Энергетика и промышленность России - избранные материалы.
ВЫПУСК 31.

• Энергия ветра
  
• Проведено испытание новой ветроэнергетической установки
  

Энергия ветра

Откуда берется энергия ветра?

Вся возобновляемая и значительная часть невозобновляемой энергии, используемой человечеством, обязана своим происхождением Солнцу. От него Земля получает около 100000000000 мегаватт энергии в час. Лишь 1-2 процента от этого колоссального количества энергии преобразуется в энергию движения воздушных масс.

Ветры переносят огромную энергию - примерно 2000000000 мегаватт/час. Количество солнечной энергии, преобразованное лесами Земли (собственно биомасса, нефть, уголь, газ и пр.), в 50 - 100 раз меньше той, которая аккумулируется ветрами.

Из истории освоения энергии ветра

Еще до того, как была изобретена паровая машина, энергия ветра занимала лидирующее положение в ряду других видов энергии, используемых человеком. За счет энергии воздушных потоков передвигался военный и торговый флот, работали мельницы.

Экономический расцвет Голландии в XVI веке был вызван именно развитием ветроэнергетики. Первоначально голландцы использовали ветряки для осушения низких приморских земель, затем приспособили для привода лесопилок и других небольших производств.

В России до революции насчитывалось около 250 тысяч ветряков.

С изобретением паровых машин, а впоследствии двигателей внутреннего сгорания и электрических машин ветродвигатели были вытеснены более мощными способами получения энергии.

Однако уже к середине XX века по ряду причин (из которых на первом плане - экологическая безопасность и ограниченность природных ресурсов Земли) в наиболее развитых странах были приняты государственные программы поддержки ветроэнергетики. Так, например, в Германии в настоящее время ветровыми электростанциями вырабатывается около 3% всей энергии, а Дания планирует довести этот показатель к 2030 году до 50%.

Как это ни удивительно, в свое время лидером по использованию энергии ветра была наша страна. Еще в 30-х годах было освоено производство разнообразных ветроустановок мощностью в 3-4 кВт, которые выпускались серийно. Серийное производство ветродвигателей было остановлено лишь в 1950-х в силу невозможности конкурировать с развитой единой энергосистемой.

Ветроэнергетика в мировом энергетическом балансе

К середине 1990-х мощность ветроустановок, подключенных к сетям энергосистем (почти 90 процентов их были произведены в Европе), в мире, по данным американской ветроэнергетической ассоциации (AWEA), превысила 6000 МВт. Цифра невелика, но достаточна для того, чтобы говорить, что ветроэнергетика выделилась как самостоятельный энергоисточник наряду с гидро-, атомной и тепловой энергетикой. В ряд стран лидеров по ветроэнергетике вошла Индия, оттеснив Данию на четвертое место.

Лидирующая десятка стран по ветроэнергетике выглядела тогда следующим образом:

1. США (1794 МВт)
2. Германия (1567 МВт)
3. Индия (820 МВт)
4. Дания (785 МВт)
5. Нидерланды (305 МВт)
6. Англия (264 МВт)
7. Испания (216 МВт)
8. Швеция (105 МВт)
9. Италия (70 МВт)
10. Китай (57 МВт)

К 2000 году производство электроэнергии ветряными установками удвоилось и приблизилось к 13000 МВт во всем в мире, из них более 9000 - в Европе.

Сейчас ежегодный прирост производства электроэнергии ветровыми установками составляет 20-30%, в то время как прирост в атомной энергетике - менее 1% ежегодно. Из 110000 объектов электроэнергетики Европейского Союза 20% составляют объекты ветроэнергетики.

Общий потенциал ветроэнергетики оценивается в 20 - 25% от мирового производства электрической энергии.

Достоинства ветроэнергетических установок

Для эксплуатации ветроэнергетических установок не требуется никакого топлива, что исключает выбросы вредных веществ в атмосферу. В отличие от тепловых электростанций, они совершенно не требуют воды.

