Ветроэнергетические установки для севера



Альтернативная энергетика в Арктике

Основной тенденцией развития энергетики в течение последних нескольких лет стало резкое увеличение доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мировом топливно-энергетическом
балансе. В 2019 году электростанции, работающие на возобновляемых источниках, впервые в мировой истории обогнали атомные электростанции по объему производства энергии.
Лидером по развитию альтернативной энергетики является Китай, за четыре последних года вложивший в этот сектор 343 млрд. евро, затем идут
США с ежегодными инвестициями около 35 млрд. евро и Япония, инвестиции в развитие альтернативной энергетики в которой оцениваются от 8 до
12 млрд. евро в год. В странах Европы доля ВИЭ в Швеции составляет 55%, в Финляндии – 41%, в Дании
— 36%, в Германии – 43,7%. Россия также старается не отставать: уже известно, что до 2024 года в развитие альтернативной
энергетики государство собирается вложить 110 млрд. рублей. При этом, по словам председателя Комитета Государственной Думы РФ по энергетике Павла Завального,
уже «сформирована нормативная база по поддержке ВИЭ, включая законы и нормативно-правовые акты правительства, направленные на привлечение инвестиций и выделение средств
субсидирования производства энергии на возобновляемых источниках энергии».

По ряду причин использование ВИЭ актуально и для Арктики. В первую очередь, из-за их дешевизны по сравнению с традиционными видами
энергетики. Сейчас стоимость электроэнергии в регионах Крайнего Севера находится в районе 22–237 рублей кВт/ч, что в 5–55 раз выше, чем
в остальной России. Тепловая энергия обходится потребителям здесь в 3-20 тысяч рублей за 1 Гкал, что в 3-17 раз выше
среднего по стране. Такая высокая себестоимость производства электроэнергии вынуждает государство выделять сотни миллиардов рублей бюджетных субсидий для предотвращения роста тарифов.
В то же время, стоимость производства электроэнергии на солнечных электростанциях составляет в среднем 9,5 рубля кВт/ч, ветряных – 6,3 рублей
кВт/ч, новых парогазовых установках – 3,6 рублей кВт/ч.

Альтернативная энергетика на мысе Желания. Фото: Николай Гернет

Применение возобновляемых источников энергии поможет резко сократить затраты на строительство и содержание коммунальной инфраструктуры. Из-за очень холодного климата, низкой плотности
населения и удаленности населенных пунктов друг от друга, строить новые энергетические объекты очень дорого, в ряде территорий это вообще невозможно.
К тому же они нуждаются в постоянных капиталовложениях: в Якутии износ дизельных генераторов составляет от 43% в Анабарском до 85%
в Момском районах. Исчерпали свой ресурс и здания: степень их износа составляет от 20% в Эвено-Бытантайском до 76% в Среднеколымском.

Благодаря использованию ВИЭ, можно будет резко улучшить экологическую обстановку в регионе: ведь вся энергосистема Арктики работает на привозных угле, мазуте, дизельном топливе, вредные выбросы от которых загрязняют окружающую среду.

Ветер, солнце и другие возобновляемые источники

Основными направлениями развития альтернативной энергетики в арктических регионах могут стать проекты в области ветровой, солнечной энергии, биотоплива и энергии моря. Известно,
что в прибрежных районах Белого и Баренцева морей, а также на территории архипелагов Новая Земля и Земля Франца Иосифа скорость
ветра достигает 5-8 м/с и, по прогнозам климатологов, по мере потепления в регионе будет наблюдаться многократное усиление его частоты и силы. К тому
же, холодный воздух обладает большей плотностью, чем горячий, следовательно, энергоэффективность такой установки при одной и той же скорости ветра будет
выше. В совокупности все это создает крайне благоприятные условия для развития ветровой энергетики.

Сейчас в Арктике уже работает целый ряд ветроэлектростанций: экспериментальная ветроэнергетическая станция в Лабытнанги и проект «Полярис» с 4-мя ветроэлектрическими установками
в ЯНАО, Анадырская ветряная электростанция на мысе Обсервации Анадырского района с 10 ветрогенераторами в Чукотском автономном округе. Ветропарк в поселке
Тикси с 3 ветроустановками, экспериментальная ветроэнергетическая станция «Быков мыс» там же.

Ветроэлектростанция в Тикси. Фото: Пресс-служба РусГидро

После 2021 года в Кольском районе под Мурманском начнет работать первая на Севере ветроэлектростанция мощностью 201 МВт, она будет крупнейшей
ветроэлектростанцией в России. Суммарная мощность всех российских арктических ветроэнергостанций составляет 210 МВт. Обычно установки используются либо отдельно, либо вместе с
солнечными батареями и дизельными генераторами.

В восточных приарктических районах Якутии могут быть задействованы установки по выработке солнечной энергии. В холодном климате увеличивается потенциал производства солнечной
энергии. Чем ниже окружающая температура, тем эффективнее работают солнечные фотоэлементы: при 0°C солнечный элемент будет иметь на 10% более высокий
КПД, чем при 20°C. В итоге, среднегодовое поступление солнечной энергии в Арктике в дневное время может доходить до 2-5 кВт/ч,
а в отдельных районах до 5-6 кВт/ч. Солнечные электростанции работают в Ямало-Ненецком автономном округе, в поселках Батагай, Бетенкес Батамай, Джаргалах,
селах Дулгалах, Куду-Кюэль, Улуу, Юнкюр, Верхняя Амга, Столбы, Иннях Тойон-Ары, Куберганя, Эйик, Дельгей. Суммарная мощность вырабатываемой ими энергии составляет около
1,4 мВт.

