Ветроэлектростанции «НПП «Энэксис».
В 1993 г. специалисты Электроэнергетического исследовательского института США предполагали, что в следующие 10—12 лет ветер будет производить более дешевую энергию по сравнению с любыми другими ресурсами».
Сегодня предвидение начинает сбываться.
Ветроэлектрическая станция — это ветроэнергетическая установка, которая преобразует кинетическую энергию ветра в электрический ток.
С начала восьмидесятых годов прошлого столетия стоимость электроэнергии получаемой от эксплуатации ветроэлектростанций упала более чем на порядок.
С началом промышленного использования ветростанции, средняя стоимость производимой ими электроэнергии составляла около 30 центов за кВт-ч.
Сейчас ветроэлектростанции производят электроэнергию по цене около 3 центов за кВт-ч.
Во многих странах стоимость электроэнергии получаемой от использования ветра сравнима, а то и меньше стоимости электроэнергии получаемой от сжигания не возобновляемых ресурсов.
Во всех индустриально развитых странах приняты правительственные программы развития альтернативных источников энергии, в том числе и ветроэнергетики на многие годы и десятилетия вперед.
В ведущих научных исследовательских центрах мира идут интенсивные работы по созданию ветроэлектростанций нового поколения, способных генерировать электроэнергию по цене, сравнимой с ценой электроэнергии, вырабатываемой паротурбинными электростанциями на газе.
Правительственная программа Германии «Эльдорадо ветер», принятая в 1993 году, предполагала строительство ветростанций общей мощностью 250 МВт, а также прямые инвестиции в поддержку промышленности.
Это в совокупности с налоговыми льготами и другими мерами поощрения использования ветровой энергии привлекло частный капитал в объеме, превышающем на порядок правительственные инвестиции.
Общая мощность ветроэлектростанций увеличилась с 280 МВт в 1993 г. до 1576 МВт в 1996 году.
Германия стала второй после США страной по мощности работающих ветроустановок.
В США с начала 1980-х годов на федеральном уровне и на уровне штатов было проведено множество мероприятий по стимулированию использования возобновляемых источников энергии.
В настоящее время в некоторых штатах действует закон, обязывающий энергоснабжающие компании производить определенную часть электроэнергии от возобновляемых источников энергии.
Введение временного освобождения от налога (по-американски «tax credit») — это кредит для налогоплательщиков, которые владеют и эксплуатируют ветроэнергетические станции и установки и передают электрическую энергию потребителям через собственную сеть или через сети энергосистемы.
В Индии в 1992 году было создано специальное министерство, по развитию альтернативных источников энергии.
Были введены в строй пилотные проекты ветростанций общей мощностью более 50 МВт.
Их финансирование осуществлялось Центральным Правительством и Правительствами штатов.
Для привлечения частного капитала в ветроэнергетику разработаны различные инструменты, в частности освобождение от налогов на 5 лет, предоставление 100 % ускоренной амортизации, льготные таможенные пошлины на отдельные компоненты ветроустановок и скидка в размере 25 % на всю ветроустановку и др.
Рабочая группа Минтопэнерго России, созданная в 1993 году для разработки «Концепции развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России» определила, что технический потенциал ветровой энергии составляет 6218 млрд. кВт-ч в год.
Это почти в 10 раз превышает потребление электроэнергии в России в 1997 г. Однако этот потенциал распределен неравномерно.
Перспективными регионами по применению энергии ветра являются: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская области; Краснодарский, Ставропольский, Приморский, Хабаровский края; другие субъекты Российской Федерации: Дагестан, Калмыкия, Карелия, Коми, Ненецкий автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.
Перспективными являются также отдельные районы других краев, областей и республик Российской Федерации.
Но имеющийся ветроэнергетический потенциал используется в совершенно недостаточной мере.
На сегодня в России функционируют ветроэлектростанции, подключенные к общей энергосистеме, суммарной мощностью около 3 МВт, вырабатывающие около 4 млн. кВт-ч в год.
Основная часть этих станций находится в Калмыкии, Воркуте, Ростове, Калининграде, на Чукотке.
Подсчитано, что в энергосистеме России, включая районы автономного энергоснабжения, экономически оправданная доля ветроэнергетики может составлять не менее 5 % от общего электропотребления.
По данным научных исследований в мировом масштабе ветер может дать энергию, эквивалентную 5800х1015 (квад) BTUS (Британских тепловых единиц) ежегодно. Это превышает в 15 раз общее потребление энергии в мире.
Каждый «квад» соответствует около 172 млн. баррелей нефти или 40 млн. т угля.
Тихоокеанская Северо-Западная Лаборатория «Бателле» (Batelle) оценила, что при современной технологии ветровая энергия может составлять около 20 % всей годовой выработки США, т.е. ежегодно 560 млрд. кВт-ч.
