РАЗДЕЛ 2
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ
Интерес к различного рода возобновляемым источникам энергии (солнечная радиация, ветер, геотермальные факторы) обусловлен двумя важными причинами [22]. С одной стороны, это вызвано истощением запасов топливных ресурсов, основную часть которых составляют "традиционные виды сырья", в первую очередь такие, как нефть и газ. С другой стороны, в условиях "постоянного давления современного производства на среду происходит постоянное ухудшение экологических условий". По этой причине приобрели актуальность методы получения "экологически чистой" энергии, т.е. не вызывающие загрязнения окружающей среды. Но тормозом в развитии нетрадиционных видов энергии являются одностороннее развитие научно-технической базы большинства стран и ее слабость у остальных, что обусловливает осторожность в вовлечении в глобальную энергосистему нетрадиционных источников энергии. В то же время, несмотря на стойкий скептицизм в отношении возможностей широкомасштабного применения ветровой энергии, накопленный опыт ее использования в отдельных экономически развитых странах свидетельствует, что удельный вес энергии ветра должен возрастать [23-32].
Рассмотрим далее более подробно различные аспекты развития ветроэнергетики в мире и методики оценки ветроэнергетических ресурсов.
2.1 Различные аспекты развития ветроэнергетики
2.1.1 Технические характеристики ветроэнергетических установок
Ветроэнергетические установки подразделяются на бытовые и промышленные. Они устанавливаются на суше (onshore) или на воде (offshore) [29-31]. Автономная ВЭУ конструктивно состоит из ветроголовки, установленной на мачте, зарядного устройства, аккумуляторной станции, инвертора (преобразователя тока). Ветроэлектростанции (ВЭС) могут использоваться как самостоятельно, так и в составе смешанных систем: ветро-солнечных или ветро-дизельных.
Различают ВЭУ малой, средней и большой мощностью [31-33] (их технические характеристики см. в табл.2.1).
Ветроэнергетические установки малой мощности довольно широко применяются для зарядки аккумуляторов, питания сигнальных огней, привода насосов, освещения малых изолированных объектов и т.п. В мире выпускается значительное количество маломощных ВЭУ [33-35], мощностью от 28 Вт до 4 кВт. Они выполняются как высокооборотные двухлопастные машины с прямым соединением с валом электрического генератора. Самые малые модели оборудованы генераторами постоянного тока напряжением 12-18 В. ВЭУ мощностью 1-4 кВт имеют генераторы переменного тока с напряжением 220-380 В и частотой 50 Гц. Применение нескольких ветроагрегатов или их работа параллельно с солнечными панелями (мощностью до 100 Вт) увеличивают годовую производительность станции.
Наибольший прогресс в конструировании, производстве и эксплуатации ВЭУ средней мощности (20300 кВт) достигнут в Дании [27-28]. Характерная конструкция ВЭУ этого класса показана на рис. 2.1
ВЭУ с мощностью более 300 - 350 кВт относят к классу установок большой мощности. Ведущим производителем в мире (до 60 %) таких ветроэнергетических установок является немецкая фирма Enercon [36]. В таблице 2.2 в качестве примера представлены технические характеристики ее основных ВЭУ.
Ветроэлектростанция мощностью в 1 МВт, производит за год примерно 1200 МВт-час при скорости ветра 5 м/с, что достаточно для обеспечения электроэнергией около 500 семей при среднем потреблении 200 кВт-час в месяц. Чем выше скорость ветра, тем большее количество энергии будет произведено. Так, при увеличении скорости ветра в 1,7 раза количество вырабатываемой энергии увеличивается примерно в 3 раза [22,27,28].
Рис. 2.1.Схема ВЭУ мощностью 80 кВТ [24].
1 - фундамент, 2 - поверхность земли, 3 - распределительное устройство, 4 - входная дверь, 5 - стальная башня, 6 - лопасть, 7 - головка, 8 - тормозной поворотный конец лопасти.
Таблица 2.1 - Основные технические данные некоторых ВЭУ малой, средней и большой мощности [33-35]
НаименованиеЛМВ-1003ЛМВ-10000WM-175W-2250АВЭ-250СДженерал электрикКатегорияМалая мощностьСредняя мощностьБольшая мощностьМощность, кВт110801402505001500Диаметр ветроколеса, м371722,525,355,857,9Ометаемая площадь, м27,06538,522739850224452632Число лопастей3333333Частота вращения, об/мин320280384647,62940Высота башни, м12162423,03242,742,7Характерные скорости, м/с:включения2,53,13,544,53,545,11расчетная712131316,57,310,1отключения35352525281922,3
Таблица 2.2 - Основные технические данные ВЭУ, производимые компанией Enercon [36]
ПараметрЕ-33Е-48Е-70Е-82Е-112Расчетная мощность, кВт330800200020004500Скорость ветра начала работы, м/с2,532,52,52,5Расчетная скорость ветра, м/с121313,512-Максимальная скорость ветра до разрушения, м/с28 - 3428-3428 - 3422 - 2828 - 34Диаметр ротора, м33487182114Число лопастей33333Высота мачты, м49 - 5050 - 7664 - 11378, 98, 108124Ометаемая поверхность, м28761,8103,9595,28110,207Материал лопастейСтекловолокно с интегрированной световой защитойГенераторСтальной
2.1.2 Современные тенденции развития ВЭУ в мире
Общий мировой ресурс ветровой энергии, который технически может быть использован, оценивается в 53000 ТВт-ч (тераватт - часов) в год, т.е. более чем в 2 раза превышает прогнозируемое потребление электроэнергии в 2020 г. По данным [36] производственные мощности ветротурбин увеличились с 7600 МВт в 1997 году до 31128 МВт в 2002 году, а по данным [28] только за один 2004 год - на 17 %. При этом объём установленной мощности удваивался примерно каждые 2,5 года.
Наиболее радикальные улучшения были достигнуты в области увеличения мощности и технических показателей ВЭУ. Двадцать лет назад ВЭУ имели мощность 25 кВт, а типичные ВЭУ сегодняшнего дня - 750-1300 кВт. В настоящее время разрабатываются ВЭУ мощностью от 3000 кВт до 500