Историческая справка

  Дармовую силу ветра человечество использовало издавна. Уже во 2 в. до нашей эры мельницы работали в Персии. Еще раньше их использовали в Китае.В России на начало двадцатого века вращалось около 2500 тысяч ветряков общей мощностью свыше миллиона киловатт. В 1917 г. владельцев мельниц было объявлено эксплуататорами. И ветряки остались без хозяев. Кирпичные разбирались на нужды коммун, деревянные - на дрова.А металлические рабочие машины превращались в металлолом.


   Правда, позже, при советской власти, государство делала попытки использовать силу ветра. В 1931 году вблизи Ялты была построена крупнейшая по тем временам ветроэнергетическая установка мощностью 100 киловатт.Созданный для этого Институт ветроэнергетики разработал проект агрегата мощностью 5000 киловатт. Но научное учреждение быстро был закрыт как ненужное.Ведь наступила эра Днепрогэса, которая дала толчок к строительству Днепровского каскада гидроэлектростанций - огромных бетонных плотин, которые превратили берега Славутича в болота, поломали естественную жизнь реки, вичилы земледелием тысячу гектаров знаменитого украинского чернозема.В результате - из советской ветроэнергетики вышел "пшик".

   Сейчас в мировой практике использования силы ветра наблюдается бум. Вторая жизнь мельниц побуждает инженерную мысль на создание различных ветровых агрегатов.В основном, они маломощные, предусмотренные для использования в малых фермерских хозяйствах. Следовательно, экономически выгодны, так как относительно дешевые: производят "дармовую" электроэнергию.

   Энтузиасты ветроэнергетики есть и в Украине. Их работа в определенной степени поддерживается государством.

Предыстория хозяев ветра

   Середина девяностых двадцатого века.Постановлением Кабинета Министров предусмотрено выделение межотраслевой координационном совете, который распределяет средства для производства ветростанций, 0,5% оплаты за электроэнергию, поступающую на счет Национального диспетчерского центра. В 1996 году Указом Президента Украины эту сумма была увеличена до 0,5%.На эти средства изначально претендовали два производителя. КБ "Южное" (ДКБП) разработало собственный агрегат ветряка АВЕ-250С. Украина-американская компания "Уиндэнерго" наладила выпуск лицензионных ветряков USW-56-100 (ими укомплектован крупнейшую в Украине Донузлавская ВЭС и несколько мелких станций).В результате "борьбы" за средства, основное финансирование было направлено на изготовление лицензионных ветряков.

   В августе 1997 года Президент поручил тогдашнему первому вице-премьеру правительства Анатолию Голубченко курировать вопросы использования ветра.Эксперты доказывали, что в будущем ветроэнергостанции смогут производить до 15% потребляемой в Украине электроэнергии.

   В выследи, развитие украинской ветроэнергетики регулируется соответствующей национальной программой.

   Вместе с тем, в те же девяностые годы конкуренция в "борьбе" за получение государственных финансов вылилась на страницы прессы. Каждая сторона выкладывала свои аргументы, которые имели право на жизнь. И здесь уместно будет вспомнить ситуацию, которая тогда состояла в сфере выбора конструкций ветряков.

   Взгляды на развитие ветрякостроения были противоположны. Похожие они были в одном - финансировать производство двух различных ветряков государство вряд ли способна.Заместитель генерального конструктора ДКБП Владимир Декалин тогда подчеркивал: "Это ненормальная ситуация, мы не настолько богаты, чтобы финансировать два проекта. Надо определиться, какой из них осуществлять. "Уиндэнерго" производит много компонентов,но АВЕ-250С - это от начала до конца украинский ветряк.И это наши рабочие места ".

   По словам директора Южной ветроэнергетической компании - дочерней фирмы "Уиндэнерго", - Владимира Кукушкина, ситуация выглядела иначе. На деньги, которые поступали от Координационного совета, с USW-100 к тому времени было уже создано несколько ветростанций.Время как все образцы АВЕ-250С требовали доработки, что требовало значительных средств. Следовательно, по его мнению, выпускать ветроагрегаты Украина сможет только по лицензии.

