В энергетике нашей cтраны дoля вoзoбнoвляемых иcтoчникoв энергии – вoды, ветра, coлнца, биoмаccы и т.п. – не превышает 1,5%, нo уже к 2015 гoду мoжет вoзраcти дo 3–5%. При этoм, еcли в ближайшем будущем в Рoccии ветрoвая и приливная энергетика пoлучит активнoе развитие, тo к 2020 году общая доля возобновляемых иcточников в производcтве энергии может доcтичь 10%.
Евроcоюз, в чаcтноcти, компании ICF International, (Великобритания) и COWI A/S, (Дания) финанcируют Роccийcкий проект в облаcти использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Его бюджет составляет 2 млн евро. Первоначальный срок проекта был определен до конца 2009 г., но в связи с финансовым кризисом, сроки могут корректироваться. Цель этого проекта – оказание поддержки правительству РФ и региональным властям в разработке законодательной и нормативной базы для стимулирования использования ВИЭ. Для его реализации были выбраны Астраханская и Нижегородская области и Краснодарский кр. В этих регионах накоплен опыт реализации проектов по ВИЭ, местная администрация готова к их внедрению. В Астраханской обл., где 300 дней в году светит солнце, накоплен опыт использования солнечных батарей, в Нижегородской обл. значителен ресурс биомассы, с которой местная энергетика активно работает, Краснодарский кр. применяет как солнечную энергию, так и ветровую для производства электроэнергии и тепла. В условиях истощения традиционных источников энергии использование ВИЭ становится экономически все более выгодным. Энергетическая политика ЕС, принятая еще в январе 2007 г., предусматривает увеличение к 2020 г. доли ВИЭ с существующих 7 до 20%. В соответствии с энергетической стратегией РФ к 2010 г. за счет ВИЭ планируется генерировать дополнительно 1000 МВт электроэнергии.
Согласно прогнозам, к 2010 г. недостаток энергомощностей в России может составить до 20 ГВт. Затраты на энергосбережение оцениваются экспертами втрое меньше соответствующих инвестиций в новые энергетические объекты. Повышение эффективности использования энергии позволит сэкономить до 43 ГВт мощностей. Рост спроса на электроэнергию в России прогнозируется на уровне 4–5% в год. По оценкам западных аналитиков (Международного энергетического агентства), до 2015 г. спрос на энергию в России будет расти на 1,7–2,2%.
Сегодня мировая ветроэнергетика – бурно развивающаяся индустрия с миллиардными оборотами. Германия, например, покрывает 7% своего энергопотребления; Дания планирует к 2030 году с помощью ветроэнергетики довести этот показатель до 50%.
Основная задача программы развития ветроэнергетики в России – создание эффективных систем децентрализованного энергоснабжения потребителей на основе комплексного использования местных топливных и возобновляемых энергетических ресурсов.
Многофункциональный энергетический комплекс (МЭК) – это система, состоящая из отдельных модулей, конструктивно и функционально совместимых между собой (ветрогенератор + дизель-генератор). В настоящее время проведены НИОКР, позволяющие решить задачу электромагнитной совместимости ветрогенераторов с локальными электрическими сетями и дополнительными источниками мощности (дизель-генераторами) для режимов недостатка мощности ветроэлектростанции.
В рамках программы разработана и построена дизельная электростанция, оснащенная всережимным генератором БГУ-200 мощностью 200 кВт и высокоточной системой управления топливным насосам дизеля, позволяющими на практике реализовать возможность автоматического управления агрегатов в составе МЭК, для их параллельной работы с контролем частоты и фазы вырабатываемой электроэнергии.
Развитие сетевой ветроэнергетики в России достаточно проблематично: для эффективной работы сетевых ветрогенераторов необходимо подключение их к сети сопоставимой мощности и высокое качество электроэнергии, обеспечиваемое этой сетью. В нашей стране, к сожалению, до сих пор отсутствует законодательная и нормативная базы, позволяющие независимым производителям продавать электроэнергию энергосистемам и даже включать свои генерирующие мощности в эту энергосистему.
Для частного использования, например, в загородных домах ветрогенераторы подходят практически идеально. Ветроэнергетика в нашей стране сегодня только зарождается, точнее говоря, возрождается. Пока нет моделей ветрогенераторов отечественного производства, использовавшихся длительное время.
