БЛОГ

Ветрогенераторы удвоенной мощности

Предложение по разработке, производству и внедрению экономически целесообразных конструкций ветрогенераторов.

 Тенденции рынка ветроэнергетики.

 Альтернативная энергетика в общем и ветроэнергетика в частности демонстрируют бурное развитие во всем мире. Ветроэнергетика - самый динамично развивающийся рынок в мире, его рост за год – 31%. По данным REN21, за 16 лет мощность ВЭС увеличилась  в 46 раз, составив на конец 2012 года 283 ГВт. Наибольший объем продаж ВЭУ по итогам 2010 года приходился на рынок стран Азии (54,6% мирового рынка),  доля стран Европы составила 27%, а Северной Америки - 17%. При этом наибольшая суммарная установленная мощность ВЭУ приходилась на Европу (43,7%), Азию (31,1%), Северную Америку (22,7%). Лидерами индустрии на сегодня являются – Китай (более 60 ГВт), США, Германия, Испания, Индия. Объем мирового рынка ветроэнергетики составлял 2 250 млрд руб.

Однако, в 2013г. прогнозируется снижение объёма мирового рынка ветроэнергетики. Факторы, стимулирующие рост рынка:

- рост  цен на нефть,

- проблемы энергетической безопасности,

- проблемы экологии,

- проблемы изменения климата.

 Факторы, тормозящие рост рынка:

 - финансовая нестабильность в мировой экономике,

 - изоляция китайского рынка от иностранных производителей. В результате возникает ситуация перепроизводства, которая может привести к резкому снижению цен на ветрогенераторы.

 

 

Объем  рынка России пока не очень большой: 16,8 МВт установленной мощности. В соответствии с Постановлением Правительства РФ до 2020 года планируется ввести 3,6 ГВт мощности на оптовом рынке. При этом розница будет развиваться еще более быстрыми темпами.

Потенциальная емкость российского ветроэнергетического рынка - 315 млрд руб. к 2015г.

Президент Российской ассоциации ветроиндустрии (РАВИ), отметил, что российский рынок ветроэнергетики находится в стартовом состоянии.

В России эксплуатируется только 30% отечественных ветроустановок.

Удельный вес зарубежных производителей ВЭУ в структуре суммарной установленной мощности составил порядка 70,8%, российских производителей – 29,2%.

Сегментирование рынка эксплуатируемых

в России ветрогенераторов по изготовителям:

 Лидерами среди производителей в ветроэнергетическом секторе являются госкорпорации: Росатом, Ростехнологии, которые утвердили программы по строительству ветрогенераторов.

Интерес к этим направлениям начинает проявлять и крупный частный бизнес.

 

 

 Наибольший удельный вес установленной мощности ВЭУ приходится на

Калининградскую область (33%), Чукотку (15%), Республику Башкортостан (13%).

Самая крупная ветроэлектростанция в России находится в Калининградской области, мощностью в 5,1 МВт.

Из новейших — проект в Калмыкии. Там уже работают два ветрогенератора, планируется строительство большого парка в 300 МВт.

Правительством России создаются условия для стимулирования развития генерирующих объектов, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Основная цель стимулирования использование ВИЭ – это создание отечественной промышленности,  которая способна ликвидировать техническое отставание в производстве оборудования, работающего на основе энергии воды, ветра и солнца.

В мае 2013 правительство подписало пакет мер поддержки ВИЭ.

Постановление Правительства от 28.05.2013 № 449 и распоряжение Правительства от 28.05.2013 № 861-р.

Целевой объем мощности генерации на ВИЭ сохранился на уровне 6 ГВт к 2020 году.

 Председатель Правительства России подписал постановление о механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на оптовом рынке электрической энергии и мощности (ОРЭМ). Постановление утверждает правила определения цены на мощность генерирующих объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии, обеспечивающих возврат капитала, инвестированного в их создание, и необходимый уровень его доходности.

Правительственные документы ставят рынок ВИЭ в равные условия с другими игроками, включают требования ежегодного конкурсного отбора проектов ВИЭ, начиная с 2013 года (на 4 года вперед – в форме двухэтапного аукциона); требования по соблюдению степени локализации производства.

