Деньги на ветер, или Инвестиции в ветроэнергетику? Ветер как альтернативный источник энергии

ЛЭП из чистого золота Распространено мнение, что энергия, выработанная ветрогенератором, слишком дорога вследствие высокой стоимости основного оборудования. Однако экономический анализ показывает, что если мощность ветроэнергетической установки (ВЭУ) приближается к мегаватту, стоимость выработанной электроэнергии становится сравнимой со стоимостью киловатт/часа, выработанного тепловой или атомной электростанцией. Так, по данным Американской Ассоциации Ветроэнергетики, стоимость электроэнергии в некоторых новых американских проектах была оценена меньше чем в 3 цента за киловатт-час, в то время как стоимость электроэнергии, полученной от сжигания природного газа, достигала в Калифорнии зимой прошлого года 15 — 20 центов за киловатт/час. Приведенные данные относятся к «большой» ветроэнергетике. Что касается малых турбин, стоимость установленного киловатта будет выше. Рассмотрим случай, когда потребителю необходимо организовать электроснабжение объекта, удалённого от энергосетей на 10 км с ежемесячным потреблением электроэнергии 6000 кВтч, пики потребления мощности которого достигают 30 кВт. Есть три варианта решить эту проблему: подключиться к электросетям, установить дизельную электростанцию или смонтировать ВЭУ, укомплектованную аккумуляторной батареей и инвертором 30 кВт. Рассчитаем стоимость киловатта электроэнергии для каждого из вариантов (из расчёта на 10 лет эксплуатации). • Вариант подключения к энергосетям: стоимость прокладки одного километра ЛЭП составляет около $8000, соответственно 10 км — $ 80 000; стоимость КТП — $2000; стоимость 720 тыс. кВтч электроэнергии (за 10 лет) $14400. Итого возникает сумма около $96000, что в пересчете на 1 кВт/ч составляет $ 0,13. Также для бесперебойного питания необходимо учесть наличие дизельной электростанции, обеспечивающей объект в случае аварий ЛЭП (обрывы проводов при ураганах, налипание мокрого снега, «набеги охотников» за цветными металлами). • Вариант подключения к дизельной электростанции: стоимость самой ДЭС около $10000, расход топлива около 7 литров в час, часов работы за 10 лет — 87600, литров за 10 лет — 613200, что при стоимости одного литра $0,3 составит $183960. Итого $194000, что в пересчёте на 1 кВт равно $0,27. • Вариант использования ветроэнергетической установки: стоимость установки 30 кВт, укомплектованной инвертором такой же мощности для преобразования постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное напряжение 220 В, составляет около $50 000, стоимость аккумуляторной батареи, способной поддерживать напряжение в сети в течении 2 суток безветрия — $20 000, плюс монтаж и затраты на обслуживание аккумуляторной батареи — около $10 000. Итого: $80 000, что в пересчёте на киловат/час даст $0,11. Вывод: Даже при удалении объекта от электросети на 10 км стоимость электроэнергии, произведенной ВЭУ, ниже стоимости электроэнергии из энергосистемы. Таким образом, по мере увеличения удаленности объекта, выгода от использования ВЭУ будет становиться все более очевидной. «Анатомия» ветроэнергетической установки Ветряные турбины принято разделять на большие (мощностью более 50 кВт) и малые (до 50 кВт). Крупные ветряки мощностью в сотни киловатт (в настоящее время до 2 мВт) предназначены для работы в составе энергосистемы. Малые ветроэнергетические установки, как правило, включают в себя ветрогенератор с мачтой, выпрямитель-стабилизатор, аккумуляторную батарею и инвертор. Большинство современных ветрогенераторов вырабатывают трехфазный переменный ток. Вследствие непостоянства скорости и направления ветра этот ток имеет непостоянную амплитуду и частоту, что не позволяет использовать его непосредственно для питания электроприборов. Выпрямитель-стабилизатор (регулятор заряда) преобразует переменный ток в постоянный, который используется для подзаряда аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея играет роль буфера между ветрогенератором и потребителями электроэнергии. В периоды безветрия, либо когда ветер недостаточно силен для обеспечения необходимой электрической