Ветрогенераторы отечественного производства мощностью от 1 кВт до 10 кВт могут обеспечить потребности в электроэнергии типового частного дома. Неоспоримым преимуществом ветрогенераторов отечественного производства является то, что в отличие от большинства западных образцов, наши установки способны работать в экстремальных условиях: при очень низкой температуре и большой скорости ветра. Интеграция ветрогенератора с дизель-генератором позволяет экономить до 50% топлива последнего и достичь фактически стопроцентно надежного электроснабжения частного дома.
Ветрогенераторы можно разделить на промышленные и домашние (для частного использования). Промышленные устанавливает государство или крупные энергетические корпорации. Как правило, их объединяют в сети. Получается ветровая электростанция. Ее кардинальное отличие от традиционных (тепловых, атомных) – полное отсутствие сырья и отходов. Единственное важное требование для ВЭС – высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.
Примером ветрогенератора малой мощности может служить разработка российских инженеров, специалистов компании «СОС220», которые создали ветрогенератор малой мощности (серия OrtekLX220) для снабжения электричеством небольших потребителей – дач, коттеджей, сельских построек, рекламных щитов, уличного освещения, сотовых базовых станций. При высоте 8,5 м, занимает 2,5 쬬¬2 площади.
Основные узлы ветряка: мачта, лопасти, генератор, контроллер, инвертор, промышленные аккумуляторы. Монтаж ветрогенератора крайне прост и не требует специальных знаний. Установка работает при ветре 5–25 м/с. В безветренную погоду установка выдает ток, накопленный в мощных герметизированных аккумуляторах (до 48 ч подачи электричества в период безветрия). Когда ветер крутит лопасти, вырабатываемое электричество заряжает аккумуляторы и одновременно используется потребителем. Ветровая установка производит до 800 кВт электричества в месяц, не требует контроля и полностью автономна. Единственный элемент, требующий замены – промышленные аккумуляторы, расчетный срок службы которых достигает восьми лет. Ноу-хау установки – контроллер, лопасти строго
определенной конфигурации и инвертор. Генератор, используемый в ветрогенераторах SOS220, компактен и абсолютно безвреден для окружающей природы. Производится на оборонном предприятии Зауралья. За счет высоких оборотов он не создает вредных низкочастотных волн, в отличие от зарубежных генераторов, которые относятся к низкооборотным и генерируют их.
Сегодня ветрогенератор – высокотехнологичное изделие мощностью от 100 Вт до 6 МВт единичной мощности. Ветрогенераторы современных конструкций позволяют эффективно использовать энергию даже самых слабых ветров – от 2 м/с. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть» но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности. Ветер раскручивает ротор генератора (как правило, синхронный трехфазный ротор с возбуждением от постоянных магнитов напряжением 24 В). Полученное электричество подается через контроллер на аккумуляторы. Инвертор преобразовывает напряжение на контактах аккумулятора в пригодное для использования (от 24 В до 220 В, 50Гц).
Существуют два вида ветровых электростанций: с горизонтальной осью – привычный всем пропеллер и станции с вертикальной осью вращения. Вторые, несмотря на то, что генератор у них находится под мачтой и нет необходимости ориентировать конструкцию на ветер – менее популярны. Дело в том, что для их работы требуется более сильный ветер и внешний источник для запуска.
Ветровая электростанция, независимо от мощности, состоит из мачты (телескопическая, монолитная и др.), на вершине которой устанавливается контейнер с генератором и редуктором. Редуктор снабжен лопастями, улавливающими потоки воздуха. Контейнер закреплен подвижно и способен разворачиваться вслед за ветром.
Разработанный российскими специалистами новый тип ветроэлектростанции состоит из вертикальной оси, на которой закреплены несколько лопастей со специальным профилем изгиба. Турбина станции через манипулятор приводит во вращение генератор. Станция может вырабатывать постоянный ток с напряжением 12, 24, 36, 48 В, что делает ее безопасной в эксплуатации.
Оснащение станции преобразователем и накопителем энергии позволяет получать напряжение 220 В и 380 В требуемого качества. Мощность генератора, установленного на станции, составляет 1,3–1,8 кВт при 450 оборотах в минуту. При комплектации ее аккумулятором и преобразователем можно получить 5 и более кВт. Станция представляет собой рамную кассету высотой до 3 м. Ее можно устанавливать на крыше здания, на транспортное средство, на различные возвышенности, в труднодоступных местах. Она поставляется с рамными блоками любой высоты.
