų vėjo jėgainių patikimumas

Mažų vėjo jėgainių patikimumas yra vis dar labai žemas. Net jeigu investuosite į tikrai kokybišką vėjo jėgainę, ji tikrai neveiks jums be sutrikimų 20 metų, kaip nurodo gamintojas. Per tą laiką būtinai būsite priversti ją remontuoti, keisti sugedusias dalis. Jeigu vis tik ryžotės įsirengti mažą vėjo jėgainę, nusiteikite, jog ji kažkada suges, tik klausimas kada ir kaip dažnai teks ją remontuoti.

Turint omenyje visą aukščiau aprašytą informaciją, patogiausiai yra mažos galios vėjo jėgainę įrengti ant nuleidžiamo bokšto. Tai labai palengvins aptarnavimo ir remonto darbus. Jėgainės demontavimas nuo laisvai stovinčio bokšto labai padidins jėgainės eksploatacines išlaidas

Kadangi jau palietėme aptarnavimą, reikėtų paminėti, jog vėjuotoje vietovėje per metus vėjo jėgainė gali gali veikti 7000 valandų ir net ilgiau. Jeigu tai būtų automobilis, važiuodamas 50 km/h greičiu, per metus jis pravažiuotų 350 000 km. Tai reiškia, kad agregatui su tokiu darbo resursu, nepriklausomai nuo gamintojo rekomendacijų, yra neišvengiamas metinis aptarnavimas, kurio metu mažiausiai reikia patikrinti visus varžtus ir sutepti judamas dalis.

Kada verta įsirengti mažos galios vėjo jėgainę?

Jeigu neturite elektros tinklo įvado, autonominė vėjo jėgainė yra labai geras pasirinkimas. Geriausiai yra įrengti saulės ir vėjo jėgaines, kurios veiksmingai vieną kitą kompensuos.

Vėjo jėgainė taip pat gali būti įrengiama tuo atveju, jeigu gyvenate tikrai labai vėjuotoje vietovėje. Tačiau jus turite įsitikinti, jog jūsų vietovė tikrai yra vėjuota!

Baigiant šį straipsnį, norėtume dar kartą pabrėžti, kad įrengus mažą vėjo jėgainę nevėjuotoje vietovėje, niekada nesusigrąžinsite savo investicijų, nebent ji puošia jūsų aplinką arba tiesiog jus palaikote gražiąją žaliosios energetikos ir švaresnio gyvenimo būdo idėją.


Komentarai