Сейчас на сайте

Сейчас 2 гостей онлайн

Designed by:
SiteGround web hosting Joomla Templates
Библиотека

ЧОМУ ВIТЕР I МАЛI РIЧКИ В УКРАЇНI НЕ МАЮТЬ РОБОТИ. ВIДНОВЛЮВАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА - РЕЗУЛЬТАТИ I ПЕРСПЕКТИВИ

Энергия ветра. Факты и мифы

Хитра, опасна и непредсказуема…

Второе пришествие ветроэнергетики

ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ, ПРИОБРЕТАЯ ВЕТРОУСТАНОВКУ?

Полезные ресурсы

 

ЧОМУ ВIТЕР I МАЛI РIЧКИ В УКРАЇНI НЕ МАЮТЬ РОБОТИ. ВIДНОВЛЮВАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА - РЕЗУЛЬТАТИ I ПЕРСПЕКТИВИ

Нд, 02/25/2007 - 09:53 — kotko
Котко В.Г.
Президенкт ГО "Енергетична Асоцiацiя України"

"ДЗЕРКАЛО ТИЖНЯ" № 7 (636) 24 Лютого - 2 Березня 2007 року
Нетрадиційна та відновлювальна енергетика

Виробництво електроенергії з відновлювальних і нетрадиційних джерел енергії (ВНДЕ) стає дедалі актуальнішим для будь-якої країни, що хоче зменшити свою енергозалежність від інших держав, зокрема убезпечити себе від можливих перебоїв з поставками органічного та ядерного палива. До того ж таке виробництво або зовсім не дає викидів у атмосферу шкідливих речовин (вітро-, гідроенергетика, використання геотермальних джерел та енергії Сонця) або принаймні не збільшує обсягу таких викидів.



Директива Європейського Союзу від 27 вересня 2001 року вимагає від країн-членів встановити національні індикативні цільові показники споживання електроенергії, виробленої з відновлювальних джерел, та формулює завдання досягти 12% валового внутрішнього споживання за рахунок такої електроенергії до 2010 року.

Розвиток відновлювальної енергетики для України не менш важливий, ніж для країн Європейського Союзу. Спільною для нас є обмеженість власної сировинної бази щодо газу і нафти та залежність від поставок цього органічного палива з зовнішніх джерел. Однак такі поставки для європейських країн диверсифіковані. Україна ж залежить виключно від однієї країни-постачальника — Російської Федерації. Друга особливість нашої економіки — велика питома вага у структурі валового внутрішнього продукту енергоємних галузей: металургії, хімії, виробництва цементу та інших, що робить економіку України ще більш енерговразливою.

Однак навіть за цих невтішних реалій зусилля щодо розвитку відновлювальної енергетики та практичні результати, досягнуті Україною, непорівнянно малі на тлі досягнень країн ЄС.

В Україні є значні ресурси більшості відомих на сьогодні видів ВНДЕ. Але реальні передумови: технічна спроможність і необхідний науковий потенціал існують на двох напрямах — це використання енергії вітру та енергії малих річок. За даними НАН України, розбудова малої гідроенергетики може дати країні до 4 млрд. кВт•год, а вітроенергетики — 30—45 млрд. кВт•год електроенергії на рік. Освоєння цього значного потенціалу в Україні, можна сказати, ще не почалося. До речі, саме вітроенергетика в останні 10—15 років інтенсивно розвивається в Європі, США та багатьох країнах Азії і, по суті, є основним напрямом освоєння ВНДЕ у світі.
Вітроенергетика

В Україні промислове освоєння енергії вітру розпочалося на початку дев’яностих років минулого століття з ініціативи нечисленних ентузіастів. У той період економіка країни переживала далеко не найкращі часи. У наявності був весь кризовий набір: галопуюча інфляція, глибокий спад виробництва, величезна армія безробітних і бартерні схеми розрахунків. Якогось впливу на паливно-енергетичний баланс країни у коротко- чи середньостроковій перспективі від цієї ініціативи не очікували. Разом з тим розвиток цього напрямку енергетики міг дати хоч якусь роботу підприємствам військово-промислового комплексу, більшість з яких на той час не мали замовлень. Тому цю ініціативу підтримало Міністерство промислової політики України, у підпорядкуванні якого перебували заводи, що потенційно могли виготовляти вітроенергетичні установки (ВЕУ).

Уже на той час західноєвропейські країни, зокрема Данія та Німеччина, мали солідні результати у розвитку вітроенергетики. Їх досвід показував, що успіх великою мірою залежить від державної підтримки. По-перше, ВЕУ — це досить складні у технічному відношенні агрегати, більшість вузлів яких потребує створення спеціалізованих виробництв та значних інвестицій. По-друге, попри очевидні переваги ВЕУ як генераторів, що працюють без палива, навіть у Європі вони не витримували конкуренції з тепловими, атомними і тим більше гідроелектростанціями через високу ціну виробленої ними електроенергії. Вони не вироблялися серійно, а одинична потужність навіть промислових ВЕУ була дуже малою. Не на користь вітроенергетики були і відносно невисокі на той час ціни на органічне та ядерне паливо. В Україні потенційна конкурентоспроможність вітроенергетики тоді була ще меншою.

Першим успіхом піонерів вітроенергетики стало прийняття у 1993 році постанови уряду «Про будівництво вітрових електростанцій», якою виділялися кошти на перші ВЕУ, та указ президента України від 02.03.1996 року під такою самою назвою, що започаткував спеціальний фонд розвитку вітроенергетики. Джерелом фонду стала надбавка до тарифу на електроенергію у розмірі 0,75% обсягу товарної продукції виробництва електроенергії, що давало 70—80 млн. грн. на рік. З 2004 року фонд вітроенергетики припинив існування, але було розпочате централізоване фінансування з держбюджету у тих же обсягах. З моменту запровадження надбавки до тарифу розпорядником цих коштів було Мінпромполітики України.
Вартість «вітрового кіловата»

Основним фактором, який забезпечив стрімкий розвиток відновлювальної енергетики у Західній Європі і США, став так званий зелений тариф на електроенергію. Величина цього тарифу перебуває у діапазоні від 7 євроцентів за 1кВт•год. у Скандинавських країнах до 8—9 євроцентів у Німеччині та Іспанії, або 45—59 коп. за 1 кВт•год. Це дає змогу покривати як поточні витрати, пов’язані безпосередньо з виробництвом електроенергії, так і капітальні витрати на будівництво електростанцій. Іншими словами, цей тариф забезпечує окупність вкладених інвестицій, причому у прийнятні для інвестора терміни, що й робить цей бізнес привабливим.

Україна пішла «своїм» шляхом. Через тариф, розмір якого в останні роки становив 17—20 коп. за 1 кВт•год., відшкодовуються лише поточні витрати на виробництво електроенергії. Усі ж капітальні витрати, пов’язані з будівництвом вітроелектростанцій (ВЕС), здійснюються за рахунок державного бюджету. Звідси маємо кілька наслідків:

— введення в експлуатацію нових потужностей ВЕС обмежується обсягом бюджетного фінансування;

— цей ринок заблокований для приходу як вітчизняних, так і іноземних інвесторів, оскільки дохід від реалізації електроенергії за встановленим тарифом не відшкодовує вкладених інвестицій.

Розрахунки показують: 1 кВт•год електроенергії на українських ВЕС фактично у 7—9 разів дорожчий, ніж в Європі (табл. 1)

Попри таку велику плату, досягнуті результати щодо введення в експлуатацію потужностей та виробництва електроенергії на ВЕС в Україні на кілька порядків нижчі, ніж у країнах Європи. Це можна пояснити тільки одним: підтримка вітроенергетики з боку держави в Україні потужна, але, на жаль, не дуже розумна. Безповоротне бюджетне фінансування «у них», як правило, завершується вже на перших демонстраційних вітроустановках. Подальший розвиток триває на підприємницьких засадах із залученням приватного та банківського капіталу, а також грошей з фінансових ринків. За державою залишається законодавча і нормативна підтримка, усунення або принаймні скорочення бюрократичних перешкод і стимулююча тарифна політика для створення належної економічної мотивації.