Вес станции в сборе составляет менее 100 килограммов. Ее можно смонтировать в несколько этажей (одна на другую) либо соединенные между собой в горизонтальной плоскости по принципу монтажа кабин (кубиков). Установка не создает инфра-шумов, не уничтожает насекомых и птиц, не наносит вреда здоровью человека, что позволяет устанавливать ее на крышах жилых домов и рядом с ними. Имеется большой коэффициент съема энергии ветра по сравнению с традиционными станциями. Конструкция станции запатентована и укомплектована специальными блоками, изготовленными в разных частях света.
Ветроэлектростанция cостоит из головки (ветротурбина, генератор, поворотное устройство), блока управления и преобразования, мачты и аккумуляторной батареи. Форма выходного напряжения – модифицированая синусоида, что позволяет запускать электродвигатели (холодильники, глубинные электронасосы и т.д.) Снабжена системой стабилизации скорости вращения ветротурбины. Применяется как в местах где отсутствует сетевая энергия (туристические лагеря, полевые фермерские базы, дачные участки, питание автономных комплексов), так и в качестве резервного источника электроэнергии для частных домов, коттеджей.
Бытовые приборы, в основном, рассчитаны на переменный ток напряжением 220 В. Ветрогенератор вырабатывает постоянный ток напряжением 12 В. Поэтому потребитель может найти приборы, питающиеся от источника постоянного тока, а может укомплектовать свою электростанцию инвертором, который хоть и увеличит общую стоимость, но избавит пользователя от поиска редко используемых 12-вольтовых устройств и от контроля за зарядом/разрядом аккумуляторов.
Для расчета параметров каждого из компонентов необходимо знать несколько простых вещей: электроэнергию приборы потребляют не постоянно, а ограниченное время; аккумуляторную батарею желательно иметь с запасом емкости; не стоит бездумно тратить электричество, в условиях автономности этот вопрос как никогда актуален; мощность вашей электростанции можно наращивать постепенно; лучше иметь две малых системы, чем одну большую.
Какой бы ни был мощный ветрогенератор, сам по себе на сто процентов проблемы электроснабжения он решить не может. Автономный ветрогенератор нуждается в резервировании, поскольку даже в самых ветреных регионах случаются продолжительные штили. Увеличивать емкость батареи пришлось бы до нереальных значений, чтобы хватило, допустим, на неделю. Кроме того, это связано и с большими финансовыми затратами.
Обычно в этом случае запускается бензо- или дизель-генератор, который работает, пока опять не подует ветер. Но дизель-генератор очень дорогое удовольствие для непостоянной бытовой нагрузки. Если в среднем потребляется 500 Вт, а работает пятикиловатный генератор, стоимость 1 кВт•ч возрастает в несколько раз. Работа дизель-генератора с нагрузкой менее 15% более 10 мин запрещена. Этой проблемы можно избежать, если эксплуатировать дизель-генератор в составе гибридной установки (совместно с ветрогенератором). В этом случае дизель-генератор дозагружается зарядным током батареи практически до номинала. Тем более что мощная аккумуляторная батарея и инвертор обычно входят в комплект поставки ветрогенератора.
Такой гибридный комплекс состоит из ветро-турбины, мачты с растяжками, регулятора заряда с балластным сопротивлением, блока управления и блока оптимизации нагрузки дизеля для совместной батареи, дизель-генератора и инвертора. Трехфазный ток с ветрогенератора через соединительный кабель поступает на трехпозиционный рубильник, который позволяет в случае необходимости закорачивать и останавливать ветрогенератор. С рубильника ток, вырабатываемый ветрогенератором, поступает на регулятор заряда. Там он преобразуется в постоянный ток, который поступает на заряд аккумуляторной батареи. От аккумуляторной батареи питание поступает на инвертор, который преобразует постоянное напряжение 96 В в переменное 220 В. Напряжение инвертора через блок управления подается на питание потребителей. В период безветрия либо при превышении мощностью нагрузки выработки ветрогенератора, напряжение аккумуляторной батареи начинает уменьшаться и, когда достигает порогового значения, блок управления дает сигнал на запуск дизель-генератора.
После запуска дизель-генератора часть нагрузки (с краткосрочным перерывом питания) переводится на дизель-генератор. Это потребители второй категории – освещение, электроплиты и другие электробытовые приборы. Меньшая часть нагрузки остается подключенной к инвертору. Это потребители первой категории – компьютеры, бытовая электроника и т.п. дорогостоящие приборы, кратковременные перерывы в питании которых могут повлечь за собой выход их из строя. При этом величина нагрузки на дизель-генератор отслеживается датчиком тока. При уменьшении внешней полезной нагрузки на дизель-генератор увеличивает зарядный ток аккумуляторной батареи, при увеличении нагрузки – уменьшает его. Таким образом, дизель-генератор в течение всего рабочего цикла работает с нагрузкой 80–90%, что является оптимальным режимом. Когда напряжение на аккумуляторной батарее достигает верхнего порогового значения, дизель-генератор останавливается, вся нагрузка опять переводится на инвертор.