Хотя ресурсов ветровой энергии гораздо больше. Только в одном штате Северная Дакота на ветроэлектростанциях может быть установлена мощность, способная произвести одну треть электроэнергии, потребляемой в США.
В 1994 г. ветроэнергетические станции штата Калифорния предотвратили эмиссию углекислого газа в объеме 1,8 млн. тонн, который был бы выброшен в атмосферу при работе электростанций на угле и природном газе — огневых электростанциях. Углекислый газ — первый из «газов земного дома», вызывающий глобальное потепление климата Земли.
Если бы 3,3 млрд. кВт-ч выработанных ветровыми станциями в Калифорнии были генерированы путем сжигания ископаемого топлива, было бы дополнительно выброшено в атмосферу 27 тыс. т диоксида серы, оксида азота и мелких твердых частиц.
Диоксид серы и оксид азота первые предвестники кислотных дождей.
Также исключается эмиссия тяжелых металлов, таких как ртуть и мышьяк, содержащихся в угле. Если принять удельный расход топлива на электростанциях на угле порядка 340 грамм условного топлива на 1 кВт-ч, то это означает экономию 1,2 млн. тонн в угольном эквиваленте.
Ветроэлектростанции построены во всех частях света.
В десятке стран-лидеров входят как самые богатые и самые развитые страны (США, Германия, Швеция), так и развивающиеся гигантские страны (Индия, Китай), а также небольшие европейские государства (Дания, Нидерланды).
Это доказывает настоятельную необходимость развития ветроэнергетики в России, несмотря на наши богатые запасы органического топлива.
Эффективное использование энергии ветра для выработки электроэнергии и создание рентабельных ветроэлектростанций является важной задачей современной науки.
По своей природе ветер – сложный источник энергии с непредсказуемыми показателями, связанными с частотной пульсацией порывов внутри ветрового потока и собственной «розой» ветров, определяющей смену направления и силы ветра в течение временного интервала.
Существуют два основных вида установок: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной осью вращения. Ветроустановки с горизонтальной осью составляют около 95 %.
По технико-экономическим показателям в секторе большой мощности (до 5 МВт) получили распространение пропеллерные станции, которые совершенствуются в направлении новых конструктивных решений и применяемых материалов.
Современный мировой опыт показывает, что наиболее благоприятной территорией для их размещения является морское побережье с одно векторной «Розой» ветров.
В случае, когда ветер имеет двух векторную или много векторную структуру, типичную для многих континентальных и горных районов, коэффициент использования ветра всеми видами пропеллерных станций уменьшается более чем два раза, делая таким образом ветростанции не рентабельными или просто не пригодными для эксплуатации в этих условиях.
Система «наведения» на ветер усложняет и удорожает их.
К эксплуатационным неудобствам пропеллерных ветростанций относятся – расположение тяжелого механического и электрического оборудования на большой высоте.
Стартовая скорость большинства современных станций находится в пределах 4 — 5 м/с. Но нужно, чтобы скорость ветра продержалась на этом уровне не менее 10 мин, только тогда автоматика даст разрешение на пуск ветроустановки.
Поэтому кратковременные порывы ветра в счет не идут, если длятся менее 10 мин. С увеличением мощности растут их габариты. В установке мощностью 2MВт длина лопасти более 40 метров, а высота мачты более 50 м.
Генератор имеет большие габариты. Длинные лопасти становятся источником высокочастотных (ультразвук) и низкочастотных (инфразвук) шумов, вредных для людей и животных. Это делает необходимым возведение ветростанций далеко от места потребления электроэнергии.
Кроме того, вращающиеся лопасти оказывают негативное влияние на телевизионные и радиосигналы, создаются неудобства для движения транспорта, что делает нежелательным их размещение вблизи жилья.
Следует учитывать сложность в производстве, эксплуатации, ремонте из-за размещения силовых агрегатов на высоте, что делает стоимость и эксплуатацию дорогим.
В настоящее время все большее внимание уделяется разработке ВЭС с вертикальным расположением ветровоспринимающих элементов и низким размещением генератора.
Это объясняется значительным упрощением конструктивной схемы, удобством монтажа и обслуживания.
Одно из главных достоинств таких ветрстанций – возможность принятия ветровых течений разного направления и вообще отсутствие необходимости учитывать направление ветра при установке и эксплуатации.
Инновационный парк Российского нового университета совместно с российской компанией «НПП ЭНЭКСИС» разработала технологию Вертикально – Осевой Ветроэнергетической Турбины (ВВТ ЭНЭКСИС), которая оказалась несравненно эффективнее в утилизации ветровой энергии, чем традиционные пропеллерные ветровые турбины.
