Перспективы ветроэнергетики в РФ
Возможности России в генерации ветровой энергии (которые в настоящее время практически не используются) оцениваются в 30% от общего электроэнергетического потенциала страны. Суммарный показатель мощности ветропарков России, который планируется достигнуть к 2020 году составляет 3 ГВт.
В настоящее время крупнейшие ветропарки России расположены в Крыму (общей мощностью около 60 МВт), в Калининградской области (5 МВт), на Чукотке и в Башкортостане (по 2,2 МВт). В различной степени готовности находятся проекты ветроэлектростанций мощностью от 30 до 70 МВт в Ленинградской, Калининградской областях, в Краснодарском крае, в Карелии, на Алтае и Камчатке.
В самом ближайшем будущем планируется строительство ветропарка мощностью 35 МВт в Ульяновске. В июне 2016 года Российская ассоциация ветроиндустрии планирует провести конкурс проектов ветропарков суммарной мощностью 1,6 ГВт.
В России существует значительный нереализованный задел в области ветроэнергетики. Фундаментальные исследования аэродинамики ветряка, заложили основу современных ветротурбин с высоким коэффициентом использования энергии ветра. Однако жесткая ориентация на большую гидроэнергетику и угольно-ядерную стратегию и почти полную глухоту к новациям и экологическим проблемам надолго затормозилоразвитие ветроэнергетики. Выпускаемые ветроустановки не отвечали современным требованиям и представлениям высоких технологий ветроэнергетической индустрии. Толчком для дальнейшего продвижения и создания современного ветроэнергетического оборудования стала федеральная научно-техническая программа «Экологически чистая энергетика». Для участия и получения финансирования были отобраны лучшие разработки ветроэнергетичесих установок различных классов по мощности. Были разработаны проекты ветроагрегатов мощностью до 30 , 100 ,250 , 1250 кВт. Начавшаяся перестройка, развал экономики и прекращение финансирования по программе не позволила довести указанные проекты до коммерческого уровня. Почти все разработки остались на уровне опытных и макетных образцов. Опытный образец ветроагрегата мегаваттного класса был спроектирован и построен МКБ “Радуга”, который организовал кооперацию предприятий авиационной промышленности. Разработка, изготовление и строительство финансировалось правительством Калмыкии. Ветроагрегат был построен недалеко от Элисты и успешно работает , вырабатывая 2300-2900 тыс. кВт\ч электроэенергии в год. Ветроагрегат подключен к сети. В МКБ “ Радуга” были спроектированы ветроагрегаты мощностью 8 и 250 кВт. Российской Ассоциацией развития ветроэнергетики “Energobalance Sovena” совместно с Германской фирмой Husumer SchiffsWert (HSW) были изготовлены 10 ветряков сетевого исполнения единичной мощ. 30 кВт. Ветропарк с установленной мощ. 300 кВт был построен в 1996 г. в Ростовской области и запущен в эксплуатацию.
Сегодня возможны следующие сценарии развития ветроэнергетики в России:
- закупка и монтаж зарубежных ветроагрегатов;
- трансферт западных технологий и организация производства в России ;
- кооперация с зарубежными фирмами и производство ветроагегатов в России ;
- организация производства собственных ветроагегатов, ноу-хау которых защищено международным законодательством .
Для России предпочтительней последний сценарий, однако он сдерживается существующим налоговым законодательством, монополией производителей электроэнергии, отсутствием инвестиций и развалом производства.
На фоне того, как большинство стран мира обратило свое внимание на развитие альтернативной энергетики, Россия, напротив, продолжает наращивать темпы добычи и экспорта традиционного топлива. В структуре топливно-энергетического баланса страны ведущая роль принадлежит таким энергоресурсам, как газ и нефть — 53% и 18.9% совокупного потребления энергии соответственно. Кроме того, около 18% энергобаланса приходится на долю твердого топлива.
С использованием возобновляемых источников энергии в России ежегодно вырабатывается не более 8,5 млрд. кВтч электрической энергии, без учета гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт, что составляет менее 1% совокупного объема.
За несколько лет до финансового кризиса в России стала создаваться нормативно правовая база развития рынка ветроэнергетических установок. Первым шагом в вопросе законодательного регулирования отрасли стало принятие в конце 2007 года поправок к Федеральному закону «Об электроэнергетике», заложивших рамочные основы развития отрасли. Это событие способствовало как формированию институциональных условий функционирования рынка, так и повышению инвестиционной привлекательности отрасли.