Президент РАВИ отмечает, что уже сейчас отрасль ВИЭ конкурирует с традиционной энергетикой, поэтому в РАВИ надеются, что отечественную ветроэнергетику ждет стремительное развитие. Стратегия ветроэнергетической индустрии построена таким образом, что с запуском поддержки этого сектора государством начинает развиваться новая ниша в энергетическом машиностроении — производство ветрогенераторов и их компонентов.

Д. Казариным, советником департамента электроэнергетики министерства энергетики России, озвучена основнаязадача для российского рынка ветроэнергетики – создание новых заводов для производства мультимегаваттных ветряных турбин.

Требование по локализации производства ветроэнергетического оборудования на территории России в 2014 году - 35%, в 2015 году - 55%, в 2016-2020  гг. - 65%.

Кроме того, законодательство по розничному рынку электроэнергии еще в стадии разработки. В планах Минэнерго — обязать сетевые компании покупать энергию ВИЭ по регулируемым тарифам у объектов генерации 5-25 МВт. Эти меры разрабатываются в соответствии с распоряжением Правительства от 04.10.2012 №1839-р.
19 сентября 2013 года
ОАО «АТС» опубликовало результаты отбора проектов по строительству генерирующих объектов, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии (отбор проектов ВИЭ).

Результаты отбора по объектам ветровой генерации (ВЭС):

 МВт

Вид объекта ВИЭ

 

2014

2015

2016

2017

ВЭС

план отбора

100

250

250

500

отобрано

0

0

15

90

% отбора

0

0

6%

18%

 Победителем конкурса стало ООО «КомплексИндустрия».

Суммарная мощность, которая была заявлена на конкурс, составила 105 МВт -10% от того, что было предложено (1100 МВт). По сообщению Д.Казарина, потенциал экономически эффективных проектов ВИЭ (прежде всего, ветряной и солнечной энергетики) в изолированных зонах – более 1 ГВт.

В июне 2014 года состоится следующий отбор проектов, по итогам которого будут определены проекты по строительству объектов ВИЭ, вводимых в 2015-2018 годах.

 Предварительный план отбора мощностей в 2014 году с учетом итогов текущего отбора:

МВт

Вид объекта ВИЭ

2015

2016

2017

2018

ВЭС

250

235

410

750

 По прогнозам РАВИ, ветроэнергетика России будет развиваться по модели, отличающейся от зарубежных, в силу ее большой территории, специфики расселения людей и расположения различных отраслей промышленности. Это является очень большим стимулом для развития розничного рынка ветроэнергетики. То есть, строительства локальных систем энергоснабжения — ветродизельных и других гибридных систем.

Также сейчас одним из перспективных направлений будут блок-станции. Например, когда предприятию очень дорого обходится электроэнергия – более 3 руб за 1кВтч. В этом случае есть смысл поставить ветрогенераторы, которые могут обеспечить предприятие электроэнергией на 30-50%. В результате — существенная экономия платы за электричество. Такие проекты начинают развиваться во многих регионах России.

Задачу внедрить альтернативные источники электроэнергии поставил перед ведомством глава РЖД Владимир Якунин. Это позволит существенно сократить затраты отрасли на энергообеспечение. По иформации начальника управления автоматики и телемеханики Центральной дирекции филиала РЖД, Геннадия Насонова, в ближайшие три года на железной дороге будут установлены комплексы солнечных батарей, ветрогенераторы и солнечные теплообменники. За научное сопровождение проекта отвечает компания «Президент Нева» — Энергетический центр» из Петербурга. В адрес РЖД уже направлен ряд проектов, учитывающих региональные климатические условия. Заместитель директора «Президент Нева» Юрий Гурецкий уточнил, что ветрогенераторы будут эффективны на Северной железной дороге и Сахалине, солнечные батареи — на Северо-Кавказской, а комбинировать эти источники хорошо в Дагестане, на Алтае и Дальнем Востоке.

