Возможности использования ветроэнергетических установок
Зарубежный и отечественный опыт использования ветроэнергетических установок (ВЭУ) выявил несколько перспективных способов их использования:
1. Параллельная работа с дизельгенераторами в автономных системах электроснабжения с целью экономии моторесурсов дизелей и топлива.
2. Параллельная работа с энергосистемой с целью теплоснабжения объекта с аккумуляцией тепла на период безветрия.
3. Параллельная работа с энергосистемой с целью ликвидации дефицита электроэнергии.
Для решения проблемы энергообеспечения военных объектов и городков в отдаленных районах России наибольший интерес для нас представляет создание комбинированных энергоустановок с использованием ВЭУ.
Развитие ветроэнергетики в России существенно отстает от уровня промышленно развитых стран мира. Отставание характеризуется как мощностью серийно выпускаемых ВЭУ (до 4 кВт), так и технико-экономическими параметрами установок, далеко уступающими зарубежным аналогам. Тем не менее в последние годы наблюдается определенный сдвиг в создании ВЭУ для снабжения потребителей в отдаленных и труднодоступных местах.
Наибольший прогресс в создании автономных ВЭУ достигнут в области агрегатов малой мощности (до 10 кВт), которые могут использоваться для обеспечения отдельных зданий, ферм, станций и других подобных объектов.
Для электроснабжения и отопления жилого дома площадью до 80 м2 разработан автономный ветроэнергетический агрегат с двухлопастным быстроходным ветроколесом диаметром 8 м. Агрегат разработан в 4 вариантах с номинальной мощностью 3,0; 4,0; 5,5 и 8,0 кВт при расчетных скоростях ветра от 7 до 10 м/сек. Асинхронный генератор вырабатывает переменный ток 220 В, 50 Гц. В качестве резерва на случай безветрия используется аккумуляторная батарея емкостью до 220 А×ч и специальные теплоаккумулирующие модули. Установка обеспечивает при эксплуатации экономию до 8 т органического топлива в год. Изготавливается ПО “Моторостроитель”, серийное производство намечалось с 1993 года.
В НПО “Южное” совместно с НПО “Ветроэн” разрабатывается ветродизельная энергоустановка ВДУ-16/30. Эта установка состоит из ветроэлектрического агрегата с асинхронным генератором мощностью 30 кВт и дизель-электрической станцией мощностью 25 кВт с синхронным генератором. Установка предназначена для электроснабжения фермерских хозяйств. По предварительным расчетам, применение ВДУ-16/30 позволяет экономить до 30 т топлива в год по сравнению с чисто дизельным электроснабжением.
Там же разработан и выпущен опытной партией автономный ветроэлектрический агрегат АВЭ-100-А, работающий в последовательном режиме с дизельгенератором ДГМ-100. При том, что дизельгенератор мощностью 100 кВт расходует в год до 300 т топлива, применение комбинированной ветродизельной установки на базе АВЭ-100А позволяет экономить от 70 до 150 т дизельного топлива ежегодно в зависимости от места расположения.
Для обеспечения электрической энергией и теплом отдаленных населенных пунктов в районах с достаточным ветровым потенциалом НПП “Бриз” совместно с Уфимским авиационным институтом разработана ветродизельная станция ВДЭС-100.
В состав станции входят: ветроагрегат горизонтально-осевого типа с синхронным генератором, полноповоротными лопастями с приводом от гидросистемы, электромеханической системой ориентации по ветру;
система генерирования электроэнергии, регулирования и автоматического управления для обеспечения энергией необходимого качества различных групп потребителей;
дизельэлектростанция для работы совместно с ветроагрегатом;
коммутационное силовое оборудование.
Основные технические характеристики
Минимальная скорость ветра, м/с 4
Расчетная скорость ветра, м/с 10
Предельная рабочая скорость ветра, м/с 25
Расчетная мощность ветроагрегата, кВт 100
Коэффициент использования энергии ветра 0,48
Мощность дизель-электростанции, кВт 2х26
Напряжение, В 230/400
Частота, Гц 50
Экономия дизельного топлива, % до 70
Год выпуска установочной партии - 1994.
