Малая материковая ветроэнергетика: ответственная модернизация против импортной зависимости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Малая материковая ветроэнергетика: ответственная модернизация против импортной зависимости

А.В. Губанов, инженер-конструктор, независимый аналитик, награжден Орденом Почета, в качестве изобретателя - медалями международных Салонов инноваций в Москве и Женеве; г. Москва, vagezit@mail.ru

Предпосылками развития материковой ветроэнергетики является наличие индивидуальных домохозяйств, фермерских и иных производственных объектов в удаленных и/или труднодоступных районах России, где отсутствует либо является неустойчивой связь с сетевыми источниками электроэнергии и проживает по данным НИИ энергетической стратегии, по меньшей мере, 20 млн россиян.

Заметная часть названного населения -- более 3 млн чел. существуют в основном натуральным хозяйством в малых сельских поселениях, общее число которых достигает 84 тыс. и где количество дворов в каждом из них не превышает шестидесяти домохозяйств (данные Росстата по переписи населения за 2010 год).

Таким образом, потребности в собственной малой генерации из возобновляемых источников энергии без преувеличения имеют основательный вес и требуют своего решения в технологических индикаторах (показателях), адаптированных к материковому климату и коммуникационным разрывам. Более трети энергетической проблемы можно отнести к гуманитарной задаче.

Социальный запрос на собственную генерацию дополняется нарастающей ролью экономического фактора, а именно, неуклонной динамикой роста цен на электроэнергию от сетевых источников, когда их стоимость галопирует в режиме двойного роста за каждые очередные пять лет и имеет предпосылки рвануться вверх с более впечатляющими темпами.

Рыночный “сбой”

Рассмотрев объемы спроса на собственную генерацию и убедившись, что она не только значительна, но и имеет стабильную динамику роста, констатируем, что рыночные предложения малой ветроэнергетической продукции обладают многочисленностью и богатым спектром, где фигурируют ветряки мощностью 1,5-3 кВт как от малых предприятий России (www.electrowind.ru), так и от трансконтинентальных концернов (www.energy.siemens.com).

Перед нами предстает странное исключение из рыночного закона: спрос есть, предложения имеются, а сделки на поставку ветроэнергетического оборудования для внутриконтинентальных территорий являются исключением в данном сегменте экономики, имеющим в целом уныло статичный вид.

Сразу же приходит мысль, что розничные цены превышают платежные возможности потенциальных покупателей. Однако это не совсем так. Стоимость малых ветряков на российском рынке сильно колеблется и начинается от 68 тыс. рублей. То есть финансовый аспект проблемы не содержит в себе ничего сверх естественного. В конце концов, мы имеем дело с нечто большим, чем бытовая техника.

Невольно приходится в плотную приблизиться к пониманию, что товар (ветряки) имеет низкие потребительские свойства и побуждает покупателя его отвергнуть. Генерируемая ими мощность оказывается меньше заявленной, эксплуатационные издержки неприемлемы, износ оборудования скоротечен.

Ранее отмечалось, что предлагаемые ветряки целиком и полностью относятся к ветрогенераторам горизонтально-осевого вращения, что соответствуют своим техническим характеристикам исключительно при дислокации на морских побережьях и шельфах (http://journal-eco.ru, 2013, №3, с.24-32; 2014, №2, с.40-48). Приходится упрекнуть продавцов ветроэнергетического оборудования в замалчивании этого обстоятельства и не только. В тех.паспортах на малые ВЭУ указываются достоверные сведения о силе ветра на номинальных скоростях от 8-9 м/с, необходимой для генерации мощности в 1,5-3 кВт. Вместе с тем материковые установки, дублируя параметры “оффшорных” ветряков, оснащаются опорными мачтами высотой 10-12, ну очень изредка 20 метров. Однако является непреложным фактом, что среднегодовая скорость континентальных ветров на высоте метео- наблюдений в 10 метрах от земли не превышает 4-6 м/с.

В результате посулы собственной генерации, даже в малом формате мощности, при низовом исполнении ветряков ни чего общего не имеют с действительностью.

