1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Ветровые уствновкн в открытом море 100 Вынесение ветровых электростанций в открытое море считается за рубежом сейчас одним из перспективных направлений ветроэпергетикн. Это связано по крайней мере с тремя причинами. Первая — возможность получения больших, чем на суше, удельных мощностей с 1 м' площади, ометаемой рабочим колесом, вследствие того, что по мере удаления от побережья средние годовые скорости ветров увеличиваются. Так,,удаление от берега на 40 км дает приращение скорости на 20 — 25%, что при тех же размерах турбин позволяет увеличить среднегодовую выработку электроэнергии почти в 2 раза.
Это увеличение в скорости обнаруживается на высоте 10 и 100 м от морской поверхности [88!. Причина увеличения — существенное снижение трения о водную поверхность по сравнению с трением о поверхность суши и уменьшение пограничного слоя, в котором это трение проявляется, с десятков метров примерно на порядок. В обзоре [81 есть ссылка на оценки, согласно которым энергия ветрового потока над прибрежными водами шириной в о,5 км примерно вдвое больше, чем над прибрежным участком суши той же ширины. Такое локальное увеличение энергии может объясняться, например, сильными неровностями побережья. Здесь же необходимо отметить, что детально в энергетическом плане ветры над морем еще не исследованы, н если для ветра над сушей мы знаем, например, закон изменения с высотой (степенной закон с показателем примерно 0,143), то для ветра над морем такой четкой зависимости пока нет.
Все полученные к настоящему времени данные базируются на измерениях, проводившихся в разное время с судов, и более систематических наблюдениях, которые проводятся лишь в нескольких точках планеты. Вторая причина — дефицит земель, которые требуется отводить под мощные (порядка и более 100 МВт) ВЭС на суше, Впрочем, английские специалисты, например, подсчитали, что земли некоторых малорентабельных ферм гораздо выгоднее занять ветроэнергетическими установками, чем выращивать на ннх зерновые культуры.
Третья причина — возможность с помощью ВЭУ обеспечивать электроснабжение удаленных от побережья промышленных (в том числе искусственных) островов и добывающих платформ. Кстати говоря, многие из платформ Северного моря уже оборудованы ветрогенераторами, позволяющими существенно экономить иа доставке моторного топлива. Снабжение промышленных островов энергией от подобных автономных источников избавляет, в частности, нетрадиционную энергетику от необходимости передачи электроэнергии на большие расстояния, что ведет к существенному удорожанию стоимости строительства и эксплуатации электростанций. Выделение океанской ветроэнергетики в самостоятельную отрасль кажется несколько условным.
Однако это не так: океанской ветроэнергетике свойственны свои особенные технические проблемы и возможности решения таких задач, «сухопутная» постановка которых просто невозможна. Здесь, так же как и на суше, могут использоваться практически все виды разработанных к настоящему времени преобразователей энергии — ветровых турбин. Так же как и на суше, выбор типа турбины определяется в основном экономическими соображениями, однако большую роль начинают играть такие технические моменты, как эксплуатационная надежность, коррозионная стойкость, минимальный уровень вибраций, передаваемых фундаменту, н минимальный опрокидывающий момент.
Последние факторы особенно важны для ВЭС, размещаемых на глубоководных стационарных платформах, где из-за создающих усталостные напряжения знакопеременных нагрузок возможны аварии с тяжелыми последствиями. Достаточно вспомнить аварию платформы «А. Кнланд» («А. К!е!!апб») в Северном море, произошедшую, по мнению специалистов, нз-за напряжений, причиной которых была вибрация своевременно ие демонтированной буровой вышки (платформа использовалась в качестве гостиницы). Опрокидывающие моменты и парусность очень важны для расчета систем удержания, если электростанция размещается на плавучих основаниях. При разработке достаточно мощных (100 кВт н более) ОВЭС предпочтение можно отдать, в частности, безоашенным быстроходным турбинам Дарье, одним из важных отличительных качеств которых является независимость от направления ветра.
Впрочем, в литературе имеется сообщение о разработке н испытании в открытом море и однолопастной турбины, втулка которой расположена на уровне основания, а ось вращения наклонена под углом 50' [8]. Уже испытывается прототип такой турбины мощностью 250 кВт, имеющий лопасть длиной 25 м, наклоненную к оси под углом 45', так что при движении она описывает коническую поверхность.
Для установки на побережье больше всего в настоящее время отрабатывается быстроходных крыльчатых турбин. В 1982 г. в мире уже действовало ВЭУ мощностью 100 кВт и выше суммарной установленной мощностью около 40 МВт; из них 32 крыльчатого типа и 8 Дарье. Шесть уста1о! новок мощностью выше 2000 кВт имели США, две — Швеция, по одной Дания и ФРГ. На долю этих станций приходилось около 75»7» всей мощности действующих ВЭУ.