   В том противостоянии лавровый или терновый венец (в зависимости от обстоятельств) с успехом могли примерить обе стороны.А как развивается ветроэнергетика сегодня, какое оборудование пользуется спросом на агрорынке? С этим вопросом редакция обратилась к технического директора частного предприятия `Аванте` (Киев) Юрия Фаворского,которое довольно успешно продвигает к потребителю собственную продукцию - маломощные електровитряки.Ответ получили. Поэтому ее печатаем.

 Техника ветровой электроэнергии

   Сразу отметим, что инженерно правильное название так называемых електромельниц - ветроэлектрические система бесперебойного питания (ВЭС). ВЭС включает ветроэлектрической установки, в нашем случае, мощностью 0,75 кВт (ВЭУ-075);блок управления и преобразования (БУП) и аккумуляторные батареи (АБ). Система предназначена для преобразования энергии ветра в электрическую, ее накопление в АБ и преобразования с помощью БУП в электроэнергию стандартных параметров.То есть тех, которыми можно организовать энергообеспечения индивидуальных потребителей: АЗС, кафе и других отдаленных от сети объектов; частных домов и небольших фермерских хозяйств; отелей, кемпингов, турбаз, санаториев; систем микроорошения и аэрации водоемов;систем освещения и водоснабжения; электропастух и других автономных объектов.

   Мощность ВЭС, изготавливаемой на предприятии, определена в условиях среднестатистического энергопотребления одной семьей в пределах 100-300 кВт? Ч / мес.

   ВЭУ имеет ротор из аэромеханическим центробежным регулятором угловой скорости и механическим тормозом, безредукторную трансмиссию и тихоходный генератор с возбуждением от постоянных магнитов.Указанные узлы и агрегаты размещены в гондоле, что с помощью поворотного устройства монтируется на трехгранную фермовую опору, установленную на фундаменте. Отчуждаемая при этом площадь земли - около? 2600 мм. Ориентация по направлению ветра - за счет парусности ротора.

   БУП работает полностью в автоматическом режиме и выполняет следующие функции:

- Автоматический контроль за состоянием АБ и соблюдением режимов работы, обеспечивающие продление их срока службы при сохранении потребительских свойств;

 - Преобразование накопленной энергии в параметры сети; цифровая индикация текущих параметров;

- Автоматическая коммутация всех процессов и нагрузок на сеть ВЭУ в зависимости от наличия ветра или сети;

 - Подзарядка АБ от сети или от ВЭУ с накоплением энергии в АБ;

 - Цифровая и звуковая сигнализация аварийных режимов.

   Неоспоримым преимуществом потребительских свойств ВЭС является наличие в составе БУП жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) с указанием важной для потребителя информации о времени работы на данном режиме до полной разрядки батареи в формате (часы: минуты).Поскольку БУП допускает кратковременные перегрузки до 3 кВт, то запуск потребителей, имеющих в своем составе электродвигатели мощностью до 1 кВт, не является проблемой.

   Важным является и тот факт, что ВЭУ максимально адаптирована к ветровых условий большей части территории Украины, а именно: ее стартовая скорость всего 2,5 м / с, номинальная - (7,5 м / с).

   К преимуществам ВЭУ принадлежит также отсутствие мультипликатора и, как следствие, снижение шума и упрощения обслуживания при эксплуатации.

   Опытная эксплуатация ВЭС показала, что заказчики совершенно не учитывают график распределения нагрузки в течение суток, а просто суммируют мощности потребителей.Отсюда ошибочное мнение, что мощности ВЭС недостаточно. Хотя после расчетов становится очевидным, что месячная энергопотребления для среднестатистической украинской семьи составляет в пределах 100-300 кВт в месяц или 3,3-10 кВт • ч в сутки и не зависит от суммарной мощности потребителей.

