Ветровая энергетика: состояние проблемы

, использующих  дорогостоящее топливо , когда расходы на транспортировку

только топлива  часто поднимают стоимость единицы  произведенной энергии в

десятки раз от стоимости энергии в лучших централизованных сетях

электропередач. В  небольших сетях электропередач установки, подающие

электроэнергию, являются гораздо более гибкими: современный  комплект

генераторов на дизельном  топливе можно запустить , синхронизировать и

подключить к  изолированной сети менее чем  за две секунды. Преобразование

энергии ветра  является альтернативным возобновляемым источником энергии ,

чтобы заменить дорогостоящее  топливо. Новые исследования технической

осуществимости  проектов использования ветроустановок совместно с

дизельгенераторами в изолированных сетях показывают ,что мировой потенциал

для независимых  систем WECS даже выше, чему систем WECS, подключенных в

обычные сети электропередач. В таблице 6 приведены параметры  действующих

ветро-дизельных систем. Указанные системы были построены в 1985-1990 г.г. Их

эксплуатация выявила  необходимость совершенствования  систем, создания

автоматизированного управления.

         Таблица 6. Параметры действующих ветро-дизельных систем.        

    

 

    

Ветроэнергетика в России 

В России существует значительный нереализованный задел  в области

ветроэнергетики. Фундаментальные исследования аэродинамики ветряка ,

осуществленные  в ЦАГИ , заложили основу современных ветротурбин с высоким

коэффициентом использования  энергии ветра. Однако жесткая ориентация на

большую гидроэнергетику  и угольно-ядерную стратегию и почти полную глухоту к

новациям и экологическим  проблемам надолго затормозило  развити

ветроэнергетики. Выпускаемые “ Ветроэном” ветроустановки не отвечали

современным требованиям  и представлениям высоких технологий

ветроэнергетической индустрии. Толчком для дальнейшего  продвижения и создания

современного ветроэнергетического оборудования стала федеральная  научно-

техническая программа  “Экологически чистая энергетика”[193] . Для участия и

получения финансирования были отобраны лучшие проекты ветроэнергетических

установок различных  классов по мощности. Были разработаны  проекты

ветроагрегатов мощностью до 30 кВт , 100 кВт, 250 кВт, 1250 кВт.

Начавшаяся перестройка, развал экономики и прекращение  финансирования по

программе не позволила  довести указанные проекты до коммерческого уровня.

Почти все проекты  остались на уровне опытных и макетных образцов. Опытный

образец ветроагрегата мегаваттного класса был спроектирован и построен МКБ

“Радуга” , который организовал кооперацию предприятий авиационной

промышленности. Разработка, изготовление и строительство финансировалось

правительством  Калмыкии. Ветроагрегат был построен недалеко от Элисты и

успешно работает , вырабатывая 2300-2900 тыс. кВт ч электроэнергии в год.

Ветроагрегат подключен к сети. В МКБ “ Радуга” были спроектированы

ветроагрегаты мощностью 8кВт и 250 кВт. Российской Ассоциацией развития

ветроэнергетики “ Energobalance Sovena” совместно с Германской фирмой Husumer

SchiffsWert (HSW) были изготовлены 10 ветроагрегатов сетевого исполнения

единичной мощностью 30 кВт. Ветропарк с установленной мощностью 300 кВт был

построен в 1996 г. в Ростовской области и запущен  в эксплуатацию.

Сегодня возможны следующие сценарии развития ветроэнергетики  в России:

·        закупка и монтаж зарубежных ветроагрегатов;

·        трансферт западных технологий и  организация производства в России ;

·        кооперация с зарубежными фирмами  и производство ветроагегатов в

России ;

·        организация производства собственных  ветроагегатов, ноу-хау которых

защищено международным  законодательством .

Для России предпочтительней последний сценарий, однако он сдерживается

существующим налоговым  законодательством, монополией производителей

электроэнергии, отсутствием  инвестиций и развалом производства.