Изучение возможности крупномасштабного получения электроэнергии на удалении от берега с помощью ВЭУ ведется в Швеции, ФРГ, Великобритании, Нидерландах, США. Основное внимание уделяется разработке конструкции башен (опор), выбору типов оснований, якорных систем (речь идет о глубинах до 450 м), определению взаимного влияния турбин, проблемам передачи энергии при работе системы из нескольких ВЭУ. В выполненном Международным энергетическим агентством обзоре (88) указывается, что по сравнению с сухопутными предпочтительны более крупные океанские станции из-за высоких относительных транспортных расходов при установке, причем для единичных блоков указывается оптимальная мощность 5 МВт.
Особые требования выдвигаются пря выборе материалов крыльев и других открытых элементов, подверженных воздействию среды. Для транспортировки энергии на берег применяют электрический кабель (в первых проектах предполагалась выработка водорода и его транспортировка на берег по трубопроводам). Одна нз существенных особенностей ветроэнергетики — необходимость тем илн иным способом компенсировать нестабильность ветра. В области долгосрочного прогноза ветровой обстановки все складывается более или менее удачно (см., например, рис.
1.9). Основную же трудность представляет краткосрочное прогнозирование ветра, скорость которого описывается всегда случайной функцией времени. Из-за этого ветер не может быть единственным источником энергии. В случае работы ВЭУ в единой энергосистеме колебания мощности компенсируются за счет других источников (ВЭС + ГЭС; ВЭС + ТЭС и др,).
В случае автономных установок их приходится объединять либо с другими преобразователями возобновляемых ресурсов (ВЭУ+ волновой преобразователь, например), либо с традиционным источником на жидком топливе. Другой вариант — установка аккумулятора энергии, заряжающегося за счет избытка вырабатываемой мощности. Это обстоятельство — общая трудность в эксплуатации автономных ВЭУ в морских и сухопутных условиях вдали от стабильных, не зависящих от природных условий источников энергии.
С нестабильностью ветра связана и другая особенность ВЭУ— необходимость регулирования в процессе работы. Цель регулирования — обеспечить нормальный режим работы генератора. Регулирование частоты выходного напряжения осуществляют несколькими способами. Основные — регулирование скорости вращения турбины за счет угла постановки лопастей, либо использование редукторов с вариаторами скоростей и применение электронных схем для управления частотой выходного напряжения. В последнем случае турбина приводит в действие генератор постоянного тока, а затем постоянное напряжение преобразуется в переменный ток промышленной частоты.
Разработан целый ряд 102 различных устройств для этой цели; более подробно они описаны, например, в книгах (7, 33). Планы энергетических компаний прибрежных штатов США, основанные на положительном опыте эксплуатации в энергосистемах как единичных ВЭУ мощностью до 2,5 МВт, так и первой группы из трех ВЭУ мощностью 7,5 МВт, связаны с широким внедрением ветровых электростанций в практику энергетики. Например, «Саутен Калифорниа Эдисон компании» планирует уже к 1990 г. довести суммарную мощность группы ВЭУ до 350 МВт, «Гавайан электрик компани» вЂ” до 80 МВт, «Пасифик гэз» вЂ” до 92 МВт. Правда, последняя компания ориентируется не на мега- ватные гиганты, а на установки с единичной мощностью до 100 кВт, такие установки кажутся более надежными с эксплуатационной точки зрения.
Однако, компании — производители ветрогенераторов продолжают наращивать единичные мощности. Сообщается, например, что в США продолжается работа над установкой мощностью 6,2 МВт (МОР = 5А) с ветроколесом диаметром 122 м. В Швеции, энергетика которой основана, в основном, на импортируемых нефтепродуктах (до ?О »7» энергопотребления покрывается за счет привозной нефти), очень серьезно рассматривается вопрос о создании энергосистемы, в которой до 4000 МВт будет вырабатываться с помощью ветроустановок. Крупные агрегаты по этому проекту могут быть размещены в двух приморских районах страны, удаленных друг от друга на 500 км.
Тем самым, путем компенсации колебаний скорости ветра, можно повысить надежность работы энергосистемы в целом. Пиковые мощности и компенсацию колебаний вырабатываемой ВЭУ электроэнергии возьмут на себя гидроэлектростанции, развитая сеть которых уже построена, и атомные станции, мощность которых при наличии в системе ВЭУ окажется возможным значительно снизить. На северном побережье Балтийского моря, в г. Треллеборг, уже поставлена на промышленные испытания одна из крупнейших в Европе установка мощностью 3 МВт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
