Mažosios vėjo jėgainės: praktinė patirtis

Šiuo metu pagrindinė mūsų veiklos kryptis yra autonominių arba prijungtų prie skirstomųjų tinklų, tačiau su akumuliatoriniu elektros energijos rezervu, saulės bei vėjo jėgainių projektavimas bei įrengimas save išlaikančioms sodyboms ir namų ūkiams. Taip pat mes patys dvylika mėnesių per metus vartojame savo pagamintą elektros energiją (neturime LESTO įvado) ir disponuojame mūsų užsakovų sukaupta patirtimi. Visa mūsų naudojama įranga yra aukščiausio patikimumo bei ilgaamžė. Todėl apie mažų saulės ir vėjo jėgainių, veikiančių Lietuvoje, našumą, sprendžiame ne vien tik iš teorinės, bet iš praktinės ir eksperimentinės pusės.

Šį straipsnį nusprendėme parašyti perskaitę Grynas.lt išpublikuotą straipsnį apie mažas autonomines vėjo jėgaines. Pamanėme, jog komentuodami Grynas.lt straipsnį bendrais bruožais paaiškinsime kas iš tikrųjų yra autonominė jėgainė ir kokiais atvejais ji gali būti naudinga.

Turbūt vertėtų pradėti nuo to, jog projektuojant komercines ir autonomines jėgaines iš esmės skiriasi saulės spinduliuotės, vidutinio vėjo greičio ir atsiperkamumo vertinimo būdai. Komercinėms jėgainėms pats svarbiausias rodiklis – tai investicijų susigrąžinimo laikotarpis. Todėl yra atsižvelgiama į metinę spinduliuotę ar metinį vidutinį vėjo greitį. Eksploatuojant autonomines jėgaines elektros energija yra reikalinga kiekvieną dieną. Todėl šiuo atveju visai nesvarbu, jog Lietuvoje metinė saulės spinduliuotė yra apie 1000 kWh/m², o vidutinis metinis vėjo greitis 5 m/s.

Projektuojant autonomines saulės ir vėjo jėgaines atsižvelgiama į tuos metų mėnesius, kuriais daugiausiai bus naudojama nuosava jėgainė. Pavyzdžiui, sodyboje gyvenant tik šiltuoju metų laiku, net aštuonis mėnesius galima džiaugtis saulės jėgainės teikiama nauda. 1–1,5 kW galios saulės jėgainė pagamins tiek elektros energijos, kad ja praktiškai nevaržomai galės naudotis keturių asmenų šeima. Jėgainė aprūpins elektros energija šaldytuvą, dulkių ir vandens siurblius, virdulį, elektrinę viryklę, mikrobangų krosnelę, sulčiaspaudę, smulkintuvą, skalbimo mašiną bei kitus buitinius ir statybinius elektros prietaisus.

Pernai statėme 21 m² ploto mūrinį rūsį ir jo statyboms, įskaitant pamatą, naudojome tik saulės elektrinės pagamintą elektros energiją. Todėl prie išvardintų elektros prietaisų drąsiai galime priskirti dar ir vidutinio dydžio betono maišyklę. Įsibėgėjus rudeniui įsivyrauja niūrūs vėjuoti orai, kurie dažniausiai trunka iki gruodžio (šiais metais gruodis taip pat buvo vėjuotas). Tokiu laikotarpiu, besinaudojantiems vien tik saulės jėgaine, prasideda elektros energijos taupymas, kuris trunka iki sausio vidurio – vasario pradžios. Tenka atsisakyti elektrinio virdulio, viryklės arba pvz. laukti saulėtų dienų, kuomet atsirastų galimybė įjungti skalbimo mašiną. Dažnai diržų suveržimas nepadeda ir tenka išsekusias akumuliatorių baterijas įkrauti su benzininiu ar dyzeliniu generatoriumi. Beje, el. generatorius taip pat puikiai pasitarnauja, kai tenka dirbti pvz. su elektriniais įrankiais energetinio bado metu.