мощности, аккумуляторная батарея поддерживает постоянное напряжение в сети. Инвертор служит для преобразования постоянного напряжения, получаемого на клеммах аккумуляторной батареи, в переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц, на которое рассчитано большинство бытовых электроприборов. Стоимость такого комплекса находится в пределах от 2 до 3 долларов за 1 ватт установленной мощности. Например, установка мощностью 1 кВт обойдётся в 2 -3 тысячи долларов, а 10 кВт — в 20-30 тыс. долларов. Необходимо уточнить, что цена ВЭУ зависит от характера потребителей электроэнергии. Наиболее высокие требования к качеству электропитания предъявляют электродвигатели. Для их нормального пуска и последующей работы необходимо синусоидальное переменное напряжение с минимальными искажениями, что заставляет использовать так называемые синусоидальные инверторы (стоимость около 1 доллара за ватт). Если же в числе электроприборов нет электродвигателей, можно использовать квазисинусоидальный или трапецеидальный инвертор, который стоит в 2-3 раза дешевле. Ещё больше можно снизить стоимость ВЭУ, если предполагается использовать всю или большую часть вырабатываемой мощности для отопления. Для этой цели нет необходимости стабилизировать ток или напряжение, его можно использовать непосредственно от ветрогенератора. Муссон Ф-30: характеристики Ветроэнергетические установки «Муссон ф-ЗО» предназначены для преобразования кинетической энергии ветра в низкоскоростном диапазоне 3,5-25 м/с в электрическую. Ветроэнергетическая установка «Муссон ф-ЗО» разработана компанией «Электросфера» с привлечением проектных институтов и организаций Санкт-Петербурга. Установку можно назвать уникальной, т.к. она разработана с учетом российских климатических и экономических условий. Было принято несколько конструктивных решений, направленных на обеспечение надежности. Генератор на постоянных магнитах. Совместно с одной из лабораторий НИИЭФА им. Ефремова был разработан проект электрогенератора на постоянных магнитах, позволяющий получать номинальную мощность при низких оборотах ветроколеса, т.е. при низких показателях скорости ветра. Помимо этого, использование генератора данного типа позволило отказаться от щеточно-коллекторного узла. Центробежно-пружинный регулятор. Для поддержания расчетных оборотов вращения в конструкции ветроагрегатов используется центробежно-пружинный регулятор, исполнительный механизм которого воздействует через систему приводов на механизм поворота лопастей. Эта же система, в комплексе с устройством пуска-останова, позволяет производить дистанционный (автоматический) пуск агрегата и его остановку. Эффективность использования ветра. ВЭУ «Муссон Ф-ЗО» являются установками так называемого фордевиндного типа, то есть набегание ветра на ветровое колесо со стороны мачты. Ориентация ветроагрегата на ветер происходит под воздействием ветра на ветроколесо, выполняющее одновременно роль флюгера. Для уменьшения нагрузок на составные части агрегата, в частности лопастей, в процессе поворота вокруг несущей опоры применена система гидравлического демпфирования, ограничивающая угловую скорость поворота 0,5 радиана в секунду. Для уменьшения ветровых нагрузок на лопасти ветроколеса в процессе работы ступица ветроколеса выполнена в виде усеченной пирамиды, так что лопасти имеют отклонение от вертикали в сторону от набегающего ветрового потока. Именно этот наклон позволяет уменьшить площадь диска вращающегося ветроколеса. Для повышения эффективности работы, особенно при незначительных скоростях ветра, профиль лопасти имеет нелинейный угол крутки и нелинейное изменение формы по длине лопасти. Возможности модификации. Рама поворотной головки, помещенной в гондолу и несущей основные узлы ветроагарегата, позволяет размещать в ней без доработок генераторы мощностью 30 и 50 кВт; для размещения более мощных генераторов потребуются лишь незначительные увеличения линейных размеров. По этому же принципу выполнены и узлы крепления лопастей к корпусам осей поворота, то есть изменение линейных размеров, профилей или материала лопасти не влечет за собой изменение конструкции крепления.