57.65 руб 69.07 руб

( 495 ) 229-67-27

Ветровые электростанции

Ветер является вездесущим носителем энергии, неугомонная сила которого причиняет не мало хлопот человечеству в моменты стихии. Существуют целые институты и лаборатории по исследованиям ветра и прогнозированию его разрушительных налетов. Для характеристики силы ветра пользуются шкалой Бефорта. Она принята в 1963 году Всемирной метеорологической организацией в качестве стандарта для ветра у земной поверхности на высоте 10 метров над открытой ровной площадкой.

Энергия ветра использовалась для хозяйственных нужд с незапамятных времен. С помощью ветра парусные корабли бороздили моря и океаны. Ветронасосы качали воду для орошения полей и садов, а ветромельницы мололи зерно и делали крупы. С началом освоения электричества в XIX веке сотни тысяч ветрогенераторов стали снабжать электроэнергией людей на всех континентах. И не будь жадного интереса к высококалорийному оргтопливу (уголь, нефть, газ) для создания сверхмощных ТЭС, ветроэнергетика могла бы стать одним из главных источников электрической и тепловой энергии на Земле. В России в начале XX-го века было более 250 тыс. ветровых (или ветряных – что одно и то же) мельниц. На них перемалывалась половина всего зерна – 4 млрд. пудов (33 млн. тонн) в год. К середине века их полностью не стало.

В европейских странах ветроэнергетика со второй половины XIX-го века начала широко применяться для выработки электроэнергии. Ветровые электростанции тогда успешно конкурировали с гидроэлектростанциями и паропоршневыми (локомобильными) ТЭС. На смену тяжелым мельничным ветрякам пришли мобильные высокоскоростные лопастные ветродвигатели мощностью от 10-20 Вт до 100 кВт и выше. Однако, интенсивная милитаризация ведущих стран мира, подготовка и ведение мировых войн требовали от властей в сотни и тысячи раз больше электроэнергии. Задачу эту способны были решить только ТЭС, так как они быстро сооружались и имели несравнимо более высокую концентрацию мощности. Таким образом, роль ветроэнергетики была несправедливо оттеснена, хотя интерес к ней никогда полностью не угасал. Так, например, в Дании в период Второй мировой войны на долю ВЭС приходилось до четверит производимой электроэнергии, составляя величину более 80 млн. кВт/ч. Дания и теперь поражает мир своей приверженностью ветровой энергетике. Ежегодно здесь вводятся ВЭС суммарной мощностью до 300 тыс. кВт, а коммерческая мощность отдельных ветроагрегатов повысилась уже до 1500 кВт и даже больше.

Кое-что в этой сфере делалось и у нас (в бывшем СССР и в России). Так, в 50-е годы выпускалось ежегодно более 10 тыс. ветроагрегатов мощностью от 1 до 15 л.с. (0,7 – 11,0 кВт). Их типы: ТВ-8, ТВ-5, Д-12, ВЭ-2, ВБЛ-3, ВПЛ-4, «Беркут», «Вердан» и др. Они широко использовались в сельской местности в качестве приводов к водонасосам, воздушным компрессорам, крупорушкам, электрогенераторам и т.д. С начала 60-х годов (после снятия запрета на присоединение сельских потребителей к промышленным сетям) два-три десятилетия наблюдался спад в ветроэнергетике. Однако ныне интерес в ВЭС постепенно возвращается, их включают в программы перспективного развития. К выпуску ВЭС подключаются предприятия авиационного профиля.

Из других стран мира, где ветроэнергетике всегда отводилась приоритетная роль, наряду с Данией интересен опыт Голландии, Германии, США, КНР и других. Только в одной Австралии, к примеру, в начале 70-х годов в овцефермерских хозяйствах насчитывалось около 300 тыс. ветронасосных установок и малых ветроэлектростанций. Ныне в мире функционирует несколько миллионов ВЭУ мощностью от 0,1 до 3000 кВт и более. На их долю в выработке электроэнергии приходится порядка 1,0%. Например, в штате Калифорния США работает свыше 17 тыс. электрогенерирующих ветроэнергетических установок (ВЭУ) мощностью от 250 до 1000 кВт, а их доля в балансе электропроизводства превышает 5%. В условиях постоянного удорожания органического топлива (угля, нефти и газа) и роста транспортных затрат на их доставку к ТЭС, а также непрерывного ухудшения экологии планеты роль ВЭС неуклонно увеличивается. К этому призывают экологи и общественность мира.