   Практика внедрения ВЭС выявила еще один интересный факт. Общеизвестно, что пригороды и некоторые районы в самих городах в последнее время интенсивно застраиваются. Эти здания, как правило, имеют несколько этажей и укомплектованы различной бытовой техникой и аппаратурой, преимущественно импортного производства.Кроме того, очевидна тенденция увеличения не только относительной, но и абсолютной энерговооруженности обычной квартиры, а тем более коттеджа. В связи с этим нагрузка на КТП, не рассчитанных на современных потребителей резко возросли и в результате этого напряжение в сети упала (иногда до 130 В).Бытовая техника (котлы, стиральные машины, насосы, телерадиоприборы), особенно импортные, к таким условиям работы не приспособлены и «отказываются» работать. Более того, многие недешевых устройств выходят из строя из-за резких перепадов напряжения.Поэтому для жизненно важных устройств целесообразно использовать однофазные стабилизаторы напряжения.

   Стабилизаторы мощностью до 22 кВт обеспечивают:

 - "Чистую" форму синусоидального выходного напряжения во всем диапазоне нагрузок;

- Стабилизацию выходного напряжения на уровне 220 В +7,5% -10% (+5% -7,5%) при изменении входного напряжения от 130 В до 270 В (от 150 В до 260 В) частотой 50 ± 2,5 Гц;

- Защитное отключение потребителей при повышении входного напряжения более 285 В (270 В) с последующим автоматическим подключением нагрузки при снижении входного напряжения до рабочего уровня;
- Защита от короткого замыкания и длительной перегрузки на выходе;
- Режим «транзит» в аварийной ситуации;
- Защита потребителей от перенапряжения в режиме «транзит» в диапазоне напряжения 247-257 В;

 - Тепловая защита автотрансформатора в интервале температур 75-98 оС;

 - Нормированное (4,5-7,5 с) отключение потребителей при кратковременном исчезновении сети (предотвращает повреждение импульсных источников питания).

   Но стабилизация напряжения не снимает проблемы гарантированного энергообеспечения потребителей из-за отключения сети или ее отсутствие на некоторых дачных участках, отгонного пастбищах, маяках, радиорелейных станциях,метеопостах и других удаленных от систем централизованного энергообеспечения объектах.

   В случае отключения или исчезновения сети, ситуацию спасет ВЭС или ее составные части (БУП и АБ), что в данном случае выполняют функцию источника бесперебойного питания повышенной мощности и продленного времени работы.В случае отключения существующей сети, БУП полноценно функционирует в режиме резервного источника даже без использования ВЭУ. В случае отсутствия сети использование ВЭУ или другого источника постоянного тока, например, фотоэлементов, обязательно, так как АБ необходимо подзаряжать.

   Блоки бесперебойного питания и преобразователи напряжения с 12 (24) В постоянного тока в 220 В, 50 Гц переменного тока мощностью от 250 до 2000 Вт крайне необходимы в моменты отключения сети для питания агрегатов систем отопления, водоснабжения и т.д.

   В данный момент выполняется опытная эксплуатация многофункционального БУП для работы с гибридными ветросолнечными системами.В этом случае предусматривается более плавное среднегодовое покрытие нагрузок, так как ветер доминирует в осенне-зимний период, а солнце-в весенне-летний,а также увеличение среднесуточного (среднемесячного) производства энергии за счет увеличения вероятности одновременной работы двух независимых источников энергии.Следовательно, при работе двух источников с другом БУП, стоимость системы в целом снижается и, как следствие, уменьшается стоимость выработки одного киловатт / часа электроэнергии.

 Ветер `качает` воду

   Кратко остановимся на ветровых водоподъемных установках (ВВПУ).В начале 60-х годов в СССР насчитывалось более 20 000 ветродвигателей, преимущественно водоподъемных. Из них только в Полтавской области было 650, полностью обеспечивающими водоснабжения хозяйств, где были установлены. Сейчас использование ВВПУ не менее актуален.

