|
Автор: Павел Грудницкий
Казахстанские ученые разработали принципиально
новый тип ветровой электростанции. Однако проект
остановился из-за отсутствия финансирования.
Возобновляемые источники энергии в Казахстане -
тема в настоящее время больше популистская. Минерального
топлива в избытке, ни ветер, ни солнце, ни вода
малых рек при известных технологических решениях
конкурировать с углем в глобальной энергетике не
могут. Экологические бонусы чистого электричества
не перекрывают разности стоимости киловатт-часов.
80% электроэнергии мы получаем из дешевого угля,
что обусловлено в первую очередь экономическими
факторами. Но в то же время классическая энергосистема
не способна покрыть все потребности казахстанцев,
и дело не в количестве вырабатываемой электроэнергии,
а в проблеме ее доставки до конечного потребителя.
Тянуть линию электропередач на сотни километров
в населенный пункт из 20-30 домов нецелесообразно,
не хватит и 50 лет, чтобы ее окупить. Ведь цена
одного километра ЛЭП около 8 тыс. долларов.
Ветряк ветряку рознь
По оценкам специалистов Казсельэнергопроекта, потребности
в электроэнергии сельских жителей составляют порядка
80 МВт. Но малые населенные пункты рассредоточены
в пространстве на тысячи километров. Если их всех
подключить к централизованной энергосети, то электроэнергия
станет золотой.
Гораздо выгоднее ставить локальные энергоустановки,
и тут альтернативные источники энергии уже могут
конкурировать с традиционными: во-первых, неисчерпаемые,
во-вторых, бесплатные, в-третьих, не требуют транспортировки.
Среди возобновляемых источников энергии многие специалисты
отдают предпочтение ветру, так как по данному энергоресурсу
стране нет равных в мире. Потенциал ветроэнергии
составляет примерно 1,8 трлн кВт/ч в год, по крайней
мере, такими данными оперирует Министерство энергетики
и минеральных ресурсов. Примечательно то, что большая
часть территории республики обдувается ветрами,
вполне пригодными для получения электроэнергии.
Ветряные турбины традиционно разделяют на большие
(мощностью более 50 кВт) и малые (до 50 кВт). Крупные
ветряки мощностью до 2 мВт предназначены для работы
в составе энергосистемы и на данном этапе вполне
рентабельны для стран, импортирующих энергоносители.
Чем больше мощность ветряка, тем ниже себестоимость
вырабатываемого электричества, но для условий Казахстана,
где не стоит вопрос о насыщении электросети, более
уместны локальные ветроэнергоустановки (ВЭУ). Основным
элементом такой электростанции является ветроприемное
устройство, которое крепится на башне, внутри находятся
генератор и ряд других устройств: защита от молний,
тормозная система, редуктор, а снаружи крепятся
лопасти. Практически вся промышленная ветроэнергетика
держится на репеллерных ветряках, у которых ось
вращения горизонтальная. Но для условий Казахстана
классические ветроэлектростанции малоэффективны,
считает доктор технических наук, профессор Николай
Буктуков.
Изучение ветров в Казахстане показало, что традиционные
ветроустановки малорентабельны. В степных регионах
направление ветра резко меняется, и, как правило,
потоки порывистые, они резко меняют свою скорость.
В результате ветряки не успевают поворачиваться
на ветер. Получается так, что даже в ветронасыщенных
регионах репеллерные ветроустановки мало работают.
Другая проблема репеллерных ветряков - слабая приспособленность
к большим скоростям ветра. Традиционные ветряки
работают в диапазоне 5-25 метров в секунду. Если
ветер сильнее, они перестают генерировать электроэнергию.
Срабатывает система защиты: лопасти складываются
или уходят от ветра, при сильных ветрах повышается
риск их разрушения. К примеру, в Джунгарских Воротах
ветер летом фактически не превышает 25 метров в
секунду, зато зимой, когда электроэнергии нужно
больше, скорость ветров усиливается, и традиционные
ВЭУ будут в основном защищаться от ветра, вместо
того чтобы давать электричество.