Помимо солнца и ветра, есть еще и гидроэнергетика. В одной только Мурманской области насчитывается 17 гидроэлектростанций, в Якутии 2, в
Архангельской области 1. Вблизи поселка Ура-Губа в Мурманской области работает Кислогубская приливная электростанция (ПЭС) мощностью 1,7 МВт. В губе Долгая-Восточная на Кольском
полуострове скоро начнется строительство Северной ПЭС, мощностью уже в 12 МВт при годовой выработке энергии 23,8 млн. кВт/ч. Это будет первая
приливная электростанция в России, которая выйдет на промышленный уровень генерации энергии. В Мезенском заливе Белого моря планируется строительство еще одной приливной электростанции, мощностью 8
ГВт. Ожидается, что её годовая выработка составит 38,9 млрд. кВт/ч — столько же, сколько у всего Волжско-Камского каскада ГЭС.

Кислогубская приливная электростанция. Фото: proteh.org

Архангельская область, Республика Коми и другие регионы Арктики, которые имеют доступ к отходам деревообработки вроде стружки, брикета или дров, могут производить
из них биотопливо. Классическое сырье может выйти на новый уровень эффективности благодаря новым технологиям — мощные печи с минимальной потерей тепла способны согревать
небольшие поселки, используя отходы лесной промышленности, тем самым обеспечивая дешевую энергию и безотходное производство дерева. На сегодняшний день на территории Архангельской области на биотопливо
уже переведено свыше пятидесяти котельных.

Очень перспективной считается геотермальная энергетика. По словам заведующего лабораторией гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири ИНГГ СО РАН Дмитрия Новикова, ориентировочно запасы тепла в артезианском бассейне Западной Сибири составляют 200 млн. Гкал в год. Для сравнения, в России за год производится в целом около 500 млн. Гкал.

«В арктических регионах запасы тепла огромны, их даже пока еще не считали отдельно. Наиболее перспективны для теплоэнергетических целей термальные воды,
которые залегают на глубине от 1 км. Геотермальные станции целесообразно строить в удаленных населенных пунктах, особенно если там пробурены скважины
под добычу нефти и газа: энергетические установки можно ставить без больших капитальных затрат. Сейчас топливо завозится на Север по зимним
дорогам, и это дорого», – говорит Новиков.

Что будет дальше

Если говорить о будущем энергетики в Арктике, то пока представляется, что она будет функционировать на основе сочетания традиционных и возобновляемых
источников энергии. С одной стороны, ВИЭ пока не могут полностью заменить обычные уголь, мазут и дизельное топливо. По официальным данным,
суммарная мощность всех ветряных и солнечных электростанций Крайнего Севера сейчас не позволяет обеспечить электроэнергией даже одно из 1000 поселений с
населением более 1000 человек. С другой, использование ВИЭ ограничено техническими и климатическими условиями. Так, чтобы ветроэлектростанции постоянно работали в нужном
режиме, требуются дорогостоящие специальные материалы, вроде хладостойкой стали, синтетической низкотемпературной смазки для подшипников, специальных жидкостей для гидравлических систем. А также
их нужно правильно эксплуатировать — подогревать редуктор, лопасти и метеорологические датчики для предотвращения оледенения и отложения изморози. Касаемо солнечной энергетики,
то возможности ее выработки ограничены временными рамками: долгая Полярная ночь сильно сокращает получение необходимого солнечного света. Поэтому сейчас реализация проектов
на основе ВИЭ идет, можно сказать, в качестве эксперимента. Но, несмотря на все проблемы, Правительством РФ уже принято решение об
увеличении доли альтернативной энергетики в экономике страны с 1% до 2,5% – до 6 ГВт, а, следовательно, тема ВИЭ в
Арктике получит дальнейшее развитие.

Источник

Ветряки решают проблему с топливом для русского севера

Уникальная ветростанция возводится в арктическом посёлке Амдерме в Арктике. Ветрогенераторы, которые устанавливаются здесь на ветродизельной электростанции, должны по проекту дать экономию половины ежегодного расхода дизельного топлива населённого пункта. Четыре огромных «ствола» — каждый с тремя огромными лопастями «лепестками» — будут работать в тандеме с уже существующей дизельной станцией.

Использование энергии ветра активно распространяется в Европе, а для Арктики, где проблема электроснабжения исторически стоит особенно остро, подобный опыт поможет государству достичь значительной экономии денежных средств. Более того, ветроэнергетические установки (ВЭУ) ещё и экологичны, ведь в результате использования традиционных видов энергии возникают отработанные масла и другие отходы, проблему вывоза которых тоже приходится решать за деньги.

По словам директора АНО «Ненецкий центр энергоэффективности и чистого производства» Василия Панкова, установке ветряков предшествовали серьёзные исследования и замеры. «Был разработан пилотный проект „Полярный ветер“, в рамках которого проводился качественный ветромониторинг. В нескольких точках побережья Баренцева моря выставлялись вышки, на них были установлены приборы, с которых регулярно снимались показания, записывались параметры ветровых нагрузок. Партнеры из Финского метрологического института обработали данные и выдали заключение, что применение ветряков на этих территориях экономически оправдано. Между прочим, один такой ветряк способен вырабатывать до 50 кВт в час».

Первые попытки устаналвивать ветрогенераторы на севере предпринимались ещё в 40х годах 20 века, но тогдашние технологии не позволяли создать достаточно энергоэффективный ветряк и проект был заброшен. Сегодня технологии шагнули далеко вперёд и ветряки становятся по-настоящему экономически выгодны.

Проект «Полярный ветер» — результат международного сотрудничества реализуется за счет грантов совместно с Финским метрологическим институтом. В случае успеха планируется установка комплексов ВЭУ ещё как минимум в трех населенных пунктах региона. Вся работа производится в рамках международной программы приграничного сотрудничества «Коларктик», в которой помимо России принимают участие несколько стран Скандинавии.

Читайте также.