Структура рынка альтернативной энергетики в России
К числу основных направлений государственной политики в сфере повышения энергоэффективности было отнесено развитие производства электрической энергии на основе:
* малых гидроэлектростанций, установленной мощностью менее 25 МВт
* генерирующих установок на основе солнечной энергии
* генерирующих установок на основе энергии ветра
* генерирующих установок на основе геотермальной энергии природных подземных теплоносителей
* генерирующих установок на основе низкопотенциальной тепловой энергии земли, воздуха, воды, включая сточные воды
* генерирующих установок на основе биомассы и биогаза
Для достижения объема потребления ветроэнергетических установок планируется ввод в период с 2010 по 2020 годы генерирующих объектов (малых ГЭС, ветроэлектрических станций, приливных электростанций, геотермальных электростанций, тепловых электростанций на биомассе и прочих видов электроустановок) с суммарной установленной мощностью до 25 ГВт.
Таким образом, объем выработки электроэнергии на основе ветроэнергетических установок к 2020 году должен составить около 80 млрд. кВтч.
Суммарная мощность всех ветроэнергетических установок России составила в 2009 году только 17-18 МВт (столько в мире устанавливается за 6 часов) или 0,008% от электрогенерирующих мощностей РФ (220 ГВт).
По экспертным оценкам, технический потенциал (под потенциалом отрасли нами понимается средний годовой объем энергии, содержащийся в данном виде энергоресурса при полном ее превращении в полезно используемую энергию) ветровой энергии России оценивается свыше 6000 млрд. кВтч/год. Экономический потенциал составляет примерно 31 млрд. кВтч/год. Россия — одна из самых богатых в этом отношении стран — самая длинная на Земле береговая линия, обилие ровных безлесных пространств, большие акватории внутренних рек, озер и морей — все это наиболее благоприятные места для размещения ветропарков.
Важность развития ветроэнергетики в нашей стране определяется тем, что 70% территории России, где проживает 10% населения, находится в зоне децентрализованного энергоснабжения, которая практически совпадают с зоной потенциальных ветроресурсов (Камчатка, Магаданская область, Чукотка, Сахалин, Якутия, Бурятия, Таймыр и др.).
Внедрение новых ветроэнергетических мощностей происходит в России достаточно медленными темпами: на конец 2005 года их было — 14 МВт, 2006 — 15,5 МВт, 2007 — 16,5 МВт. В среднем темпы прироста составляют 8% в год — это один из самых низких показателей в мире, в Китае, для сравнения, он составляет ~ 60%, США~ 30%, Испании ~ 20%.
К настоящему моменту в России представлено около 10 крупных ветропарков, на долю которых приходится около 90% суммарной мощности. Кроме того функционирует около 1600 малых ветроэнергетических установок, мощностью от 0,1 до 30 кВт.
Стоит отметить, что установка практически всех ветропарков относится к 2002-2003 годам. В последние же годы, увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, прирост составил 250 ветроэнергетических установок мощностью от 1 кВт до 5 кВт.
На рынке ветроэнергетики работают свыше 50 участников, половину из которых можно отнести к производителям. Практически все производители изготавливают свою продукцию на основании собственных разработок. Менее 1% изготавливают ветроэнергетические установки на основе трансферта зарубежных технологий.
Согласно государственным планам, в дальнейшем ветроэнергетика должна развиваться быстрыми темпами. Предполагается за три года увеличить объем введенных мощностей в 15,5 раз. Это достаточно сложная задача, учитывая нынешнюю динамику развития.
По оценкам ResearchTechart, при оптимистичном сценарии при условии государственной поддержки и стимулирования развития ветроэнергетики к 2011 году в России будет около 120 МВт установленной мощности.
2.3.Российский рынок ветроэнергетики
Сегодня в России суммарная установленная мощность ВЭУ составляет около 16 МВт. В стране действуют 9 ветроэнергетических станций установленной мощностью от 0,2 до 5,6 МВт. Среднегодовая выработка электроэнергии всеми ВЭУ составляет 12,8 кВт ч/год.