Данная схема позволяет поддерживать постоянное электроснабжение, независящее от наличия ветра, обеспечивать дизель-генератор практически постоянной нагрузкой на периоды работы и исключить вероятность работы на холостом ходу и с малыми нагрузками.
По оценкам экспертов, 60–70% территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой огромной территории проживает более 20 млн человек, и жизнедеятельность людей обеспечивается главным образом средствами малой энергетики.
Обширной сферой применения средств малой энергетики является резервное (иногда его называют аварийным) электроснабжение потребителей.
Малая энергетика может быть конкурентоспособна для новых объектов промышленности и новых поселений в условиях, когда постоянное повышение платы за подключение к централизованным сетям или за увеличение мощности подталкивает потребителей к строительству собственных источников энергии.
Ветер – неограниченный ресурс для производства электроэнергии. Он есть везде, бесконечен, экологически чист. В прошлом энергию ветра использовали для повышения эффективности физического труда (для перемалывания зерна или в качестве водяного насоса). Сегодня энергию ветра применяют в основном для выработки электроэнергии. Непостоянство ветра не является проблемой его использования на локальном уровне. Малые ветроустановки могут быть весьма эффективны для энергоснабжения отдельного дома.
Министерством ТЭК Нижегородской обл. предусмотрено развитие альтернативной энергетики, в т.ч. строительство 7 мини-ГЭС на реках области. Здесь реализуется инвестиционный проект сооружения энерготехнологического комплекса по производству и использованию биотоплива на основе древесных отходов, а также развивается опыт применения энергосберегающих технологий освещения. Ожидаемый экономический эффект от реализации программы составит не менее 250 млн руб.
Правительство Нижегородской обл. уже заключило соглашение с Министерством энергетики РФ о сотрудничестве в сфере повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и возобновляемых источников энергии. Проект планируется начать в текущем году, а завершить в 2012-м.
Испанская компания «ФЕРСА» намерена приступить к строительству ветроэнергоустановок в Астраханской обл. Недавно подписано соглашение о намерениях в сфере инвестиционной деятельности между Правительством Астраханской обл. и ООО «ФЕРСА-Черкесск» (дочернее предприятие испанской компании Fersa Energias Renovables). Объем инвестиций в строительство ветропарка составит не менее 30 млрд руб. Суммарная мощность ветряков будет определяться в ходе разработки проекта, но составит не менее 200 МВт. Разработка проекта намечена на 2009 г.
В августе прошлого года завершен первый этап строительства ветроэлектростанции на острове Большой Соловецкий. Строительство начато в 2007 г. ФГУП «Архангельская областная энергетическая компания» совместно с филиалом ООО «НРСК Северо-Запада».
В Архангельской обл. планируется построить мини-ветроэлектростанции (мини-ВЭС): Соловецкая мини-ВЭС, Золотицкая мини-ВЭС (в устье реки Золотица), Койдинская мини-ВЭС (в устье реки Койда), Мезенская мини-ВЭС (на левом берегу реки Мезень, у населенного пункта Семжа).
Парк ветрогенераторов мощностью не менее 200 МВт будет создан в районе поселка Териберка. В этом районе летом прошлого года началось строительство газоконденсатного завода для Штокмановского месторождения. К проекту присоединятся голландские энергетики. По их подсчетам, потенциал ветров Мурманской обл. вполне достаточен для возведения здесь объектов ветроэнергетики суммарной мощностью не менее 2 тыс. МВт. По исследованиям ученых Кольского научного центра РАН, ветровые ресурсы на Кольском полуострове оцениваются в 360 млрд кВт•ч.
Место для первой площадки в окрестностях прибрежной Териберки было выбрано по следующим критериям: наибольшая скорость ветра наблюдается именно в прибрежных районах Баренцева моря (на северном берегу Кольского п-ова она составляет 7–9 м/с); наличие в р-не Териберки четыре ГЭС, в связке с которыми будут работать ветряки.
В настоящее время объем инвестиций в ветроэнергетическую программу планируется в размере от 1 до 58 млрд. руб. – в зависимости от количества ветропарков. Срок окупаемости проекта – от шести лет. Время использования полной мощности ветроэнергетических установок – 3 тыс. ч/г. Средняя себестоимость вырабатываемой ветром электроэнергии – от 32 до 75 копеек за 1 кВт•ч.
