Перспективы ветроэнергетики

При современных темпах удорожания топливных ресурсов Земли проблема использования возобновляемых источников энергии становится все более актуальной. Такие энергоисточники играют немалую роль в обеспечении экономической независимости государства. Технический потенциал ветровой энергии России оценивается более чем в 50 000 млрд кВт∙ч/год, а в целом возможности ветроэнергетики в России реализованы незначительно.

Консервативное отношение к современным реалиям и перспективному развитию топливно-энергетического комплекса практически тормозит эффективное внедрение ветроэнергетики, в том числе в степной зоне Южного федерального округа.

В этом регионе в свое время делались попытки эксплуатации ВЭС мощностью 4 кВт Астраханского завода «Ветроэнергомаш». Такие ВЭС способны вырабатывать электроэнергию только при номинальной скорости ветра. В Волгоградской области они действовали, например, на базе отдыха «Бакалда», на АЗС «Лукойл» на трассах Волгоград – Ростов и Волгоград – Москва.

Первые попытки использования зарубежных ветро-электростанций также не дали ожидаемого результата. Примером может служить опыт эксплуатации трех немецких ветроэлектростанций (Волгоград, молочный завод № 3). Их использование оказалось невыгодным вследствие высокой стоимости как самих агрегатов, так и их сервисного обслуживания иностранными специалистами.

Эксплуатация ветроустановок Астраханского завода в пределах Волгоградской области показала необходимость модернизации их механической части и электрической системы для обеспечения автономного и стабильного электроснабжения объектов в период штиля.

С целью эффективного использования энергии ветра в Волгограде было создано специализированное научно-производственное объединение ЗАО «НПО «Ветротехника».

ЗАО «НПО «Ветротехника» разрабатывает автономные ветроэлектрические станции А-ВЭС-ВТ мощностью от 1 кВт до 2 МВт, предназначенные для электроснабжения частных хозяйств и промышленных предприятий. Базовая модель А-ВЭС-ВТ работает по принципу накопления электроэнергии в аккумуляторной батарее, вырабатываемой генератором и выпрямляемой выпрямителем, в аккумуляторной батарее с последующим преобразованием инвертором постоянного тока в переменный 380/220 В, частотой 50 Гц. Это позволяет исключить «провалы» выходного напряжения при колебании скорости ветра, резервировать электрическую энергию с дальнейшим ее использованием в период безветрия, а также предоставлять потребителю нормированную по напряжению и частоте электрическую энергию независимо от текущей скорости ветра. Управление режимами работы А-ВЭС-ВТ (пуск, торможение, заряд АБ) осуществляется автоматически с помощью микропроцессорной системы и сигналов датчика скорости ветра (анемометра).

С целью оптимизации выработки электроэнергии расчет необходимой емкости аккумуляторной батареи, назначение мощности электрогенератора и габаритных параметров ветроэлектростанции производятся с учетом ветровой характеристики района эксплуатации А-ВЭС, максимальной потребляемой мощности и годового характера ее распределения. Это дает возможность существенно увеличить коэффициент использования А-ВЭС. Может решаться и обратная задача: исходя из финансовых возможностей заказчика, выбирается необходимая установленная мощность А-ВЭС и подбирается район ее эксплуатации с максимальным коэффициентом использования.

Опыт разработки и эксплуатации автономной ВЭС мощностью 50 кВт в условиях Севера показал, что наиболее важными вопросами ветротехники являются: обеспечение необходимой прочности сварных швов элементов металлоконструкции и защитно‑декоративных покрытий, обеспечение надежности передачи электроэнергии через токоприемное устройство, торможение ветроколеса при буревой скорости ветра, повышение долговечности ветроколес, применение необслуживаемых аккумуляторных батарей и получение синусоидальной формы выходного напряжения с помощью специального инвертора.
Однако, несмотря на современный уровень изготовления и апробации автономных ВЭС волгоградского производства, местный рынок практически находится в застое, несмотря на повышенный интерес к нашей ветротехнике со стороны потенциальных потребителей.

В связи с этим для эффективного внедрения ВЭС, особенно в сельской местности, необходима упрощенная система кредитования потенциальных заказчиков для реализации национальных программ развития и освоения альтернативных источников электроэнергии. Такими заказчиками могут быть частные коттеджи, базы отдыха, крестьянские и фермерские хозяйства, а также промышленные предприятия. Применение А-ВЭС на промышленных предприятиях позволяет резервировать электроэнергию, а затем использовать ее для питания оборудования в пиковых режимах энергопотребления.

Кроме того, применение ВЭС на опасных объектах нефтегазодобывающего и нефтехимического комплексов может обеспечить непрерывность технологического процесса производства с обязательным электроснабжением по первой категории от трех источников (ЛЭП, дизель-генератор, автономная ВЭС). В перспективе ВЭС приоритетны и быстроокупаемы на нефтепромыслах для энергоснабжения кустов и малодебитных нефтяных скважин, что позволит продлить их рентабельную эксплуатацию с высокими технико-экономическими показателями.

К. т. н. Е. Н. Ковынев, Р. Н. Кулагин, Г. А. Косулин, инженер Д. А. Шеломенцев
Справка
Из возобновляемых источников энергии наиболее эффективной является энергия ветра, которая может использоваться в хозяйственных целях значительно шире, чем сегодня. Потенциальные возможности применения энергии ветра практически неограниченны в большинстве природных зон.

В настоящее время в мире функционирует более 40 000 ветроэлектрических агрегатов, суммарная мощность которых превышает 73 900 МВт (по данным Всемирной ветроэнергетической ассоциации WWEA за 2006 г.). Мировыми лидерами являются компании: Vestas (Дания), General Electric (США), Nordex (Германия).

Диапазон мощностей современных ветроэлектрических станций (ВЭС) составляет от сотен ватт до нескольких мегаватт.

Суммарное число ветроэлектростанций в мире ежегодно увеличивается на 20‑30%. По мнению аналитиков зарубежных энергетических организаций, в течение ближайших нескольких лет суммарная мировая мощность этих станций будет расти с той же скоростью – за счет реализации новых проектов. При этом ВЭС не нарушают природного баланса энергии на планете. Это безотходное, экологически чистое производство электроэнергии для различных целей: заряда аккумуляторов и накопления электроэнергии, энергоснабжения различных объектов и удаленных муниципальных образований (освещение улиц, отопление зданий, домов, ферм, электрификация полевых станов и зернохранилищ, пастбищ, пасек и др.), а также подача электроэнергии в сети централизованного и локального электроснабжения.

В настоящее время доля ветроэнергетики в энергобалансе Европы составляет примерно 5,5%, а к 2010 г. должна достичь 12%. По оценкам промышленных экспертов, многие страны, включая США, Канаду, Великобританию, Германию, Австрию и Данию, легко могли бы обеспечивать 20‑40% своих потребностей в электроэнергии за счет ветряных турбин. В этих странах развитию ветроэнергетики уделяется особое внимание, причем на государственном уровне: с инвестициями, позитивной банковской и налоговой политикой, поощряющей это важное направление энергопроизводства.

[youtube]rxpk0dwNZ4k[/youtube]