ВЭУ не нуждаются в значительном отчуждении земель. Для одной установки достаточно площадки под фундамент и дороги к ней. Таким образом, удельная площадь ВЭУ мощностью 500 кВт составит 3,8 кв. метра на 1 кВт. А для ее строительства можно выбрать земли, непригодные для хозяйственной деятельности.

Если строится ветроэлектрическая станция, состоящая из 100 ветроустановок, мощностью 500 кВт, то удельная площадь составит 260 кв. метров на 1 кВт. И в этом случае плодородные земли, занятые под ВЭС, могут использоваться для растениеводства или животноводства, как это делается, например, в Дании.

Кроме того, современные ВЭУ полностью автоматизированы, они не требуют дежурного персонала, монтируются и устанавливаются в кратчайшие сроки.

Производители ветроустановок

В нашей стране ветроэнергетика только начинает возрождаться, и пока не существует действительно массовых и хорошо зарекомендовавших себя в течение продолжительного времени моделей.

Из иностранных производителей особой популярностью пользуются следующие.

Ветрогенераторы системы «Jacobs» выпускались в Америке еще в 30-е годы. Производство было возобновлено в 80-х.

«Bornay» - испанская компания, производящая малые ветряные турбины для решения проблемы электроснабжения изолированных домовладений и сельских местностей.

Английские ветрогенераторы Ampair сконструированы в расчете на тяжелые погодные условия на суше и на море. Низкоскоростные турбины, аэродинамическая форма лопастей и усиленная конструкция обеспечивают долговечность и надежность работы оборудования в условиях, когда обслуживание зачастую затруднено или невозможно.

Некоторые технические характеристики

Следующие технические характеристики помогут читателю разобраться, какой тип ветрогенератора будет наиболее приемлем.

Номинальная мощность ветрогенератора - максимальная мощность системы перед тем, как вступит в действие механизм ограничения скорости вращения. Любой ветрогенератор может достигнуть максимальной мощности более высокой, чем номинальная. Чем быстрее вращается ветрогенератор, тем больше производимый им ток, и так может продолжаться, пока не сгорит генератор. Поэтому изготовители обычно оценивают номинальную мощность ветрогенератора на безопасном уровне значительно ниже точки саморазрушения.

Номинальная скорость ветра - скорость ветра, при которой генератор достигает своей номинальной мощности. В ветроэнергетике не существует стандарта для номинальной скорости ветра, хотя большинство компаний принимает этот параметр в пределах от 11 до 12,5 м/с. Следует обратить внимание, что не все генераторы одинаковы, даже если они имеют сопоставимую номинальную мощность. В прошлом некоторые изготовители злоупотребляли завышением номинальной мощности за счет номинальной скорости ветра. Например, ветрогенератор, который достигает своей номинальной мощности при 20 м/с, - очевидно, нечто совершенно иное, чем тот, что обеспечивает сопоставимую номинальную мощность при 10 м/с. Ветер в 20 м/с дует не часто. Это означает, что имеющий более низкую номинальную скорость ветра ветрогенератор произведет большее количество электроэнергии. Поэтому для потребителя важно выбрать генератор, дающий самую высокую номинальную мощность при самой низкой номинальной скорости ветра.

Номинальная скорость вращения генератора - та скорость, при которой достигается номинальная мощность. Чем меньше ротор или ветроколесо, тем быстрее вращение лопастей. Скорость вращения будет влиять на количество шума, которое производит ветрогенератор.

Начальная скорость ветра - скорость, при которой ветрогенератор начинает производить электроэнергию. Некоторые изготовители декларируют начало работы ветрогенератора при очень низкой скорости ветра (от 1,3 до 1,75 м/с). На практике же при ветре со скоростью ниже 2,5 - 3 м/с пригодная к употреблению энергия не производится, даже при том, что лопасти могут вращаться. Чтобы получить энергию из более слабого ветра, можно значительно увеличить размер лопастей. Но тогда вас ждут большие проблемы при попытке управлять работой ветрогенератора при более сильном ветре.