Модернизация простым решением

Простое решение - поднять ветряки из низового расположения в среднескоростные 8-9 м/с слои ветра, что имеют место на высоте 35-40 метров от земли, даст обещанный результат по мощности, но наследует и усугубит старые недостатки систем горизонтально-осевого вращения, создаст новые проблемы. Последовательно их рассмотрим:

-пропеллерно-лопастная турбина ветряков представляет из себя неидеально отбалансированную массу, вращающуюся с частотой 120-300 (против 20-45 об/мин у тихоходных ВЭУ средней и большой мощности) на конце консольного вала. В скоростной среде (особенно на стыках атмосферных фронтов) сила локальных вихрей и турбулентностей умножается, что создает предпосылки к нарастающему биению турбины и, соответственно, деформации вала, быстрому и неравномерному износу подшипниковых опор, нарушениям зазора между ротором и статорной обмоткой генератора;

-для материкового климата характерна частая и резкая смена направления ветра, между тем ветряки выдают заявленные мощности исключительно в спокойных ветровых потоках, плохо ориентируются на ветер, из-за чего их среднегодовая мощность падает существенно, хвостовые оперения не решают проблему оптимальной ориентации, поскольку размещаются в зоне отработанного, высоко турбулентного потока и только усиливают вибрации механизма;

-вследствие естественного износа крепежа, заводских дефектов, а в материковых климатических реалиях сверхнормативной и знакопеременной ветровой нагрузки, имеет место вероятность срыва скоростной турбины с консоли горизонтально-вращающегося вала, разрушения лопастей, что несет в себе техногенную опасность для жизни и здоровья людей, сохранности имущества. Ветряки вынужденно устанавливаются вдали от бытовых и нежилых построек, имеют земли отчуждения, их строительство в границах приусадебных участков небезопасно, в фермерских хозяйствах выносится на периферию, вызывая тем самым затраты по прокладке коммуникаций к объектам энергоснабжения;

- смена с низкого на более высокое размещение ветросилового блока приводит к резкому скачку эксплуатационных издержек. Участившаяся при большой плотности и силе флуктуаций в скоростной воздушной среде потребность в техническом обслуживании и ремонте оборудования сопровождается необходимостью в систематическом привлечении сторонних грузоподъемных автокранов с большим вылетом стрелы и значительной стоимостью почасовой аренды. В удаленных регионах чаще всего данная техника отсутствует или не может прибыть на место работ по бездорожью.

В итоге модернизация ветряков малыми средствами (поднять ветросиловой блок на большую высоту и этим ограничиться) добавляет целый ряд неразрешимых проблем в части итогового объема инвестиций, эффективной генерации, надежности и скоротечности износа, безопасности и текущих затрат.

Комплексная модернизация

Предлагается полноценно альтернативный парно-виндроторный электрогенератор (П-ВЭГ), позволяющий поднять силовой блок ВЭУ на высоту 35-40 м. в зону среднескоростных от 8-9 м/с ветров, минимизируя или полностью устраняя отрицательные последствия такой операции, имеющих место для традиционных ветряков (рис.1). Проект поддерживается Минсельхоз РФ (письмо Департамента научно-технологической политики от 31.10.2014 № 13-Г-5892/ОГ).

Обозначения на рис. 1 и далее на рис. 2:

В этих целях использованы виндроторы, сгруппированные в две пары, смещенные по высоте -- каждая пара в своем ярусе. На верхнем ярусе сдвоенные виндроторы занимают подветренное положение и удалены от несущей мачты на большее плечо, чем наветренная пара нижнего яруса, с противоположной стороны которой установлен плоскостной элемент двойного назначения: ориентации на ветер и ребра жесткости.

Массогабаритные характеристики П-ВЭГ будут выглядеть следующим образом:

Использование, по меньшей мере, четырех ветроколес вместо одной турбины горизонтально-осевого вращения при сохранении заданной площади, ометаемой ВЭУ, позволяет во столько же раз уменьшить размеры воздушных коридоров, в которых работает каждое из ветроколес и тем самым снизить негативные воздействия на них атмосферных флуктуаций. Той же задачи ослабления вибраций и биений механизма служит отказ от горизонтально-консольного строения ветросилового блока, благодаря которому вращающиеся валы надежно устанавливаются в разнесенных по высоте подшипниковых опорах.

Хроническая дезориентация на ветер со значимыми потерями среднегодовой мощности, столь присущая ветрякам при переменчивой направленности воздушных потоков, предлагаемыми техническими решениями устраняется полностью в следствии:

- аэродинамических качеств ветроколес с ортогональными лопастями крыловидного профиля; - схемы вращения ветроколес; - смещения подветренной пары виндроторов; - наличия ориентирующего ребра жесткости.

Из указанных отличительных особенностей парно-виндроторного электрогенератора складывается фактическая среднегодовая мощность, максимально приближенная к паспортным данным малой ВЭУ, большая конструктивность и прочностные преимущества устройства, чем обладают пропеллерно-лопастные ветряки.

