Запоет ли в России «Жаворонок»?

Автор: Алла Прохорова

Потребности регионов в энергоснабжении за счет автономных источников электроэнергии не только не уменьшаются, но и продолжают расти. По оценкам специалистов в области возобновляемых источников энергии, на сегодняшний день ветроэнергетика является самым экономически эффективным из всех направлений. И как следствие, во всем мире и в нашем отечестве в том числе, ветроэнергетика является самым развитым сегментом рынка возобновляемых источников электроэнергии. Тем не менее, как считает профессор В. А. Добровольский, сетевой ветроэнергетики в России нет. В то же время в России практически отсутствуют сдерживающие производственные и экологические факторы, препятствующие развитию производства автономных ветроэнергетических установок (ВЭУ) малой мощности и поэтому предложение этих агрегатов на отечественном рынке достаточно широкое.

Крыльчатые и карусельные

Еще в 40-е годы, когда вопросами ветроэнергетики пытались заниматься основательно, в России было создано много различных аэродинамических схем ветродвигателей. Все ветродвигатели используют один и тот же принцип работы — вращение колеса с лопастями под напором ветра передает крутящий момент через систему передач валу электрогенератора, который и вырабатывает электроэнергию. Прародители современных ветродвигателей — старые мельничные ветровые колеса были весьма неэффективными, с коэффициентом использования энергии ветра на уровне всего 0,14. В настоящее время у зарубежных ветроэлектроагрегатов этот коэффициент составляет от 0,35 до 0,50. У отечественных ВЭУ коэффициент использования энергии ветра равен 0,40-0,45. Напомним, что по расчетам Н. Е. Жуковского предельная величина этого коэффициента составляет 0,593 (идеальный ветродвигатель, работающий без потерь).

В настоящее время используются ветрогенераторы двух типов: с горизонтальной осью вращения (крыльчатые) и с вертикальной осью вращения (карусельные), которые в свою очередь подразделяются на лопастные и ортогональные. Наибольшее распространение получили крыльчатые ветродвигатели (на них приходится около 95% всех эксплуатируемых ветроустановок). И это не случайно. У некоторых моделей крыльчатых ветродвигателей коэффициент использования энергии ветра достигает 0,5. Правда, достигается это только тогда, когда поток воздуха перпендикулярен к плоскости вращения лопастей-крыльев, но этот недостаток преодолевается с помощью специального устройства, которое автоматически поворачивает ось вращения, устанавливая ветроколесо на ветер и уводит от ветра при штормах.

У самых эффективных моделей с вертикальной осью вращения этот коэффициент не превышает 0,32-0,35. Очевидно, что при современном уровне развития науки и техники это отставание никак не может быть компенсировано другими их достоинствами, такими, например, как удобство компоновки (весь механизм ветроагрегата расположен внизу) и независимость от направления ветра (они могут работать при любом направлении ветра).

Автономная ветроэнергетика в России

Отсутствие сетевой ветроэнергетики в России при очевидной необходимости использования энергии ветра, а также вполне благоприятных климатических условиях, объясняется в основном финансовыми проблемами. Ни федеральные, ни местные власти не соглашаются вкладывать большие деньги в проекты и программы, полезная отдача которых проявится через 10-15 лет. Поэтому многие проекты создания ветроэлектрических станций мощностью несколько мегаватт, разработанные на бумаге, так и остаются проектами.

Несколько иная ситуация складывается у нас с автономной ветроэнергетикой. Несмотря на экономические трудности, которые испытывали машиностроительные предприятия и конструкторские бюро, в последнее десятилетие работы по созданию ветроагрегатов мощностью до 10 кВт не прекращались. И объясняется это следующими факторами.

Выявились потребности в автономном ветроэнергетическом оборудовании со стороны сельскохозяйственных предприятий, фермерских хозяйств, хуторов, небольших рабочих и сельскохозяйственных поселков, промышленных объектов малой мощности, старательных артелей, приисков и т. п. как в районах с децентрализованным электроснабжением, так и в регионах, подверженных аварийным или ограничительным отключениям. Следует подчеркнуть, что как правило это крайне слабо информированный потребитель, который далеко не всегда представляет возможности ветроэнергетики, ее преимущества и недостатки.

