Автономная ветроэнергетика

Типичным примером возможностей использования ветроэлектрических установок на Крайнем Севере является Таймырский АО, руководство которого представило на рассмотрение проект строительства ВЭС в 17 населенных пунктах, в которых в настоящее время используются ДЭС мощностью от 30 до 100 кВт. Ветровые условия в регионе благоприятны для работы ВЭС: среднегодовые скорости ветра – 6 – 7 м/с. Период действия слабых ветров совпадает с летними месяцами, когда потребность в энергии резко снижается.

Имеются три способа использования ветроэлектрических станций (ВЭС) для автономного электроснабжения. Первый – это параллельная работа ВЭС и ДЭС. Этот вариант применим, когда мощность ветровой станции существенно ниже мощности работающей ДЭС. Например, мощность ДЭС – 100 кВт, а мощность ВЭС – 20 кВт. В этом случае функции основного источника энергии и поставщика реактивной энергии сохраняются за ДЭС, и регулятор генератора ДЭС воспринимает и реагирует на колебания мощности ВЭС, поддерживая параметры вырабатываемой электроэнергии на стандартном уровне.

Примером ветродизельных систем, реализующих параллельную работу ВЭС и ДЭС, могут служить три таких системы, на островах Cape Verde, где Дания к существующим многоагрегатным ДЭС мощностью 3; 8 и 11 МВт подключила 8 ВЭУ фирмы Nordtank мощностью по 300 кВт каждая.

Опыт их эксплуатации за полгода экспериментальных исследований подтвердил работоспособность этих ВЭС, но одновременно показал, что при повышении доли мощности ВЭС в системе выше 20% наблюдались неоднократные случаи выхода из строя регуляторов напряжения генераторов ДЭС. Существенным недостатком является также невысокий уровень экономии топлива, составляющий 10 – 20% от общего расхода. В условиях Крайнего Севера режим параллельной работы не дает возможности получить результат, обеспечивающий экономию топлива в значительных размерах.

Второй способ использования автономных ВЭС – это работа на нагрузку, не требующую стандартного качества электроэнергии. К числу таких потребителей относятся электронасосные установки и электронагревательные приборы различных типов. В Советском Союзе несколько тысяч ветроустановок АВЭУ6-4 использовались на природных пастбищах комплексно: для подъема воды и для отопления помещений. В течение многих лет эти ВЭУ работали на советской антарктической станции Новолазаревская, обеспечивая теплом полярников и экономя десятки тонн дизельного топлива.

Примером подобного использования ВЭУ за рубежом является применение ветроагрегата мощностью 54 кВт на острове Фэр (Великобритания) для отопления домов и получения горячей воды с хранением ее в термосах большой емкости. В результате выработка электроэнергии на острове после ввода в эксплуатацию ветроагрегата возросла более чем в 2 раза.

Третий способ предусматривает автономную работу ВЭУ, но с частичным обеспечением потребителей электроэнергией стандартного качества благодаря включению в состав установки аккумуляторной батареи и инвертора. В случае безветрия используется ДЭС или бензоагрегат. Предложенная в ВИЭСХе схема для использования в фермерских хозяйствах ветродизельной системы с раздельной работой ВЭУ и ДЭС представлена на рис.

Схема предусматривает возможность электропитания всех нагрузок системы (Н1 и Н2) либо от ВЭУ, либо от ДЭС. В первом случае переключатели П1, П2 и П3 должны быть переведены в левое положение. Нагрузки Н1 при этом будут получать питание от инвертора И. К группе нагрузок Н1 относятся осветительные приборы, радио и телевизионная аппаратура, холодильники. К группе нагрузок Н2 – электронагревательные устройства, вентиляторы и электронасосы, допускающие временное понижение напряжения и частоты тока.

При сильном устойчивом ветре ДЭС может быть отключена. Кратковременные спады скорости ветра не имеют существенного значения, так как возникающий дефицит энергии ветродвигателя восполняется энергией, накопленной в АБ. При слабом ветре, когда ВЭУ не в состоянии обеспечить функционирование системы электроснабжения в полном объеме, включают ДЭС, а переключатели П2 и П3 переводят в правое положение. Переключатель П1 может быть также переведен в правое положение, если ВЭУ из-за штилевой погоды не в состоянии обеспечить режим заряда АБ. В приведенной схеме нет ограничений по уровню мощности ВЭУ и ДЭС. Установленная мощность ВЭУ может быть выше и ниже мощности ДЭС.
Проанализировав характеристики трех выпускаемых за рубежом ВЭУ, пригодных для использования в автономном режиме в условиях холодного климата, приходим к выводу: исходя из стоимостных показателей для условий России приемлемы две конструкции: Aeroman (Германия) и GEV 10,25 фирмы Vergnet (Франция) мощностью 25 и 33 кВт. ВЭУ ES-1601 (Нидерланды) уступает им существенно по показателям удельной выработки энергии и удельной стоимости 1 кВт установленной мощности ветроагрегата.

В настоящее время в России производство ВЭС автономного применения мощностью 25 – 100 кВт отсутствует. В 80-х годах НПО «Ветроэн» выпускало серийно 400 – 500 шт./год ветроустановки АВЭУ6-4 мощностью 4 кВт и ВЭС автономного использования мощностью 16 и 30 кВт. В 1989 – 1991 гг. под руководством главного конструктора Л.И. Терентьева НПО «Ветроэн» в г. Истра разработало ВЭУ мощностью 100 и 250 кВт универсального применения.

Для организации серийного производства документация на эти установки была передана в НПО «Южное» (г. Днепропетровск). После распада СССР и прекращения государственного стимулирования производства ветроэнергетики ее развитие осуществляется коммерческими предприятиями на свой страх и риск.

Установка ВЭУ-1500, разработанная СКБ «Спецремтекс» и испытанная на ветрополигоне ВИЭСХ в г. Истре, выдержала испытания во всех режимах с отличным результатом. Установка имеет спрос не только в России, но и за рубежом. В 2003 г. были завершены испытания ветродизельной установки с ветроагрегатом ВТН8-10 мощностью 10 кВт, разработанной институтом НИИЭМ (г. Истра) по заказу Морского флота. Установка успешно прошла полигонные испытания и эксплуатационную проверку на островах Балтийского моря. Продолжаются испытания на ветрополигоне ВИЭСХ ветродизельной установки «Жаворонок» мощностью 30 кВт, создаваемой в соответствии с Постановлением правительства г. Москвы.

Воссоздание отечественной ветроэнергетики существенно облегчит условия жизни людей в отдаленных районах страны. Ставка на нефть и газ не может быть единственной и надежной. В большинстве стран мира это поняли и развивают ветроэнергетику. Внимание и поддержка государством производителей и потребителей и налоговые льготы смогут существенно повлиять на масштабы использования возобновляемых источников энергии и строительство новых совершенных ВЭС.