Распоряжением Правительства РФ № 1 от 8 января 2009 г. утвержден целевой показатель развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ) - 4,5% от общей выработки электроэнергии к 2020 г.
Рынок ветроэнергетики в России имеет высокий потенциал развития, который характеризуется значительными ветроэнергетическими ресурсами:
- общий ветропотенциал страны оценивается в 2000-3000 ТВтч /год;
- экономический ветропотенциал оценивается в 200-300 млрд кВтч /год;
- для освоения экономического ветропотенциала требуется строительство ВЭС суммарной установленной мощностью 100-150ГВт;
- для размещения ВЭС установленной мощностью до 150 ГВт требуются участки земли общей площадью около 1% территории страны.
Информация о реализованных и планируемых проектах строительства ветропарков в России представлена в таблице.
Основные законодательные механизмы
Основные законодательные механизмы поддержки использования ВИЭ в России определены Федеральным законом от 4 ноября 2007 г. № 250-ФЗ, который внес дополнения и изменения в ФЗ от 26 марта 2003 г. № 35-ФЗ «Об электроэнергетике».
Для привлечения инвесторов в сектор ВИЭ предполагается внедрение механизма государственной поддержки:
- установление надбавки к равновесной цене оптового рынка для электрической энергии, произведенной на генерирующих объектах с использованием ВИЭ;
- установление обязательного объема приобретения электрической энергии, произведенной на генерирующих объектах с использованием ВИЭ.
В соответствии с основными направлениями государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на период до 2020 г. (утверждены Распоряжением Правительства РФ от 8 января 2009 г.), целевым ориентиром является увеличение относительного объема производства электроэнергии генераторами, использующими ВИЭ с 0,5 до 4,5%.
Для достижения данного целевого показателя необходимо в указанном периоде обеспечить ввод генерирующих объектов (малых ГЭС; ветроэлектрических станций; приливных, геотермальных, тепловых использующих биомассу в качестве одного из топлив; прочих видов электроустановок) суммарной мощностью 25 ГВт. По различным оценкам при принятии государственной программы поддержки ВИЭ целевые показатели общей установленной мощности ВЭУ в России к 2020 г. могут составить 8-10 ГВт.
Нормативное обеспечение
Нормативное обеспечение развития ВИЭ является ответственностью Правительства РФ и Министерства энергетики РФ. Необходимо отметить, что с момент выхода ФЗ № 259 Министерство энергетики инициировало принятие второстепенных подзаконных актов (Распоряжение Правительства о целевых показателях развития ВИЭ, Квалификация генерирующих объектов ВИЭ) и не продвинулась по ключевым документам, необходимым для развития этого сектора энергетики: механизм тарифообразования для «зеленых» генераторов, механизм продажи «зеленой» энергии, механизм компенсации затрат на технологическое присоединение «зеленых генераторов» к сети. Частично это объясняется несовершенством механизмов и процедур оптового и розничного рынков электрической энергии, а также рынка мощности, разработка которого не завершена.
Табл. 1 Информация о реализованных и планируемых проектах строительства
ветропарков и ветро-дизельных комплексов в России
| № | Проект | Владелец | Проектная мощность, МВт | Фактическая мощность, МВт | Оборудование ВЭС |
| Куликовская ВЭС Калининградская область, первая ВЭУ- 1998 г. | ОАО «Янтарьэнерго» | 5,1 | 5,1 | WindWorld А/С» (1x600 кВт), «Vestas V27» (25x250 кВт) | |
| Элистинская ВЭС Республика Калмыкия, начало проекта - 2006 г. | «Фалкон Капитал» | 2,4 | «ЧКД Нове Энерго» (Чехия) по лицензии «Венсис Энерджи АГ» (Германия) | ||
| Калмыкская ВЭС Республика Калмыкия, начало проекта - 1992 г. | ОАО «РусГидро» | «Радуга-1» (КБ «Радуга») | |||
| Заполярная ВЭС Республика Коми, начало проекта -2001 г. | ОАО «ТГК-9» | 2,5 | 1,5 | «АВЭ-250С» («Южмаш») | |
| ВЭС Тюпкильды Республика Башкортостан, строительство 2001 г. | ОАО «Башкирэнерго» | 2,2 | 2,2 | Hanseatische AG ET 550/41 | |
| Анадырская ВЭС Чукотский АО, строительство 2002 г. | МУП «Комунэнерго» | 2,5 | 2,5 | АВЭ-250 («Южмаш») | |
