Ветряные электростанции

Мировая суммарная установленная мощность ветровой генерации по состоянию на конец 2018 г. составляла около 600 ГВт.
Суммарная мощность ветряных электростанций в России на начало 2019 г. по данным ЕЭС России составляла 184 МВт или 0,08% от мощности объединенной энергосистемы. Наиболее крупные ветроэлектрические станции: Адыгейская ВЭС — 150 МВт, Ульяновская ВЭС – 35 МВт, Ульяновская ВЭС-2 – 50 МВт, Останинская ВЭС АР Крым – 22 МВт, Тарханкутская ВЭС АР Крым – 22 МВт, Сакская ВЭС АР Крым – 21 МВт.

Ветроэлектрическая станция

Мощность, вырабатываемая ветроэлектростанцией, пропорциональна кубу скорости ветра и квадрату диаметра ротора. Скорость ветра определяется месторасположением ветротурбины, а также высотой установки ротора турбины, при этом далеко не все регионы России пригодны для использования. Принципиальным вопросом для применения ветряной электростанции является регион размещения.

Ветротурбины большой мощности

Наиболее перспективны для размещения ветротурбин: Архангельская, Мурманская, Ненецкий автономный округ, республики Карелия, Коми, Калининградская, Ленинградская, Астраханская, Ростовская, Волгоградская область, Краснодарский край, республика Дагестан, Калмыкия, Пермский край, Новосибирская, Тюменская область, республика Хакасия, Чукотский АО, республика Якутия, Ямало-Ненецкий АО, Сахалинская, Магаданская область, Приморский, Хабаровский край.

Ветроэлектрическая станция

Целесообразна установка ветряной электростанции на побережье крупных водоемов, таких пологие береговые линии океанов, морей и крупных водохранилищ, либо вершины горных холмов. За счет существенно различной теплоемкости водной поверхности и суши формируется разница атмосферного давления и возникают устойчивые ветра, дующие с моря на сушу, особенно в дневное время при прогреве суши.

Центрально-европейская территория РФ как правило имеет низкий ветровой потенциал. Основной идеей размещения ветряка является наличие открытых морских акваторий, либо степной или горной местности. Выработка электроэнергии в зимний период будет выше в связи с более высокой плотностью воздуха и более высокой частотой прохождения атмосферных циклонов. Для получения более точной картины необходимо использовать распределение Вейбулла по скорости ветра для рассматриваемой местности.

Следующим после местоположения фактором является высота установки ротора ветротурбины. Приповерхностный слой земной поверхности, 10 м и ниже, является слоем трения и характеризуется нестабильной скоростью ветра и, следовательно, вырабатываемой мощностью.

В общем случае для ветроустановок, монтируемых на суше, с ростом высоты установки ротора увеличивается скорость ветра и его стабильность. При прочих равных условиях для увеличения вырабатываемой мощности целесообразно устанавливать ветротурбину на максимально возможную высоту.

Монтаж лопастей ветротурбины большой мощности

В предположении постоянной скорости ветра 6 м/с и требуемой вырабатываемой мощности 300 кВт диаметр ротора ветротурбины пропеллерного типа с тремя лопастями составит примерно 34 м. Длина одной лопасти будет примерно 17 м. При диаметре ротора 34 метра высота установки ротора должна быть не менее 50 м.

Высота установки ротора ветроустановки является чрезвычайно важным вопросом, т.к. в приведенном примере скорость ветра должна быть одинаковой как в нижней, так и в верхней точке при движении лопасти. Чем ниже высота мачты ветротурбины, тем больше будет неравномерность скорости ветра по высоте и стабильность генерируемой мощности ветрогенератора. С ростом высоты мачты ветрогенератора уменьшается влияние шероховатости земной поверхности и увеличивается скорость и стабильность ветра.

Мачта ветротурбины с уловителем

Однако с увеличением высоты мачты возрастают трудности при техническом обслуживании ветротурбин, начиная с мощности около 300 кВт и высоты мачты 50 м. Это связано с необходимостью применения самоходных автокранов со стрелой с большим вылетом для проведения монтажных и ремонтных работ. Такие краны требуют создания качественных подъездных путей, что дополнительно увеличивает затраты инвестора на реализацию таких проектов.

Очевидно, что строительство одиночных ветрогенераторов с высотой опоры 120 м нецелесообразно. Ветряные турбины с такой высотой размещения ротора генератора нужно размещать в комплексах ветряных ферм на десятки штук с выдачей вырабатываемой мощности в электрическую сеть.

Мачта ветротурбины с уловителем

Ветроэлектростанции большой мощности являются источником инфразвука, который крайне неблагоприятно влияет на человека. Звуковое давление достигает 106 дБА у основания башни. Мощные ветротурбины нельзя устанавливать вблизи жилых зданий.

Сообщалось, что для установки ветроэлектростанции с высотой мачты не более 30 м не требуется получение согласований и разрешений на строительство. Однако некоторые потребители сталкивались с необоснованными требованиями региональных властей получения таких разрешений. Следует учитывать, что при высоте мачты более 30 м может потребоваться разрешение от местного надзорного органа по авиации.

В Российской Федерации установлены ветропарки с ветротурбинами следующих производителей ветротурбин: Vestas, Lagerwey. Компания Lagerwey имеет совместное производство с ГК Росатом для производства ветроустановок мощностью 2,5 МВт. Максимальная единичная мощность ветротурбин Vestas и Lagerwey достигает 5,6 МВт при высоте установки ротора генератора до 160 м.

Мачта ветротурбины с уловителем

Для ветроэлектростанций мощностью десятки и сотни мегаватт энергосистемой должен быть определен режим их работы. По всей видимости, это будет пиковый и полупиковый режим, однако требуется решение таких вопросов на законодательном уровне.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость технического обслуживания в связи с низкой единичной мощностью ветряных электростанций, существенная стоимость высотных монтажных и ремонтных работ, высокий уровень шума около ветротурбин, низкую единичную мощность, высокий уровень шума при работе, затруднения для работы авиации при большой высоте размещения.

Главным преимуществом использования ветроэлектростанций является отсутствие топливной составляющей в себестоимости выработки, достигающей 50% для тепловых электростанций. Ветроэлектростанции требуют меньшей площади для установки по сравнению с солнечными электростанциями. Крупные ветряные турбины можно устанавливать на мелководных пространствах водоемов.

Морская ветротурбина

 

EnVentus_Product_Brochure — pdf