151426 (733022), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Специфика и условия работы ветроэлектростанций в нашей стране значительно отличаются от зарубежных. Работа автономных систем энергоснабжения в условиях потребления энергии небольшой мощности не позволяет использовать те преимущества, которые имеет ветроэнергетика за рубежом. Большие расстояния между населенными пунктами делают перспективным направлением развития ветроэнергетики в России совершенствование ВЭУ малой мощности (от 10 кВт) в условиях их изолированности от крупных энергосистем.
Россия располагает значительными ресурсами ветровой энергии, в том числе и в тех районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Побережье Северного Ледовитого океана, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Якутия, а также побережье Финского залива, Черного и Каспийского морей имеют высокие среднегодовые скорости ветра.
География распределения ветроэнергетических ресурсов позволяет рационально их использовать как автономными ветроэнергетическими установками, так и при работе ВЭУ в составе местных энергетических систем. Валовой ветровой потенциал России оценивается в 80*1015 кВт/ч/ год, экономический – 40*109 кВт/ч/год (рис. 2). Анализ векового хода скорости ветра на европейской территории России показывает, что вековые вариации ветроэнергетических характеристик могут достигать значительных величин (30-50 процентов для среднемесячных и 15-25 процентов - для среднегодовых скоростей ветра), учет которых необходим при решении практических задач ветроэнергетики.
Для стремительного развития ветроэнегетики в России необходимо следующее:
во-первых, масштабное внедрение ветроустановок в состав «большой энергетики», особенно с учетом неизбежного снижения цен на ветроустановки и роста цен на традиционное топливо (нефть, уголь и т.д.);
во-вторых, создание ВЭУ как большой, так и малой мощности для решения проблем энергообеспечения удаленных и изолированных районов, которые недостаточно обеспечены электроэнергией и практически не имеют другой, экономически выгодной альтернативы, как строительство ветроэлектростанций;
в-третьих, внедрение стимулирующих механизмов: налоговые льготы; предоставление кредитов на продолжительный срок под льготный процент с отсрочкой платежей до окончания строительства; введение экологического налога; установление местных тарифов, которые позволят обеспечить возвращение капитальных вложений в ветроэнергетику; субсидирование пользователей ВЭУ; создание информационной сети, системы образования, стажировок и т.д.
Энергия ветра на Урале
В Нижней Салде (Свердловская область) проходят испытания опытного образца парусной ветроэлектростанции — первой и пока единственной в стране. Автор проекта - местный изобретатель кандидат технических наук Анатолий Волков. Инвестором выступил генеральный директор торгового дома «Казанова» (Екатеринбург, продажа интимных принадлежностей и товаров для здоровья) Алексей Баталов.
Проект ветроэлектростанции парусного типа — своеобразная альтернатива ветрякам, широко известным в Западной Европе и США с 70-х годов. Там они начали массово производиться, когда промышленно развитые страны охватил энергетический кризис, вызванный резким подорожанием нефти.
В стремлении снизить стоимость выработки ветроэнергии западные страны пошли по двум направлениям. Первое — создание гигантских ветроэлектростанций, мощность которых достигает 5 МВт (что сопоставимо с мощностью миниТЭЦ), а диаметр ветроколеса превышает 100 м. По сведениям Европейской ассоциации ветряной энергетики, в 2006 году в ЕС установлены станции совокупной мощностью 7,6 тыс. МВт и стоимостью около 9 млрд евро. И объем выработки оправдывает затраты на создание столь грандиозных сооружений.
Второй путь — строительство ветропарков, состоящих из множества стандартных ветроустановок, равномерно распределенных по большой площади поверхности поля. Ветропарки широко распространены в Германии, США, Дании.
Нижнесалдинский изобретатель предложил третий путь — искусственное увеличение скорости ветра, за счет чего вырабатываемая мощность многократно возрастает. Суть ноу-хау — в использовании совместно с ветрогенератором гибкой воронки-паруса. «Представляете купол парашюта? В купол попадает поток воздуха. Этот ветер концентрируется в критической части, усиливаясь в два раза, а мощность возрастает в четыре», — поясняет Анатолий Волков.