| Дальневосточная ВЭС г. Владивосток (о. Русский, о. Попова), ввод - 2012 г. | ОАО «РусГидро» | разработка проект. и раб. документации | решение в 4 кв. 2010 г. (проект приостановлен - прим. ред.) | ||
| ВЭС на о. Беринга | ОАО «РАО ЭСВостока» | 0,5 | н.д. | Micon (2x250 кВт) | |
| Ейская ВЭС Краснодарский край | Greta Energy INC | ТЭО | н.д. | ||
| Волгоградская ВЭСВолгоградская обл. | ОАО «РусГидро» | выборплощадок | н.д. | ||
| Оренбургская ВЭС | ОАО«ВентРус» | ветр.-эн. измерения | н.д. |
В июне 2010 г. Министерством энергетики сформирована новая рабочая группа по разработке и сопровождению проектов нормативно-правовых документов, необходимых для реализации механизма поддержки развития генерирующих объектов, функционирующих на основе использования ВИЭ. Первые заседания рабочей группы показали, что дискуссия будет вестись вокруг нескольких вопросов:
1. Возможен ли единый механизм поддержки всех видов «зеленых» генераторов через установление особого порядка определения цены мощности?
2. Каков механизм тарифообразования генераторов ВИЭ в неценовой зоне и изолированных энергосистемах?
3. Возможна ли интеграция механизмов «рынка мощности» и механизмов функционирования розничного рынка?
4. Каков порядок определения коэффициента готовности генерирующего оборудования нести нагрузку для ветроэнергетических и фотоэлектрических установок?
5. Для кого является обязательным приобретение энергии, выработанной генераторами ВИЭ, находящимися на рознице: для сетевых компаний или для гарантирующих поставщиков?
В заключение хотелось бы сказать, что за всей сложностью процедур и механизмов функционирования рынков электроэнергии и мощности, за всей серьезностью интересов государственных монополий в сфере ТЭК необходимо помнить об интересах предпринимательского сообщества и инвесторов, которые готовы идти на разумный риск ради развития новых бизнесов и технологий, что и является источником человеческого прогресса.
3. ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ
Ветроэнергетика активно развивается по всему миру, и ни для кого давно не секрет, что это одно из перспективнейших направлений альтернативной энергетики на данный момент. К середине 2014 года общая мощность всех установленных в мире ветрогенераторов составляла 336 гигаватт, а самый большой и мощный вертикальный трехлопастной ветрогенератор Vestas-164 был установлен и запущен в начале 2014 года в Дании. Его мощность достигает 8 мегаватт, а размах лопастей составляет 164 метра.
Датская технологическая компания Vestas, специализирующаяся на разработке и производстве турбин ветрогенераторов большой мощности, объявила о том, что был введен в строй из самых мощных на сегодняшний день в мире ветрогенераторов, лопасти которого охватывают площадь, эквивалентную площади трех футбольных полей. Опытный образец генератора V164, мощностью 8 МВт, которой достаточно для снабжения 7500 среднестатистических европейских домашних хозяйств, установленный на датском полигоне для испытаний больших ветряных генераторов Danish National Test Centre for Large Wind Turbines, начал вырабатывать электроэнергию, которая поступает в общую энергетическую сеть Дании.
"Мы ожидаем, что использование ветрогенераторов большой мощности позволит существенно снизить стоимость энергии для наших конечных потребителей" - рассказывает Майкл Зарин (Michael Zarin), представитель компании Vestas, - "Теперь, для получения определенного количества энергии потребуется меньшее число турбин, что, в свою очередь, позволит сократить расходы на создание и обслуживание сопутствующей инфраструктуры, прокладку кабелей и возведение дополнительных подстанций".
Следует отметить, что разработка и создание опытного образца ветрогенератора V164 производилась специалистами компании Vestas совместно со специалистами компании Mitsubishi Heavy Industries. И, если на подобные турбины будет соответствующий спрос, то их мелкосерийное производство может быть налажено к 2015 году.
Несмотря на давно обкатанную технологию изготовления лопастных турбин и ветряков в целом, многие энтузиасты стремятся улучшить технологию, повысить ее эффективность и уменьшить негативные факторы.