    

Фундаментальные знания в области  ветроэнергетики 

    

 
 

На примере совершенствования  модели ветра можно показать что  углубление

знаний в этой области позволило приблизиться к адекватной модели

преобразования  энергии На рис. показаны: использование упрощенной модели

ветра с осредненными параметрами по времени и в  пространстве до 70 годов,

учет изменения  скорости ветра по высоте в 75 годы, использование  турбулентной

модели ветра  в 85 годы.

     а)                                                              б)

в)

Модели ветра. а) Осреднение по времени и пространству, б) Изменение скорости

ветра по высоте, в) Турбулентная модель ветра

    

Минусы  ветроэнергетики 

Ветер дует почти  всегда неравномерно. Значит, и, генератор  будет работать

неравномерно, отдавая  то большую, то меньшую мощность, ток  будет

вырабатываться  переменной частотой, а то и полностью  прекратится, и притом,

возможно, как раз  тогда, когда потребность в нем  будет наибольшей. итоге

любой ветроагрегат работает на максимальной мощности лип малую часть времени,

а в остальное  время он либо работает на пониженной мощности, либо просто

стоит.

Для выравнивания отдачи тока применяют аккумуляторы, но это как уже

отмечалось, и дорого, и мало эффективно.

Интенсивности ветров сильно зависят и от географии. ВЭС  выгодно использовать в

таких местах, где  среднегодовая скорость ветра выше 3,5—4 м/с для небольших

станций и выше 6 м/с для станций большой мощности. В нашей стране зоны с V

S: 6 м/с расположены, в основном на Крайнем Севере, вдоль берегов Ледовитого

океана, где потребности  в энергии минимальны (табл. 7).

Таблица 7. Возможности  использования энергии ветра  в СНГ

    

 

Как следует из приведенных выше цифр, мощность одной  ветроустановки не

превышает в исключительных случаях 4 МВт, а в серийных установках — 200-250

кВт. Но и при  столь малых мощностях, ветроагрегаты — довольно громоздкие

сооружения. Даже сравнительно небольшой ветроагрегат "Сокол" мощностью 4 кВт

состоит из мачты  высотой 10 м (с трехэтажный дом) и  имеет диаметр

трехлопастного  ротора 12м (который принято называть "колесом", хотя это вовсе

и не колесо). ВЭС  на большие мощности и размеры  имеют соответствующие. Так,

установка на 100 кВт  имеет ротор диаметром 37 м с  массой 907 кг, а ротор

установки "Гровиан" обладает размахом лопастей 100 м при высоте башни тоже

100 м, т.е. выше 30-этажного дома! И при этом  такая башня должна быть

достаточно массивной и прочной, чтобы выдержать и массу громадного ротора, и

вибрации, возникающие  при его работе. Развивает вся  эта махина сравнительно

небольшую мощность — всего 3-4 МВт, а с учетом простоев из-за штилей и работы

на пониженной мощности при слабом ветре, средняя  мощность оказывается и того

ниже — порядка 1 МВт (такое соотношение между  номинальной и средней

мощностями ВЭС  подтверждает следующий факт: в Нидерландах  на долю ВЭС

приходится 0,11 % всех установленных мощностей, но вырабатывают они только

0,02% электроэнергии). Таким образом, для замены только одной АЭС мощностью 4

млн. кВт потребовалось  бы соорудить около четырех тысяч (!) таких монстров с

соответствующим расходом стали и других материалов (табл. 8). Если бы мы не

захотели связываться  с такими уникальными гигантами  и решили развивать

ветроэнергетику на серийных ветроагрегатах мощностью 4 кВт (средняя мощность

1 кВт), то их  бы потребовалось для такой  замены около 4 млн. штук. При таких

масштабах количество, как говорится, переходит в качество, и возникают

проблемы совсем иного рода.

Таблица 8. Параметры  ВЭС для замены одной АЭС мощностью 4 млн. кВт