Вертикальный подход
Казахстанскими учеными технологическая проблема
освоения степного ветра решена давно. Например,
вертикальный ротор фактически снимает проблему разнонаправленного
ветра. Марат Майлибаев с Николаем Буктуковым решили
и вторую задачу - как заставить энергоустановку
работать при большой скорости воздушных потоков.
В основе решения лежит автоматическая система раскрывания
лопастей в зависимости от давления.
Ветряк внешне похож на трубу, состоящую из полуцилиндров.
Если ветер слаб, полуцилиндры максимально раздвигаются,
увеличивается так называемая ометаемая поверхность
агрегата, и наоборот, при большой скорости полуцилиндры
сдвигаются, и ветряк приобретает обтекаемую форму
трубы. Ветер как бы сам регулирует площадь ометаемой
поверхности, никакой электроники.
"В зависимости от скорости ветра установка
меняет площадь ометаемой поверхности, и в связи
с этим у нас диапазон рабочей скорости ветра будет
от 1 до 70 метров в секунду, таким образом, время
работы нашего ветряка гораздо больше, чем у классического.
Следовательно, он будет дольше генерировать электроэнергию
за день. Скорость ветра фактически не имеет значения
для нашей энергоустановки, ее мощность будет всегда
одинакова, рабочее тело совершает 80 оборотов в
минуту. Мы используем тихоходные генераторы, которые
разработаны казахстанскими учеными. Ультразвуков
он не излучает, а сама установка для птиц не опасна",
- объясняет Николай Буктуков.
Первый ветряк мощностью пять киловатт и высотой
в 12 метров разработчики собрали в 2000 году. Диаметр
рабочего тела, вращающегося вокруг вертикальной
оси, в закрытом состоянии - 1 метр, в раскрытом
- 1,5 метра. Весь агрегат вместе с растяжками и
аккумуляторами весит около 800 килограммов. Проверяли
установку на Курдайском перевале в зимнее время
в течение трех месяцев, где порывы ветра достигали
50 метров в секунду. В числе прочих условий проверяли
ветряк и на случай падения. Даже если он ляжет на
землю, помнется только верхняя дуга и два фланца,
которые легко восстановить при наличии сварочного
аппарата. Вся "начинка" находится на земле:
генератор, аккумуляторы, зарядное устройство. Минус
такой ветроустановки в том, что есть технические
ограничения для производства мощных агрегатов свыше
50 киловатт. Этот вопрос можно решить количеством
агрегатов. Но мощность в 5 киловатт позволяет обеспечить
электроэнергией три дома. Кстати, себестоимость
1 кВт/ч электроэнергии составляет 0,4-1 тенге, исходя
из расчета, что в день ветряк работает около 10
часов. Как считают разработчики, их детище де-факто
в три раза дешевле известных ветряков.
"За счет того, что наша ВЭУ низкооборотная,
она не требует высокого класса точности в производстве,
при наличии площадки и примитивных токарных станков
можно легко наладить ее выпуск, - говорит Буктуков.
- Не требуются какие-то особые материалы. Мы посчитали,
что такой ветряк как минимум в два раза дешевле
российских ветряков при одинаковой мощности и в
три-четыре раза дешевле, чем у производителей дальнего
зарубежья. И главное, при более низкой себестоимости
его производительность выше, так как он работает
в широком диапазоне ветров".
Но если технологические препятствия учеными преодолены,
то хроническая неплатежеспособность сельского населения
стала камнем преткновения. Сегодня фермеры не готовы
выкладывать 5-6 тыс. долларов за 5-киловаттный ветряк,
даже притом, что он окупается в течение 2-3 лет.
Во многих странах чистую энергетику субсидирует
государство, такой же вариант приемлем и для Казахстана.
У Николая Буктукова есть и другие варианты. Национальная
энергетическая компания КЕГОК, например, могла бы
выкупать ветряки у производителя, устанавливать
их в ветряных регионах и продавать электроэнергию.
Причем электроэнергия для потребителя будет дешевле,
а для продавца более выгодна, поскольку прибыль
от продажи выше.
Источник: www.expert.ru
|
