2.2.2. Анализ потенциала ветроэнергетики

При анализе ветроэнергетических установок (ВУ) необходимо учи­тывать их классификацию: 1)ВУ с горизонтальной осью вращения (ло­пастные); 2) ВУ с вертикальной осью вращения (роторные).

* Кроме того, ВУ бывают открытого типа (без корпуса) — традицион­ные ВУ и закрытого типа (ветровая турбина в корпусе, см. далее). Как уже говорилось, наиболее распространённые сегодня традиционные го­ризонтально-осевые ВУ не удовлетворяют экологическим критериям и поэтому могут устанавливаться преимущественно в безлюдной местно­сти. Для получения значительной мощности такие В У объединяют в ветровые «поля», «плотины», «фермы» (США, Дания) [17, 23]. Первен-

*

ство по освоению ВУ принадлежит Дании и Германии (около 80% уста­новленной мощности ветроэлектростанций (ВЭС) европейских стран), и в начале XXI в. планируемый объём ветроэнергетики должен превысить 10% энергобаланса этих стран [17].

Вследствие непостоянства ветрового потока и высоких значений номинальных (рабочих) скоростей ветра (5-10 м/с), а также из-за огра­ничения по предельной скорости ветра (20-30 м/с) лопастные ВУ мало­эффективны: они работают не более 3 000-5 000 часов в году. ВУ под­ключают через преобразующие устройства: либо к электросети, либо к аккумуляторам. Последнее значительно увеличивает стоимость полу­чаемой энергии и снижает ресурс и надёжность системы. Один из отри­цательных факторов ВУ - блокировка территории оборудованием уста­новки и связанные с этим экологические и экономические потери: мак­симальная мощность ВУ, которая может быть получена с 1 км², состав-

ляет не более 10 МВт. Применение традиционных ВУ в России перспек­тивно прежде всего для Крайнего Севера и Дальнего Востока, т.е. для районов, использующих завозимое топливо и относительно безлюдных [16, 17].

Стоимость традиционных ВУ существенно зависит от величины их мощности: при мощности до 2,5 кВт стоимость может достигать 10— 14 тыс.

Однако выше приведены только «каталожные» рыночные цены ВУ, а реальная стоимость установленной мощности зависит от используемо­го оборудования, затрат на монтаж и строительство, протяженности ли­ний электропередачи и может в сумме превышать 3 тыс. дол. за 1 кВт — даже для установок мегаваттного класса [64].

ВУ роторного типа пока не нашли широкого распространения, хотя и обладают некоторыми преимуществами по сравнению с горизонталь­но-осевыми ВУ: независимость от направления ветра; размещение обо­рудования на фундаменте; отсутствие механизма поворота лопастей; тихоходность ветровой турбины, т.е. меньший уровень шума. Однако высокие значения номинальной скорости ветра (10-13 м/с для роторных ВУ мощностями десятки-сотни киловатт) не позволяют обеспечить дос­таточную их эффективность. В большинстве регионов России среднего­довая скорость ветра составляет 4-6 м/с, при этом положительный эко­номический эффект от работы ВУ следует ожидать при числе часов ис­пользования установленной мощности не менее 2 000 [16].

Высокие значения рабочих скоростей ветра и, как следствие, малое время работы в году, накладывает на все ВУ открытого типа ограниче­ния по использованию в полномасштабной энергетике, хотя в удален-

ных от энергосистем районах страны и для решения задач специального назначения они могут конкурировать с другими источниками энергии.

ВУ, выполненные по вертикально-осевой схеме, но в специальном звукоизолирующем корпусе, который снабжён воздухозаборником и формирователем (усилителем) воздушного потока, а также другими до­полнительными устройствами, увеличивающими эффективность уста­новки, имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными ВУ: бо-

•? лее низкие значения номинальных скоростей ветра, расширенный диа­

пазон предельных скоростей ветра, что увеличивает продолжительность работы в году; экологичность вследствие наличия звукоизоляции; меньшие занимаемые площади.

* 17, 65]. Благодаря возможности работы при номинальной скорости вет­

ра 3-5 м/с (и даже меньшей для маломощных установок), расчётная про­изводительность ВВЭУ в 1,5-2 раза выше, чем у ВУ традиционного типа. Одна из уникальных особенностей ВВЭУ - модульность, т.е. воз­можность использования её основных узлов в ветроустановках большей (кратной) мощности, что обеспечит в будущем высокую унификацию и рентабельность её производства. Модульность блоков ВВЭУ позволяет

наращивать их по вертикали в виде своеобразной «ёлочки» (например, из двух модулей по 2,5 кВт можно составить установку на 5 кВт, из че­тырех модулей - 10 кВт и т.д.).

Проект ВВЭУ мощностью 5 кВт (ВВЭУ-5) с тепловым аккумулято­ром, обеспечивающим работу установки даже некоторое время при без­ветрии, был разработан при участии автора. Подобная схема реализации ВВЭУ больших мощностей (до нескольких мегаватт) может с успехом использоваться на крышах многоквартирных зданий, где воздушный ес­тественный поток усиливается восходящим потоком из вентиляционных шахт (см. раздел 3.2.3). Такое решение позволило бы обеспечить прин­ципиально новый подход к автономному энергоснабжению жилых и производственных зданий. ,

Использование ВВЭУ с тепловыми аккумуляторами максимально повышает ее эффективность и конкурентоспособность по сравнению с ВУ любого типа: длительность работы в году - до 7 000 ч (диапазон скоростей ветра 2-50 м/с); расчётная стоимость «установленного кило­ватта» - не более 2-3 тыс. дол. (при серийном выпуске) для уровней мощностей в единицы киловатт и не более 0,7-0,9 тыс. дол. для уровней в сотни и тысячи киловатт. Оценка стоимости электроэнергии для ВВЭУ: при мощностях 1-10 кВт - на уровне 0,04-0,03 дол./кВт-ч; при мощностях 0,8-10 Мвт- на уровне 0,02-0,0 Ідол ./кВт-ч. Срок окупаемо-