  • Военные очистили свыше 113 тыс. кв. километров загрязненной территории в АрктикеВоенные очистили свыше 113 тыс. кв. километров загрязненной территории в Арктике
  • «Роснефть» приступила к масштабным исследованиям животных в Арктике«Роснефть» приступила к масштабным исследованиям животных в Арктике
  • Ученые подтвердили права России на арктический шельфУченые подтвердили права России на арктический шельф
Читайте также:  Скрипт для установки стоп лосса и тейк профита

Источник

Перспективы ВИЭ в Арктике

Сегодня все больше исследователей приходят к заключению, что потенциал Арктического региона не исчерпывается его углеводородными запасами. Высокие широты могут стать территорией развития возобновляемой энергетики? Каковы перспективы ВИЭ в Арктике?

Освоение Арктической зоны, сформулированное как одно из ключевых направлений развития Российской экономики в XXI веке, является сложной комплексной задачей, требующей разработки ряда технических решений, в том числе в области эффективного энергоснабжения действующих и планируемых к созданию промышленных и инфраструктурных объектов, а также развивающихся местных поселений. С одной стороны, существует проблема доставки в регион и внутри него необходимых ресурсов, включая горюче-смазочные материалы и запасные части, которая осложняется суровым климатом и слаборазвитой транспортной инфраструктурой. С другой — Арктический регион является источником не только полезных ископаемых, но и рекреационных ресурсов, зоной проживания коренных малочисленных народов Севера. К нему приковано внимание средств массовой информации и экологических организаций, что заставляет уделять пристальное внимание экологическим аспектам реализуемых и планируемых в регионе проектов. Не претендуя на полное решение энергетических проблем региона, возобновляемые источнике энергии (ВИЭ) могут быть эффективным средством решения ряда локальных энергетических задач при условии корректного учета потенциала этих ресурсов, технико-экономического анализа конкурирующих решений и правильного выбора ключевых компонентов энергоустановок, работоспособных в суровых условиях Арктики.

Арктический регион располагает широким спектром ВИЭ. Среди них ключевыми являются энергия ветра (районы вдоль северных морских границ России характеризуются средними скоростями ветра более 6-7 м/с, что крайне привлекательно для применения ветроэнергетических установок), солнечная энергия, в отдельных районах — энергия растительной биомассы, энергия морских волн и приливов. Ведутся поисковые исследования по энергетическому использованию разности температур морской воды и атмосферного воздуха, разности соленостей морской и речной воды. В некоторых районах имеются разведанные запасы геотермального тепла. В одной статье не представляется возможным рассмотреть весь широкий спектр перспективных технологий использования местных ВИЭ. В этой связи в данной работе основное внимание уделяется некоторым результатам, полученным в рамках Программы поисковых фундаментальных научных исследований Российской академии наук в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации в части анализа возможностей практического применения солнечной энергии.

Арктическая зона РФ отличается самой высокой урбанизированностью: более 80% населения проживает здесь в городах и поселках с населением свыше пяти тысяч человек. Здесь расположен ряд промышленных центров с населением свыше 100 тыс. человек (Архангельск, Мурманск, Воркута, Норильск).

Обеспечение безопасности движения всех видов транспорта особенно важно в данном регионе, с учетом наличия международных торговых коммуникаций (Северный морской путь) и большой зависимости населенных пунктов от доставляемых водными, наземными или воздушными путями грузов. Для навигационных целей широко используются автономные светосигнальные устройства: буи, маяки, аэродромные огни. Для отдельных населенных пунктов, не имеющих промышленных предприятий, график электрической нагрузки во многом определяется насосами системы отопления поселка — котельных установок, работающих на дровах, мазуте или угле. Это определяет существенную сезонную неравномерность энергопотребления таких поселков. Отклонение реального энергопотребления от графиков нагрузки режимного дня составляет от 11 до 56%, причем максимум отклонения приходится на летние месяцы. Связано это с тем, что зимой стабильно низкие температуры воздуха, а в весенне­-летний и осенний периоды средняя температура от месяца к месяцу претерпевает существенные изменения, что влечет за собой и сдвиг графика нагрузки. В результате отклонение реальных нагрузок от используемых в расчетах энергетических балансов показателей по летнему режимному дню может составлять 40-50%.

Как следует из проведенного выше краткого анализа, в Арктической зоне имеются разнообразные потенциальные ниши для практического использования солнечной энергии. С учетом высокоширотного расположения потребителей, безусловно, речь может вестись только о сезонном наземном использовании солнечной энергии в периоды солнечного сияния. Бытует устойчивое мнение, что на Севере использование солнечной энергии не перспективно в связи с ее малыми ресурсами. Однако такое утверждение не вполне правомерно. Известно, что суммарная продолжительность световых периодов в течение года для любой точки земного шара одинакова и равна суммарной продолжительности ночей. В высоких широтах максимум продолжительности солнечного сияния приходится на лето (за полярным кругом — на полярный день), в то время как в экваториальной зоне продолжительности дней и ночей в течение всего года примерно одинаковы. Таким образом, за пределами атмосферы интегральный годовой поток солнечного излучения, направленный на подвижную, ориентированную на Солнце единичную площадку, в любой точке земного шара одинаков. И поступление энергии солнечного излучения на такую площадку, расположенную на поверхности земли, определяется в первую очередь не широтой местности, а прозрачностью слоя атмосферы, через который проникают солнечные лучи. Для районов земного шара, расположенных в высоких широтах, толщина проходимого солнечным излучением атмосферного слоя выше, чем в низких широтах в связи с более низким солнцестоянием над горизонтом.

Для целей проектирования и прогноза эффективности работы солнечных установок, необходимы надежные данные о падающей солнечной радиации с максимальным охватом территории и частотой сетки.

