Энергия ветра

Ветроэнергетические установки являются основным способом преобразования ветровой энергии в электрическую энергию.

Наиболее распространенным типом ВЭУ является ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей - чаще всего 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Спектр единичных мощностей выпускаемых ветроустановок в мире весьма широк: от нескольких сот Вт до 2-4 МВт.

Малые ВЭУ (мощностью до 100 кВт) находят широкое применение для автономного питания потребителей, и сферы их использования во многом совпадают с фотопреобразователями. Особенно эффективно использование малых установок для водоснабжения (подъем воды из колодцев и скважин, ирригация). Автономные малые ветроустановки могут комплектоваться аккумуляторами электрической энергии и/или работать совместно с дизельгенераторами. В ряде случаев используются комбинированные ветро-солнечные установки, позволяющие обеспечивать более равномерную выработку электроэнергии, учитывая то обстоятельство, что при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной - наоборот, усиливается.

Крупные ветроустановки (мощностью более 100 кВт), как правило, - сетевые, т.е. предназначены для работы на электрическую сеть.

Удельная стоимость крупных ВЭУ сегодня лежит в интервале 800-1000$/кВт, а малых ВЭУ, как правило, выше и увеличивается с уменьшением мощности, достигая величины 3000 $/кВт (иногда и выше) для установок мощностью от нескольких сот Вт до 1 кВт.

Для описания ветра как источника энергии используется совокупность аэрологических и энергетических характеристик ветра, объединяемая понятием ветроэнергетического кадастра. К числу основных кадастровых характеристик ветра относятся [5,13]: среднегодовая скорость ветра; годовой и суточный ход ветра; повторяемость скоростей ветра; повторяемость направлений ветра; максимальная скорость ветра; удельная мощность и удельная энергия ветра; ветроэнергетические ресурсы района.

Основным источником исходных данных для разработки ветроэнергетического кадастра являются наблюдения за скоростью ветра на опорной сети гидрометеослужбы. Эти наблюдения, проводимые несколько раз в сутки, охватывают периоды в десятки лет и представляют собой обширнейший фактический материал. Их достоинством является то, что они проводятся по единой методике, а места (площадки) производства наблюдений классифицированы по степени их открытости на местности.

Среднегодовые скорости ветра. Данные о среднегодовых скоростях ветра служат исходной характеристикой общего уровня интенсивности ветра. По величине среднегодовой скорости ветра в первом приближении можно судить о перспективности применения ветроэнергетических установок в том или ином районе. Однако необходимо иметь в виду, что скорость ветра зависит от рельефа местности, шероховатости поверхности, наличия затеняющих элементов, высоты над поверхностью земли. У разных станций эти условия могут существенно отличаться. Поэтому для сопоставления средних скоростей ветра их необходимо приводить к сравнимым условиям. Представляется целесообразным за сравнимые условия принять условия открытой ровной местности и высоту 10 м от поверхности земли.

Говоря о среднегодовых и среднемноголетних скоростях ветра, уместно отметить и еще одно весьма важное обстоятельство. В прибрежных районах Кольского полуострова изменение среднегодовой скорости ветра от года к году невелико и характеризуется коэффициентом вариации в пределах 5-8%. В то же время коэффициент вариации стока на реках региона составляет около 15-20%. Таким образом, в многолетнем разрезе поступление ветровой энергии подвержено меньшей изменчивости, чем гидроэнергии рек.

Стоимостные показатели строительства ветропарков. Оценивая развитие ветроэнергетики за рубежом, можно констатировать, что в настоящее время она существует уже как самостоятельная доходная отрасль энергетики, вносящая в отдельных районах мира (Дании, Германии, Испании, США и др.) существенный вклад в производство электроэнергии. Единичная мощность серийно производимых ветроустановок возросла до 3 – 5 МВт. Современные ВЭУ – это крупные технические сооружения, выполненные с использованием новейших достижений аэродинамики, электротехники, электроники и компьютерной техники. Диаметр ветроколеса ветроустановок мегаваттного класса составляет 60-120 м, высота башни - 60 - 100 м и более (табл. 2.2.). Благодаря последовательному совершенствованию технологии производства ветроустановки стали намного дешевле. К настоящему времени стоимость установленного киловатта ВЭУ опустилась до 800 – 1000 долл.. Ожидается дальнейшее снижение этого показателя до 600-700 долл./кВт в ближайшие 10 лет.

В России развитие системной ветроэнергетики находится пока на начальном этапе. Вместе с тем, страна располагает необходимым научным и производственным потенциалом [18], уже появились первые опытные ВЭУ, выполненные на современном научно-техническом уровне. На севере страны в районе Воркуты работает Заполярная ВЭС мощностью 1500 кВт (6 ВЭУ по 250 кВт). На юге, в Калмыкии, введена в эксплуатацию установка мощностью 1000 кВт. На западе, в Калининградской области, работают несколько опытных ветроустановок датского производства, и создан ветропарк мощностью более 5 МВт. На крайнем Северо-востоке страны в районе Анадыря в 2002 г. построен ветропарк из 10 ВЭУ типа АВЭ-250С. Удельные затраты на строительство ветропарка составили 1800 долл. США/кВт, с учетом транспортных расходов, налогов, пошлин и т.п. Все перечисленные опытные установки работают совместно с электрической сетью.

На Кольском полуострове в рамках сотрудничества с норвежской стороной ведется опытная эксплуатация сетевой ветроустановки мощностью 200 кВт вблизи Мурманска. Вырабатываемая энергия используется для энергоснабжения гостиницы "Огни Мурманска". Эта установка, бывшая в употреблении, до этого10 лет проработала в одном из фермерских хозяйств в Дании. В 2000 году она была приобретена норвежской компанией “VetroEnergo AS” и установлена в Мурманске.