Как известно, коэффициент использования энергии ветрового потока у традиционных ветрогенераторов в лучшем случае достигает 30%, они довольно шумны и нарушают естественный тепловой баланс близлежащих территорий, повышая температуру приземного слоя воздуха по ночам. Также они весьма опасны для птиц и занимают значительные площади.
Какие же альтернативы существуют? На самом деле, творчество современных изобретателей не знает границ, и различных альтернативных вариантов придумано множество.
Рис. 4 Ветрогенератор Vestas-164
Рассмотрим наиболее необычные из примечательных для отрасли альтернативных конструкций ветрогенераторов.
Начиная с 2010 года, американская компания Altaeros Energies, основанная в Массачусетском исследовательском институте, ведет разработку ветрогенераторов нового поколения. Новый тип ветрогенераторов предназначен для работы на высотах до 600 метров, докуда обычные ветрогенераторы просто не могут достать. Именно на таких больших высотах постоянно дуют самые сильные ветра, которые в 5-8 раз сильнее ветров вблизи поверхности земли.
Генератор представляет собой надувную конструкцию, похожую на накачанный гелием дирижабль, в который установлена трехлопастная турбина на горизонтальной оси. Такой ветряной генератор был запущен в 2014 году на Аляске на высоту около 300 метров для испытаний в течение 18 месяцев.
Разработчики уверяют, что данная технология позволит получать электроэнергию стоимостью 18 центов за киловатт-час, что в два раза дешевле обычной стоимости ветряной электроэнергии на Аляске. В будущем такие генераторы вполне смогут заменить дизельные электростанции, а также найти применение на проблемных территориях.
Рис.5 Ветрогенератор в виде дерижабля.
В перспективе это устройство будет не просто генератором электроэнергии, но и частью погодной станции и удобным средством обеспечения Интернета на далеких от соответствующей инфраструктуры территориях.
После установки такая система не требует присутствия персонала, не занимает большой площади, и почти бесшумна. Она может контролироваться дистанционно, и требует технического обслуживания только один раз в 1-1,5 года.
Электрический генератор BAT способен выдавать 30 КВт мощности, чего достаточно для постоянного обеспечения энергией 12 среднестатистических домов. Но, кроме производства электрической энергии конструкция ветрогенератора может нести на себе метеорологическое и коммуникационное оборудование, такое как оборудование мобильной связи или Wi-Fi, которое будет питаться вырабатываемой энергией. При этом наличие или отсутствие дополнительного оборудования никак не затрагивает основную функцию ветрогенератора.
Рис .6 Стеблевой ветрогенератор
Еще одно интересное решение по созданию необычной конструкции ветряной электростанции реализуется в Объединенных Арабских Эмиратах. Недалеко от Абу-Даби строится город Мадсар, в котором планируют возвести довольно необычную ветряную электростанцию, названную разработчиками «Windstalk».
Основатель нью-йоркской дизайнерской компании Atelier DNA, разрабатывающей дизайн данного проекта, сказал, что главной идеей было найти в природе кинетическую модель, которая могла бы служить для генерации электроэнергии, и такая модель была найдена. 1203 стебля из углеродистого волокна, каждый около 55 метров высотой, с бетонными основаниями шириной по 20 метров, будут установлены на расстоянии 10 метров между собой.
Стебли будут армированы резиной, и иметь ширину около 30 см у основания, а кверху сужаются до 5 сантиметров. Каждый такой стебель будет содержать чередующиеся слои электродов и керамических дисков, изготовленных из пьезоэлектрического материала, который генерирует электрический ток, когда подвергается давлению.
Когда стебли будут качаться на ветру, диски будут сжиматься, генерируя электрический ток. Никакого шума лопастей ветряных турбин, никаких жертв среди птиц, ничего кроме ветра.
Такие стержни называют «гигантскими камышами», потому, что на их конце установлены мощные LED-лампы, для предупреждения низколетящих самолетов. Сам проект довольно уникальный и способен вырабатывать около 20 мегаватт электричества, при этом не требуется никаких сжиганий топлива, переработки и прочих ненужных процессов. 1200 «камышей» могут обеспечить электроэнергией крупный город.