Одним из наиболее эффективных и практически значимых применений солнечных установок в условиях Арктики могло бы стать обеспечение энергопотребностей некоторых групп потребителей, вынужденных длительное время находиться вне зоны действия локальных или централизованных электросетей (охотники, геологи, туристы, оленеводы и др.).

Основными направлениями развития альтернативной энергетики в Арктических регионах могут стать проекты в области ветровой, солнечной энергии, биотоплива и энергии моря. Известно, что в прибрежных районах Белого и Баренцева морей, а также на территории архипелагов Новая Земля и Земля Франца Иосифа скорость ветра достигает 5-8 м/с и, по прогнозам климатологов, по мере потепления в регионе будет наблюдаться многократное усиление его частоты и силы. К тому же, холодный воздух обладает большей плотностью, чем горячий, следовательно, энергоэффективность такой установки при одной и той же скорости ветра будет выше. В совокупности все это создает крайне благоприятные условия для развития ветровой энергетики. Сейчас в Арктике уже работает целый ряд ветроэлектростанций: экспериментальная ветроэнергетическая станция в Лабытнанги и проект «Полярис» с 4-мя ветроэлектрическими установками в ЯНАО, Анадырская ветряная электростанция на мысе Обсервации Анадырского района с 10 ветрогенераторами в Чукотском автономном округе. Ветропарк в поселке Тикси с 3 ветроустановками, экспериментальная ветроэнергетическая станция «Быков мыс». После 2021 года в Кольском районе под Мурманском начнет работать первая на Севере ветроэлектростанция мощностью 201 МВт, она будет крупнейшей ветроэлектростанцией в России. Суммарная мощность всех Российских Арктических ветроэнергостанций составляет 210 МВт. Обычно установки используются либо отдельно, либо вместе с солнечными батареями и дизельными генераторами. В восточных приарктических районах Якутии могут быть задействованы установки по выработке солнечной энергии. В холодном климате увеличивается потенциал производства солнечной энергии. Чем ниже окружающая температура, тем эффективнее работают солнечные фотоэлементы: при 0°C солнечный элемент будет иметь на 10% более высокий КПД, чем при 20°C. В итоге, среднегодовое поступление солнечной энергии в Арктике в дневное время может доходить до 2-5 кВт/ч, а в отдельных районах до 5-6 кВт/ч. Солнечные электростанции работают в Ямало-Ненецком автономном округе, в поселках Батагай, Бетенкес Батамай, Джаргалах, селах Дулгалах, Куду-Кюэль, Улуу, Юнкюр, Верхняя Амга, Столбы, Иннях Тойон-Ары, Куберганя, Эйик, Дельгей. Суммарная мощность вырабатываемой ими энергии составляет около 1,4 мВт. Помимо солнца и ветра, есть еще и гидроэнергетика. В одной только Мурманской области насчитывается 17 гидроэлектростанций, в Якутии 2, в Архангельской области 1. Вблизи поселка Ура-Губа в Мурманской области работает Кислогубская приливная электростанция (ПЭС) мощностью 1,7 МВт. В губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове скоро начнется строительство Северной ПЭС, мощностью уже в 12 МВт при годовой выработке энергии 23,8 млн. кВт/ч. Это будет первая приливная электростанция в России, которая выйдет на промышленный уровень генерации энергии. В Мезенском заливе Белого моря планируется строительство еще одной приливной электростанции, мощностью 8 ГВт. Ожидается, что её годовая выработка составит 38,9 млрд. кВт/ч — столько же, сколько у всего Волжско-Камского каскада ГЭС.

В будущем энергетика в Арктике будет основана на сочетании традиционных и возобновляемых источников энергии. С одной стороны, ВИЭ пока не могут полностью заменить обычные уголь, мазут и дизельное топливо. По официальным данным, суммарная мощность всех ветряных и солнечных электростанций Крайнего Севера сейчас не позволяет обеспечить электроэнергией даже одно из 1000 поселений с населением более 1000 человек. С другой, использование ВИЭ ограничено техническими и климатическими условиями. Но, несмотря на все проблемы, Правительством РФ уже принято решение об увеличении доли альтернативной энергетики в экономике страны с 1% до 2,5% – до 6 ГВт, следовательно, направление наращивания использования ВИЭ в Арктике получит дальнейшее развитие.

Высокая стоимость тарифа на электроэнергию, наличие высокого потенциала ВИЭ создают хорошие предпосылки для строительства объектов альтернативной источников энергетики в Арктике с высокой долей замещения.

Создание эффективных альтернативной источников энергетики с 50% замещением топлива позволит даже при тридцатипроцентном внедрении ежегодно экономить около 350 тыс. т. дизтоплива и снизить дотации бюджетов разных уровней на субсидирование тарифа.

Реализация принципов многоцелевого комплексного подхода к созданию проектов энергокомплексов на базе ВИЭ модульного типа обеспечивает повышение надежности энергоснабжения автономных потребителей и инвестиционной привлекательности проектов для районов с суровыми природно-климатическими условиями.

Источник

Ветроэнергетика и ветроэнергетические установки в условиях Заполярья. Часть 1

Большая часть территорий Земли, населенных людьми, расположена в регионах с холодным или полярным климатом. Крайний север Азии, Европы, Северной Америки, горные районы всего мира, крайний юг Патагонии, Антарктида полностью относятся к такими территориями.

Ветроэнергетика и ветроэнергетические установки в условиях Заполярья. Часть 1

Общая особенность климата данных регионов – зима продолжительностью до 300 дней в году, с морозами и снегом, морозы здесь достигают -35-50°С. За короткий летний период температура только иногда достигает +20°С. На этих территориях дуют устойчивые и сильные ветра, тем более зимой и в переходные времена – весной и осенью. Здесь отмечается интенсивное потребление электрической и тепловой энергии населением и объектами промышленности. На заполярных территориях во время продолжительного периода наблюдается темнота в течение суток – во время полярной ночи, а во время полярного дня — круглосуточное сияние солнца.