Висока якість ВЕУ та їх економічність забезпечуються конкуренцією між виробниками, що згодом сприяє зниженню вартості 1 кВт•год електроенергії на ВЕС та підвищенню конкурентоспроможності і самої вітроенергетики. Доки тариф на електроенергію, вироблену ВЕС, не стане конкурентоспроможним, запроваджується обов’язкова закупівля цієї електроенергії енергопостачальними компаніями. В Україні за законом усю електроенергію, вироблену на ВЕС, також в обов’язковому порядку закуповує Оптовий ринок електроенергії. Крім того, в Україні існує Комплексна програма будівництва ВЕС. Однак у нас немає інвестиційно привабливих тарифів та уже більше 10 років практикується пряме бюджетне фінансування виробництва ВЕУ та будівництва ВЕС.
Сумні підсумки

Через ці відмінності у підходах маємо надзвичайно сумні досягнення. Після більш як десятирічного розвитку та за, здавалося б, потужної підтримки держави загальна встановлена потужність ВЕС не досягала і 100 мВт. Парк ВЕУ більш як на 95% складається з морально застарілих установок одиничною потужністю 107,5 кВт. Коефіцієнт використання встановленої потужності надзвичайно низький і не перевищує 7%. Це при тому, що на сучасних ВЕУ цей показник сягає 30% і більше. Комплексну програму будівництва ВЕС, яка була схвалена урядом у 1996 році, не виконано за жодним показником. 2000 року Міжгалузева координаційна рада з питань будівництва ВЕС схвалила зміни і доповнення до зазначеної комплексної програми. Зокрема, встановлені нові завдання на період 2000—2010 років з виробництва ВЕУ, які також не виконуються (табл. 2).

Треба сказати, що на час прийняття змін у 2000 році ВЕУ 107,5 кВт уже була застарілою, а ВЕУ 600 кВт — не найсучаснішою. Більшість закордонних виробників уже тоді освоювали ВЕУ потужністю 1 тис. кВт і більше, а в останні роки — 2—3 тис. кВт і більше. На базі цих ВЕУ у Західній Європі, США та країнах Азії зроблено колосальний ривок з нарощування потенціалу ВЕС.

У 2007 році єдиний в Україні виробник — ВО «Південний машинобудівний завод ім. Макарова» завершує виготовлення установчої серії ліцензійної ВЕУ Т600-48 одиничною потужністю
600 кВт. Наразі провідні світові виробники розпочали впровадження у виробництво ВЕУ потужністю 4—6 МВт.

Хронічне та прогресуюче відставання вітчизняної вітроенергетики є наслідком того, що вся ідеологія її розвитку підпорядкована інтересам виробників обладнання для ВЕУ, а не власне нарощуванню потенціалу ВЕС. Саме тому так довго Україна орієнтується на ВЕУ малої потужності, які простіші у виготовленні, хоч і мають низькі техніко-економічні показники. Попри високу вартість та низькі якісні показники роботи вітчизняних ВЕУ, саме на них базується вітроенергетика України, оскільки забудовники ВЕС не мають права на вільний вибір постачальників. Безповоротне фінансування виробництва ВЕУ з державного бюджету, виправдане на етапі становлення, зараз є основним гальмом розвитку вітроенергетики. Дається взнаки обмеженість бюджетних коштів, бюрократичні складнощі процесу фінансування і, що найголовніше, відсутність належної мотивації до ефективного використання коштів.
Як досягти радикальних зрушень у розвитку вітроенергетики

Для кардинальних зрушень у розвитку вітроенергетики необхідні радикальні зміни у підходах до цієї справи.

По-перше, треба затямити, що ВЕС — це промисловий об’єкт з виробництва електроенергії, а за цю сферу відповідає не Мінпромполітики, а Мінпаливенерго. Тож саме воно повинно організовувати виконання програм будівництва ВЕС і розпоряджатися виділеними для цього бюджетними коштами.

По-друге, слід обмежити використання бюджетних коштів сферою наукових робіт загального характеру, а саме: оптимізація механізму адаптації ВЕС у загальну енергосистему; гідрометеорологічні дослідження вітропотенціалу, вибір ділянок для розміщення ВЕУ тощо.

По-третє, і це головне, слід встановити оптимальний рівень спеціального тарифу для електростанцій, які працюють на ВНДЕ, що гарантував би окупність коштів, інвестованих у їх будівництво, у прийнятні для інвесторів терміни. Визначити термін дії таких тарифів і мінімізувати ризики зміни тарифної політики. Для цього треба законодавчо закріпити основні положення тарифної методології для енергетики на ВНДЕ.

Якщо діяти цілеспрямовано, причому не тільки на стадії складання програм і планів, то можна швидко досягти переконливих результатів. Це підтверджує досвід Німеччини, яка почала розвиток вітроенергетики не набагато раніше за Україну. Зараз встановлена потужність ВЕС Німеччини сягає
20 млн. кВт. Щоб відчути цю цифру, порівняємо її з сумарною потужністю всіх атомних електростанцій України, яка становить 13,8 млн. кВт. На цих потужностях виробляється більше половини усієї електроенергії в нашій країні.

Однак вітроенергетику, та й усю електроенергетику на ВНДЕ в Україні продовжують сприймати як щось екзотичне, не практичне і, що особливо тривожно, малоперспективне. Сьогодні в енергобалансі України електроенергія за рахунок ВНДЕ не досягає і 0,5%. Якщо вірити Енергетичній стратегії України, яку уряд затвердив менше року тому, таке становище зберігатиметься ще дуже довго. Зокрема, «прогнозується збільшення виробництва електроенергії електростанціями, що використовують нетрадиційні та відновлювальні джерела енергії (без урахування виробництва електроенергії на малих ГЕС та біопаливі) до 2,1 млрд. кВт•год — у 2030 році», що становить ті ж 0,5% від прогнозованого на 2030 рік загального виробництва електроенергії в Україні.

У цій ситуації втішає одне. Ще ніхто не поніс серйозної відповідальності за недосягнення показників, передбачених Комплексною програмою будівництва ВЕС і Енергетичною стратегією України (в частині завдань на 2006 рік). Громадськості, до речі, не відомі факти чиєїсь відповідальності за невиконання й інших державних і галузевих програм. Тож, за перевищення задекларованих показників тим більше ніхто ні з кого не питатиме. А можливість виробити згадані 2,1 млрд. кВт•год, причому тільки на ВЕС і років на 20 раніше, ніж це передбачено Стратегією, — завдання абсолютно реальне. Для цього не треба винаходити велосипед, потрібно лише скористатися досвідом, що вже є в інших країнах, або досвідом, що є в інших сферах економіки України, де задіяні ринкові механізми та створені належні умови для їх застосування.

Гарним прикладом може служити розвиток мобільного зв’язку в Україні. Мобільний телефон десять років тому був розкішшю для обраних, зараз же це доступна річ для пересічного громадянина. До того ж мобільний зв’язок — це тисячі робочих місць як безпосередньо на підприємствах, що надають послуги зв’язку, так і у промисловості, що виробляє обладнання для цієї галузі. Хотілося б побачити, ні, краще давайте уявімо, яких «висот» досяг би в Україні мобільний зв’язок, якби розвивався за кошти держбюджету, та ще й на технічній базі виключно вітчизняних виробників. Вважаю, що такий сценарій був би згубним для мобільного зв’язку, та й навряд чи допоміг би підняти промисловість зв’язку. Нема сумніву і у зворотному сценарії.

Якщо вітроенергетику розвивати на тих самих ринкових принципах, можна очікувати і таких само вражаючих результатів. Прийдуть інвестиції, значно більші, ніж ті, що сьогодні спроможна вкладати держава; матимемо високу ефективність кожної вкладеної гривні; будівництво нових ВЕС базуватиметься лише на сучасних ВЕУ великої потужності та належної якості.
З енергією малих річок поки не щастить

З освоєнням енергії малих річок, як і з освоєнням енергії вітру, в Україні поки що не складається. З економічно доцільного для освоєння гідропотенціалу малих річок наразі використовується лише 7—8%. Особлива цінність енергії малих річок полягає у тому, що вони розосереджені по всій території України і переважають у західних регіонах, які є енергодефіцитними. Додаткові плюси — наявність фахової школи гідроенергетиків, однієї з найкращих у світі; значний технічний і промисловий потенціал турбомашинобудування і великий досвід будівництва гідроелектростанцій як в Україні, так і за кордоном. Крім того, частина малих гідроелектростанцій (МГЕС), які мають свої водосховища, здатні виробляти особливо цінну пікову електроенергію. Чому ж усе це не спрацьовує?

Закон України «Про альтернативні джерела енергії» декларує створення сприятливих умов для спорудження об’єктів альтернативної енергетики шляхом застосування економічних важелів і стимулів. Зазвичай, якщо держава хоче стимулювати якийсь вид виробництва, найчастіше застосовують пільгове оподаткування. В Україні ж здійснюється унікальна у світовій практиці політика додаткового оподаткування малих гідроелектростанцій. Робиться це через обов’язкові відрахування до державного бюджету інвестиційної надбавки до тарифу, яка по суті і є своєрідним податком для МГЕС. У подальшому ця надбавка вливається у широкий потік таких же відрахувань від великої електроенергетики і формує солідну суму у розмірі 2,8 млрд. грн. на рік. Фактично з цієї суми в електроенергетику як інвестиції повертаються лише
732 млн. грн., причому у малу гідроенергетику не повертається жодної копійки.