«ВВТ ЭНЭКСИС», как никакая другая турбина, приемлема для местностей с постоянно изменяющимися направлениями ветра таких как, острова, пустыни, прибрежные зоны, горные перевалы и ущелья, а также равнинные степные районы.
Уникальное решение «статор – ротор», усиливающее скорость ветрового потока, отсутствие редуктора, специально разработанный электрогенератор обеспечивают ей высокую экономическую эффективность.
Турбина не требует ориентации «на ветер», имеет модульное построение.
Мощность может быть увеличена добавлением стандартных модулей. В продаже находятся ветростанции установленной мощностью от 0,5 до 5 кВт.
Увеличение суммарной мощности достигается созданием ветроплотин.
Однокиловаттная станция в условиях московской области (средняя годовая скорость ветра составляет 3,5 метра в секунду) способна обеспечить потребности отдельно взятого дома по эксплуатации современных бытовых приборов в обычном режиме: холодильник, телевизор, освещение, компьютер, циркулярный насос, погружной насос, электроплита, морозильник.
Отличительные особенности ВВТ «ЭНЭКСИС»:
• рабочая скорость ветра от 3 м/с и выше без ограничений (испытана до 45 м/с);
• использование энергии шквалов, порывов и пульсаций скорости;
• работа при ветрах любого направления без каких – либо настроечных операций;
• модульный принцип конструкции ветромеханической части;
• широкодоступные конструкционные материалы;
• «утилизирует» внезапные порывы и высокочастотные пульсации скорости ветра;
• вращение ротора начинается самостоятельно;
• увеличение устойчивости конструкции при повышении скорости вращения ротора за счет гироскопического эффекта;
• простота монтажа и технического обслуживания;
• высокие эксплуатационные свойства и устойчивость, поскольку генератор и другое оборудование находится на уровне земли,
• экологическая чистота и бесшумность (до 30 dB на расстоянии 5 м при скорости ветра 15 м/с), безопасность для птиц и животных;
• минимальный эффект визуального вторжения в ландшафт;
• возможность создания многорядных ветроэнергетических плотин большой мощности;
• возможность автономной или параллельной работы с другими источниками постоянного и переменного тока, солнечными преобразователями, аккумуляторной батареей, дизельными станциями или энергосистемой;
• электрический генератор и система автоматики оригинальной конструкции с высоким КПД, который согласован с ветромеханической частью ВЭС и соединен без редуктора непосредственно с валом ротора.
• безопасность, обусловленная отсутствием внешних вращающихся лопастей;
• высокая надежность конструкции.
Было создано более 10 различных опытных модификаций, проведено более сотни экспериментов.
Ветростанции прошли испытания в суровых горных и степных условиях.
Две установки работают в горах Тянь-шаня, более 3500 метров над уровнем моря, где температура зимой опускается до -40 градусов и дуют снежные бури.
В степях работают семь установок, в условиях регулярных пылевых бурь и перепадах температуры от -30 до +60 градусов.
В порывах скорость ветра доходила до 45 метров в секунду. Две ветростанции эксплуатируются в пустынном районе, где часто бывают песчаные бури.
В результате многочисленных многолетних натурных испытаний в конструкцию были внесены десятки изменений, улучшающих эксплуатационные характеристики.
Ветроэлектростанция «Энэксис» является простым и надежным в эксплуатации, способным без присмотра человека способна автономно работать на протяжении многих лет, независимо от погодных и ветровых условий.
Потребителей привлекает простота, практическое отсутствие эксплуатационных расходов, надежность, долговечность (25-30 лет), бесшумность и самое главное — использование бесплатной, даровой энергии ветра.
Потратившись один раз, он навсегда решает проблему с электроэнергией и получает взамен хороший, ликвидный актив.
Он больше не зависит от непрерывного роста цен на него.
Для предпринимателя, фермеров, туристических и горно-спортивных комплексов, промысловых артелей, для любых автономных хозяйств появляется реальная возможность минимизировать себестоимость выпускаемой продукции и оказываемых услуг.
А для это единственная возможность существования и развития. Так как сегодня провести ЛЭП намного дороже, чем купить ветроэлектростанцию.
Кроме того, ЛЭП надо построить за свои деньги и передать на баланс местной обслуживающей энергокомпании, не получая за потраченные деньги никакого актива взамен, а только счета за использованную электроэнергию.
Неприхотливость к внешним условиям эксплуатации в любых климатических и географических зонах ветростанция незаменима для развития средств связи, путем встраивания модуля внутрь ретрансляционных мачт для электроснабжения датчиков контроля нефте–газо проводов, удаленных метеостанций и военных объектов, пограничных застав и постов наблюдения.
Большой потенциал у станции для эксплуатации в городских условиях, на крышах высоких зданий.
Отарашвили З. А. — директор Инновационного парка Российского нового университета
Болотов С.А. — директор «НПП «Энэксис»