Читайте также:  Установка гбо метан нижний новгород

Мировая статистика демонстрирует то, что в таких районах сконцентрирован большой ветроэнергетический потенциал. Но практически использовать можно лишь его небольшую часть. Главная причина этого — малая плотность населения (в среднем менее 0,1 человека на 1 км 2 ), а также низкое потребление энергии, в абсолютных показателях. Следующая важная причина – малое количество, а иногда отсутствие в данных регионах крупных промышленных потребителей. Инфраструктура недостаточно развита (высоковольтные линии электропередач, дороги). Основная часть населения этих районов проживает в деревнях, поселках, небольших городах. Главным источником электроэнергии здесь являются дизельные электростанции (ДЭС). Тепло генерируется на мелких котельных или бойлерами, дома отапливаются обычными печами на дровах или угле.

Рассредоточенное расположение малых потребителей и удаленность их от ключевых баз топливоснабжения приводит к значительным транспортным расходам и большой итоговой цене топлива у потребителя. Иногда дизельное топливо привозится потребителям даже самолетами! Поэтому большой рост цен на топливо здесь неизбежен. Цена электрической энергии, которая получается на базе дорогостоящего топлива, тоже высока.

Даже в России, где правительство старается сдерживать цены на топливо субсидированием топливно-энергетического комплекса в таких регионах, стоимость электрической энергии в далеких рыболовецких деревнях, находящихся на берегах Северного Ледовитого океана, приравнивается к 30-50 центов США за киловатт-час. Такая цена на электрическую энергию делает ее генерирование ветроэнергетическими установками (ВЭУ) конкурентоспособным в сравнении с получением электроэнергии на основе дизель-генераторов.

Но приобрести новую ВЭУ, тем более для работы в роли автономного источника энергии или для применения его в гибридной схеме электроснабжения для коммунального или частного потребителя пока еще очень дорого. Сегодня нет никакого экономического или административного механизма, который бы поддерживал развитие ВЭУ в России.

Направления развития ветроэнергетики в условиях Заполярья

Как говорилось выше, население территорий Севера проживает в малых населенных пунктах. Здесь есть специфические объекты, такие как маяки, пограничные заставы, метеорологические станции, объекты специального назначения, характеризующиеся небольшим потреблением энергии и топлива, но при этом нуждающиеся в высокой надежности снабжения энергией. Такие потребители заинтересованы во внедрении ветроэнергетики в виде маломасштабных ветроэнергетических установок с разной степенью надежности.

Для рыболовецких деревень и аналогичных потребителей степень надежности энергоснабжения может быть не самой высокой, для них подойдут гибридные системы ветроэнергетических установок + ДЭС без аккумуляторных батарей. Но для систем навигации, связи и военных объектов источник питания электроэнергией должен быть очень надежным, и здесь необходимо применять одну или две ветроэнергетических установок одновременно с двумя дизельными генераторами и системой аккумулирования энергии.

Первым направлением развития ветряной энергетики в условиях Крайнего Севера и Заполярья является внедрение децентрализованных потребителей малых ВЭУ (отдельных и в составе гибридных схем с ДЭС и аккумуляторными батареями или с дизельными генераторами) в схемы энергоснабжения. Самым большим препятствием на дороге развития малой ветряной энергетики является большая стоимость ветряных установок. Удельная стоимость ВЭУ, мощность которой до 50 кВт, достигает 2000-3000 долларов за 1 кВт установленной мощности.

Следующее направление развития ветроэнергетики – применение ВЭУ в составе развитой электросети. Оно в большой степени зависит от промышленного развития региона в целом. Часто территории, находящиеся в областях с полярным или холодным климатом, имеют богатые запасы минеральных ресурсов, и поэтому промышленными объектами здесь в основном являются шахты, рудники, заводы по производству черных и цветных металлов. Металлургия – энергоемкая отрасль, поэтому вокруг таких образований промышленности имеются высоковольтные электросети, вспомогательные предприятия, дороги, т.е. вся необходимая инфраструктура.

В большинстве стран (США, Канаде, Норвегии, Швеции, Финляндии, России, Аргентине и других) в качестве первых источников энергии исторически использовались гидроэнергетические ресурсы. Сегодня присутствие в таких энергосистемах большей доли генерирующих мощностей ГЭС, тем более с крупными водохранилищами, может компенсировать нестабильное во времени генерирование электрической энергии на ветроэнергетических установках. Например, на Кольском полуострове в России 1500 МВт установленной мощности гидроэлектростанций компенсируют выработку ветряных парков суммарной мощностью минимум 500 МВт, а учитывая возможную реконструкцию и расширение ГЭС – еще больше. Такие площадки эффективны больше для крупномасштабного использования ветряной энергии в областях с холодным климатом.

Преимущества использования ветроэнергетических установок в холодных климатических и заполярных условиях

Использование энергии ветра в холодных климатических условиях имеет три положительных стороны.

Во-первых, у холодного воздуха плотность больше, чем у теплого, поэтому при той же скорости здесь выработка энергии выше.

При снижении температуры воздуха с +15 до -15°С мощность ВЭУ увеличивается на 11%. Снижение же атмосферного давления с 770 до730 ммртутного столба уменьшает мощность ветроэнергетической установки на 6%. Это значит, что получить в нестабильных климатических условиях Севера дополнительную мощность будет сложно.

Во-вторых, регионам с холодным климатом свойственно высокое удельное потребление электроэнергии и тепла.

В-третьих, в этих регионах высокие цены на тепло и электроэнергию, вырабатываемые в котельных и на электростанциях с применением угля, дизельного топлива или мазута в качестве топлива.