Ще одним поширеним у світі інструментом стимулювання альтернативної енергетики взагалі і малої гідроенергетики зокрема є застосування, спеціальних тарифів, які гарантували б швидке повернення вкладених інвестицій. Якщо зняти тягар згаданого додаткового оподаткування, то існуючий в Україні рівень тарифів забезпечить беззбиткову роботу існуючих МГЕС. Однак при цьому інвестиції у будівництво нових об’єктів малої гідроенергетики або не окупляться зовсім, або терміни їх окупності не влаштують ні вітчизняних, ні закордонних інвесторів.

Тому й потрібен спеціальний тариф, а точніше, спеціальна тарифна методологія, яка враховувала б ці моменти. Для того ж, щоб така методологія стала справді дієвим інструментом стимулювання розвитку малої гідроенергетики, її необхідно розроблювати із залученням зацікавлених компаній, які мають досвід відновлення, будівництва й експлуатації малих ГЕС, а також потенційних інвесторів.



Энергия ветра. Факты и мифы

Увеличение использования альтернативных источников энергии связано не только с положительными эмоциями, но и порождает вокруг этой темы много разнообразных мифов и легенд. Попробуем разобраться, что из этого всего правда, а что только вымысел.

 

Первое, и, наверное, самое основное опасение людей – это шум, который производят ветровые турбины. Шум определяется как любой резкий, громкий и просто нежелательный звук. Но даже, если по нормам производимый шум в пределах допустимого, есть люди, которые более чувствительные к шуму, чем большинство.

Это объясняется тем, что различный шум действует на нас по-разному. Например, большинство людей с удовольствем слушает шум волн на морском берегу, но нас злит радио из соседского окна. И это даже при том, что фактический уровень шума от прибоя может быть намного больше, чем от радио. Кроме вопросов музыкальных предпочтений соседа, очевидно есть еще какое-то различие между этими шумами.

Морские волны испускают случайный “белый” шум, в то время радио соседа имеет некоторое систематическое содержание, которое ваш мозг не может игнорировать, различать и анализировать. А если Вам еще и сосед не нравится, то шум будет раздражать Вас еще больше. Примерно такая же ситуация и с ветровыми турбинами. Этот вид шума называют нежелательным звуком.

Современные турбины проектируются таким образом, чтобы максимально уменьшить шум от механических компонентов ветровой турбины. Таким образом практически весь слышимый шум – это шум ветра, взаимодействующего с вращающимся лезвием турбины.

На расстоянии 300 метров от ветровой фермы шума столько же, сколько от холодильника на кухне. Современные ветровые турбины более тихие, чем большинство современного оборудования по производству электроэнергии. И даже в тех областях, где плотность населения низкая и шума от человеческой деятельности практически не существует, все равно шума от дуновений самого ветра больше, чем от вращения ветровой турбины.

Исключением можно назвать турбины, построенные раньше 80х годов. А также те, которые расположены на холмистой местности. Шум, производимый от ветровых установок на холмистой местности, может быть усилен за счет резких или больших перепадов высот на горах. И именно тип ландшафта играет в данном случае первостепенную роль.

Вторая проблема, которая может влиять на здоровье человека, это мерцающая тень. Ветровые турбины, как и другие высокие строения, отбрасывают тень на близстоящие дома. Если Вы живете рядом с такой турбиной, то для Вас может быть раздражающей мерцающая тень, которая появляется при вращении ротора (лезвия турбины). Ротор как бы разрывает ровный солнечный свет, создавая эффект мерцания.

И даже если в США теневые вспышки не были признаны проблемой, то в Европе над этим нежелательным эффектом уже работают специалисты. В Великобритании только в одном случае мерцание было признано проблемным для жителей близлежащих домов.

Эта проблема вполне решаема. На расстоянии, равном сумме 7-10 диаметров ротора (это порядка 300-800 метров), человек не подвергается влиянию теневых вспышек. Следовательно, стоит только отступить от домов на это расстояние и проблема будет исчерпана. Второе решение – это постройка турбин за домами относительно движения Солнца.

Человека всегда пугает неизвестность. Такая же ситуация сложилась и с инфразвуком, который якобы испускают ветряные турбины и это отрицательно влияет на здоровье человека. Инфразвук окружает нас постоянно. Это и последствия автомобильного движения, самолетов, поездов. И даже в домах у нас есть источники таких звуков – это наша бытовая техника. Инфразвук также возникает во время грозы, землетрясений, ураганов.

Инфразвук, это звук на низких частотах, он не улавливается человеческими органами чувств, но определенные низкие частоты могут вызвать у людей обостренную тревожность и даже психические растройства. Ученые во всем мире категорически отвергают сообщения о том, что от ветровых установок есть вредный эффект инфразвука. А постоянные тесты и опыты на ветровых фермах только подтверждают их слова.

Существует проблема с ухудшением принятия радио- и телевизионных сигналов в близлежащих домах. Такая проблема актуальна в том случае, если турбина стоит на пути прохождения этого сигнала. Но даже в этом случае исправляется она установкой дополнительных ретрансляторов в обход ветровых ферм.

Некоторые считают, что ветровые установки уродливы и портят ландшафт только одним своим присутствием. Но намного больше людей, которые считаю, что такие установки величественны и прекрасны. Над дизайном ветряков и над их «красивым и правильным» размещением на местности работают квалифицированные специалисты. И внешнему виду таких конструкций уделяется не меньше внимания, чем к механике. Но, как говорится, на вкус и цвет товарищей нет.

Так что мнение, что такие установки уродуют местность, тоже в равной мере имеет право на жизнь. Но к доказанным фактам его относить не стоит, это больше из разряда мифов. Мифом является и то, что установки ветряков отрицательно влияют на туристический бизнес. Скорее наоборот, в Шотландии 80% опрошенных потенциальных туристов выявили желание посетить ветровую ферму в качестве дополнительного экскурсионного тура.

К разряду мифов можно отнести слух, что на производство, установку и обслуживание ветряка тратится больше энергии, чем он вырабатывает. Фактически, при нормальной работе всю затраченную на вышеперечисленные задачи энергию ветряк возвращает за 2-5 месяцев при сроке службы ветряка как минимум 20 лет.

Отрицательного влияния не выявлено при продаже недвижимости рядом с ветряными мельницами. Скорее наоборот, в связи с постоянным подорожанием электроэнергии возможность использования альтернативных источников становится все более привлекательной.

Также вымыслом является возможность того, что вращающееся лезвие спадет с турбины и рухнет вниз. Надежность и безопасность постройки ветряков дошла до того, что их безбоязненно устанавливают даже рядом с детскими учреждениями, не говоря уже про установку в густонаселенных районах. Разрушение ветряков по таким причинам было возможно в начале их использования. Стандарты построения ветряков в наше время гарантируют высокий уровень безопасности и надежности даже при различных природных катаклизмах.

К разряду мифов можно отнести то, что якобы турбины убивают множество птиц. По статистике, которую собрали датские ученые, на 10 000 смертей птиц меньше одной происходит из-за ветровой турбины. В основном преждевременная смерть пернатых происходит из-за высоковольтных проводов, окон зданий, высокоскоростного движения на дорогах и даже из-за деятельности обычных домашних котов, которые из этих десяти тысяч ловят примерно одну тысячу.

Последним доводом противников ветровой электроэнергии есть ее высокая стоимость. Сейчас средняя стоимость одного киловатта где-то 5-7,5 центов (по данным австралийских компаний). Да, для Украины может это пока что дорого, особенно учитывая стоимость самой установки. Но с теми темпами роста стоимости электричества, которые наблюдаются сейчас в нашей стране, через год-другой этот вид бизнеса может оказаться намного более рентабельным, чем в данный момент.




Хитра, опасна и непредсказуема…


Вокруг ветроэнергетики в Украине постоянно идет острая дискуссия. Причем точки зрения, которые высказываются при этом, совершенно полярны — от полного отрицания ее полезности на территории нашей страны, будто бы бедной ветроресурсами, до утверждения, что с помощью электроэнергии, получаемой с помощью ветра, можно обеспечить все наши потребности, да еще и продавать ее излишки за рубеж. Корреспондент «ЗН» побывал в Днепропетровске на предприятии «Ветроэнергетика», где создаются украинские ветроэлектроустановки (ВЭУ). Предлагаем нашим читателям интервью с генеральным конструктором этого предприятия Владимиром КУКУШКИНЫМ.

— Ветроэлектростанция хитра и сложна, потому что работает от ветра, а ветер — от Бога. Кроме того, она почти непредсказуема, как женщина, — так несколько поэтически Владимир Иванович начал свой рассказ об использовании энергии ветра. — Муку молоть с помощью ветра можно, но доверить ему освещать дом ненадежно — слишком часто будешь сидеть в темноте.

 

— Владимир Иванович, но в то же время у ВЭУ есть и немало преимуществ. В каких условиях они проявляются наилучшим образом?