Евроcоюз, в чаcтноcти, компании ICF International, (Великобритания) и COWI A/S, (Дания) финанcируют Роccийcкий проект в облаcти использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Его бюджет составляет 2 млн евро. Первоначальный срок проекта был определен до конца 2009 г., но в связи с финансовым кризисом, сроки могут корректироваться. Цель этого проекта – оказание поддержки правительству РФ и региональным властям в разработке законодательной и нормативной базы для стимулирования использования ВИЭ. Для его реализации были выбраны Астраханская и Нижегородская области и Краснодарский кр. В этих регионах накоплен опыт реализации проектов по ВИЭ, местная администрация готова к их внедрению. В Астраханской обл., где 300 дней в году светит солнце, накоплен опыт использования солнечных батарей, в Нижегородской обл. значителен ресурс биомассы, с которой местная энергетика активно работает, Краснодарский кр. применяет как солнечную энергию, так и ветровую для производства электроэнергии и тепла. В условиях истощения традиционных источников энергии использование ВИЭ становится экономически все более выгодным. Энергетическая политика ЕС, принятая еще в январе 2007 г., предусматривает увеличение к 2020 г. доли ВИЭ с существующих 7 до 20%. В соответствии с энергетической стратегией РФ к 2010 г. за счет ВИЭ планируется генерировать дополнительно 1000 МВт электроэнергии.
Согласно прогнозам, к 2010 г. недостаток энергомощностей в России может составить до 20 ГВт. Затраты на энергосбережение оцениваются экспертами втрое меньше соответствующих инвестиций в новые энергетические объекты. Повышение эффективности использования энергии позволит сэкономить до 43 ГВт мощностей. Рост спроса на электроэнергию в России прогнозируется на уровне 4–5% в год. По оценкам западных аналитиков (Международного энергетического агентства), до 2015 г. спрос на энергию в России будет расти на 1,7–2,2%.
В рамках системы
Сегодня мировая ветроэнергетика – бурно развивающаяся индустрия с миллиардными оборотами. Германия, например, покрывает 7% своего энергопотребления; Дания планирует к 2030 году с помощью ветроэнергетики довести этот показатель до 50%.
Основная задача программы развития ветроэнергетики в России – создание эффективных систем децентрализованного энергоснабжения потребителей на основе комплексного использования местных топливных и возобновляемых энергетических ресурсов.
Многофункциональный энергетический комплекс (МЭК) – это система, состоящая из отдельных модулей, конструктивно и функционально совместимых между собой (ветрогенератор + дизель-генератор). В настоящее время проведены НИОКР, позволяющие решить задачу электромагнитной совместимости ветрогенераторов с локальными электрическими сетями и дополнительными источниками мощности (дизель-генераторами) для режимов недостатка мощности ветроэлектростанции.
В рамках программы разработана и построена дизельная электростанция, оснащенная всережимным генератором БГУ-200 мощностью 200 кВт и высокоточной системой управления топливным насосам дизеля, позволяющими на практике реализовать возможность автоматического управления агрегатов в составе МЭК, для их параллельной работы с контролем частоты и фазы вырабатываемой электроэнергии.
Развитие сетевой ветроэнергетики в России достаточно проблематично: для эффективной работы сетевых ветрогенераторов необходимо подключение их к сети сопоставимой мощности и высокое качество электроэнергии, обеспечиваемое этой сетью. В нашей стране, к сожалению, до сих пор отсутствует законодательная и нормативная базы, позволяющие независимым производителям продавать электроэнергию энергосистемам и даже включать свои генерирующие мощности в эту энергосистему.
Для частного использования, например, в загородных домах ветрогенераторы подходят практически идеально. Ветроэнергетика в нашей стране сегодня только зарождается, точнее говоря, возрождается. Пока нет моделей ветрогенераторов отечественного производства, использовавшихся длительное время.
Ветрогенераторы отечественного производства мощностью от 1 кВт до 10 кВт могут обеспечить потребности в электроэнергии типового частного дома. Неоспоримым преимуществом ветрогенераторов отечественного производства является то, что в отличие от большинства западных образцов, наши установки способны работать в экстремальных условиях: при очень низкой температуре и большой скорости ветра. Интеграция ветрогенератора с дизель-генератором позволяет экономить до 50% топлива последнего и достичь фактически стопроцентно надежного электроснабжения частного дома.