Перечисленные предпосылки являются стимулом для внедрения энергии ветра в энергетические системы потребителей Севера. Нужно помнить о том, что в регионах с суровым климатом повышение качества условий жизни имеет значение намного больше для населения, чем, например, в средней полосе России.

Источник

Статья: Ветроэнергетика в условиях Заполярья

Значительная часть населенных территорий Земли располагается в районах с полярным или холодным климатом. Крайний север Европы, Азии, Северной Америки, крайний юг Патагонии, горные районы по всему миру, вся Антарктида могут считаться такими территориями. Общая климатическая особенность этих регионов — зима продолжительностью до 300 дней в году, со снегом и морозами, достигающими -35-50°С. В течение короткого лета температура лишь иногда может достигать +20°С. Здесь дуют сильные и устойчивые ветра, особенно зимой и в переходные периоды — осенью и весной. В этих районах отмечается интенсивное потребление тепловой и электрической энергии населением и промышленными объектами. На заполярных территориях, помимо этого, в течение продолжительного периода наблюдается круглосуточная темнота — во время полярной ночи и круглосуточное солнечное сияние — во время полярного дня.

Мировая статистика показывает, что в этих регионах концентрируется значительный ветроэнергетический потенциал. Однако практически может быть использована лишь небольшая его часть. Основной причиной этого является малая плотность населения (обычно менее 0.1 человека на 1 км2) и низкое, в абсолютных показателях, потребление энергии. Другая важная причина — малое число, а порой и полное отсутствие в рассматриваемых районах крупных промышленных потребителей. Недостаточно развита также инфраструктура (дороги, высоковольтные линии электропередач). Большинство населения в этих районах проживает в небольших городах, поселках и деревнях. В качестве основного источника электроэнергии здесь обычно используются дизельные электростанции (ДЭС). Тепло вырабатывается на мелких котельных или индивидуальными бойлерами, а зачастую дома отапливаются обычными печами на угле или дровах.

Значительная рассредоточенность малых потребителей и их удаленность от опорных баз топливоснабжения приводит к большим транспортным расходам и высокой конечной цене топлива у потребителя. В некоторых случаях дизельное топливо доставляется потребителям даже самолетами! При таких обстоятельствах значительный рост цен на топливо неизбежен. Высока и цена электроэнергии, полученной на основе дорогого топлива. Даже в России, где государство продолжает сдерживать цены на топливо субсидированием традиционного топливно-энергетического комплекса в подобных регионах, стоимость электроэнергии в удаленных рыболовецких деревнях, расположенных на берегах Северного Ледовитого океана, достигает 30-50 центов США за киловатт-час. Подобная цена на электроэнергию делает ее производство ветроэнергетическими установками (ВЭУ) полностью конкурентоспособным по сравнению с производством электроэнергии от дизель-генераторов. Но купить новую ВЭУ, особенно для работы в качестве автономного источника энергии или для использования в гибридной схеме электроснабжения для малого частного или коммунального потребителя все еще довольно дорого. В настоящее время не существует никакого административного или экономического механизма, который поддерживал бы внедрение ВЭУ в России.

Основные направления развития ветроэнергетики в заполярных условиях

Как упоминалось выше, население северных территорий проживает в основном в малых населенных пунктах. Кроме того, здесь имеется множество специфических объектов, таких как метеорологические станции, маяки, пограничные заставы, некоторые объекты специального назначения, которые характеризуются сравнительно небольшим потреблением топлива и энергии, но при этом нуждаются в высокой надежности энергоснабжения. Подобные потребители заинтересованы во внедрении маломасштабных ветроэнергетических установок с различной степенью надежности. Для рыболовецких деревень и других подобных потребителей уровень надежности энергоснабжения может быть не очень высоким, и здесь можно использовать гибридные системы ВЭУ + ДЭС без аккумуляторных батарей. Но для военных объектов, систем навигации и связи источник питания должен быть очень надежен, и в этих условиях следует использовать одну или две ВЭУ совместно с двумя дизель-генераторами и системой аккумулирования энергии. Итак, первым направлением развития ветроэнергетики в условиях Заполярья и Крайнего Севера является внедрение в схемы энергоснабжения децентрализованных потребителей малых ВЭУ (как отдельно стоящих, так и в составе гибридных схем с дизель-генераторами или с ДЭС и аккумуляторными батареями). Основным препятствием на пути развития малой ветроэнергетики является высокая стоимость ветроустановок. Удельная стоимость ВЭУ мощностью менее 50 кВт достигает 2000-3000 долл. за 1 кВт установленной мощности.

Второе направление развития ветроэнергетики — использование ВЭУ в составе развитой электрической сети. Оно существенно зависит от общего промышленного развития региона. Часто территории, расположенные в регионах с полярным или холодным климатом, очень богаты минеральными ресурсами, и поэтому основными промышленными объектами здесь являются рудники, шахты, заводы по производству цветных и черных металлов. Металлургия — очень энергоемкая отрасль, поэтому вокруг подобных промышленных образований, как правило, имеются высоковольтные электрические сети, дороги, вспомогательные предприятия, то есть вся необходимая инфраструктура.

Во многих странах (Канаде, США, Швеции, Норвегии, России, Финляндии, Аргентине и других) исторически в качестве первых энергоисточников использовались гидроэнергетические ресурсы. В настоящее время присутствие в подобных энергосистемах значительной доли генерирующих мощностей ГЭС, особенно с крупными водохранилищами, может компенсировать нестабильную во времени выработку электроэнергии на ветроустановках. Например, в условиях Кольского полуострова в России имеющиеся 1500 МВт установленной мощности гидроэлектростанций могут компенсировать выработку ветропарков суммарной мощностью по крайней мере 500 МВт, а с учетом возможной реконструкции и расширения ГЭС — и еще больше. Подобные площадки наиболее перспективны для крупномасштабного использования энергии ветра в регионах с холодным климатом.