 

— Они в наибольшей степени проявляются, когда такие ветровые энергогенерирующие станции или установки подключены к общей сети государства (и чем они больше и мощнее, тем лучше). Тогда потребление атомной энергии, угля, нефти, газа сразу сокращается. Государственная сеть является своеобразным аккумулятором, поэтому ВЭУ очень выгодна, когда дает электроэнергию в общую схему. Если «заработал» ветер, можно выключить гидроэлектростанции или блок на теплостанции (атомные блоки работают постоянно в базовом режиме). Все это дает огромную экономию исходного сырья.

 

При этом надо помнить, что чрезмерное увлечение ветроэнергетикой не всегда полезно — если количество энергии от ветра превышает 50% от общей вырабатываемой электроэнергии в сети, то это может стать опасно, так как внезапное прекращение ветра может повлиять на общее энергоснабжение, а значит — и на экономику государства. Поэтому выработана определенная стратегия в этом вопросе. Установлено, что доводить вклад ветроэнергетики до более чем 30% в сети не следует. Впрочем, для нас пока эти рассуждения чисто теоретические, потому что вклад ВЭУ в электроэнергетику Украины не достигает и одного процента, хотя по использованию энергии ветра мы обогнали все страны СНГ. Однако есть государства, в которых доля энергии ветра достигает 30%. Это, в первую очередь Дания. 20% электроэнергии дают ВЭУ северной части Германии (при общем показателе по стране около 7%).

На Западе энергетические сети раздельные, и это является некоторым недостатком. Так, Германия уже подходит к возможному пределу в использовании своего энергетического потенциала на севере страны. Преимущество Украины состоит в том, что в стране существует единая энергетическая сеть, а если в этом направлении работать вместе с Россией, то вклад ветроэнергетики можно поднять до 50%…

 

— Но разве возможно в Украине выработать такое количество электроэнергии с помощью ветра? Ведь в прессе уже не раз писалось о том, что наша страна обделена ветром…

 

— У нас ветрового потенциала хватит, чтобы обеспечить страну электроэнергией на все 100%. Вопрос в другом — какое качество у нее будет при этом? Ветер силой 2 м/с или 5 м/с — тоже ветер, но чтобы ветроэлектростанция работала хорошо, нужен ветер, дующий со скоростью 10 м/с. Сейчас на Западе добились, что ВЭУ становятся выгодными при 7 м/с, хотя обычно ветряки рассчитываются на скорость ветра 9 —11 м/с. Это «рабочий» ветер. 100-киловаттный ветроагрегат дает эту мощность при ветре 11 м/с.

 

— Сколько же электроэнергии будет вырабатывать ВЭУ при скорости ветра 20 м/с?

 

— Ветроэлектростанция спроектирована так, что будет давать все те же 100 кВт, но при этом угол наклона лопастей уменьшится. То есть она запрограммирована на сознательную потерю мощности. Просчитывались варианты ВЭУ с двумя генераторами, чтобы второй включался при большем ветре. Однако на сегодняшний день это оказалось невыгодно, так как 90% времени второй агрегат будет простаивать.

 

— В прессе не раз обсуждались ВЭУ с вертикальным расположением оси вращения. Насколько оправдались надежды, связанные с ними?

 

— Можно сказать, что не оправдались. В Калифорнии установлено около 30 тысяч ВЭУ, причем самой разной мощности, начиная со 100-киловаттников, которые мы поначалу покупали в США по лицензии, и заканчивая установками мощностью 1500 кВт. Все вместе они заменяют три атомных блока. Там же есть ВЭУ и с вертикально расположенной осью. Но на такие установки приходится чуть больше 5% от общего количества. Одно время ветряки с вертикальной осью быстро развивались и им прочили большое будущее. У нас, в Днепропетровске, также была изготовлена установка мощностью 420 кВт. Ее поставили в Евпатории. Однако когда лопасти ветряка начинают сильно раскручиваться, их не остановить, и в конце концов они разлетаются на куски. К примеру, канадцы поначалу с энтузиазмом отнеслись к этому направлению, но когда сразу шесть агрегатов вышли из строя, работы были остановлены.

 

— Недавно в смерче была зарегистрирована скорость ветра более 450 км/ч (это 125 м/с). Как ВЭУ выдерживают такие нагрузки?

 

— Не выдерживают они таких ветров. Но в Украине, к счастью, подобных ветров в местах расположения ВЭУ нет. В Крыму максимальная скорость ветра достигает 30 м/с. А вот в Индии ветер поломал много современных ветроэлектростанций. Поэтому при скорости ветра свыше 25 м/с агрегат переводят в нулевое положение и не эксплуатируют, чтобы он не вышел из строя. При скорости ветра 50 м/с мачта ветроустановки не выдержит, такой предел заложен в техническое задание.

 

— В каком районе у нас расположено наибольшее количество ВЭУ?

 

— Поезжайте в район Донузлава, за Евпаторией, там увидите Мироновскую ВЭУ. Недавно я возил туда польскую делегацию. Поляки, увидев 170 ритмично работающих ВЭУ, были потрясены величественным зрелищем. Есть мощные ВЭУ и в Судаке. К сожалению, возможности для развития ветроэнергетики в Украине небольшие. Государственного финансирования не хватает, а частный капитал для этого не привлекается.

 

Тогда как в Дании, Германии большинство ВЭУ находятся в частной собственности. Мне там довелось познакомиться с работником ветроэнергетической фирмы, который получил от банка кредит в 200 тыс. евро. На эти деньги он купил не новую, а уже работающую ВЭУ (своеобразный секонд-хенд). На деньги, вырученные от продажи электроэнергии, предприниматель вернул кредит и после этого начал получать чистую прибыль.

 

— Какую роль в этом играет «зеленый тариф»?

 

— Часто можно слышать, что сегодня самую дешевую электроэнергию дают атомные станции. Но ведь это не так! Потому что в ее стоимость не заложены затраты на хранение отходов, расходы на ликвидацию последствий аварий наподобие чернобыльской, а ведь их тоже нужно предусматривать — мало ли что еще может случиться. Да и на тепловых электростанциях делают сегодня трубу повыше, чтобы грязь и пыль рассредоточивались как можно дальше. Но ведь ТЭС загрязняют окружающую среду еще больше, чем АЭС. Тогда как «зеленый тариф», введенный в некоторых государствах, справедливо оценивает экологически чистую энергию ветра.

 

В 1990 году я вместе с тогдашним министром топлива и энергетики Виталием Скляровым ездил в Данию и посетил местное министерство экологии и энергетики. Кстати, обратите внимание на порядок слов в названии министерства — все начинается со слова «экология»! Мы с ним увидели ветряки, а затем отправились посмотреть, как работает тепловая электростанция в Копенгагене. Когда пришли на станцию, Виталий Федорович говорит: «Станция не работает». — «Почему?» — «Дыма совсем нет…»

 

Нам дали белые перчатки и показали, как взобраться на трубу высотой 160 метров. Когда мы поднялись, то почувствовали — из трубы идет теплый воздух. Значит, все-таки станция работает, но совсем не дымит и нет выбросов пыли или золы, хотя сжигается польский уголь не самого высокого качества зольностью 11% и с большим содержанием серы. И все потому, что зола тут же перерабатывается в гипс, а из оксида серы производится серная кислота. Так, заботясь об экологии, датчане одновременно производят из отходов весьма нужную продукцию. А чистота отходов на электростанции поддерживается благодаря тому, что горы угля покрыты пленкой, так что никакой ветер пыль не поднимает.

 

— Итак, подведем итоги: Германии ветроэнергетика нужна, Дании тоже… Я еще могу понять Россию, которая не слишком большое внимание уделяет ветроэнергетике потому что у нее достаточно и газа, и нефти, и угля. Но ведь Украина в этом отношении бедна, как церковная мышь, почему же мы так вяло развиваем это направление энергетики? Кстати, еще в 1990 году вы вместе с министром могли убедиться в преимуществах ветроэнергетики. Почему же он не стал ее сторонником?

 

— Конечно же, стал. Но с тех пор энергетические министры сменялись у нас, если не ошибаюсь, пятнадцать раз. При такой кадровой чехарде у нового назначенца просто не остается времени на проблемы ветроэнергетики… Я убеждал министров в том, что сейчас все страны, заботящиеся о своем будущем, движутся по пути развития ВЭУ. Вы только посмотрите, какие грандиозные усилия в этом направлении прилагают Испания, Индия, Китай. Почему же Украина ведет себя так вяло?

 

— Вы не одни в Днепропетровске создаете ВЭУ. Мне приходилось бывать на предприятии «Веста», на котором налаживают производство небольших (до 30 кВт) ВЭУ для ферм, дач, бригад пастухов…

 

— Все, кто занимается ветряками, — выходцы из «Южмаша». На «Весте» они делают пока 20-киловаттные установки, а также ВЭУ мощностью 420 кВт с вертикальной осью.

 

— Почему ветряки устанавливают на трубчатых опорах, а не, к примеру, на треногах?

