Технологии 21 века

Энергия ветра

Ветряные электростанции (далее ВЭС) требуют определенного уважения со стороны владельца, как-никак иные достигают до 50-60 метров. Тут нужны, в зависимости от будущих планов, достаточные площади для установки ветроагрегата. В отличие от солнечных батарей также нужно на будущее продумать, куда сбрасывать «лишнее» электричество.

Как наиболее дешевый и доступный источник электроэнергии, ветер имеет своих сторонников в 95 странах. Правда, сегодня энергетики уделяют больше внимания строительству ветряных турбин большой мощности — от 1 мегаватта и выше, которые дают в 10 раз больше электричества, чем средняя модель ВЭС. Основные виды ветроэнергетических установок можно разделить на так называемые сетевые и ветро-дизельные системы. Под сетевыми подразумеваются установки, использующие воздушные турбины стандартного типа, которые подают энергию непосредственно в электросети, т.к. если будут излишки получаемой электроэнергии, необходимо сбрасывать «лишнюю электроэнергию» куда-то в сеть. Ветро-дизельный агрегат является гибридной системой, состоящей из двух основных компонентов — воздушной турбины и традиционного дизельного генератора. Оба компонента обладают примерно одинаковой мощностью. Воздушная турбина практически идентична сетевому ветродвигателю, но создание эффективной системы регулировки и управления для объединенного агрегата связано с трудностями профессионального характера — необходимо, чтобы техника находилась в одних руках, и мастер-электрик знал бы не только основы электротехники, но и имел представление о двигателях внутреннего сгорания, каким и является дизельный генератор.

Смешанные системы достаточно экономичны и эффективны.

Научный подход к установлению ВЭС

Успешное планирование проектов по использованию энергии ветра требует хорошего знания ветрового режима в той или иной местности. Для оценки рентабельности проекта необходимо рассчитать среднегодовой объем производства энергии ветродвигателем данного типа, а для этого, в свою очередь, требуется знать скорость и направление ветра на определенных высотах. Для обычных горизонтальных ветродвигателей — это высота оси ветроколеса над землей. Поскольку энергия ветра пропорциональна кубу (третьей степени) его скорости, точность оценки средней скорости ветра должна быть очень высокой. Ведь при изменении этой величины погрешность в 10% может привести к отклонению среднего значения расчетной выработки энергии примерно на 30%, что существенно затрудняет экономические прогнозы. Это, кстати, единственная из немногих существенных ошибок, допускаемых при установке ВЭС. Поэтому совершенно очевидно, что вопрос о доступности и качестве данных является очень серьезным и важным.

Объем потребляемой энергии и структура потребления, т.е. его изменчивость во времени, имеют большое значение при рассмотрении вопроса о целесообразности установки одного или нескольких высокопроизводительных ветродвигателей или обычной силовой установки. Существует значительное различие между гибридной системой и ветроустановками, подключенными к центральной сети. Если ветродвигатели осуществляют подачу энергии в систему, то предварительный анализ должен включать изучение эксплуатационных качеств систем различного типа. Т.е. необходимо знание электрических сетей и трансформаторных подстанций, находящихся на местности, где собираются устанавливать ВЭС.

Если ветровой режим достаточно благоприятен, то изучаются характеристики предполагаемой ветроэнергетической системы, чтобы оценить рентабельность проекта.

Когда ветродвигатели функционируют в рамках центральной сети, скорость оборотов турбины, а также частота генераторов переменного тока машины поддерживаются на постоянном уровне с помощью гораздо более мощных обычных генераторов, подключенных к сети. Принципиальное назначение сетевых ветродвигателей заключается в снижении нагрузки на обычные генераторы.

Когда же доля энергии, произведенной ветродвигателями, становится сопоставимой с объемом энергии, вырабатываемой обычными генераторами, возникают проблемы, связанные с регулированием системы. Преимущество ветровой системы заключается в том, что она может работать независимо от дизельного питания, по крайней мере время от времени используются возможности ветродвигателя в полную силу.

Ветроэнергетические системы можно подключать к энергосети больших городов или использовать в отдаленных районах, полностью лишенных энергоснабжения.

Современные ветровые агрегаты новых типов практически не нуждаются в привычном эксплуатационном персонале — они включаются и работают автоматически. Почти все узлы машин стандартны и поставляются в комплектном исполнении. Стоимость строительной части установок составляет около 10%. Поэтому сроки возведения установок и количество рабочих, необходимых для монтажа, минимальны. Практически машину мощностью 1000 кВт бригада из 10 рабочих сможет собрать и подготовить к пуску в течение месяца.

Конечно, ветер изменчив, и массовое строительство ветряков сделает необходимым создание в энергосистеме аккумулирующих (тепловых, электромагнитных или иных) систем. Однако примечательно, что энергия ветра и потребность в энергии (нагрузка системы) в течение года изменяются синхронно! В летний период, когда ветры слабы, требуется минимальная мощность в системе. В этот период можно ремонтировать, заменять и добавлять в систему ветроагрегаты.

Ветроэнергетические установки новых типов имеют небольшую материалоемкость, высокую заводскую готовность, допускают полную автоматизацию, требуют минимального отвода земли на пустырях, в степях, долинах, где ветры не способствуют другим видам деятельности, а также на вершинах гор и холмов. При развитии электросетей это позволяет ожидать, что себестоимость электроэнергии, получаемой на ветряках в указанных регионах, будет не выше средней существующей себестоимости. Мощность устанавливаемых ветряков зависит от хозяйственных потребностей.