В ноябре 2013 года в Мысовской дистанции пути Восточно-Сибирской магистрали стартует пилотный на сети российских железных дорог проект, направленный на снижение расходов электроэнергии за счет использования альтернативных источников энергии. Начальник службы электрификации ВСЖД Михаил Авдиенко сообщил, что предприятия дистанции перейдут на альтернативные источники энергии - ветряной генератор и солнечные батареи. В соответствии с инвестиционным проектом 2013 года на станции Мысовая Восточно-Сибирской железной дороги начаты работы по внедрению системы энергообеспечения на основе ветровой  энергетики. Согласно плана на станции начнут работу 2 больших модулятора солнечной энергии и 1 ветрогенератор. Стоимость данного проекта оценивается в 6,4 млн рублей. Ветрогенератор даст дополнительно 50 кВт энергии. Экономия электроэнергии на альтернативном питании составит более 40%. Работы по установке планируется завершить в ноябре 2013 года. Важно, что ветрогенератор хорошо сочетается с другими источниками энергии и может работать в паре с дизельными генераторами, солнечными батареями или другими источниками энергии, создавая единый замкнутый цикл, что позволит станции Мысовая работать в условиях полной независимости от внешних источников электроснабжения.

ООО "Телефонсервис" завершило проектирование ветрогенераторных установок для ряда объектов Куйбышевской железной дороги – филиала ОАО «РЖД». В системе используются ветрогенераторы, обеспечивающие электрическую мощность 10 кВт. Предусмотрены также модульные контейнеры и аккумуляторные батареи, которые в аварийном режиме позволяют обходиться без ветрогенератора в течение времени, необходимого для обслуживания оборудования. В случае длительного перерыва работы ветряной установки предусмотрена возможность использования дизель-генераторов.

Проявляют интерес к проектам ветроэнергетики нефтяники, газовики, операторы сотовой связи.

Россия, по признанию российских и западных экспертов, в недалеком будущем по ветроэнергетике – рынок номер 1, здесь самый большой ветроэнергетический потенциал, большая, пригодная для ветрогенераторов территория. Есть шанс выйти на лидерские позиции.

Так, в настоящее время в России открывается новая отрасль и новая перспективная рыночная ниша по разработкам, производству, внедрению и обслуживанию ветроэнергетических установок.

 Основные типы ветрогенераторов.

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

Два основных типа ветротурбин:

  •  с вертикальной осью вращения ("карусельные" — роторные, "лопастные" ортогональные);
  • с горизонтальной осью вращения (крыльчатые).

Широко используются горизонтально-осевые ВЭУ. Это обусловлено их высокой эффективностью. Самый посредственный лопастной ветряк легко достигает коэффициента использования энергии ветрового потока (КИЭВ) в 30 %. А самый тщательно отлаженый роторный, в лучшем случае, — 20 %.

Устройство ветроэнергетических установок (ВЭУ).

ВЭУ состоит из:

  1.  ветротурбины, установленной на мачте с растяжками и раскручиваемой ротором либо лопастями;
  2. электрогенератора;

 полученная электроэнергия поступает в:

 Ветер раскручивает ротор. Выработанное электричество подаётся через контроллер на аккумуляторы. Инвертор преобразует напряжение на контактах аккумулятора в пригодное для использования.

 Промышленная ветряная установка:

  1. Фундамент
  2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
  3. Башня
  4. Лестница
  5. Поворотный механизм
  6. Гондола
  7. Электрический генератор
  8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
  9. Тормозная система
  10. Трансмиссия
  11. Лопасти
  12. Система изменения угла атаки лопасти
  13. Обтекатель
  • Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора
  • Система молниезащиты
  • Привод питча

К малой ветроэнергетике относятся установки мощностью менее 100 кВт. Установки мощностью менее 1 кВт относятся к микро-ветряной энергетике. Они применяются на яхтах, с/х фермах для водоснабжения и т. д.

 Проблемы в использовании ветрогенераторов.