 

— Интересный вопрос. Скажу сразу, что здесь ответ надо искать не у инженеров, потому что на треногах сделать проще и дешевле. Но поскольку в Германии, например, ВЭУ ставят недалеко от жилищ, то они должны выглядеть еще и эстетично. А нам это зачем, если мы устанавливаем ветроэлектроустановки в безлюдных местах? Это говорит о том, что не нужно все копировать до мелочей. Часто лучше немного подумать и трезво оценить и свои возможности, и чужие достижения.

 

Автор: Александр РОЖЕН
Источник: Зеркало Недели




Второе пришествие ветроэнергетики 


Как и за счет каких источников человечество собирается покрывать всё возрастающие затраты энергии? Даже если энергетического кризиса удастся избежать, мир рано или поздно столкнется с тем, что запасы невозобновляемых сырьевых ресурсов - нефти, газа и угля - будут исчерпаны. Чем активнее мы их используем, тем меньше их остается и тем дороже они нам обходятся. По расчетам специалистов, при нынешних объемах добычи угля на Земле хватит лет на 400-500, а нефти и газа - максимум на столетие. К тому же опустошение земных недр и сжигание топлива уродуют планету и год от года ухудшают ее экологию. Одним словом, перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, или, как их еще называют, нетрадиционных, источников энергии. Среди них лишь энергия Солнца и ветра поистине неисчерпаема и не вносит практически никаких изменений в природу. Не так давно мы рассказывали о солнечной энергетике (см. "Наука и жизнь" № 12, 2002 г.). На очереди - ветроэнергетическая отрасль. Речь пойдет о достижениях мировой ветроэнергетики и перспективах ее развития в России. Ветряки шагают по планете

Первой лопастной машиной, преобразующей энергию ветра в движение, был парус. Ему уже почти 6000 лет (под парусом ходили еще древние египтяне), но до сих пор это древнее изобретение обладает наивысшим коэффициентом полезного действия среди всех известных ветроагрегатов. Позже появились ветряные мельницы, которые служили человечеству несколько столетий, вплоть до середины прошлого века. Они качали воду, поднимали камни, вращали мукомольные жернова. Пришедшие им на смену ветродвигатели выполняют не только механическую работу, например, оснащенные электрогенератором ветроэнергетические станции (ВЭС) вырабатывают электрическую энергию.

Попытки использовать энергию ветра в крупномасштабной энергетике, предпринятые в сороковых годах ХХ века, оказались несвоевременными и потерпели неудачу. Нефть оставалась сравнительно дешевой, устойчиво сокращались капитальные вложения в строительство тепловых электростанций, развитие гидроэнергетики, как тогда казалось, гарантировало низкие цены на энергоносители и удовлетворительную экологическую чистоту.

За рубежом нетрадиционная энергетика начала всерьез развиваться после нефтяного кризиса середины 1970-х годов. По данным Международного энергетического агентства, сегодня производство электроэнергии за счет возобновляемых источников оценивается более чем в 200 млрд кВт.ч, или около 2% всей производимой энергии. Значительную ее часть дают ветроэнергетические станции, и роль их стремительно возрастает. Однако в 1960-1980-е годы ВЭС до прибыльности не дотягивали. Что же сделали развитые страны? Они дотировали отрасль на государственном уровне, как мы в свое время сельское хозяйство, с той лишь разницей, что у них результат был очень удачным. Мировая ветроэнергетика вышла на самостоятельную прибыль и существует без каких-либо дотаций, но при активном госрегулировании. По последним сведениям, к концу 2003 года общая мощность всех установленных в мире ВЭС достигла 35 000 МВт, в том числе в Дании - 3400 МВт, в Германии - 14 500 МВт, и увеличивается на 500-800 МВт ежегодно (эти страны занимают лидирующее положение в ветроэнергетической отрасли).

Ведущие европейские компании выпускают серийно ветродвигатели мощностью 660, 850, 1800 и 2000 кВт, предназначенные для работы на энергосеть. Только датская фирма "Vestas Danich Wind Technology" с начала 1980-х годов установила порядка 11 000 ВЭС по всему миру. Несколько лет назад появились ветроустановки мегаваттной мощности с размахом лопастей 90 м и более. По прогнозам фирмы "Боинг", в наступившем десятилетии будут созданы ветроагрегаты мощностью 7 МВт (сегодня самые крупные из них вдвое "слабее"). К 2010 году США планируют довести мощность ветроустановок до 80 000 МВт (около 5% от общей мощности), а в Дании за счет нетрадиционных возобновляемых источников, в том числе ветроэнергетики, намереваются получить до 20% энергии.
РОССИЯ БЕЗ ВЭС И ВЕТРОПАРКОВ

В то время как в развитых странах ветроэнергетическая отрасль быстро и мощно развивается, в России ее незаслуженно обходят вниманием. А ведь в свое время отечественная ветроэнергетика занимала передовые позиции в мире. Как и в других странах, она начиналась много веков назад с ветряных мельниц, которых к середине 20-х годов прошлого века в стране насчитывалось более 800 тысяч.

В 1918 году ветряками заинтересовался профессор В. Залевский. Он создал теорию ветряной мельницы и вывел несколько положений, которым должна отвечать ветроустановка. В 1925 году другой наш выдающийся соотечественник - профессор Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте. Отрасль начала стремительно развиваться. В 1931 году в СССР заработала крупнейшая в мире ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, вслед за ней на юге страны были установлены десятки подобных ветрогенераторов. В 1938-м в Крыму развернулось строительство ветроэлектростанции мощностью 5 МВт. С 1950 по 1955 год страна производила до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30 кВт. На целине впервые была сооружена многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт - прообраз современных европейских ветропарков и систем "ветро-дизель". В 1960-1980-е годы энергетическая отрасль нашей страны была ориентирована на строительство крупных ТЭС, ГЭС и АЭС. Естественно, развитие малой энергетики, в том числе и ВЭС, затормозилось. И только к началу 1990-х годов, значительно позже, чем в других странах, в СССР вновь заговорили о практическом использовании ветроэнергетических установок (ВЭУ), и встал вопрос об организации их производства.

К работам в порядке конверсии были привлечены МКБ "Радуга" Минавиапрома СССР и НПО "Южное" Минобщемаша СССР. В 1990 году эти предприятия организовали производство ВЭУ мощностью 200, 250 и 1000 кВт. Проектные институты приступили к созданию первых крупных системных ветроэлектростанций: Восточно-Крымской, Ленинградской, Калмыцкой, Магаданской и Заполярной (в Воркуте). Но очень скоро в стране начался экономический кризис, и работы на всех объектах ветроэнергетики практически остановились. Кончилось все это тем, что сегодня Россия значительно отстает от развитых стран как в эффективности энергоснабжения и энергосбережения, так и в развитии малой нетрадиционной энергетики, основанной на использовании экологически чистых возобновляемых энергоресурсов, в том числе и ветра. У нас сейчас действуют всего три-четыре десятка небольших ветроэлектростанций. Об их вкладе в энергетику страны говорить не приходится, поскольку возобновляемые источники энергии все вместе дают менее 0,1% вырабатываемой в стране энергии.
СОВРЕМЕННЫЕ ВЭС И ОСОБЕННОСТИ ИХ КОНСТРУКЦИИ

Что же представляют собой ветроэлектро - станции, которым отводится серьезное место в энергетике XXI века? Они мало чем напоминают своих древних собратьев - парус и ветряную мельницу, хотя принцип работы ветроагрегатов практически не изменился: под напором ветра вращается колесо с лопастями, передавая крутящий момент другим механизмам, причем чем больше диаметр колеса, тем больший воздушный поток оно захватывает и быстрее вращается.

Сегодня в мире широко распространены ветродвигатели двух типов: крыльчатые и карусельные. Встречаются еще барабанные и некоторые другие оригинальные конструкции.

Крыльчатые ВЭС - их еще называют ветродвигателями традиционной схемы - представляют собой лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Ветроагрегат вращается с максимальной скоростью, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха. Поэтому в конструкции предусмотрены устройства автоматического поворота оси вращения: на малых ВЭС - крыло-стабилизатор, а на мощных станциях, работающих на сеть, - электронная система управления рысканием. Небольшие крыльчатые ВЭС постоянного тока соединяют с электрогенератором напрямую (без мультипликатора), мощные станции оснащают редуктором.

Мощность ВЭС зависит от скорости ветра и размаха лопастей ветроколеса (см. таблицу )

Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ВЭС (чаще всего их ветроагрегаты бывают двух- или трехлопастными) намного выше, чем у других ветряков, недаром они занимают более 90% рынка.

Карусельные, или роторные, ВЭС с вертикальной осью вращения, в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Когда ветровой поток усиливается, карусельные ВЭС быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения ветроколеса стабилизируется. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра.