Saulės jėgainė yra praktiškai neaptarnaujamas įrenginys. Skirtingai nuo vėjo jėgainės, eksploatuojant saulės elektrinę nereikia rūpintis jokiomis judančiomis detalėmis, tepti, veržti, balansuoti, saugotis stipraus vėjo. Saulės ir vėjo jėgainių kainos yra labai panašios, tačiau įrengiant vėjo jėgaines dar prisideda betonavimo darbai ir bokšto konstrukcija, todėl kainų skirtumas vis tik atsiranda ir saulės jėgainės projektas tampa pigesnis. Tai yra pirma priežastis, kodėl verta rinktis saulės jėgainę, kaip pagrindinį elektros energijos šaltinį, negu mažą vėjo jėgainę.

Kita priežastis yra vėjo nepastovumas. Šiltuoju laikotarpiu yra žymiai daugiau saulėtų dienų, negu vėjuotų ir dažniausiai pučia besikeičiančios krypties gūsingas vėjas. Teoriškai atviroje vietoje įrengta vėjo jėgainė turėtų būti naši, tačiau praktiškai tai ne visuomet pasiteisina. Besikeičiančios krypties gūsingas vėjas pristabdo besisukančią jėgainę pasukdamas ją keliais laipsniais į šoną. Generatorius vėl bando išsisukti ir naujas vėjo gūsis eilinį sykį pristabdo jį. Dėl šių priežasčių elektros generavimas yra nepastovus, srovė kinta labai plačiame diapazone, o tai neigiamai veikia akumuliatorius. Todėl, pučiant vidutiniam 5 m/s vėjo greičiui, tik retkarčiais horizontalios ašies 1 kW vėjo jėgainė sugeneruos 5–6 kWh/parą. Patirtis rodo, jog 1 kW vėjo jėgainės paminėti 5–6 kWh paros gamybiniai pajėgumai aplamai yra didžiausi. Koks bebūtų paros vidutinis vėjo greitis, praktiškai didesnio gaminamos energijos kiekio iš mažos horizontalios ašies jėgainės neverta tikėtis.

Vėjo jėgainė puikiai pasitarnauja vėjuotą rudenį ir žiemą. Todėl verta įrengti mažą hibridinę saulės ir vėjo jėgainę, kuri aprūpins elektros energiją ištisus metus. Tačiau net hibridinės jėgainės savininkai negali visiškai atsisakyti benzininio / dyzelinio generatoriaus, kaip pagalbinio elektros energijos šaltinio kritiniais momentais. Nebent instaliuota galia bus pakankamai didelė ir jos užteks visų elektros poreikių patenkinimui. Bet tuomet kyla klausimas, ką daryti su elektros energijos pertekliumi vasaros laikotarpiu. Jeigu pvz. autonominės jėgainės galia bus parinkta pagal mažiausiai saulės ir vėjo turintį gruodį, o paros elektros energijos poreikis bus 4 kWh, tai vasaros metu tokia jėgainė gamins 10 kartų daugiau elektros energijos, negu jos bus naudojama.

Esame įsitikinę, jog besirengiantys įsirengti autonominę jėgainę, kuri gamintų jiems elektros energiją ištisus metus, turi iš esmės peržiūrėti savo elektros poreikius ir įvesti taupymo priemones. Tačiau energetinės nepriklausomybės jausmas ir tai, kad elektros energijos kainos tik didėja, motyvuoja rinktis alternatyvius elektros gamybos būdus.

Kas liečia autonominės jėgainės naudojimą tik šiltuoju laikotarpiu, tai kaip jau buvo paminėta, elektros energijos pakaks viskam, praktiškai be jokių apribojimų.

Kas apsisprendžia įsirengti autonomines jėgaines ir ar jos atsiperka?