   Современная технология производства животноводческой продукции предусматривает организацию отгонного-пастбищного содержания животных в летний период. Вода нужна. Поливное земледелие в южных и степных районах Украины также требует воды.Яркий пример - известный заповедник Аскания-Нова, существование которого без надлежащего водоснабжения, мягко говоря, проблематично. Очень эффективными ВВПУ могут оказаться при их использовании для отвода воды из подтопленных участков, зданий и сооружений.И, конечно, традиционное их использования для водоснабжения фермерских, сельскохозяйственных и других потребителей в сельской местности и на дачных участках.

   Очень перспективное направление использования ВВПУ - капельный полив, так называемое микроорошения, и аэрация водоемов.Ведь ВВПУ доступны по цене, а их эксплуатация не требует специальной подготовки благодаря простоте конструкции.

   Опыт эксплуатации показал, что ВВПУ не обязательно должна быть расположена над источником воды.В зависимости от уровня воды в колодце или водоеме и расстояния от этих источников до места установки ВВПУ, источник воды и ВВПУ могут быть территориально разнесены (теоретически разница между уровнем воды в источнике и уровнем установки насоса не может быть больше 10 м,а практически за счет гидравлических потерь на всасывание,удлинение Расширение / сужение потока - еще меньше).

   Кроме того, есть положительный опыт использования верхнего слоя воды ( `верховодки`), находящегося на глубине 4 м. Фильтр насоса просто вставлен в песчаный водоносный слой, а насос размещен на поверхности земли.

   Желательным элементом систем водоснабжения на базе ВВПУ является наличие водонапорной башни, аккумулирует энергию ветра в виде потенциальной энергии поднятой ветром воды и покрывает пики потребления, следовательно обеспечивает потребителей водой в периоды отсутствия ветра необходимой скорости.

   Следует знать, что при проектировании системы водоснабжения на базе ВВПУ необходимо учитывать дебит источника воды, из которого предполагается подача. ВВПУ не должна скачивать воды больше, чем есть в источнике. В противном случае колодец может заиливаться.Большинство шахтных колодцев имеет глубину до 10 м и дебит 0,2-5 м3/час.

   Следует также учитывать возможность работы ВВПУ в зимний период, для чего источник воды и трубопроводы должны быть утеплены.

   Если насос подобран по максимальной мощности ВВПУ при расчетной скорости ветра, например 8 м / с, то его рабочая характеристика N = f (w) не будет пересекать рабочие характеристики ВУ при скоростях ветра, например, 6 м / с и ниже из-за перегрузки.Таким образом, ВВПУ с таким насосом будет простаивать большую часть года, тогда как вода хозяйству необходима ежедневно.Поэтому ВВПУ должна работать на тех скоростях ветра наиболее вероятны для данного региона, т.е. на среднегодовых, хотя и с меньшей мощностью и коэффициентом использования энергии ветра, а использование водонапорной башни позволит сгладить пиковое потребление воды.

   Очень перспективным направлением может оказаться использование ВЭУ, оборудованных синхронными генераторами, с другими механизмами (насосы, мельницы, крупорушки и т.д.), приводимых во вращательное движение асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором.В этом случае ВЭУ и приводные механизмы работают по принципу «электрического вала», то есть могут быть территориально разнесены. Это обстоятельство особенно важна при водоснабжении, так как ВВПУ не всегда может работать с максимальной эффективностью в условиях пересеченной местности.Причина в том, что ВВПУ относительно жестко привязана к источнику воды, в основном расположен в низине, а ветры, наоборот, доминируют на возвышенности.При работе по принципу «электрического вала» электрическая часть ВЭУ значительно упрощается, так как нет необходимости в стабилизации выходных параметров генератора.Необходимо лишь обеспечить ограничение угловой скорости ротора, а следовательно, и напряжения электрогенератора посредством аэромеханического центробежные регулятора.

   Таким образом, на сегодняшнее время ветроэлектрические системы могут обеспечивать потребности в гарантированном энергоснабжении потребителей, страдающих от внезапных и аварийных запрещены, а также внести свой вклад в выполнение Национальной энергетической программы Украины.

Ранее Какая нужна когенерация? | Позже Гармоничное единение с природой - прежде всего!