CC BY
467
УКД 621.311.24
ПЕРСПЕКТИВЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ
Е.В. Алехина
В данной статье идет речь мировые достижения ветроэнергетики и история ее развития. Также рассматриваются основные типы ветродвигателей и конструкции современных ветроэлектростанций. Кроме того, особое внимание в статье уделено перспективе развития ветроэнергетики в России.
Ключевые слова:ветроэнергетика, неисчерпаемые ресурсы, ветроэлектро-станции, нетрадиционная энергетика, ветродвигатели, ветропарки, ветроколесо, крыльчатые и карусельные типы ветродвигателя.
С каждым новым днем затраты на использование электроэнергии растут все больше и больше. Перед человечеством становится немало важный вопрос относительно того, каким образом эти затраты возместить. Даже если не затрагивать проблему энергетического кризиса, традиционное сырье, такое как нефть, уголь, газ рано или поздно исчерпается, и встанет задача освоения новых экологически чистых, возобновляемых источников энергии. Среди них поистине неисчерпаемыми являются лишь Солнце и ветер, кроме того они не вносят значимых изменений в природный баланс. Далее речь пойдет о достижениях мировой ветроэнергетике и перспективе ее развития в России.
Если говорить о самых первых достижениях, способных приручить энергию ветра в нужном направлении, нельзя не отметить парус. Дальше появились ветряные мельницы, и на смену им пришли уже ветродвигатели, способные не только преобразовывать энергию ветра, но и вырабатывать электрическую энергию.
В крупномасштабной энергетике впервые попытку использовать энергию ветра предприняли в 40-ых годах XX века, однако она оказалась несвоевременной и потерпела неудачу. Причин было несколько, во-первых экологической угрозы еще никто не осознавал, гидроэнергетика гарантировала низкие цены на энергоносители, тепловые станции капитальных вложений не требовали, а нефть оставалась сравнительно дешевой.
Однако после нефтяного кризиса середины 70-х годов нетрадиционная энергетика за рубежом начала усиленно развиваться. Если верить данным Международного энергетического агентства, возобновляемая энергия сегодня составляет 2% от ее общего производства. Значительная часть принадлежит именно ветроэнергетическим станциям.
Если говорить о состоянии ветроэнергетики в России, то по сравнению с развитыми странами, где эта отрасль мощно и стремительно развивается, должного внимания у нас ей не уделяется, несмотря на то, что когда то отечественная ветроэнергетика была одним из мировых лидеров [1].
13
Начнем с того, как все начиналось. Много веков назад начало ветроэнергетики положили ветряные мельницы, так же как и в других странах. Лишь к 1918 году профессор Залевский проявил интерес к ветрякам и создал теорию ветряной мельницы, выявив несколько положений, которым должна отвечать ветроустановка. Отрасль начала стремительно развиваться благодаря выдающемуся профессору Н.Е. Жуковскому, который не только разработал теорию ветродвигателя, но и организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте. Затем в 1931 году в СССР заработала крупнейшая в мире ветроэнергетическая установка мощностью 100кВт, вслед за ней на юге страны были созданы еще десятки подобных ветроагрегатов. В 1938-м году в Крыму была создана ветроэлектростанция еще большей мощности - 5МВт. Неплохое начало было положено, количество ветроустановок росло, мощности увеличивались еще быстрее, чем их количество, и все бы было так хорошо, пока в 6080-е годы энергетика страны не сменила ориентацию на строительство крупных ГЭС, ТЭЦ и АЭС. Естественно, что это привело к торможению в развитии малой энергетики, в том числе и ВЭС. И только в начале 90-х годов, гораздо позже чем в других странах, этот вопрос поднялся вновь, и завели разговор о практическом использовании ветроустановок и об организации их производства. Сразу же к работе привлекли МКБ «Радуга» Мина-виапрома СССР и НПО «Южное» Минобщемаша СССР. Эти предприятия организовали производство ВЭУ мощностью 200, 250 и 1000 кВт, а проектные институты приступили к созданию первых крупных системных ветроэлектростанций: Восточно-Крымской, Ленинградской, Калмыцкой, Магаданской и Заполярной. Однако же длилась эта реабилитация недолго, так как в стране начался экономический кризис, поэтому все работы на объектах ветроэнергетики остановились. В итоге на сегодняшний день перед нами несколько плачевная картина. Россия значительно отстает от развитых стран не только в эффективности энергоснабжения и энергосбережения, но и в развитии малой нетрадиционной энергетики, в том числе и ветреной. Конечно, сейчас есть примерно 30-40 действующий небольших ветроэлектростанции, но говорить об их вкладе в общую энергетическую копилку страны не имеет никакого смысла, поскольку суммарно возобновляемые источники энергии дают менее 0,1% общей энергии в стране.