Ныне в решении проблем топлива и экологии ветроэнергетике принадлежит одно из первых мест. Вот почему год от года возрастает спрос на ветровую технику, совершенствуются ее технические показатели, разнообразится сфера ее применения.

Чрезвычайно интересна, например, ветротепловая установка, где механическая энергия ветроколеса преобразуется в специальном агрегате (теплогенераторе) в тепловую энергию. В качестве рабочего тела используется вода (циркулирующая в отопительной системе или системе горячего водоснабжения) либо тугозамерзающие вещества типа тосола, солевых растворов, глицерина и др. Ветротеплогенератор, в отличие от ветроэлектростанции, обладает рядом преимуществ: утилизируется почти весь потенциал ветра, начиная от скорости 1-2 м/сек. и до любых максимальных величин, у него нет редуктора (дорогостоящего и снижающего КПД ВЭУ промежуточного звена между ротором ветроколеса и электрогенератором), он элементарен в обслуживании (отсутствует сложная автоматика), намного дешевле ВЭС. Часть мощности ВЭУ при этом может отбираться для привода электрогенератора.

Надо заметить, что современные ветроэнергоустановки (ВЭУ), несмотря на кажущуюся простоту и легкость, на деле являются агрегатами весьма взыскательными к конструкциям вращающихся элементов. Работая в условиях меняющихся температур от +50 до -50С, под давлением больших и порывистых скоростей воздушных потоков, быстрых перемен направления ветра (при которых вектор скоростей на концах и у корня лопасти может быть противоположного знака), ВЭУ претерпевает тяжелейшие знакопеременные нагрузки и перегрузки. Все эти обстоятельства требуют применения при изготовлении ВЭУ, высоких технологий и специальных материалов (например, композитов и др.). Не случайно в изготовлении ВЭУ практикуются многие авиастроительные компании Европы, Америки, России, Украины и др. Это хорошо для качества ВЭУ, но плохо для экономики, так как цена на них (на единицу мощности) приближается к стоимости вертолетов и бомбардировщиков. Под патронажем авиаторов ветроэнергетика может попасть в «зону недосягаемости» для земной энергетики, она не сможет конкурировать на тесном энергорынке. Порочный круг может быть разорван, если широкое освоение ветротехники перейдет к энергомашиностроительным заводам, которые блестяще освоили производство паротурбинного оборудования, гидротурбин, электрогенераторов и др. При этом не лишней будет кооперация, а также использование опыта и наработок авиаспециалистов и других и других смежников. Только так возможно избежание цен на современные ветроэлектростанции. Авиапромышленность же заведомо не сможет выпускать дешевые ветровые агрегаты. Объективно удельная стоимость 1 кВт мощности ВЭС должна быть намного дешевле ТЭС, ГЭС и АЭС. Ведь в отличие от последних для ветроэлектростанции не требуется ни огромных главных корпусов (как на ТЭС, густо начиненных оборудованием и трубопроводами), ни сложного топливного хозяйства, ни высоченных дымовых труб, ни водоочисток величиной с целый химзавод, ни сложных плотин и техводоснабжения, ни сотен тысяч единиц арматуры, насосов, теплообменных аппаратов, ни тысяч километров кабелей и т.д. Отсюда можно сформулировать следующие рекомендации для производителей и владельцев ветрогенераторов, решивших занять и расширить свою нишу на энергорынке:

  • неразумно взвинчивать стоимость ветромашин выше 100дол./кВт;
  • максимально кооперироваться в изготовлении отдельных деталей и узлов с другими машзаводами (в т. ч. и с зарубежными), чья продукция заведомо качественнее и дешевле или не намного дороже при гарантийном качестве;
  • не следует излишне усложнять конструкцию систем управления и автоматики ветряка в погоне за КПД, если получаемый при этом выигрыш не покрывает за 2-3 года понесенных затрат. Например, вряд ли оправданно применение дорогого и не всегда надежного устройства по повороту лопастей, использование тяжелых и дорогих синхронных генераторов, сложных и тяжелых башен;
  • осваивать ветротехнику не только для производства, но и тепла.