Mūsų patirtis rodo, jog autonominių jėgainių įrengimo atvejų yra tikrai daug. Nepaisant sąlyginai didelių pradinių išlaidų, energetinę nepriklausomybę renkasi:

• Naujakuriai, kurie savo būstus statosi toli nuo skirstomųjų tinklų. Paprastai tokiais atvejais LESTO įvadas yra įvedamas geriausiu atveju per pusmetį nuo sutarties pasirašymo ir pinigų sumokėjimo dienos. Priklausomai nuo vietovės ir joje išvystyto skirstomojo tinklo techninės būklės, įvado įrengimo kainos yra labai skirtingos. Sklype, kuris yra nutolęs 1 km atstumu nuo artimiausios 10 kV transformatorinės, įvado įrengimas gali kainuoti apie 20 000 Lt. Už tą kainą mažiausiai po pusmečio, bet paprastai laukti tenka žymiai ilgiau, galima gauti +/- 10 kW instaliuotą galią ir tolimesnėms metams užsikrauti ant savęs atsiskaitymų už sunaudotas kilovatvalandes naštą. Tuo tarpu autonominę jėgainę galima sukomplektuoti ir sumontuoti per kelias savaites. Vidutinė įrengimo kaina bus panaši į LESTO įvado įvedimo kainą. Turėsite nuosavą jėgainę, busite nepriklausomi nuo tinklų, nereikės nieko mokėti už sunaudotas kilovatvalandes. Tik vietoje 10 kW bus 1,5–2 kW ir teks keisti elektros energijos vartojimo įpročius. Piniginiu atžvilgiu jokio išlošimo nebus, kadangi sutaupytus pinigus, kuriuos nesumokėsite LESTO už sunaudotas kilovatvalandes, teks išleisti naujiems akumuliatoriams, kuriuos reikės pakeisti išėjus iš rikiuotės seniems. Įrangos remonto / pakeitimo kaštų nevertinsime, kadangi priimsime, jog ji iš pat pradžių bus įsigyta patikima ir ilgaamžė. Be to dar teks pirkti kurą el. generatoriui, kuris gelbės akumuliatorius nesant saulei ir vėjui.
• Naujakuriai, kurie turi galimybę sąlyginai pigiai įsivesti LESTO įvadą, tačiau renkasi autonominę jėgainę. Vieni nori būti nepriklausomi nuo tinklų, kiti renkasi aplinkai labiau draugišką energijos gamybos būdą, o dar kiti kuria save išlaikančias sodybas. Tokiu atveju apie investicijų susigrąžinimą net nėra jokios kalbos. Su dabartinėmis elektros energijos kainomis atsipirkti sistema teoriškai gali per porą dešimtmečių. Tačiau argi verta skaičiuoti atsipirkimo laikotarpį? Juk įvedus LESTO įvadą ir nevykdant jokios komercinės veiklos, nešančios pelną, atsipirkimo taip pat nėra.
• Vasarnamių, karavanų, turistinių namelių, jachtų ar valčių savininkai. Šiai grupei priklausantys elektros energijos vartotojai autonominėmis jėgainėmis dažniausiai naudojasi šiltuoju laikotarpiu, todėl jie turi daug nemokamos energijos, kuria naudojasi su dideliu pasitenkinimu.
• Entuziastai, kurie šiaip sau, be jokio specialaus tikslo, įsirengia autonomines jėgaines.
• Nepertraukiamo elektros energijos tiekimo sistemos. Kaip bebūtų keista, tačiau vis dar yra tokių vietovių, kur dažnai įvyksta skirstomojo tinklo avarijos arba tiekiama prastų elektrinių parametrų įtampa. Svarbių elektros imtuvų, kurie jokiu būdu negali būti palikti be elektros energijos, apsaugai yra įrenginėjamos nepertraukiamo elektros energijos tiekimo sistemos. Tokių sistemų funkciją sėkmingai atlieka saulės ir vėjo jėgainės su akumuliatoriniu elektros energijos rezervu. Jos ne tik apsaugo svarbius el. imtuvus, bet ir prisideda prie elektros energijos taupymo saulėtu ar vėjuotu laikotarpiu.
• Nutolusios telekomunikacijų stotys ar kelių eismo ženklinimo sistemos.

Kiti komentarai ir apibendrinimai

Mūsų manymu aštuonis mėnesius per metus mažos autonominės saulės jėgainės yra pranašesnės už mažas autonomines vėjo jėgaines, nesvarbu horizontalios ar vertikalios ašies. Likusius 2–3 mėnesius tikrai galima džiaugtis vėjo jėgainių pranašumu. Ir 1–1,5 mėn. per metus nepadeda nei saulės, nei vėjas. Tenka mažinti poreikius, statyti žymiai galingesnę saulės ar vėjo jėgainę arba deginti benziną / dyzelį / dujas.