Далее предлагаю рассмотреть, что же из себя представляют ветроэлектростанции, которые играют не последнюю роль в энергетике современности. Конечно, на свое первое подобие-парус и мельницу они мало чем похожи, однако принцип работы остается тем же. Под напором ветра колесо с лопастями приходит в движение и передает свой крутящий момент остальным механизмам. Причем существует такая зависимость: чем больше диаметр вращающегося колеса, тем больший поток воздуха ему удается захватит, соответственно скорость вращения увеличивается.
Основными типами ветродвигателей на сегодня являются крыльча-
тые и карусельные.
Ветроэлектростанции крыльчатого типа представляют собой лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения, также их негласно называют ветродвигателями традиционной схемы. Максимальная скорость ветроагрегата будет достигаться тогда, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха.Крыльчатые ВЭС постоянного тока небольшой мощности соединяют с электрогенератором напрямую, не используя мультипликатор, мощные же ВЭС оснащают редуктором.
Карусельные ВЭС, или в народе роторные, имеют вертикальную ось вращения и отличаются от крыльчатых тем, что работают при любом направлении ветра, не меняя своего положения. Когда скорость ветрового потока увеличивается, карусельные ВЭС увеличивают скорость тяги, в остальное же время их скорость остается стабильной. Ветроагрегат сам по себе тихоходен, поэтому большого шума он не создает. Основным преимуществом является то, что используются многополюсные электрогенераторы, которые работают на малых оборотах, позволяя тем самым применять простые электрические схемы без риска аварии при случайно произошедшем порыве ветра [8,9].
Безусловно, ветроэнергетика привлекательна тем, что не наносит ущерба природе. Тем не менее, приходится констатировать тот факт, что работа ВЭС все-таки сопровождается некоторыми неприятными явлениями. Основное из них - это шум. К примеру, в непосредственной близости ВЭС мощностью 850 кВт на уровне ветроколеса уровень шума составляет 104 дБ. На расстоянии 300м шум снижается до величины 42-45 дБ, не больше той, которая имеет оживленная улица или автомагистраль.
Еще одним существенным недостатком ВЭС является возникающий опасный инфразвук частотой 6-7 Гц, способный вызывать вибрацию. От него в близлежащих домах наблюдается дребезжание стекол в окнах [6].
Однако на Западе эти проблемы были решены еще в середине 90-х годов. Конструкторам концерна НАСА (одним из ведущих производителей самолетов фирм «Боинг») удалось снизить уровень шума и вибрации благодаря подбору скорости вращения ветроколес и совершенствованию профилей.
Наука не стоит на месте. Инженеры-конструкторы всовременных ВЭС воплотили множество технических идей, отвечающим последним достижениям науки, например:
- система динамического изменения угла атаки (не только изменяет угол заклинивания лопастей, но и удерживает величину нужного угла);
- система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (помогает достичь оптимального режима работы);
- системы управления рысканием - электронный флюгер;
- система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора.
Тем не менее это далеко не весь перечь современных систем и механизмов, позволяющих достичь эффективную и, в первую очередь, безопасную работу электростанций. Современные ВЭС оснащены бортовыми компьютерами, следящими за состоянием агрегатов и режимами их работы. Срок эксплуатации ВЭС составляет 20 лет при обслуживании их раз в полгода.