С гидроэнергетикой ВЭС роднит возобновляемость из энергоносителей (потоков воды и ветра, непрерывно оборачивающихся в природе в течение каждого года). Зато в отличие от ГЭС для ВЭС не требуется сооружение дорогостоящих плотин и затопления прилегающих земель и лесов, перемещения населенных пунктов. Кроме того ГЭС можно соорудить лишь на реках, а ВЭС может устанавливаться в любом месте, где есть ветровой ресурс.

Наиболее сложным строительным сооружением ВЭУ является фундамент под башню. Учитывая величину, а также часто и быстро меняющуюся знакопеременность опрокидывающих нагрузок на агрегат, фундамент представляет немалую трудность в исполнении, а потому требуется как высокая квалификация исполнителей, так и высокое качество исполнения работ.

Подобно любому другому источнику энергии, ветроэлектростанции имеют характерные для них преимущества и недостатки. К числу принципиальных плюсов, выгодно отличающих ВЭС, относятся:

  1. отсутствие потребности в топливе и других расходных материалах: воде, химреагентах, трубах и др.;
  2. высокая заводская готовность агрегата, что исключает большие объемы строймонтажных работ, для установки требуется только устройство фундамента. Монтаж и наладка могут занять для больших ВЭС от одного до нескольких дней, а малых – считанные часы;
  3. отсутствие необходимости строительства производственных зданий, громоздких сооружений (типа эстакад), железных дорог, гидросооружений и т.д.;
  4. высокая экологичность. Слухи о вреде ветряков для человека и животных, об исчезновении с прилегающих территорий дождевых червей и насекомых, о массовом бое птиц и т.д. нигде практикой работы ВЭС подтверждения не находят. Вблизи от ВЭС имеется определенный шум, не идущий в сравнение с шумом самолета или тепловоза, но шумит ведь даже настольный вентилятор или электробритва, однако ни у кого это не вызывает раздражения;
  5. высокая производительность труда обслуживающего персонала (в 30-40 раз выше, чем на ТЭС или АЭС);
  6. высокая надежность (безаварийность) и технологическая безопасность;
  7. адаптированность к метеорологическим и климатическим перепадам и аномалиям;
  8. транспортабельность узлов и отдельных крупных элементов ВЭС по любой территории, не требующая сооружения специальных мостов, дорог и т.п.;
  9. высокая ремонтабельность ВЭС, не требующая не больших материальных затрат, ни длительного простоя в ремонте, ни большого ни большого числа ремонтников.

ВЭС позволяет реально экономить по 400-500 граммов условного топлива (или четверть литра солярки) на каждом кВт/ч, подаренном ветром. Например, ВЭС мощностью 550 кВт выработает в течение года 1,5-2,2 млн. кВт/ч Электроэнергии и сэкономит 375-550 тонн мазута или дизельного топлива. Указанного количества электроэнергии может хватить для обеспечения нужд целого села на 150-200 дворов.

Вопрос эффективности ветроэнергетики часто дискутируется на разных уровнях. Конечно, если под рукой имеется дешевая электроэнергия, либо топливо для выработки ее на ТЭС – это один вопрос. Но когда топливо нужно доставлять за тысячи километров, к тому же оно дорого и дефицитно, глупо пренебрегать возможностью воспользоваться «божьим даром». Вот один пример. В Дании ветрокооператив, объединяющий 50 семей, приобрел и установил ветряк 200 кВт (башня 30 м, диаметр ветроколеса 25 м, скорость вращения 42 об./мин). Стоимость капитальных затрат составила 215 тыс. долл. в том числе фундамент – 9 тыс. долл., подключение к сети – 36 тыс. долл., аренда земли – 20 тыс. долл., сама ВЭС – 150 тыс. долл. Среднегодовое производство электроэнергии составляет 460 тыс. кВт/ч и реализуется за 35 тыс. долл. (по 7,6 цента при себестоимости 4 года и 2 месяца. Ныне каждый член кооператива получает свою долю средств от продажи электроэнергии и считает, что с большой выгодой для себя вложил свои средства. Подобных кооперативов в Дании много. Наиболее преуспевающих владельцев ВЭС именуют даже «ветробаронами».