Ветрогенераторы можно разделить на промышленные и домашние (для частного использования). Промышленные устанавливает государство или крупные энергетические корпорации. Как правило, их объединяют в сети. Получается ветровая электростанция. Ее кардинальное отличие от традиционных (тепловых, атомных) – полное отсутствие сырья и отходов. Единственное важное требование для ВЭС – высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.
Новый вид отечественного ветрогенератора
Примером ветрогенератора малой мощности может служить разработка российских инженеров, специалистов компании «СОС220», которые создали ветрогенератор малой мощности (серия OrtekLX220) для снабжения электричеством небольших потребителей – дач, коттеджей, сельских построек, рекламных щитов, уличного освещения, сотовых базовых станций. При высоте 8,5 м, занимает 2,5 쬬¬2 площади.
Основные узлы ветряка: мачта, лопасти, генератор, контроллер, инвертор, промышленные аккумуляторы. Монтаж ветрогенератора крайне прост и не требует специальных знаний. Установка работает при ветре 5–25 м/с. В безветренную погоду установка выдает ток, накопленный в мощных герметизированных аккумуляторах (до 48 ч подачи электричества в период безветрия). Когда ветер крутит лопасти, вырабатываемое электричество заряжает аккумуляторы и одновременно используется потребителем. Ветровая установка производит до 800 кВт электричества в месяц, не требует контроля и полностью автономна. Единственный элемент, требующий замены – промышленные аккумуляторы, расчетный срок службы которых достигает восьми лет. Ноу-хау установки – контроллер, лопасти строго
определенной конфигурации и инвертор. Генератор, используемый в ветрогенераторах SOS220, компактен и абсолютно безвреден для окружающей природы. Производится на оборонном предприятии Зауралья. За счет высоких оборотов он не создает вредных низкочастотных волн, в отличие от зарубежных генераторов, которые относятся к низкооборотным и генерируют их.Сегодня ветрогенератор – высокотехнологичное изделие мощностью от 100 Вт до 6 МВт единичной мощности. Ветрогенераторы современных конструкций позволяют эффективно использовать энергию даже самых слабых ветров – от 2 м/с. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть» но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности. Ветер раскручивает ротор генератора (как правило, синхронный трехфазный ротор с возбуждением от постоянных магнитов напряжением 24 В). Полученное электричество подается через контроллер на аккумуляторы. Инвертор преобразовывает напряжение на контактах аккумулятора в пригодное для использования (от 24 В до 220 В, 50Гц).
Ветровые электростанции
Существуют два вида ветровых электростанций: с горизонтальной осью – привычный всем пропеллер и станции с вертикальной осью вращения. Вторые, несмотря на то, что генератор у них находится под мачтой и нет необходимости ориентировать конструкцию на ветер – менее популярны. Дело в том, что для их работы требуется более сильный ветер и внешний источник для запуска.
Ветровая электростанция, независимо от мощности, состоит из мачты (телескопическая, монолитная и др.), на вершине которой устанавливается контейнер с генератором и редуктором. Редуктор снабжен лопастями, улавливающими потоки воздуха. Контейнер закреплен подвижно и способен разворачиваться вслед за ветром.
Разработанный российскими специалистами новый тип ветроэлектростанции состоит из вертикальной оси, на которой закреплены несколько лопастей со специальным профилем изгиба. Турбина станции через манипулятор приводит во вращение генератор. Станция может вырабатывать постоянный ток с напряжением 12, 24, 36, 48 В, что делает ее безопасной в эксплуатации.
Оснащение станции преобразователем и накопителем энергии позволяет получать напряжение 220 В и 380 В требуемого качества. Мощность генератора, установленного на станции, составляет 1,3–1,8 кВт при 450 оборотах в минуту. При комплектации ее аккумулятором и преобразователем можно получить 5 и более кВт. Станция представляет собой рамную кассету высотой до 3 м. Ее можно устанавливать на крыше здания, на транспортное средство, на различные возвышенности, в труднодоступных местах. Она поставляется с рамными блоками любой высоты.
Вес станции в сборе составляет менее 100 килограммов. Ее можно смонтировать в несколько этажей (одна на другую) либо соединенные между собой в горизонтальной плоскости по принципу монтажа кабин (кубиков). Установка не создает инфра-шумов, не уничтожает насекомых и птиц, не наносит вреда здоровью человека, что позволяет устанавливать ее на крышах жилых домов и рядом с ними. Имеется большой коэффициент съема энергии ветра по сравнению с традиционными станциями. Конструкция станции запатентована и укомплектована специальными блоками, изготовленными в разных частях света.
