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.