Конструкция лопастных ВЭУ роторной схемы обеспечивает максимальную скорость вращения при запуске и ее автоматическое саморегулирование в процессе работы. С увеличением нагрузки скорость вращения ветроколеса уменьшается, а вращающий момент возрастает. Подобные ветродвигатели с лопастями разной формы строят в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде, Финляндии. Идея карусельного ветродвигателя в виде так называемого роторного паруса была реализована на знаменитом исследовательском судне "Калипсо", построенном по заказу Жака Ива Кусто. По данному типу спроектирована и одна из ВЭС в Белоруссии номинальной мощностью 250 кВт.

Существуют роторные ВЭУ с лопастями того же профиля, что и у крыльев "дозвуковых" самолетов, которые, прежде чем опереться на подъемную силу, должны разбежаться. С ветроагрегатами происходит то же самое. Чтобы раскрутить и довести их до определенных аэродинамических параметров, сначала нужно подвести энергию извне, и только после этого ВЭУ начнут работать в режиме генератора. Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при 14-16 м/с. Предварительные расчеты показывают, что ортогональные установки смогут вырабатывать электроэнергию мощностью от 50 до 20 000 кВт.

Из недавно появившихся оригинальных проектов стоит назвать ВЭС принципиально новой конструкции, состоящую из фундамента, трехопорного несущего основания и смонтированного на нем кольцеобразного генератора со встроенным подшипником и центральным ротором. Кольцо генератора может достигать в диаметре 120 м и более. Другой пример - многомодульная ветроустановка, состоящая из одного-двух десятков небольших ветроагрегатов (см. "Наука и жизнь" № 9, 2003 г. - Прим. ред.).
НЕДОСТАТКИ ВЭС ОСТАЮТСЯ В ПРОШЛОМ

Ветроэнергетика привлекательна не только тем, что не наносит вреда природе. ВЭС можно достаточно быстро установить там, где других источников энергии нет. Однако приходится констатировать, что работа ветроагрегатов сопровождается некоторыми неприятными явлениями. Главное из них - шум. На уровне оси ветроколеса в непосредственной близости от ВЭС мощностью 850 кВт уровень шума составляет 104 дБ. Система управления углом атаки способна уменьшить его, но очень незначительно. На расстоянии 300 м шум снижается до 42-45 дБ (на оживленной улице наши уши страдают больше). В "тесной" Европе на таком расстоянии от ближайшего жилья ВЭС уже ставят, в России же мы имеем возможность удалить их от застройки на 700-1000 м.

Помимо шума, воспринимаемого человеческим ухом, вокруг ВЭС возникает опасный инфразвук частотой 6-7 Гц, вызывающий вибрацию. От него дребезжат стекла в окнах и посуда на полках. Кроме того, ВЭС могут затруднить прием телепередач. Так было, например, на Оркнейских островах в Англии, когда в 1986 году там установили экспериментальный ветродвигатель. Тут же от жителей ближайших населенных пунктов начали поступать многочисленные жалобы на ухудшение телевизионного сигнала. Оказалось, что помехи создавали стальной каркас лопастей и имеющиеся на них металлические полоски для отвода ударов молний. Сами же лопасти, сделанные из стеклопластика, распространению телесигнала не мешали. В подобных случаях около ВЭС стали возводить ретрансляторы.

На Западе проблемы, связанные с работой ветроэлектростанций, успешно решены еще в середине 1990-х годов. Выпуск лопастей для ветроагрегатов освоили лидер аэрокосмической отрасли - концерн НАСА и один из ведущих производителей самолетов - фирма "Боинг". Конструкторам удалось снизить уровень шума и вибраций подбором скорости вращения ветроколес и совершенствованием профилей лопастей. Благодаря этим мерам уменьшился срыв концевых потоков, так называемых вихревых шнуров. Был найден способ борьбы с еще одним недостатком ВЭУ: чтобы птицы не попадали под вращающиеся лопасти, ветроколеса стали ограждать сетчатым кожухом.

 
НОВЫЕ РЕШЕНИЯ - НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций:

система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки);

система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы);

система управления рысканием - электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции);

система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором "беличья клетка").

Совсем недавно запущена в производство совершенно новая ВЭУ, в которой использован высоковольтный синхронный генератор со статором, имеющим обмотки из кабеля, и многополюсным ротором на постоянных магнитах. Получаемый переменный ток низкой частоты выпрямляется, а затем преобразуется инвертором в переменный ток сетевой частоты. Редуктор генератору не нужен, поскольку он низкооборотный. Такие установки можно использовать на ВЭС мощностью от 500 кВт до 5 МВт и выше.

За состоянием ВЭС и режимами их работы следит бортовой компьютер, куда по модемным каналам поступает вся текущая информация. Если, например, во время работы возникают кратковременные всплески напряжения (так называемый фликкерный эффект), происходящие при коротких, сильных порывах ветра либо при резком изменении нагрузки, их гасят с помощью специальных электронных устройств. Электроника и автоматика надежно защищены от постороннего излучения (в том числе от электромагнитного излучения самой сети и переключающих сетевых устройств) радиотехническим заземлением и экранированием. Важную роль здесь играют современные изоляционные материалы.

Несколько слов о конструкционной безопасности. Ветроагрегаты отключаются и останавливаются при скорости ветра 25 м/с (10 баллов по шкале Бофорта) с помощью двухуровневой тормозной системы. В отключенном виде они выдерживают порывы ветра до 50 м/с. Серьезные аварии практически исключены, поскольку системы дублируют одна другую, а вся механика, особенно лопасти, проходит серьезные испытания на прочность.

Обслуживают станции всего раз в полгода при сроке эксплуатации 20 лет (порядка 180 000 часов). ВЭС известных европейских производителей сертифицированы Международной организацией по сертификации (ISO), а также независимыми экспертными компаниями (государственными и частными).

 
СИСТЕМЫ "ВЕТРО-ДИЗЕЛЬ"

В крупных энергосетях неравномерная подача энергии, присущая всем ветроагрегатам, уравнивается их большим количеством. Автономные сети мощностью 0,5-4 МВт тоже могут функционировать надежно, несмотря на неравномерность поступления энергии от ВЭС, если они работают в паре с дизелем. Для систем "ветро-дизель" европейские компании разработали компьютеризированное устройство, распределяющее нагрузку между ветроэнергетической установкой и дизелем. Уже есть оборудование, позволяющее всего за две секунды отключить дизель или вновь включить его в работу. Благодаря этому увеличивается ресурс дизелей и экономится до 67% топлива в год.

Капиталовложения в строительство больших ветропарков в Европе сегодня составляют 1000 долларов на 1 кВт установленной мощности. Себестоимость энергии - 3,5-3,8 цента за 1 кВт.ч (10 лет назад было 16 центов). При массовом строительстве ветроэлектростанций можно рассчитывать на то, что в дальнейшем цена одного киловатт-часа существенно снизится и окажется сравнимой со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой ТЭС и ГЭС. В подтверждение этого аргумента говорит тот факт, что конструкции ВЭС постоянно совершенствуются: улучшаются их аэродинамика и электрические параметры, уменьшаются механические потери и т.д.

Проекты ВЭС, работающих на сеть, для условий, например, очень ветреного Приморья окупаются за 5-7 лет, системы "ветро-дизель" - за 2 года. В дальнейшем сроки окупаемости ветроэлектростанций будут сокращаться.

 
ВЭС МАЛОЙ МОЩНОСТИ

До сих пор речь шла о гигантских ВЭС, работающих на сеть, но ничего не было сказано о бытовых ветроэлектростанциях малой мощности - от 250 Вт до 10 кВт. Бытовые ветряки вырабатывают энергию более дорогую, но зачастую они бывают незаменимы, особенно там, где нет других источников энергии. Наиболее перспективными представляются производимые в России ВЭС с генератором постоянного тока напряжением 12-110 В, который заряжает буферные батареи (в последнее время - гелевые) емкостью от 200 до 800 А.ч. Зарядка осуществляется через контроллер, который выдает зарядный ток даже тогда, когда выходное напряжение генератора намного меньше напряжения батарей. Далее ток проходит через конвертор (инвертор), производящий на выходе сетевое напряжение 220 В. Телевизор, чайники и другие электроприборы в доме будут работать от заряженных батарей, пока последние не "сядут". После отключения нагрузки батареи вновь начинают заряжаться. Процесс этот может занять длительное время, все зависит от мощности генератора и силы ветра.

Бытовые ВЭС зарубежного производства пока, к сожалению, слишком дороги. Станция установленной мощностью 1 кВт стоит порядка 2 000 долларов. Даже при хорошем ветре она выдает за год в лучшем случае 40% от номинальной мощности, то есть не больше, чем бензиновый генератор на 400 Вт. Зачастую такой мощности не хватает, поэтому большим спросом пользуются ВЭС на 3 или на 10 кВт (последние стоят уже 25 000 долларов). Между тем в России есть более десятка изготовителей малых ВЭС установленной мощностью в несколько киловатт, цена которых не превышает 1500-2000 долларов. Информацию о производителях ВЭС можно найти на сайте Минэнерго www.mte.gov.ru в разделе "Нетрадиционная энергетика".