Идея родилась четыре года назад, и все это время Волков искал средства на ее реализацию. Обратился в министерство промышленности, энергетики и науки Свердловской области. Там проект горячо поддержали, вынесли два положительных заключения, однако денег не дали. Вместо этого обратились к нескольким уральским олигархам с просьбой выступить инвесторами, но также безрезультатно. А в прошлом году вопрос поиска средств решился самым неожиданным образом: в сентябре с проектом ознакомился Алексей Баталов, а уже в ноябре изобретатель и совладелец торгового дома «Казанова» заключили договор о сотрудничестве.
Парусная ветроэлектростанция в отличие от обычных ветряков располагается на земле. Ее можно сложить в простой рюкзак
На первый этап реализации проекта предприниматель выделил 1 млн рублей. Деньги пошли на разработку конструкторской документации и закупку специальной ветровой турбины в США: оборудование для ветроэлектростанций отечественный энергомаш не производит. Уже создан опытный образец, рассчитанный на мощность 400 Вт (это объем энергопотребления небольшого частного дома).
Преимущество парусной ветроэлектростанции перед стандартными ветряками в том, что она не требует сооружения мачты высотой несколько десятков метров. Чтобы поймать большой поток ветра, ей достаточно находиться на земле. Это существенно снижает себестоимость и придает сооружению мобильность. При весе турбины всего 5 кг нашу электростанцию можно положить в рюкзак и перенести на другое место. Парус делается из ткани, лопасти пластиковые и складываются. Такие ветроэлектростанции пригодятся сотрудникам МЧС, пограничникам, альпинистам, туристам, фермерам, а также для бытовых целей.
Предлагаемая им технология может использоваться не только для производства энергии в малых объемах, но и для обеспечения промышленных объектов. Однако для создания опытного образца парусной ветроэлектростанции мощностью 1 МВт требуются инвестиции в несколько миллиардов рублей. Изобретатель и предприниматель готовы предложить правительству Свердловской области выступить соучредителем создаваемого предприятия.
Парусная ветро-электростанция позволяет решить проблему слабого ветра, но лишь частично: «При появлении гидравлического сопротивления в зоне усиленной скорости ветра возникает обтекание этого препятствия снаружи. Это дает основание усомниться в высокой эффективности использования паруса. Парус позволяет концентрировать ветер, однако в Свердловской области часто бывают безветренные дни, когда и концентрировать-то нечего. Поэтому необходимо провести независимые экспериментальные исследования.
Безусловно, проект изобретателя из Нижней Салды требует внимательного изучения. Но он рождает надежду на возможность использования возобновляемых энергоисточников в виде ветра даже в центре Евразии, где воздушные потоки не столь сильны, как в Западной Европе. Для промышленного Урала это особенно значимо.
Экономика ветроэнергетики
Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти. Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра:
Скорость ветра Себестоимость (для США, 2004 год)
7,16 м/c 4,8 цента/кВт·ч;
8,08 м/с 3,6 цента/кВт·ч;
9,32 м/с 2,6 цента/кВт·ч.
Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США, 4,5—6 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВт·ч.
При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15 %. Ожидается, что себестоимость ещё снизится на 35—40 % к концу 2006 г. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.
В марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.
Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.
Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25 % от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.
По данным испанских компаний «Gamesa Eolica» и «WinWind» точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперед» или спотовом режиме превышает 95 %.
Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередач и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляюмую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередач оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.
Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 м является сложным и дорогостоящим мероприятием.
В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за:
Высокой стоимости инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ~ 220В 50Гц (и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в параллель))
Высокой стоимости аккумуляторных батарей — около 25 % стоимости установки (используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети)
Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.
В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительной величины у основной массы производств по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения.
Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются:
Необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (требуется применение инвертора)
Необходимость автономной работы в течение некоторого времени (требуется применение аккумуляторов)
Необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (требуется применение дизель-генератора)
В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощью ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько преимуществ:
Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.
Схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается.
Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле.
В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.
Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности: температуру воздуха в помещении можно поддерживать в широких диапазонах 19—25 °C, а в бойлерах горячего водоснабжения 40—97 °C без ущерба для потребителей.
Экологические аспекты ветроэнергетики
Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота.
По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн.
Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:
механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