Идея возникла благодаря наблюдению за качающимися на болоте камышами.
Проект Windstalk компании Atelier DNA занял второе место в конкурсе Land Art Generator, спонсируемом Мадсаром для выбора лучшего, из числа международных заявок, произведения искусства, которое сможет генерировать энергию благодаря возобновляемым источникам.
Площадь, занимаемая этой необычной ветряной станцией, охватит 2,6 гектара, а по мощности будет соответствовать обычному ветрогенератору, занимающему аналогичную площадь. Система эффективна из-за отсутствия потерь на трение, свойственных традиционным механическим системам.
Рис.7 Система стеблевых ветрогенераторов. Вид сверху.
В основании каждого стебля будет установлен генератор, преобразующий крутящий момент от стебля с помощью системы амортизаторов и цилиндров, аналогично системе Levant Power, разработанной в Кембридже, штат Массачусетс.
Поскольку ветер не постоянен, будет применена система аккумулирования энергии, чтобы накопленная энергия могла расходоваться и тогда, когда нет ветра, поясняют сотрудники, работающие над проектом.
На вершине каждого стебля будет установлено по светодиодному фонарю, яркость свечения которого будет напрямую зависеть от силы ветра и количества генерируемой в данный момент электроэнергии.
Windstalk будет работать на хаотичном покачивании, что позволяет расположить элементы горазда ближе друг к другу, чем это возможно с обычными лопастными ветрогенераторами.
Аналогичный проект Wavestalk прорабатывается для преобразования энергии океанских течений и волн, где похожая система будет находиться в перевернутом виде под водой.
Рис.8 Ветрогенератор Saphonian
Известно, что энергия ветра на Земле может удовлетворить все потребности человечества в электрической энергии на сегодняшний день. Но обычные ветряные генераторы, к сожалению, не являются тем, что может обеспечить человечество этой экологически чистой энергией. Современные ветрогенераторы громоздки, дорогостоящи в производстве, монтаже, эксплуатации и они имеют низкую эффективность преобразования энергии ветра. Именно поэтому различные компании и исследовательские группы занимаются поиском лучших технологий получения энергии. И об одной такой технологии, о новом высокоэффективном ветряном генераторе, в конструкции которого не используется лопастей и ни одной вращающейся детали, мы расскажем ниже.
Проект, разработанный фирмой Saphon Energy из Туниса, также как и Windstalk, представляет собой безлопастной ветряной генератор, но на этот раз устройство имеет конструкцию парусного типа. Его тарелка, постоянно повернутая в сторону ветра, является чем-то вроде паруса, который превращает энергию ветра в механическую кинетическую энергию. Следует отметить, что паруса, использовавшиеся издревле для движения судов, являются самым эффективным способом преобразования энергии ветра в другие виды энергии.
Этот бесшумный генератор, по форме напоминающий спутниковую тарелку, получил название Saphonian. Он не имеет вращающихся частей и совершенно безопасен для птиц. Экран генератора совершает под действием ветра движения вперед-назад, создавая колебания в гидравлической системе. За счет использования воздушных клапанов, парус под воздействием ветра совершает колебательные движения вперед и назад. Это колебательное движение с помощью системы тяг передается на поршни гидравлической системы, в которой энергия механических колебаний преобразуется в высокое давление гидравлической жидкости. Гидравлическая жидкость под давлением накапливается в специальной емкости и ее энергия используется для вращения гидравлического привода с электрогенератором, вырабатывающим электрическую энергию.
В конструкции ветряного генератора Saphonian нет никаких сложных механических передач, коробки скоростей и других устройств, применяемых в традиционных турбинных ветрогенераторах. Все элементы конструкции генератора Saphonian перемещаются абсолютно тихо или издавая совсем небольшой уровень шума. Но при этом эффективность такой конструкции, преобразующей до 80 процентов энергии ветра, в 2.3 раза превышает эффективность обычных ветрогенераторов.
Цель проекта – улучшить характеристики ветряных генераторов, относительно использования ветрового потока. Ветер буквально запрягается в парус, который совершает под его действием движения вперед-назад, при этом нет ни лопастей, ни ротора, ни передач. Такое взаимодействие позволяет преобразовать больше кинетической энергии в механическую с помощью поршней.