Диаметр ротора - под «ротором» понимаются лопасти со ступицей в сборе. Чем больше диаметр ротора, тем больше ометаемая поверхность, и тем большее количество энергии может выработать ветрогенератор. Некоторые изготовители классифицируют свои изделия по мощности или скорости ветра. Однако выработка ветрогенератора прежде всего зависит от площади ометаемой поверхности. Поэтому диаметр ротора является ключевым параметром при сравнении различных ветрогенераторов.

Проведено испытание новой ветроэнергетической установки

Компания НПО «Электросфера» (Санкт-Петербург) представила в конце июня опытный образец ветроэнергетической установки «Муссон Ф-30», разработанной и изготовленной ОАО «Кировский завод». Номинальная мощность установки - 30 кВт, рабочий диапазон скоростей ветра - 3,5-25 м/с. Оптимальная работа установки достигается при скорости 12 м/с.

Производство такого технологически сложного оборудования в российских условиях опробовано впервые. При разработке учитывались погодные условия и особенности климата Российской Федерации. Поэтому установку можно назвать уникальной, т. к. она разработана исключительно для российских условий и сориентирована на российского производителя и потребителя.

На разработку ушло около двух лет. Проект электрогенератора на постоянных магнитах, позволяющего получать номинальную мощность при низких показателях скорости ветра, был разработан совместно с НИИЭФА им. Ефремова. Генератор для опытного образца был произведен ОАО «Новая сила».

НПО «Электросфера» существует уже восемь лет. Помимо инновационных разработок, в деятельность ее входит поставка оборудования на многие энергетические предприятия Северо-Западного региона, в том числе такие, как «Ленэнерго», ЛАЭС, «Киришинефтеоргсинтез», «Северсталь» и др.

«Муссон Ф-30» - не единственная ветроэнергетическая установка, которую компания внедрила на территории России. Не так давно проводились стендовые испытания ВЭУ «БРИЗ Ф-15» мощностью 15 кВт.

Как считают сотрудники компании, главная положительная сторона внедрения ветроэнергетических установок в нашей стране в том, что они позволят облегчить процедуру энергоснабжения потребителя. Частный пользователь или фирма может позволить себе получать энергию независимо от энергосберегающих компаний. Кроме того, ВЭУ позволят обеспечить светом и теплом отдаленные уголки России - там, где централизованное энергоснабжение в настоящее время невозможно по ряду причин. К числу таких районов в первую очередь можно отнести Крайний Север, горные районы Алтая и Дагестана, глухие уголки Сибири, Карелию. В этих районах ВЭУ зачастую оказываются эффективнее строительства новых линий электропередач или установки дизель-электростанций. Стоимость одного киловатт-часа энергии, производимой ветрогенераторами, составит чуть более 3 руб. Кроме того, ветроэнергетические установки не требуют значительных затрат на эксплуатацию, необходимости подвоза топлива и т.д.

Серийное производство новых установок планируется наладить к началу 2003 года. По расчетам, спрос в России на малые (5-50) ВЭУ в ближайшие годы будет составлять около 1600 установок в год. Одним из первых покупателей установок, возможно, станет сам Кировский завод. ВЭУ необходимы предприятию для обеспечения производственных нужд. Кроме того, установками заинтересовались предприятия Екатеринбурга, Норильска и др.

Для организации производственной базы компания-разработчик приобрела большой участок земли под Санкт-Петербургом, на котором размещаются производственный корпус и испытательная лаборатория.

В дальнейшем компания готова предложить целый комплекс автономного энергоснабжения, включающий в себя ветрогенератор, дизель-генератор, солнечную и аккумуляторную батареи, который в состоянии обеспечить бесперебойное производство электроэнергии в течение 24 часов в сутки.

Павел Андреев

В тридцать втором выпуске читайте: Освещение: слепота или зрение?

С вопросами и предложениями обращайтесь по адресу ep@eprussia.ru

Подписаться на печатную (бумажную) версию газеты "Энергетика и промышленность России" (периодичность - раз в месяц, объем - 32 полосы) можно ЗДЕСЬ. Ознакомительный экземпляр высылается бесплатно.

С расценками на размещение рекламы в печатной (бумажной) версии газеты "Энергетика и промышленность России", а также на сайте газеты www.eprussia.ru можно ознакомиться ЗДЕСЬ.