 
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ

Нет сомнения, что большие и малые ВЭС могли бы работать на огромных пространствах России высокоэффективно, ведь наша страна обладает мощным ветроэнергетическим потенциалом, оцениваемым в 40 млрд кВт.ч электроэнергии в год. Такие районы, как Обская губа, Кольский полуостров, большая часть прибрежной полосы Дальнего Востока, по мировой классификации относятся к самым ветреным зонам. Среднегодовая скорость ветра на высоте 50-80 м, где располагаются ветроагрегаты современных ВЭС, составляет 11-12 м/с. (Заметим, что "золотым" порогом ветроэнергетики считается скорость ветра 5 м/с - это связано с окупаемостью станций.)

Существуют также аномальные локальные зоны, в которых ветер значительно сильнее. Это, например, район Владивостока, где воздушные массы устремляются из Приханкайской равнины в разрыв между Северо-Корейскими горами и хребтом Сихотэ-Алинь и далее - по акватории Амурского залива. На островах близ Владивостока среднегодовая скорость ветра на высоте 150 м (50-метровая ВЭС на холме высотой 100 м) не бывает ниже 11 м/с (для континентальной Европы параметр недосягаемый).

Несмотря на благоприятные природные условия и большую привлекательность ветроэнергетики, у нас до сих пор нет ни огромных ветропарков, ни единичных ВЭС вокруг сельских поселков и дачных участков. Основная причина - отсутствие инвестиций. В Европе в данной отрасли превалирует народный бизнес. ВЭС строят кооперативы и акционерные общества, причем без всяких государственных дотаций. В России же осуществить дорогостоящие проекты под силу только госструктурам или крупному бизнесу. Предприниматель, отважившийся построить ВЭС или ветропарк в России, неизбежно понесет катастрофические убытки из-за того, что у нас ни на государственном, ни на ведомственном уровне законодатель но не определен порядок покупки энергии ВЭС электросетями. Кроме того, возникнут проблемы с землеотводом и многие другие бюрократические преграды.

И все же дело, кажется, сдвинулось с мертвой точки. Сейчас в стране строится несколько ветроэнергетических комплексов, в том числе и демонстрационных. Последней в ноябре 2002 года начала работать на сеть ВЭС в маловетреной Башкирии (мощность 2,2 МВт). После ввода ее в строй общая установленная мощность всех российских ветроэлектростанций едва превысила 8 МВт - в 1000 с лишним раз меньше, чем в относительно небольшой по площади Германии. Это означает, что отечественная ветроэнергетика, в свое время задававшая тон в мире, сегодня едва ли не безнадежно отстает от Запада. Но путь у нас только один: приложить усилия и последовать примеру мировых лидеров ветроэнергетической отрасли.
 

Автор: А. СОЛОНИЦЫН (г. Находка)

Источник: Наука и Жизнь (http://nauka.relis.ru)





ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ, ПРИОБРЕТАЯ ВЕТРОУСТАНОВКУ?

 
Николай Шихайлов, ЧП «Адмирал», 
Владимир Коханевич, Институт возобновляемой энергетики НАН
Украины
 
Недавние манипуляции с ценами на газ и электроэнергию заставили
общественность задуматься о перспективах столь привычного комфортного
существования и жизнедеятельности. Альтернативой традиционной энергии могут
стать возобновляемые источники энергии, в частности, энергия ветра. При
кажущейся простоте проблемы существует ряд вопросов, от понимания которых
зависит эффективность использования ветроэлектрического оборудования.
Попробуем ответить на основные из них.
 
С какой целью Вы приобретаете ветроустановку?
При ответе на этот вопрос необходимо помнить, что ветер – непредсказуемый и
непостоянный источник энергии. Ветровая энергетическая установка (ВЭУ) может
вырабатывать электроэнергию лишь тогда, когда есть ветер. Поэтому, чтобы
потребитель был обеспечен энергией и в периоды безветрия, необходим буфер
или, другими словами, накопитель энергии. Обычно для этой цели используют
электрохимический аккумулятор (АБ) или теплоизолированную емкость с
теплоносителем, нагреваемую электрическими нагревателями (ТЭНами), а для
ветронасосных установок - емкость, где накапливается поднятая с глубины вода.
В таком случае использовать накопленную энергию можно будет в любое время
по мере необходимости.
Таким образом заказчик получает доступ к собственной энергии и возможность
использовать ее по своему усмотрению: в местах, где отсутствует
централизованное электроснабжение; или же, как резервный источник энергии
для экономии потребления электроэнергии от централизованной сети и
обеспечения электроснабжения в случае ее отсутствия.
Кроме того, во втором случае также решается проблема, связанная с
сохранностью дорогостоящего оборудования, поломки которого обусловлены
неудовлетворительным качеством энергии в сети, особенно в сельской местности.
 
Вы решили установить ВЭУ, но не знаете какую именно?
К сожалению, сегодня не так уж и много ВЭУ представлено на Украинском рынке.
Все многообразие ВЭУ можно разделить на две большие группы:
- ветроустановки, использующие силу лобового давления (барабанные,
многолопастные  горизонтально-осевые, карусельные, роторы Савониуса,
парусные и т.д.);
- ветроустановки, использующие аэродинамическую подъемную силу (роторы
Дарье, быстроходные горизонтально-осевые ветроустановки).
У ВЭУ первой группы коэффициент использования энергии ветра
значительно ниже, чем у установок второй группы. Они тихоходные, так как
ветроприемное устройство данного типа ВЭУ не может двигаться со скоростью,
превышающей скорость ветра. Но самое главное, они плохо поддаются
регулированию, а это большой недостаток. Каждый тип ветроагрегатов
характеризуется коэффициентом мощности, т.е. величиной определяющей ту
часть энергии, которую возможно отобрать у ветрового потока данным
ветроприемным устройством. Для ВЭУ первого типа коэффициент использования
энергии или коэффициент мощности обычно не превышает 0,1. Для установок
второго типа он равен 0,3-0,45.
К ВЭУ второй группы относятся вертикально-осевые роторы Дарье и классические
горизонтально-осевые ВЭУ. При неоспоримых достоинствах роторов Дарье
(силовая трансмиссия и электрогенератор располагаются, как правило, на земле,
отсутствие механизма ориентации на ветер) им присущи и существенные
недостатки, ограничивающие их широкомасштабное использование. В частности,
к этим недостаткам относятся относительно низкое значение коэффициента
использования энергии ветра и концентрация массы лопастей на периферии 
ометаемой площади, что, в конечном итоге, ведет к усталостным  разрушениям
элементов ВЭУ и, в первую очередь, их опорных подшипников. Помимо этого,
ветряки данного типа, как правило, регулируют подключенной нагрузкой, при
пропадании которой ротор становится неуправляемым и «идет вразнос». Поэтому
на сегодняшний день наибольшее распространение для выработки
электроэнергии получили горизонтально-осевые трехлопастные ВЭУ. 
 