Ветроэлектростанция cостоит из головки (ветротурбина, генератор, поворотное устройство), блока управления и преобразования, мачты и аккумуляторной батареи. Форма выходного напряжения – модифицированая синусоида, что позволяет запускать электродвигатели (холодильники, глубинные электронасосы и т.д.) Снабжена системой стабилизации скорости вращения ветротурбины. Применяется как в местах где отсутствует сетевая энергия (туристические лагеря, полевые фермерские базы, дачные участки, питание автономных комплексов), так и в качестве резервного источника электроэнергии для частных домов, коттеджей.
Бытовые приборы, в основном, рассчитаны на переменный ток напряжением 220 В. Ветрогенератор вырабатывает постоянный ток напряжением 12 В. Поэтому потребитель может найти приборы, питающиеся от источника постоянного тока, а может укомплектовать свою электростанцию инвертором, который хоть и увеличит общую стоимость, но избавит пользователя от поиска редко используемых 12-вольтовых устройств и от контроля за зарядом/разрядом аккумуляторов.
Для расчета параметров каждого из компонентов необходимо знать несколько простых вещей: электроэнергию приборы потребляют не постоянно, а ограниченное время; аккумуляторную батарею желательно иметь с запасом емкости; не стоит бездумно тратить электричество, в условиях автономности этот вопрос как никогда актуален; мощность вашей электростанции можно наращивать постепенно; лучше иметь две малых системы, чем одну большую.
Гибридные установки (МЭК)
Какой бы ни был мощный ветрогенератор, сам по себе на сто процентов проблемы электроснабжения он решить не может. Автономный ветрогенератор нуждается в резервировании, поскольку даже в самых ветреных регионах случаются продолжительные штили. Увеличивать емкость батареи пришлось бы до нереальных значений, чтобы хватило, допустим, на неделю. Кроме того, это связано и с большими финансовыми затратами.
Обычно в этом случае запускается бензо- или дизель-генератор, который работает, пока опять не подует ветер. Но дизель-генератор очень дорогое удовольствие для непостоянной бытовой нагрузки. Если в среднем потребляется 500 Вт, а работает пятикиловатный генератор, стоимость 1 кВт•ч возрастает в несколько раз. Работа дизель-генератора с нагрузкой менее 15% более 10 мин запрещена. Этой проблемы можно избежать, если эксплуатировать дизель-генератор в составе гибридной установки (совместно с ветрогенератором). В этом случае дизель-генератор дозагружается зарядным током батареи практически до номинала. Тем более что мощная аккумуляторная батарея и инвертор обычно входят в комплект поставки ветрогенератора.
Такой гибридный комплекс состоит из ветро-турбины, мачты с растяжками, регулятора заряда с балластным сопротивлением, блока управления и блока оптимизации нагрузки дизеля для совместной батареи, дизель-генератора и инвертора. Трехфазный ток с ветрогенератора через соединительный кабель поступает на трехпозиционный рубильник, который позволяет в случае необходимости закорачивать и останавливать ветрогенератор. С рубильника ток, вырабатываемый ветрогенератором, поступает на регулятор заряда. Там он преобразуется в постоянный ток, который поступает на заряд аккумуляторной батареи. От аккумуляторной батареи питание поступает на инвертор, который преобразует постоянное напряжение 96 В в переменное 220 В. Напряжение инвертора через блок управления подается на питание потребителей. В период безветрия либо при превышении мощностью нагрузки выработки ветрогенератора, напряжение аккумуляторной батареи начинает уменьшаться и, когда достигает порогового значения, блок управления дает сигнал на запуск дизель-генератора.
После запуска дизель-генератора часть нагрузки (с краткосрочным перерывом питания) переводится на дизель-генератор. Это потребители второй категории – освещение, электроплиты и другие электробытовые приборы. Меньшая часть нагрузки остается подключенной к инвертору. Это потребители первой категории – компьютеры, бытовая электроника и т.п. дорогостоящие приборы, кратковременные перерывы в питании которых могут повлечь за собой выход их из строя. При этом величина нагрузки на дизель-генератор отслеживается датчиком тока. При уменьшении внешней полезной нагрузки на дизель-генератор увеличивает зарядный ток аккумуляторной батареи, при увеличении нагрузки – уменьшает его. Таким образом, дизель-генератор в течение всего рабочего цикла работает с нагрузкой 80–90%, что является оптимальным режимом. Когда напряжение на аккумуляторной батарее достигает верхнего порогового значения, дизель-генератор останавливается, вся нагрузка опять переводится на инвертор.