Акционерным обществом “Экоэн” разработан и подготовлен к серийному выпуску автономный мобильный ветроэнергетический комплекс “Жаворонок”. Он предназначен для энергоснабжения народнохозяйственных объектов временного и сезонного назначения, малых перерабатывающих, в том числе удаленных и выездных сельскохозяйственных предприятий, районов стихийных бедствий и т.д.
Отличительными особенностями комплекса являются: возможность транспортировки его любым видом транспорта, высокая степень автоматизации, минимальное время на подготовку комплекса к работе, отсутствие капитального строительства при подготовке места установки комплекса.
Основные технические характеристики
Максимальная мощность, кВт:
ветроэнергетической установки (ВЭУ) 30
автоматического дизель-агрегата (АДА) 30
при параллельной работе ВЭУ и АДА 60
Род тока:
переменный напряжением, В 380/220
постоянный мощностью 3 кВт напряжением, В 28,5
Масса ВЭК, кг:
снаряженного 15020
без топлива 13120
Габариты ВЭК в транспортном положении, м 19,192х2,438х
(контейнер типа 1А по ГОСТ 20527-82 (ИСО-1160-79) х2,438
Диаметр ветроколеса, м 15
Число лопастей, шт 3
Частота вращения ветроколеса, об/мин 80
Автономность по запасу топлива, сут. 10
Ресурс, час 30000
Время развертывания из транспортного
положения в рабочее, мин. 90
Начало серийного производства ВЭК планируется в 1995 г.
Общим недостатком рассмотренных выше автономных ВЭУ является их небольшая мощность, не превышающая 100 кВт. Поэтому, если для электроснабжения потребителя требуется большая мощность, то необходимо использовать несколько ВЭУ параллельно с ДЭС либо ориентироваться на более мощные ВЭУ, характеристики которых приведени в таблице 3.49.
Отечественные ВЭУ средней и большой мощности
Таблица 3.49
| Т и п ы В Э У | ||||||
| Показатели | АВЭ-250 | Р-250 | ГП-250 | Ю-500 | “Радуга-1” | ВТО-1250Б |
| Мощность, кВт | ||||||
| Диаметр ветрового колеса, м | ||||||
| Расчетная скорость ветра, м/с | 14,0 | 13,6 | 13,7 | 13,6 | 13,6 | |
| Рабочий диапазон скоростей, м/с | 5-30 | 5-25 | 7-30 | 4-25 | 5-25 | 6-30 |
| Буревая скорость, м/с | ||||||
| Число лопастей | ||||||
| Частота вращения ветрового колеса, об/мин | 47,7 | 42-84 | 50-60 | 37,5 | 21-42 | 18-30 |
| Высота по оси вращения, м | 27,2 | 31,5 | ||||
| Диапазон температур, 0С | -50 ± +40 | -50 ± +40 | -40 ± +40 | -50 ± +40 | -50 ± +40 | -50 ± +40 |
| Сейсмичность, баллы | ||||||
| Выработка электроэнернии, млн. кВт×ч | 0,5-1,0 | 0,6-1,2 | 0,6-1,2 | 1,0-2,0 | 2,6-4,9 | 1,4-4,8 |
| Срок службы, лет | ||||||
| Масса, т | ||||||
| Система генерирования | ГСС-104-Э | Синхронный генератор с постоянным магнитом | Асинхронный генератор с фазным ротором | Асинхронная, вариант 2х250 | АСГТПЧ | Асинхронная, синхронный генератор |
| Характеристики трехфазного тока | 400 В, 50 Гц | 380 В, 50 Гц | 380 В, 50 Гц | 380 В, 50 Гц | 6,3 кВ, 50 Гц | 6,3 кВ, 50 Гц |
| Разработчик | НПО “Ветроэн”, “Южное” | МКБ “Радуга” | АС “Совэна” | НПО “Южное” | МКБ “Радуга” | НПО “Южное”, АС “Совена” |
| Головной исполнитель | Павлоград-ский машиностроитель-ный завод | Смоленский авиастрои-тельный завод | ПО Ленподъем-трансмаш | Павлоград-ский машиностроитель-ный завод | Тушинский машино- стротельный завод | НПО “Южное” |
| Срок изготовления головного образца |
Технико-экономические показатели ветроэнергетических установок малой мощности
Таблица 3.50
| Тип ветроагрегатов | |||||
| Показатель | АВЭУ6- -4М | “Радуга-008” | АВЭУ12- -16 | АВЭ-30 | АВЭ-100 |