Энергию можно накапливать в гидравлических аккумуляторах, либо преобразовывать в электрическую посредствам генератора, или же приводить с ее помощью во вращение какой-нибудь механизм. Если обычные ветрогенераторы обладают КПД 30%, то данный генератор парусного типа дает все 80%. Его эффективность превосходит ветряки лопастного типа в 2,3 раза.
Компания уже получила патент на свое изобретение в этом году, и сейчас подыскивает партнера для запуска промышленной схемы производства своих ветрогенераторов. В общем-то, система достаточно интересная. Есть, конечно, и много вопросов, включая эффективность системы в разных климатических поясах, а также мощности ветрогенератора разных размеров.
Рис.9 Ветрогенератор Saphonian во время установки
В силу отсутствия дорогостоящих компонентов, как это имеет место в ветряной турбине (лопасти, ступицы, коробки передач), в случае с Saphonian, расходы на оборудование снижаются до 45%.
Проведенные испытания продемонстрировали то, что конструкция генератора Saphonian не имеет никаких отрицательных сторон. Даже наоборот, отсутствие большого количества сложных движущихся, вращающихся узлов и механизмов только увеличивает надежность всей конструкции генератора в целом.
Опытный образец генератора, диаметром всего 120 сантиметров, обеспечивал выработку электроэнергии, мощность от 300 до 500 Ватт
Аэродинамическая форма Saphonian имеет то преимущество, что турбулентные ветряные потоки незначительно влияют на тело паруса, и аэродинамическая сила лишь увеличивается. Именно из-за турбулентности ветряные турбины и не используются в городских районах, а Saphonian можно и там использовать. Кроме того, вредные акустические и вибрационные факторы сведены к минимуму. Компания Saphon Energy получила премию от KPMG за усилия в развитии инноваций.
Рис. 10 Ветрогенератор Дага.
Еще один весьма революционный подход к использованию ветряной энергии был реализован еще в 2008 году изобретателем - энтузиастом из Калифорнии. Крупные ветряные генераторы для малых городов имеют размеры с 30 этажный дом, а их лопасти достигают размеров крыльев Боинга 747.
Эти гигантские генераторы, безусловно, производят много энергии, однако производство, транспортировка и установка таких систем сложны и дороги. Несмотря на это промышленность растет более чем на 40 процентов каждый год. Именно так размышлял Даг Селсам из Калифорнии, прежде чем задаться своей амбициозной целью. Он решил, что вполне реально получить больше энергии, используя для этого меньшее количество материалов.
Установив десяток или несколько десятков маленьких роторов на одном валу, связанном с одним генератором, Даг, в конце концов, добился поставленной цели. Один конец длинного вала он соединил с генератором, а второй конец запустил в высь на воздушных шарах с гелием. Система заработала, как и предполагалось.
В учебниках Даг читал, что одновинтовой турбины вполне достаточно для получения максимума, однако у Дага возникли сомнения. Он считал иначе: чем больше роторов, тем больше энергии ветра доступно для использования.
Если каждый ротор будет расположен под нужным углом, то каждый ротор получит свой собственный ветер, и это повысит эффективность генерации.
Конечно, это усложняет физику, ведь теперь нужно было убедиться, что каждый ротор ловит свой собственный поток, а не только поток от расположенного рядом ротора. Требовалось выяснить оптимальный угол для вала по отношению к ветру и идеальное расстояние между роторами. И, в конце концов, выигрыш был получен с применением меньшего количества материала.
В 2003 году изобретатель получил грант в размере 75 000 долларов от Калифорнийской энергетической комиссии на разработку 3000-ваттный турбины на семь роторов. Задача была успешно решена, и Даг Селсам уже продал более 20 своих 2000-ваттных турбин с двойным ротором нескольким домовладельцам. Он построил эти устройства в своем загородном гараже.
При скорости ветра в 14 метров в секунду SuperTwin выдаёт в сеть 2 киловатта, чем очень радует Дуга, а также покупателей его изделий. Селсам продаёт своих «близняшек» по $2 тысячи.
Он построил мультироторный генератор с семью винтами на общем валу, поднял его на высокую мачту и получил вот что. При диаметре турбины в 2,1 метра с неё удалось снять 5,3 киловатта (при скорости ветра 14,5 метра в секунду). Это, как утверждает изобретатель, рекорд.