Kalbant vien tik apie investicijų susigrąžinimą bei turint elektros įvadą nepasimoka statyti mažos vėjo jėgainės, kadangi ji niekada neatsipirks. Ir naudos iš jos irgi didelės nebus. Maža vėjo jėgainė gali būti naudinga tik labai mažiems elektros energijos poreikiams tenkinti, taip pat taupiajam lauko apšvietimui, valdymo, stebėjimo, telekomunikacijų ar kitos įrangai maitinimui.

Labai atviruose vietovėse dažniausiai pučia besikeičiančios krypties gūsingas vėjas, kuris ženkliai mažina vėjo jėgainės našumą. Turbulencijos iššaukia vibracijas, dėl kurių ankščiau laiko subyra generatoriaus guoliai. Tokiose vietovėse aplamai nepatartina statyti mažų jėgainių. Bet jeigu jau ryžotės, rinkitės vertikalios ašies vėjo jėgainę, kuri bus našesnė atsparesnė vėjo griaunamai jėgai.

Jeigu nutarėte investuoti vien tik į vėjo jėgainę (be saulės jėgainės), rinkitės galingesnę.

Dar vienas niuansas, į kurį verta atkreipti dėmesį ir apie kurį mes patys sužinojome tik praeitų metų gruodį, tai įdomūs gamtiniai reiškiniai, kurie įtakoja vėjo jėgainės veikimą. Mūsų 1 kW horizontalios ašies vėjo jėgainė veikia jau trečius metus. Iki šiol nuo spalio iki gruodžio pradžios būdavo stiprūs vėjai, o gruodį visiškas štilis. Kitaip tariant, visais metais gruodį jėgainė visai nesisuko. 2013 m. lapkritis buvo mažai vėjuotas ir jėgainė daugiau +„ilsėjosi“, nei sukosi. O nežiemiškas gruodis buvo vėjuotas, tačiau jėgainė nesisuko! Kartais vėjo gūsiai būdavo net 8 m/s, o sparnai stovėjo vietoje, jėgainė sukosi tik aplink savo ašį. Net manėme, jog susidėvėjo guoliai ir buvome ją nuleidę. Mūsų nuostabai, patikrinus ją viskas buvo gerai. Suktis ji pradėjo tik sausio mėn. Šį reiškinį siejame su šiltu gruodžiu. Susidarydavo oro sluoksniai, dėl kurių palei neįšalusią žemę jautiesi stiprus vėjas, +/- 10 metrų aukštyje vėjas buvo silpnas, o dar aukščiau vėl stiprėjo. Prieš savaitę vėjo greitis buvo 8 m/s ir jėgainė vis dar nesisuko. Ji kelias valandas sukiojosi į vieną ir kitą pusę, mėtėsi ir galų gale staiga išsisuko. Nuo to laiko ji sukasi pastoviai, išsisuka nuo menkiausio vėjelio. Tiesiog žemė pašalo ir pasikeitė oro srautai.

Ir pabaigai norėtume patarti, kad nesirinktumėte nepatikrintų kiniškų vėjo jėgainių ir tikrai nepirktumėte jų savarankiškai tiesiai iš gamintojo Kinijoje. Įvykus garantiniam gedimui ilgai šauksitės pagalbos ir nėra jokios tikimybės, jog prisišauksite. Yra vienetai gerų kiniškų gamintojų. Visų likusių produkcija turi vienokių ar kitokių trūkumų jau nuo pat pirmos dienos. Visų pirma negalima pasikliauti jų techninėmis charakteristikomis, generatorių apvijos turi prastą izoliaciją, įkrovimo valdikliai dažnai sudega, inverteriai bijo perkrovų ir turi didžiules elektros energijos sąnaudas neapkrautame režime. Nuo vibracijos (nepadeda jokie balansavimai) atsisuka sparnuotės varžtai, subyra guoliai. Yra daug kitų trūkumų, kurių eiliniai vartotojai net nepastebi, tačiau perkant tokią nekokybišką įrangą, jie yra apgaudinėjami.