| Номинальная мощность, кВт | |||||
| Диаметр ветроколеса, м | 6,6 | ||||
| Высота опоры, м | |||||
| Диапазон рабочих скоростей, м/с | 5-40 | 5-25 | 5-25 | 5-25 | 5-25 |
| Рабочая скорость ветра, м/с | 7,5 | ||||
| Масса, т | 1,2 | 1,7 | 3,3 | ||
| Экономия условного топлива, т/год | 5,2 | * | 18,8 | 36,5 | 109,8 |
| Срок начала серийного производства, год | |||||
| * Годовая выработка электроэнергии: Vср = 4 м/с не менее 26,2 тыс. кВт×ч Vср = 6 м/с не менее 36 тыс. кВт×ч |
Технико-экономические показатели ветроэнергетических водоподъемных установок
Таблица 3.51
| Тип водоподъемника | |||||
| Показатель | УВМ-1 | УВМ-2 | УВМ-3 | УВМВ-4 | УВЗВ-6 |
| Высота водо- подъемника, м | 10-20 | 10-60 | |||
| Номинальная производительность, м3/ч | 0,8 | 0,25-0,5 | 1,0 | 2,0 | 4-8 |
| Диаметр ветроколеса, м | 2,4 | ||||
| Диапазон рабочих скоростей, м/с | 3-40 | 3-40 | 2,5-40 | 4-10 | 5-10 |
| Рабочая скорость ветра, м/с | |||||
| Масса установки, кг | |||||
| Срок начала серийного выпуска, год |
В целом по странам - членам СНГ современный уровень использования ветроэнергопотенциала представляется недостаточным. Экономически и экологически приемлемыми и целесообразными уже в настоящее время и особенно в перспективе являются следующие направления использования ветровой энергии:
подъем из скважин и подача воды на сельскохозяйственные объекты и для бытовых нужд индивидуальных (или групп) потребителей, расположенных в труднодоступных местах, а также для наполнения емкостей - накопителей воды (требуемая мощность ветроустановки - 0,5-10 кВт);
отопление и горячее водоснабжение автономных объектов путем совместной работы с полупроводниковыми тепловыми насосами (5-10 кВт);
электроснабжение автономных потребителей при параллельной работе ветроустановок с аккумулятором либо резервным топливным агрегатом (5-10 кВт);
электро- или теплоснабжение автономных потребителей на основе применения ветроагрегатов в комбинации с установками, использующими другие возобновляемые источники (5-20 кВт);
катодная защита трубопроводов (нефте-, газо-, водопроводов), морских нефтепромысловых и прочих подобных сооружений (с использованием резервной мощности - аккумуляторной батареи либо топливного агрегата); мощность ветроустановки - до 5 кВт;
электрообеспечение объектов радиорелейной связи, автоматических метеостанций, навигационного оборудования и т.п. (с использованием аккумуляторной батареи); мощность ветроустановки - 1-4 кВт;
аэрация (обогащение кислородом) воды в рыбоводческих хозяйствах (10-60 кВт);
питание опреснительных установок для деминерализации соленых вод (40-100 кВт и выше);
оазисное орошение сельскохозяйственных угодий (60-100 кВт и выше);
совместная работа мощной ветроустановки с гидроаккумулирующей электростанцией в режиме аккумулирования;
выработка электроэнергии в промышленных масштабах при включении ветроустановки в энергосистему (от 500 кВт и выше);
получение водорода для энергетических нужд из воды с помощью электролизеров и установок плазмодинамического и термохимического разложения (пиролиза) природного газа (что особенно эффективно вблизи газовых месторождений); мощность ветроустановки - 3-5 тыс. кВт и выше.
Следует подчеркнуть, что использование энергии ветра особенно целесообразно в отдаленных и труднодоступных районах, где автономные потребители испытывают постоянный дефицит в органическом топливе в связи с трудностями его доставки.