Идея Дага явилась одной из немногих идей, которые на самом деле имеют все шансы на то, чтобы добиться больших успехов в коммерческом мире. Селсам говорит, что два ротора – это только начало. Вероятно, когда-нибудь он увидит свои мультироторные турбины протяженностью в милю по небу.
"Мы можем пойти дальше, и сделать значительно более мощные турбины по этой технологии, это превзойдет самые смелые фантазии General Electric", говорит изобретатель.
Рис.11 Ветрогенератор Liam F1.
Компания Archimedes, офис которой расположен в Роттердаме, Нидерланды, придумала свою концепцию необычных ветряных турбин, которые можно устанавливать прямо на крышах жилых домов.
По замыслу авторов проекта, эффективная малошумная конструкция может вполне обеспечить небольшой дом электроэнергией, а комплекс таких генераторов, работающий в совокупности со стандартными солнечными панелями, способен и вовсе свести к нулю зависимость большого здания от внешних источников электроэнергии. Новые ветровые турбины получили название Liam F1.
Небольшая турбина, диаметром 1,5 метра, и весом около 100 килограмм, может быть установлена на любой стене или крыше жилого дома. Обычно, высота террасных крыш – 10 метров, а ветер в стране почти всегда Юго-Западный. Этих условий достаточно, чтобы правильно разместить турбину на крыше, и эффективно использовать энергию ветра.
Две проблемы обычных ветрогенераторов решены здесь: шум обычных лопастных турбин и дороговизна установки громоздкого оборудования. В обычных ветряных генераторах затраты на установку часто не окупаются. Уровень шума турбины Liam около 45дБ, а это даже тише шума дождя (шум дождя в лесу – 50дБ).
По форме напоминающая панцирь улитки, турбина подобно флюгеру разворачивается по ветру, захватывая воздушный поток, снижая его скорость, и меняя направление.
Одна установка способна вырабатывать 1500 Втч электроэнергии при скорости ветра 5 м/с. Весит ветрогенератор 75 кг. Liam F1 Urban Wind Turbine не нужно поворачивать. «Розетка» сама как флажок изменяет свое положение в соответствии с направлением ветра. КПД такого ветряка составляет 80% от теоретически максимального возможного. Первоначально устройство разрабатывалось для использования на яхтах.
Рис.12 Ветрогенератор Liam F1 в условиях производства.
В Нидерландах средняя семья потребляет 3300 кВт-часов электрической энергии за год. По данным разработчиков, половину этой энергии может обеспечить одна турбина Liam F1 при скорости ветра не менее 4,5 м/с.
Можно разместить три такие турбины в вершинах треугольника на крыше дома, тогда каждая из турбин будет обеспечена ветром и они не будут друг другу мешать, а напротив станут помогать друг другу.
Если речь идет об установке в городе, где имеют место турбулентные потоки, то производитель предлагает немного приподнимать ветрогенераторы, устанавливаемые на городских крышах, крепя их на шесты, чтобы стены соседних домов не мешали ветряным потокам.
Предполагаемая стоимость новой турбины вместе с установкой составляет 3999 евро. Поскольку устройство имеет размер больше одного метра, то может потребоваться особая лицензия на его использование, поэтому, на самый крайний случай, фирмой производятся и турбины mini-Liam, диаметр которых 0,75 метра.
Производители планируют применять свои турбины не только для электроснабжения жилых и промышленных зданий, но и для электроснабжения морских судов.
Как видим, интересных альтернатив у производителей ветрогенераторов предостаточно.
Рис.13 Сверхмассивный ветряк Aerogenerator X – перспективная конструкция будущего
При слове «ветряк» мы привыкли представлять длинное основание, на вершине которого закреплен большой трехлопастной винт. Именно так выглядит большая часть ветрогенераторов, устанавливаемых в разных странах мира. Однако у такого дизайна есть недостатки – к примеру, зачем при установке ветряка в море делать его высоким и длинным, а не использовать большие водные пространства «в ширину»?
Рис.14 Сравнение габаритов с другими установками
Примерно так рассуждали создатели концепта Aerogenerator X (последняя буква, видимо, добавлена для придания идее большей крутости). Развернув такой ветряк в море, можно обойти ограничения, связанные с дальнейшим наращив