Особый интерес к разработкам и производству ВЭУ проявили оборонные предприятия. Активный всплеск этого интереса связан с резким сокращением государственных заказов и необходимостью конверсии военной промышленности.

Разработка и производство современных ветроустановок является производством наукоемким и высокотехнологичным и вполне естественно, что некоторые оборонные предприятия с их высоким техническим потенциалом и квалифицированными специалистами выбрали это в качестве направления деятельности.

Можно привести примеры успешной конверсии. Так, Государственный Ракетный центр «КБ имени академика В. П. Макеева» с 1998 года приступил к выполнению НИОКР по созданию ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения, и в 2001 году были созданы опытные образцы установки ВЭУ-30 для обеспечения автономной электроэнергией мощностью до 30 кВт.

НПО «Элсиб» разработало и предлагает ветроэнергетическую установку ВЭС-10ТМ мощностью до 300 кВт, предназначенную для снабжения электроэнергией потребителей, как удаленных от систем централизованного электроснабжения, так и находящихся в зоне их действия в качестве аварийного источника электроэнергии.

ФГУП «ГМКБ ‘Радуга'» в рамках конверсионной программы разработало широкий спектр ветроэнергетических установок мощностью от 700 Вт до 1000 кВт, среди которых хочется отметить автономные ветроэнергетические установки «Радуга-001» и «Радуга-008», мощностью 1 и 8 кВт соответственно и предназначенные для производства электроэнергии и выдачи ее потребителю.

ОАО «Долина», крупное машиностроительное предприятие Оренбургской области, освоило и выпускает ветроэнергетические установки ВЭУ-2 и ВЭУ-5, предназначенные для автономного и резервного энергоснабжения потребителей.

НПО «Электросфера» разработало и провело испытания ветроэнергетической установки «Муссон Ф-30», созданной исключительно для российских условий и сориентированной на российских потребителей и производителей. При разработке этой установки были учтены особенности климата и погодные условия Российской Федерации, в частности, скорость ветра (рабочий диапазон скорости ветра в этой установке 3,5 м/сек.).

И эти примеры можно было бы продолжить.

Мобильные ветроустановки

Следует отметить, что и автономные и сетевые ветроустановки являются конструкциями стационарными, башни устанавливаются на фундаменте или укрепляются тросовыми растяжками. Но в отдаленных районах могут возникать трудности со строительством фундамента, подвозом строительных материалов, а также монтажом оборудования. Для районов с неразвитой инфраструктурой и дорожной сетью наилучшим выходом из положения была бы мобильная ветроустановка, и не просто ветроустановка, а автономный агрегат, обеспечивающий гарантированное электроснабжение. Именно такая ветроустановка с нежным названием «Жаворонок» была разработана и создана в ФГУП «Московский институт теплотехники» (МИТ), занимавшимся мобильными системами вооружения, в частности, ракетным комплексом «Тополь».

Вопрос гарантированного электроснабжения в установке был решен подсоединением дополнительного источника электроэнергии, который должен обеспечивать потребителя электроэнергией при отсутствии ветра. В качестве резервного источника используется автоматизированный дизельагрегат мощностью 30 кВт (как и мощность самой установки) производства ОАО «Барнаултрансмаш», укомплектованный курским электрогенератором (ОАО «Электроагрегат»).

Проблема мобильности ветроустановки была решена следующим образом: весь комплекс, включая саму ветроустановку, систему управления, резервное электроснабжение, был укомпонован в 12-метровый контейнер. Контейнеры с такими габаритами обычно используются для перевозки грузов автотранспортом и на железной дороге, морским, речным и даже авиационным транспортом. В сложенном виде ветроустановка полностью вместе с лопастями ветроколеса и башней размещается в 12-метровом контейнере. Правда контейнер не стандартный, он разрабатывается специально под эту установку.