Наличие в конструкции П-ВЭГ коаксиальной опорной колонны с собственным грузоподъемным механизмом (лебедкой) и замковым захватом на вершине, фланцевого шарнира у основания несущей мачты (патент RU 2513863, открытые реестры на www.fips.ru) позволяют самостоятельно опускать ветросиловой блок к земле в положение технического обслуживания и ремонта, тем самым резко снижая эксплуатационные издержки, что имеют место для ветряков горизонтально-осевого вращения.

Делается возможным экстренный спуск силового блока к земле при техногенной угрозе, когда скорость ветра достигает штормовых значений. Защитные сетки ветроколес в нештатных ситуациях предохраняют людей, животных и имущество от поражений поврежденными частями турбин.

Позитивы ответственных решений

Поднятый на высоту 35-40 метров, П-ВЭГ на деле достигает и устойчиво вырабатывает мощность 1,5-3,0 кВт в неблагоприятных климатических условиях при континентальных ветрах нестабильной направленности, высокой турбулентности и пульсациях среды, исключаются причины для удаленной дислокации от объектов энергоснабжения и прокладки протяженных коммуникаций, ликвидируются обременяющие затраты на регулярное привлечение сторонних автокранов с высокой стоимостью почасовой аренды, потребность в инфраструктуре для перемещений тяжелой спецтехники.

Главные препятствия для применения ветряков, эффективных на должной в 35-40 метров высоте и практически бесполезных в более низовом расположении, можно считать в основном преодоленными.

Если инвестицию в низко-высотный ветряк можно отнести к невозвратным финансовым потерям, то применение П-ВЭГ полностью и результативно решает задачу собственной генерации для индивидуальных пользователей

Стоимость инновационного оборудования надежно и в приемлемые сроки окупается за счет реально достигаемой среднегодовой мощности, долговечности, сокращения стоимости строительства, особенно и решающим образом, эксплуатационных издержек.

Финансовые оттенки

Что касается социальной составляющей малой материковой ветроэнергетики, которой принадлежит 1/3 от затребованного объема работ, решаться они могут в соответствующем русле общегосударственных задач из бюджетных средств, надо думать, прежде всего, регионального уровня.

Для систем ветрогенерации средней мощности ранее предлагалась опора на развитие потребительской кооперации (http://journal-eco.ru, 2014, №2, с.40-48), что получило понимание, но продолжает ждать высокого политического решения.

В направлении малой материковой ветроэнергетики трудно ожидать подвижек без товарного кредита на три, максимум пять лет, что в настоящее время совершенно чужд российскому рынку средств генерации с использованием не только ветра, но и всех прочих возможных видов возобновляемой энергии.

Сбалансированность ответственной модернизации

Из военного дела, прежде всего, известно, что стратегия воплощается тактикой и оперативными действиями. В области ветроэнергетики генеральная линия на сегодня формируется рядом правовых актов, где акцент ставится на нормах и процедуре подключении ВЭУ к единой энергетической системе РФ. Здесь остаются полностью за чертой законотворческих свершений проблемы создания собственных генераций и системы преференций авангардным инициаторам столь актуальной и новаторской деятельности. материковый ветроэнергетика парный электрогенератор

В тактике развития ветрогенерации имеет место затяжной процесс управленческого творчества, образования формальной структуры на общественных началах с персональной интернет-страницой (www.i-renew.ru), где поражается публика объемом ассигнационных обещаний так, что верить хочется, а за технологической платформой -- консорциума, директивным назначением лидера и организатора с неясными правами и полномочиями, без сведений о передачи реальных ресурсов, без которых призванное юрлицо представляет из себя не более чем банального “стрелочника”.

В части создания новых технологий информация носит самый общий характер, только из косвенных источников следует, что конкурс проектов в области ВИЭ не дал желаемых результатов. Ожидания, что импорт технических решений и “заграница нам поможет”, перечеркнуто спецификой и жесткими ограничениями российского климата. Внешнеэкономические санкции поставили в этом деле окончательную точку.

Не в обиду будет сказано, но успех любого дела сомнителен без руководства со стартовых позиций пакетом индикаторов (показателей) экономических, экологических, социальных, за главенство технологических ратую особо, и пр. для деловой оценки каждого этапа и процесса в целом. В основе другой модернизации сплошная виртуальность, отнести её к ответственной чрезвычайно сложно.

Размещено на Allbest.ru