Что необходимо знать о скорости ветра? 
Скорость ветра является определяющей при вычислении мощности
ветроустановки. Однако какое ее значение необходимо для определения
мощности ВЭУ?
На основе научно-практического опыта было подсчитано, что скорость ветра,
называемая расчетной или номинальной, должна находится в пределах
произведения среднегодовой скорости ветра на коэффициент 1,25-2. Характерно,
что нижнее значение этого диапазона (1,25) типично для ветроустановок,
используемых в сельском хозяйстве для выполнения механической работы и
участвующих в каком-либо технологическом процессе. Для таких ветряков более
существенным является функционирование как можно большее число дней в
году. Предпочтение отдается гарантированию, конечно не на все 100%,
непрерывности технологического процесса.
Для ВЭУ, которые предназначены для выработки электроэнергии, а тем более
имеющих накопитель энергии в виде АБ, основной задачей является «снять» как
можно больше энергии  с ветрового потока за определенный период времени.
Поэтому в таких ветроагрегатах значение коэффициента ближе к 2.
К значению расчетной скорости ветра необходимо относится очень внимательно.
Допустим, Вы купили ВЭУ мощностью 5 кВт, но не уточнили, при какой скорости
ветра она эту мощность развивает. В данном случае «5 кВт» означает лишь то,
что установлен электрогенератор данной мощностью и ничего более. Примем за
расчетную скорость ветра 10 м/с. В случае, если же скорость ветра на практике
равна 8 м/с, то ВЭУ, которая в нашем примере развивает мощность 5 кВт при 10
м/с, при скорости ветра в 8 м/с будет развивать мощность в 2 раза меньше. 
Для большинства регионов Украины среднегодовая скорость ветра равняется 4 -
4,5 м/с. Именно поэтому, расчетная скорость ветра не должна намного превышать
эту величину. В противном случае может сложиться парадоксальная ситуация,
при которой ВЭУ с меньшим значением установленной мощности, например, 2
кВт, но которую она развивает при 8 м/с, за год вырабатывает больше
электроэнергии, чем, например, 3 кВт-ная ВЭУ с расчетной скоростью ветра 10
м/с. 
А что это означает? Лишь то, что, заплатив намного больше, вы получите меньше
электроэнергии. Рыночная стоимость ВЭУ основывается в основном на стоимости
1 кВт установленной мощности, а вот при какой скорости ветра эта мощность
развивается, об этом поставщики стараются не упоминать.
Расчет годовой выработки – процесс непростой, основанный на статистических
данных относительно повторяемости определенных скоростей ветра в данном
регионе, а также на умении прогнозировать. Иногда поступают проще и
используют понятие – коэффициент использования установленной мощности.
Если для конкретного места выбор ветроагрегата сделан правильно, то значение
этого коэффициента соответствует 0,25 - 0,3. Тогда количество электроэнергии,
выработанной за год ВЭУ, можно рассчитать, перемножив количество часов в
году на показатель установленной мощности и коэффициент использования
установленной мощности.
Как уже отмечалось, ветер – источник энергии непостоянный и непредсказуемый.
Как защитить себя от его капризов? Один из путей уже также упоминался –
использовать АБ в качестве накопителя (речь идет о выработке электроэнергии).
Ясно, что чем большая емкость АБ, тем более продолжительное время вы будете
с электроэнергией при отсутствии ветра. Но АБ тоже стоят денег и немалых. Как
быть? 
Можно предложить два критерия  для выбора емкости АБ: во-первых, если
позволяют финансы, то действовать по принципу - чем больше, тем лучше; во-
вторых, исходить из минимально необходимого гарантированного обеспечения
электроэнергией электрических приборов в течение требуемого времени.
Следует также помнить, что кислотные АБ, как правило, нельзя разряжать до
нулевого показателя. Некоторые типы АБ не рекомендуется разряжать более чем
на 20% (обычные обслуживаемые автомобильные АБ). Некоторые допускают
глубину разряда до 80% (герметичные необслуживаемые).
Повысить живучесть системы можно и другим путем: установить параллельно
другое генерирующее устройство, например, фотоэлектрические батареи (ФЭБ).
Таким образом, зарядка  АБ будет происходить либо за счет энергии ветра, либо
за счет солнца, либо от обоих источников одновременно. При этом, ВЭУ и ФЭБ,
как источники электроэнергии, прекрасно дополняют друг друга на протяжении
всего года (зимой больше ветра, а летом - солнца).
Есть еще один путь для стопроцентного обеспечения электроэнергией. Включить
в гибридную ветро-солнечную систему бензиново-дизельный генератор, причем с
условием, что он будет автоматически запускаться лишь в самых крайних
случаях, например, при длительном отсутствии ветра.
 
Какой мощности ВЭУ Вам необходима?
Для ответа на этот вопрос необходимо составить баланс между электроэнергией,
выработанной ВЭУ, и объемом потребляемой электроэнергии. Если подсчитать
объем произведенной за год электроэнергии  довольно просто, то с объемом
потребляемой электроэнергии дело обстоит иначе. Проще всего было бы взять и
просуммировать все мощности, имеющихся в обиходе электроприборов. Но тогда
необходимая мощность вообще и мощность ВЭУ, в частности, получится
завышенной. Мало того, что Вы заплатите лишние деньги, у Вас возникает
проблема: куда девать лишнюю электроэнергию? Другими словами, такой способ
определения мощности ВЭУ не годится. Необходимо провести энергоаудит. Что
это означает? Необходимо спрогнозировать: сколько часов в день или в месяц,
год будет работать каждый электроприбор. Помножив количество часов его
работы на мощность, можно определить, сколько кВт·ч потребляет каждый
имеющийся у Вас прибор в день (месяца, год). Просуммировав все полученные
значения за день (месяц, год), Вы получите суточное (месячное, годовое)
потребление электроэнергии за интересующий период. 
 
Существуют ли государственные стандарты, применяемые к ВЭУ?
Прежде всего, каждый ветроагрегат должен быть снабжен, как минимум,
протоколом государственных приемочных испытаний (для зарубежных образцов –
соответствующим сертификатом), в котором подтверждается соответствие 
данной ВЭУ системе стандартов по охране труда (ССТБ). ССТБ включает в себя
стандарты по защите от поражения электрическим током, по пожарной
безопасности, стандарты по допустимым уровням шума, вибраций,
инфразвуковым воздействием и т.д.
Поскольку ВЭУ обычно монтируется на высокой опоре, необходимо предпринять
меры относительно молниезащиты. Это может быть как отдельно стоящий
молниеотвод, так и совмещенный с установленной ВЭУ.
 
Сколько стоит ВЭУ?
Существует расхожее мнение, что один кВт установленной мощности стоит около
1000 долл. США. Это близко к истине, но только отчасти. Прежде всего, это
справедливо лишь для ВЭУ большой мощности (свыше 100 кВт), «работающих на
сеть». Их система управления более проста, так как, как правило, они имеют
асинхронные электродвигатели, работающие в режиме генератора, ведомые
сетью. Поэтому сеть сама поддерживает обороты ВЭУ. Для автономных ВЭУ, как
уже говорилось выше, необходимы накопитель и система преобразования
энергии.
Кроме того, автономные ВЭУ должны иметь надежную систему регулирования
угловой скорости ротора, так как предполагается отсутствие сети или ее
частичная замена (резервный источник энергии). Поэтому стоимость
ветроагрегата возрастает, как минимум, на стоимость систем регулирования,
накопления и преобразования энергии. Плюс к этому необходимо добавить
транспортные, монтажные и пуско-наладочные затраты. 
 
Через какое время окупится ВЭУ?
Чтобы ответить на этот наиболее часто задаваемый вопрос, необходимо четко
понимать, что ВЭС – это источник электроэнергии. Сегодня мы можем
пользоваться тремя электрогенерирующими источниками: централизованной
энергосетью, бензиново-дизельными установками, ветроагрегатами или другими
системами на основе возобновляемых источников: ФЭБ, микро- или мини
гидроэлектростанции.
Остановимся подробнее на каждом из них. Централизованная электрическая сеть
очень удобна. Хорошо, если она есть. А если ее нет или мощностей комплектной
трансформаторной подстанции (КТП) недостаточно для питания резко возросшего
количества потребителей, особенно в районах, прилегающих к крупным городам?
На сегодняшний день один километр прокладки воздушной линии электропередач
(ЛЭП) стоит более 20 тыс долларов США. В эту цифру входят затраты на проект
линии и технические условия на подключение, стоимость КТП, столбов, проводов.
Но даже, если ЛЭП уже существует, никто не задает вопрос, через какой
промежуток времени она окупается? Хотя ответ и очевиден – никогда. Это - 
капитальные затраты, призванные обеспечить комфортное существование
человека.
Бензиновые или дизельные электростанции являются убыточными с момента их
приобретения, а когда начинается их эксплуатация, они становятся сверх-
убыточными. У этих источников энергии - очень высокие эксплуатационные
расходы, львиную долю которых составляет стоимость бензина или дизельного
топлива. Кроме того, они загрязняют окружающую среду выхлопными газами и во
время работы создают повышенный шум. Эти системы заведомо убыточны, но мы
все равно их устанавливаем, так как привыкли к комфорту.
И, наконец, системы, работающие за счет возобновляемых источников энергии.
Эти системы - экологически чистые, не требующие органического топлива и
особого обслуживания, благодаря чему резко снижаются эксплуатационные
затраты. Себестоимость одного кВт·ч энергии полученной, например, от ВЭС на
порядок ниже, чем от бензиновой или дизельной установки соизмеримой
мощности. Именно в силу этих причин, такие системы пусть и не так уж скоро, как
бы этого хотелось, но все же окупаются.
Уяснив для себя все приведенные выше доводы, можно принять единственно
верное решение относительно приобретения и установки ВЭУ. А самое главное,
что ветроагрегат или любая другая возобновляемая технология обеспечивают
Вас собственным источником энергии. Вы накапливаете генерируемую
электроэнергию и используете ее по своему усмотрению, и по мере
необходимости. Применяя системы на основе возобновляемых источников
энергии, Вы обретаете энергетическую независимость.
 
Журнал «Зеленая Энергетика», №2, 2007




Полезные ресурсы


Ветроэнергетический_потенциал_Украины
http://uk.wikipedia.org/wiki/Вітроенергетичний_потенціал_України

Национальный институт возобновляемой энергетики
http://www.ive.org.ua/

Украинская ассоциация ветроэнергетики
http://uwea.com.ua/

Агентство по возобновляемой энергетике
http://www.rea.org.ua

Инициатива по вопросам изменения климата
http://www.climate.org.ua
 
http://mover.zx6.ru, Powered by Joomla!; template provided by SG web hosting