 Одни из факторов, негативно влияющих на экономическую целесообразность использования ветрогенераторов и, как следствие, препятствующих их развитию:

 - территориальные зоны и возможные периоды с малой скоростью ветра, влекущие низкий КПД;

 - возможные резкие колебания скорости ветра, которые вызывают срабатывание систем электрозащиты и отключение установки, что снижает эффективность системы;

 - обледенение лопастей;

 - отказы тормозной системы и, как следствие, поломка лопастей;

 - большая масса конструкции;

 - высокая стоимость инвертора, аккумуляторных батарей и всей установки в комплексе, что ведёт к увеличению стоимости электроэнергии;

 Перспективные разработки в области ВЭУ.

Норвежская компания StatoilHydro и немецкий концерн Siemens AG разработали плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт.

Турбина Hywind разработана Siemens Renewable Energy. Мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров.

Аналогичные разработки ведутся в США. GE имеет положительный опыт в производстве турбин мощностью 2,5 МВт, которые применяются на двух крупных ветропарках в Южной Румынии и Северной Америке. GE также внимательно изучает российский рынок и готова в будущем поддержать его своими технологиями.

 Крупный производитель оборудования из Финляндии – Mervento OY разработал турбину мощностью 3,6 МВт, способной работать при температуре в минус 30 градусов. Такие технологии очень актуальны в суровом российском климате. Финский производитель сообщил, что может помочь в создании завода по производству ветроэнергетического оборудования на территории России.

Компания Magenn разработала специальный аппарат с установленным на нём ветрогенератором, который сам поднимается на высоту 120–300 метров. Нет необходимости строить башню и занимать землю. Аппарат работает в диапазоне скоростей ветра от 1 м/с до 28 м/с. Аппарат может перемещаться в ветряные регионы или быстро устанавливаться в местах катастроф.

 Компания Windrotor предлагает конструкцию ротора мощной турбины, позволяющую значительно увеличить его размеры и коэффициент использования энергии ветра. Предполагается, что эта конструкция станет новым поколением роторов ветровых турбин.

Испанские компании Gamesa, Iberdrola, Acciona Alstom Wind, Técnicas Reunidas, Ingeteam, Ingeciber, Imatia, Tecnitest Ingenieros и DIgSILENT Ibérica создали группу для совместной разработки ветрогенератора мощностью 15,0 МВт.

Евросоюз создал исследовательский проект UpWind для разработки офшорного ветрогенератора мощностью 20 МВт.

В 2013 году японская компания Mitsui Ocean Development & Engineering Company разработала гибридную установку: на единой плавающей в воде оси установлена ветряная турбина и турбина, работающая от приливной энергии

 

Предложение ООО «АВИС» по разработке экономически целесообразных конструкций ветрогенераторов.

  Одной из проблем использования энергии ветра в РФ является то, что ее территория в основном относится к зонам слабых (менее 3 м/с) и средних (3 - 5 м/с) ветров.  Это влечёт  необходимость иметь в составе ветрогенератора мультипликатор для повышения частоты вращения ротора электрического генератора.

Мультипликатор по конструкции аналогичен редуктору, но сложнее и дороже, так как он должен обладать существенно более высоким КПД по сравнению с редуктором.

Для повышения мощности ветрогенератора иногда применяют второе ветроколесо, что ведет к наличию второго комплекта мультипликатора с электрогенератором. В результате ветрогенератор существенно усложняется, утяжеляется и удорожается.

Существуют решения с двумя ветроколесами и одним биротативным электрогенератором, но для повышения частоты вращения каждого из его роторов все равно приходится использовать два мультипликатора.

ООО "АВИС" предлагает конструкцию ветрогенератора с двумя ветроколесами и только одним комплектом электрогенератора с мультипликатором. При высоком КПД ветрогенератора его габариты, масса и стоимость минимальны, а его работоспособность сохраняется даже при выходе из строя одного из ветроколес. По сравнению с серийными ветрогенераторами, имеющими один комплект ветроколеса, мультипликатора и электрогенератора, предлагаемое техническое решение позволяет установить на ветрогенератор второе ветроколесо и вдвое увеличить мощность ветрогенератора без второго комплекта мультипликатора и генератора.

                        

                              На предлагаемое техническое решение подана заявка на патент РФ на изобретение. Конструкция ветрогенератора может быть использована для гидрогенераторов, а также для электростанций, использующих два различных источника механической энергии - например, ветра и двигателя внутреннего сгорания.