В заключении хотелось бы сказать о перспективах развития ветроэнергетики в России. Безусловно, для строительства как больших, так и малых ВЭС наша страна обладает даже очень большим потенциалом. В первую очередь это огромные незастроенные пространства и зоны повышенного ветра. К таким районам нельзя не отнести Обскую губу, Кольский полуостров, прибрежная полоса Дальнего Востока, а также локальные аномальные зоны, ветер в которых значительно сильнее, такие как горные районы Владивостока [5].
Однако, несмотря на все географические и климатические преимущества, наша страна до сих пор не имеет ни огромных ветропарков, ни каких-нибудь единичных ветровых установок для энергоснабжения сельских поселков или дачного кооператива. Причина на все одна - отсутствие инвестиций. Если в Европе строительство ВЭС происходит в основном за счет средств народных денег, в том числе и акционерных обществ и вложений крупного бизнеса, не затрагивая государственный бюджет. В России же это сделать невозможно, так как попытка сразу же потерпит неудачу в первую очередь потому, что на законодательном уровне не определен порядок покупки электроэнергии электросетями. Кроме того, возникают проблемы с землеотводом и множество других бюрократических проблем.
Конечно, сейчас в стране строится несколько ветроэнергетических комплексов, последний из них был построен в маловетреной Башкирии. Но учитывая, что в свое время отечественная ветроэнергетика задала тон в мире, сегодня она безнадежно отстает от Запада. Так что перспектива на будущее у нас только одна: приложить все усилия и следовать примеру мировых лидеров ветроэнергетики, поскольку Россия имеет для этого большой потенциал.
Список литературы
1. Грибков С.В. Сценарий развития ветроэнергетики в России. Оборудование для ветродизельных и системных сетевых ветростанций // Вести в электроэнергетике. 2009. № 4. С.44-50.
2. Григораш О.В., Военцов Д.В. Ветроэнергетические станции - состояние и перспективы // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Инженерные идеи XXI века: тр. всерос. студ. науч.-техн.
конф., Воронеж, 16-17 мая 2006. Воронеж: ВГТУ, 2006. С. 206-211.
3. Гужулев Э.П. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учеб. пособие. Омск: ОмГТУ, 2006. 272 с.
4. Гусак С.И. Энергия ветра: вчера, сегодня, завтра // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 7(75). С. 65-68.
5. Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России: состояние и перспективы развития. М.: МЭИ, 1996. С. 214-217.
6. Затопляев Б.С., Ливинский А.П., Редько И.Я. Особенности развития ветроэнергетики в России // Энергетик. 2003. № 8. С. 2-3.
7. Земчихин В. А., Черкасов О.Ю. Анализ устойчивости мачты ветроэнергетической установки с горизонтальной осью // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: тр. XIX междунар. науч.-техн. семинара, Алушта, сент. 2010. М.: МЭИ, 2010. С. 308-309.
8. ГОСТ Р 51990-2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Классификация. Введ. 01.07.2003. М., 2003. 7 с.
9.ГОСТ Р 51991-2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Общие технические требования. Введ. 01.07.2003. М., 2003. 7 с.
10 .http://vetrodvig.ru/7page id=710
11 .http://referatwork.ru/new/source/50985text-50985.htm1
Алехина Екатерина Владимировна, магистр, 110 7gev@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE PROSPECTS OF WIND ENERGY E. V. Alekhina
In this article referred to world achievements in wind energy and the history of its development. Also considered are the main types of wind turbines and the construction of modern wind farms. In addition, particular attention is paid to the future development of wind energy in Russia.
Key words: wind energy, inexhaustible resources, wind power, alternative energy, wind turbines, windfarms, wind wheel, wing and rotary types of wind turbine.
Alekhina Ekaterina Vladimirovna, master, 110 7gev@,mail. ru, Russia, Tula, Tula state University