Данная схема позволяет поддерживать постоянное электроснабжение, независящее от наличия ветра, обеспечивать дизель-генератор практически постоянной нагрузкой на периоды работы и исключить вероятность работы на холостом ходу и с малыми нагрузками.
Малая энергетика в России
По оценкам экспертов, 60–70% территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой огромной территории проживает более 20 млн человек, и жизнедеятельность людей обеспечивается главным образом средствами малой энергетики.
Обширной сферой применения средств малой энергетики является резервное (иногда его называют аварийным) электроснабжение потребителей.
Малая энергетика может быть конкурентоспособна для новых объектов промышленности и новых поселений в условиях, когда постоянное повышение платы за подключение к централизованным сетям или за увеличение мощности подталкивает потребителей к строительству собственных источников энергии.
Ветер – неограниченный ресурс для производства электроэнергии. Он есть везде, бесконечен, экологически чист. В прошлом энергию ветра использовали для повышения эффективности физического труда (для перемалывания зерна или в качестве водяного насоса). Сегодня энергию ветра применяют в основном для выработки электроэнергии. Непостоянство ветра не является проблемой его использования на локальном уровне. Малые ветроустановки могут быть весьма эффективны для энергоснабжения отдельного дома.
Проекты в Нижегородской области
Министерством ТЭК Нижегородской обл. предусмотрено развитие альтернативной энергетики, в т.ч. строительство 7 мини-ГЭС на реках области. Здесь реализуется инвестиционный проект сооружения энерготехнологического комплекса по производству и использованию биотоплива на основе древесных отходов, а также развивается опыт применения энергосберегающих технологий освещения. Ожидаемый экономический эффект от реализации программы составит не менее 250 млн руб.
Правительство Нижегородской обл. уже заключило соглашение с Министерством энергетики РФ о сотрудничестве в сфере повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и возобновляемых источников энергии. Проект планируется начать в текущем году, а завершить в 2012-м.
Ветропарк в Астраханской области
Испанская компания «ФЕРСА» намерена приступить к строительству ветроэнергоустановок в Астраханской обл. Недавно подписано соглашение о намерениях в сфере инвестиционной деятельности между Правительством Астраханской обл. и ООО «ФЕРСА-Черкесск» (дочернее предприятие испанской компании Fersa Energias Renovables). Объем инвестиций в строительство ветропарка составит не менее 30 млрд руб. Суммарная мощность ветряков будет определяться в ходе разработки проекта, но составит не менее 200 МВт. Разработка проекта намечена на 2009 г.
В августе прошлого года завершен первый этап строительства ветроэлектростанции на острове Большой Соловецкий. Строительство начато в 2007 г. ФГУП «Архангельская областная энергетическая компания» совместно с филиалом ООО «НРСК Северо-Запада».
В Архангельской обл. планируется построить мини-ветроэлектростанции (мини-ВЭС): Соловецкая мини-ВЭС, Золотицкая мини-ВЭС (в устье реки Золотица), Койдинская мини-ВЭС (в устье реки Койда), Мезенская мини-ВЭС (на левом берегу реки Мезень, у населенного пункта Семжа).
Парк ветрогенераторов в Мурманской области
Парк ветрогенераторов мощностью не менее 200 МВт будет создан в районе поселка Териберка. В этом районе летом прошлого года началось строительство газоконденсатного завода для Штокмановского месторождения. К проекту присоединятся голландские энергетики. По их подсчетам, потенциал ветров Мурманской обл. вполне достаточен для возведения здесь объектов ветроэнергетики суммарной мощностью не менее 2 тыс. МВт. По исследованиям ученых Кольского научного центра РАН, ветровые ресурсы на Кольском полуострове оцениваются в 360 млрд кВт•ч.
Место для первой площадки в окрестностях прибрежной Териберки было выбрано по следующим критериям: наибольшая скорость ветра наблюдается именно в прибрежных районах Баренцева моря (на северном берегу Кольского п-ова она составляет 7–9 м/с); наличие в р-не Териберки четыре ГЭС, в связке с которыми будут работать ветряки.
В настоящее время объем инвестиций в ветроэнергетическую программу планируется в размере от 1 до 58 млрд. руб. – в зависимости от количества ветропарков. Срок окупаемости проекта – от шести лет. Время использования полной мощности ветроэнергетических установок – 3 тыс. ч/г. Средняя себестоимость вырабатываемой ветром электроэнергии – от 32 до 75 копеек за 1 кВт•ч.
Ольга Степанцева