К особенностям ВЭС, как уже указывалось, следует отнести специфику сооружения фундамента. Учитывая условия работы ВЭС (при больших перепадах парусного напора и температуре воздуха, знакопеременность нагрузочных векторов и др.), фундамент является уникальным инженерно-строительным сооружением. Выполнить его качественно под силу лишь специалистам высокого класса, способным гарантировать устойчивость основания ВЭС к резким опрокидывающим нагрузкам. Данное обстоятельство, безусловно, несколько удорожает стоимость ВЭС.

По мере снижения удельной стоимости ВЭС и возрастания цен на топливо ветроэнергетика может встать в один ряд с традиционными электростанциями: ТЭС, ГЭС и АЭС. По некоторым оценкам, в России такое вероятно к 2010-2025 гг.

Существует множество конструкций ветроагрегатов: карусельного, роторного, барабанного, крыльчатого и другого типа. Однако коэффициент использования энергии ветра наибольшим оказывается у ВЭС крыльчатого типа, т.е. башенных машин с лопастями, похожими на лопасти вертолетов.

У ветромашин карусельного и роторного типа ось вращения рабочих лопастей вертикальна. Отсюда и наименование класса этих ВЭС – с вертикальной осью. Ветер в них давит на лопасти, расположенные по одну сторону оси, лопасти по другую сторону оси прикрываются ширмой либо специальным приспособлением. Ввиду того, что лопасти движутся по направлению потока, их окружная скорость не может быть больше скорости ветра. По этой причине данному типу ВЭУ характерны тихоходность, громоздкость и невыносимый коэффициент использования энергии ветра (0,15-0,20). Эти минусовые качества частично компенсируются простотой изготовления и обслуживания, а также высокой надежностью их работы.

Опыт работы ВЭС быстро и уверенно набирает потенциал серьезного, современного и перспективного энергоисточника. Можно с полной уверенностью прогнозировать, что к середине текущего столетия доля ВЭС в электропроизводстве многих стран составит 10-20% и более, так как это как раз тот случай, когда «игра стоит свеч». Нужно лишь добиваться удешевления их стоимости, а это есть, прежде всего, производное от серийности. Штучное изготовление ВЭУ никогда не станет рентабельным, даже если нефть подорожает до 100долл./баррель. Потенциал же машиностроительных заводов РФ таков, что после освобождения от тяжелого бремени военных заказов, они с успехом могли бы заполнить не только отечественные рынки, но и все зарубежные первоклассными ветряками мощностью от 100 Вт до 1-3 МВт. Кроме того, ВЭУ могли бы поставляться в агрегированном комплекте не только с электрогенераторами, но также с тепловыми установками, водоподъемными насосами, мельницами крупорушками и другими механизмами. В современном мире, экономический эффект от серийного освоения многопрофильной ветроэнергетической техники невозможно переоценить. Особенно если учесть, что две трети территории нашей страны вне зоны действия электрических сетей «ЕЭС России». На неэлектрофицированные территории ежегодно завозятся миллионы тонн угля, солярки и мазута. В то же время необузданные силы ветра буйствуют там лишь с разрушительными функциями. Опыт организации выпуска ВЭС на промышленной основе (в кооперации 26 машиностроительных заводов гражданского и оборонного комплекса) был накоплен в 90-е годы XX-го века в Башкирии. Однако, по причине «схода с дистанции» тех государственных структур, по инициативе которых была организованна эта работа (ЦК КПСС, Госплан СССР, Минводхоза СССР и др.), успешное творчество в ветроэнергетике прервалось, толком и не начавшись. Тем временем, могучая энергетика России, созданная умом и старанием нескольких поколений россиян, медленно угасает и деградирует. Мир же тем временем все дальше отрывается от нас во всех видах энерготехнологий, в т. ч. и в области ветротехники.


Название страницы:  Ветровые электростанции

Возврат к списку

Главная Компания Каталог Аренда Сервис Новости Проекты Контакты
Копирайт