Читайте также:  Маркет для установки вайбер

Преимущества применения энергии ветра в заполярных и холодных климатических условиях

Применение энергии ветра в условиях холодного климата имеет три положительных момента.

Во-первых, холодный воздух имеет большую плотность, чем теплый, и поэтому выработка энергии при той же скорости ветра может быть выше. Мощность ВЭУ (кВт) можно выразить как

где  — коэффициент использования энергии ветра (параметр, характеризующий эффективность ветроколеса и являющийся функцией скорости ветра, угловой скорости вращения ветроколеса и угла закрутки лопасти), D — диаметр ветроколеса,  — плотность воздуха, V — скорость ветра,  — общий КПД редуктора и генератора ВЭУ.

Из представленного выражения следует, что мощность ВЭУ прямо пропорциональна плотности воздуха. При понижении температуры воздуха с +15 до -15°С мощность ВЭУ возрастает на 11 %. Но в то же время падение атмосферного давления с 770 до 730 мм ртутного столба снижает мощность ВЭУ на 6%. Это означает, что получить дополнительную мощность при нестабильных погодных условиях Севера будет достаточно трудно.

Во-вторых, регионы с холодным климатом характеризуются высоким удельным потреблением электрической и тепловой энергии.

В-третьих, в этих регионах достаточно высоки цены на электроэнергию и тепло, вырабатываемые на электростанциях и котельных с использованием в качестве топлива угля, мазута или дизельного топлива.

Перечисленные предпосылки стимулируют внедрение энергии ветра в системы энергоснабжения потребителей Севера. Нельзя забывать, что в регионах с суровым климатом улучшение жизненных условий имеет значительно большее значение для населения, чем, например, в средней полосе России.

Специфика развития ветроэнергетики и эксплуатации ВЭУ при холодном климате

При развитии ветроэнергетики в регионах с холодным климатом имеется большое количество специфических проблем, но все они могут быть успешно решены, если заботиться об этом с самого начала реализации проекта.

Во-первых, это проблемы, связанные с транспортировкой ВЭУ и возведением ее на площадке. В удаленных районах Севера инфраструктура обычно не приспособлена для строительства крупномасштабного ветропарка. Дороги узкие, со сложным профилем и слабым покрытием. Порой вообще нет никаких дорог, и ВЭУ должны доставляться и монтироваться с помощью вертолета. Иногда невозможно найти автомобильный передвижной кран необходимой грузоподъемности. Если планируется возвести действительно крупный ветропарк, то лучше организовать и создать всю необходимую инфраструктуру (дороги, транспортная и монтажная техника, электрическая сеть и т.п.) заранее. Но если планируется построить всего одну или две небольших ВЭУ, легче найти такой прототип ветроустановки, который можно доставить на площадку автомобильным, воздушным или водным транспортом.

Суровые погодные условия сокращают сроки возможного строительства ветропарка до трех летних месяцев. Но в полярных широтах летом солнечное сияние и дневной свет имеется круглосуточно, поэтому работы можно вести непрерывно, чтобы наиболее рационально использовать короткое лето. Кстати, лето в этих местностях — наименее ветреное время года, и кроме того, наиболее спокойная, безветренная погода наблюдается в Заполярье в ночные часы (при солнечном свете!).

1 Дмитриев Г.С., Минин В.А. Опыт монтажа и первого года эксплуатации сетевой ветроэнергетической установки около г. Мурманска //Электрические станции, 2004, Ne 2, с. 71-73.

Во время эксплуатации ветроэнергетических установок в арктических условиях необходимо планировать выполнение большинства, если не всех, профилактических работ в летнее время. Зимой нужно быть готовым к тому, что световой день очень короток. Внутри башни и гондолы ВЭУ придется организовывать искусственное освещение. Наилучшим типом башни для ВЭУ в арктических условиях является башня в виде трубы1.

Мировая практика развития ветроэнергетики к настоящему времени накопила богатый опыт. Это позволило в том числе сформировать стандартные требования к ВЭУ, размещаемым в областях с холодным или полярным климатом. Для успешной работы ВЭУ в условиях Заполярья требуется применение хладостойкои стали для всех конструкций со сваркой; синтетической низкотемпературной смазки для основных подшипников; подогрева редуктора за счет внешних тепловых элементов; синтетического трансмиссионного масла в редукторе; синтетической низкотемпературной смазки для подшипников генератора; специальной жидкости для гидравлических систем ВЭУ, не теряющей своих свойств при низких температурах; подогрева контроллера; подогрева лопастей для исключения гололедных явлений и отложения изморози; обогрева метеорологических датчиков для предотвращения образования изморози и оледенения.

Рассмотрим эти требования подробнее.

Для холодного, но не экстремального климата, такого, как на северном побережье Норвегии, берегах Баренцева моря России, подверженных влиянию теплого течения Гольфстрим, нет необходимости использовать для ВЭУ морозостойкую сталь. Достаточно применять глубоко гальванизированные болтовые соединения. Обычный «датский» дизайн ВЭУ здесь вполне приемлем. Но на сибирском побережье Ледовитого океана для изготовления ВЭУ обязательно применение специальных хладостойких сортов стали.

Синтетическую низкотемпературную смазку для основных подшипников и подшипников генератора, а также синтетические масла для редуктора рекомендуется использовать в условиях холодного и арктического климата повсеместно, даже если для этого нет особой необходимости по условиям минимальной зимней температуры. Их стоимость практически находится на уровне стоимости обычных смазочных материалов, а последствия неправильной смазки могут обойтись очень дорого.