Вся установка является высокоавтоматизированным комплексом, поскольку, как подчеркнул руководитель проекта Валерий Киселев, «высокий уровень автоматизации — кредо нашего института». После покупки и доставки на место эксплуатации, потребитель должен запустить дизельный агрегат, потом нажатием определенной кнопки пульта управления автоматически открывается крыша контейнера, и далее следует единственная ручная операция, да и она сведена до минимума усилий, — разворачивание двух лопастей ветроагрегата. Каждая из них на шарнирах закреплена одним болтом, лопасти нужно развернуть и закрепить еще одним болтом,? третья уже закреплена. Далее подсоединяются провода управления, нажимается другая кнопка и башня как ракета становится вертикально. По датчику ветроустановка ориентируется на направление ветра и начинает работу, т. е. начинает раскручиваться и доходит до номинальных оборотов — 80 об./мин.

Пусковая скорость ветра у ветроагрегата составляет 5 м/сек., номинальной мощности (30 вКт) он достигает при скорости ветра 9,2 м/сек. и более. Если скорость ветра падает до отметки 5 м/сек., то автоматически в работу включается дизельная установка и потребитель получает положенную мощность. При промежуточных скоростях ветра недостающую мощность ветроагрегата добавляет дизель, но система отлажена таким образом, чтобы с ветроагрегата снималась максимально возможная мощность.

Рабочий диапазон скоростей ветра составляет от пусковой 5 м/сек. до 25 м/сек. При этом установка рассчитана на буревой ветер до 50 м/сек. Конечно, при таком ветре она работать не будет, но потребитель будет получать электроэнергию от дизельной установки.

Как подчеркивает Валерий Киселев, «в плане кооперации собраны профессионалы высокого класса. Например, лопасти лучше всех могут сделать производители вертолетов. Хотя лопасти ветроустановки и отличаются от лопастей вертолета, но, учитывая существующие технологии и высокую квалификацию ‘вертолетчиков’, сделать лопасти с заданными параметрами и провести их испытания для них не представляет сложности. Системы управления проектируют и создают в Научно-производственном центре автоматики и приборостроения, который проектировал и создавал системы управления для ракетной и космической техники и т. д.»

Важнейшими направлениями использования ветроустановок «Жаворонок» (автономного мобильного ветроэнергетического комплекса) является снабжение электроэнергией сезонных и временных народнохозяйственных объектов. Разработчики рассчитывают, что потребителями ветроустановки будут удаленные населенные пункты, строительные и промышленные объекты, лесозаготовки, районы добычи полезных ископаемых, прокладки и ремонт линий электропередач, нефтегазопроводов, строительство и ремонт дорог, геологические и исследовательские партии, научные дрейфующие станции и прочее. В сельском хозяйстве комплекс «Жаворонок» может быть использован для подъема и подачи воды, тепло-, электро- и теплоснабжения теплиц, мастерских, полевых станов, выездных сельскохозяйственных пунктов машинного доения, последующей переработки молока и получения молочных продуктов на месте, стрижки овец и т. п. При этом можно использовать все виды транспорта, начиная от контейнеровозов.

Вес агрегата, в зависимости от комплектации составляет от 15 до 17 тонн. Ориентировочная цена полной комплектации около 100 тыс. долларов. Как уверяют разработчики, аналогичные немецкие установки стоят почти в два раза дороже. Использовать ветроустановки можно по договорам аренды или лизинга, ведь никакой другой ветряк нельзя сдвинуть с места, а этот можно. Учитывая ограниченную покупательную способность в России, это достаточно перспективная форма взаимоотношений.

Резюме

Анализ предложения и спроса ветроэнергетических установок позволяет сделать вывод, что отечественные производители в состоянии предложить нашим потребителям автономные ВЭУ малой мощности, которые по своим техническим характеристикам вполне способны удовлетворить их запросы, но цена электроэнергии, выработанной этими ветроустановками будет значительно превышать цену сетевой электроэнергии. Это, пожалуй, основное препятствие на пути развития рынка ветроэнергетического оборудования малой мощности. Преодолеть разрыв между предложением и платежеспособным спросом можно, если отечественные производители будут направлять свои усилия на улучшение не только технических, но и экономических характеристик ВЭУ, что им, судя по их научно-техническому и производственному потенциалу, вполне по плечу.

Источник: Оборудование #6(66), июнь 2002

Эта статья прочитана 4409 раз(а)!

Продолжить чтение