Подогрев редуктора с помощью внешних нагревательных элементов необходим только в условиях глубокого арктического климата. В принципе, в редукторе при естественных режимах работы выделяется достаточное количество тепла для эксплуатации его без подогрева в обычных северных условиях.

Для гидравлических систем ВЭУ на всех заполярных площадках должна применяться жидкость, пригодная для условий низких температур. Если этого не сделать и жидкость замерзнет в каком-либо патрубке гидравлического насоса, распредустройства или в регулировочном механизме лопастей, для ликвидации аварии и приведения турбины в нормальное рабочее состояние потребуется много усилий и средств.

Необходимо поддерживать положительную температуру вблизи контроллера ВЭУ. Если он замерзнет, его замена обойдется дорого, а за время простоя ВЭУ по причине неработающего контроллера будет потерян значительный объем выработки электроэнергии.

Обогрев лопастей должен применяться только в случае часто встречающихся явлений оледенения и отложения изморози на выбранной площадке. Обогрев лопастей «съедает» до 10% выработки электроэнергии, что существенно, зато обеспечивает полную работоспособность ВЭУ.

Обогрев анемометра и датчика направлений ветра очень полезны. Иней, лед, изморозь, осаждающиеся на чашечках анемометра, замедляют его вращение или полностью останавливают его, а это в свою очередь ведет к остановке ВЭУ (рис. 1). При фактической скорости ветра 10 м/с анемометр может показывать скорость 2 м/с, что ниже порога включения ВЭУ в работу, и установка будет стоять, несмотря на наличие вполне «рабочего» ветра. Результатом может быть снижение выработки ВЭУ на 10- 15% от годовой. Потребление электроэнергии на обогрев анемометра и флюгера намного меньше.

Использование энергии ветра для отопления в условиях холодного и заполярного климата

Ветер как климатический фактор увеличивает потребление тепла, особенно в районах с холодным климатом или в Арктике. В то же время ветер является экологически чистым возобновляемым источником энергии. Имеется несколько положительных предпосылок для того, чтобы превратить ветер из отрицательного климатического фактора в ценный источник энергии, обеспечивающий активный приход тепла именно в ветреные периоды.

Изучение режимов ветра севера Европейской части России и анализ публикаций на эту тему показывают, что максимальная интенсивность ветра имеет место в зимнее время — как раз тогда, когда наблюдается пик потребности в тепле. Внедрение в этих условиях ветроэнергетических установок могло бы обеспечить экономию до 20-50% дорогого привозного органического (в основном дизельного) топлива, используемого в котельных. Кстати, для выработки тепла не требуется электроэнергия высокого качества. В связи с этим конструкцию ВЭУ можно сделать как можно более простой, прочной и надежной.

В случае применения ВЭУ для теплоснабжения возможно успешное преодоление основного недостатка энергии ветра — ее нестабильности во времени, Краткосрочные вариации (минутные и секундные) выработки ВЭУ сглаживаются аккумулирующей способностью теплоснабжающей системы благодаря ее собственной инерции. Колебания мощности ВЭУ за время от нескольких минут до нескольких часов могут быть компенсированы аккумулирующей способностью отапливаемых зданий или с помощью специальных аккумулирующих устройств. Если ветра нет более длительное время, должны включаться в работу котельные на органическом топливе.

Удельные приведенные затраты в вариантах совместной работы котельной с ВЭУ при различной мощности ВЭУ ( = Nвэу/Nкот),

стоимости топлива (ЗF) и удельных капиталовложениях в ВЭУ (kвэу).

Мощность котельной равна 580 кВт (0.5 Гкал/ч),

номинальная скорость ветра VN = 1.5 V.

Совместная работа котельной и ВЭУ имеет свои особенности. Часть тепловой нагрузки может быть покрыта за счет выработки ВЭУ, остальная часть — за счет котельной. В периоды активного ветра ВЭУ может обеспечивать теплом всю или большую часть тепловой нагрузки, даже иметь некоторый избыток выработки. Однако в морозные периоды со слабым ветром почти вся нагрузка будет покрываться котельной.

2 Минин В.А., Дмитриев Г.С. Перспективы развития ветроэнергетики на Кольском полуострове. — Апатиты, Изд. Кольского научного центра РАН, 1998.

Касаясь экономической целесообразности теплоснабжения потребителей с применением ВЭУ, необходимо отметить, что мощность ВЭУ, участвующей в теплоснабжении, и, соответственно, доля ее участия в балансе покрытия нагрузки имеют свой оптимум, соответствующий, например, минимуму приведенных затрат, после чего дальнейшее наращивание мощности ВЭУ невыгодно. Расчеты показывают, что основными факторами, определяющими эффективность внедрения ВЭУ, являются режим ветра, цена топлива и удельные капиталовложения. Чем выше цена топлива, тем выше доля экономически оправданного участия ВЭУ в покрытии тепловой нагрузки (рис. 2)2.

Опыт использования ВЭУ для теплоснабжения ветроэнергетического полигона Кольского научного центра РАН в поселке Дальние Зеленцы на побережье Баренцева моря и последующие технико-экономические расчеты на основе полученных данных показали целесообразность включения в систему теплоснабжения тепловых аккумуляторов. Аккумулирование избытков тепловой энергии в периоды активного ветра и не самых низких температур воздуха и дальнейшее использование их в периоды слабого ветра или безветрия позволяет поднять долю участия ВЭУ в покрытии графика нагрузки на 5-12% в зимние месяцы и на 23-29% в летние. Аккумулирование тепла дает возможность реже включать котельную и на более короткий период. В некоторые месяцы вся тепловая нагрузка может быть покрыта энергией, произведенной ВЭУ, что даст значительную экономию как в денежном выражении, так и в топливе, и позволит улучшить условия жизни малых изолированных поселков при холодном климате.

Источник

Adblock
detector