АНО "Агентство по энергосбережению в Удмуртской республике"

Ветроэнергетика

Согласно проекту “Государственная программа энергосбережения и повышения энергетической эффективности на период до 2020 года” целевые индикаторы использования возобновляемых источников в энергоснабжении субъектов РФ должны достигаться за счет реализации инвестиционных проектов, в том числе производство электрической энергии с применением установок по использованию энергии ветра. А так же довести годовую выработку электроэнергии ветроэнергетическими установками до 11,6 млрд. кВт.ч.

Аналитика

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 миллиардов кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России. Установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2006 год составляет около 15 МВт.

Реализованные проекты в России:

Одна из самых больших ветроэлектростанций России (5,1 МВт) расположена в районе поселка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Её среднегодовая выработка составляет около 6 млн кВт·ч. Ветропарк состоит из 21 ветроэнергетической установки, занимает примерно 20 гектар и способен обеспечить электричеством 145 тыс. квартир.

На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт) среднегодовой выработкой более 3 млн кВт·ч, параллельно станции установлен ДВС, вырабатывающий 30 % энергии установки.

Также крупные ветроэлектростанции расположены у деревни Тюпкильды Туймазинского района респ. Башкортостан (2,2 МВт).

В Калмыкии в 20 км от Элисты размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт·ч, на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт·ч.

В республике Коми вблизи Воркуты строится Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт.

На острове Беринга Командорских островов действует ВЭС мощностью 1,2 МВт.

Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт Ленинградская область, Ейской ВЭС 72 МВт Краснодарский край, Морской ВЭС 30 МВт Карелия, Приморской ВЭС 30 МВт Приморский край, Магаданской ВЭС 30 МВт Магаданская область, Чуйской ВЭС 24 МВт Республика Алтай, Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт Камчатская область, Новиковской ВДЭС 10 МВт Республика Коми, Дагестанской ВЭС 6 МВт Дагестан, Анапской ВЭС 5 МВт Краснодарский край, Новороссийской ВЭС 5 МВт Краснодарский край и Валаамской ВЭС 4 МВт Карелия.

Также стоит назвать Анадырскую ВЭС мощностью 2,5 МВт на Чукотке.

Проекты зарубежом

Правительством Канады установлена цель к 2015 году производить 10 % электроэнергии из энергии ветра. Германия планирует к 2020 году производить 20 % электроэнергии из энергии ветра

В Испании к 2011 году будет установлено 20 тыс. МВт ветрогенераторов.

В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт к 2020 году.

Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 4 раза в сравнении с 2005 годом. К 2012 году будет построено 12 тыс. МВт новых ветряных электростанций.

Новая Зеландия планирует производить из энергии ветра 20 % электроэнергии. Великобритания планирует производить из энергии ветра 10 % электроэнергии к 2010 году.

Египет — к 2010 году установить 850 МВт новых ветрогенераторов.

Япония планирует к 2010 — 2011 году увеличить мощности своих ветряных электростанций до 3000 МВт.[17] Международное Энергетическое Агентство International Energy Agency (IEA) прогнозирует, что к 2030 году спрос на ветрогенерацию составит 4800 гигаватт.

Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

Скорость ветра Себестоимость

7,16 м/c 4,8 цента/кВт·ч; ≈ 1,44 руб./ кВт·ч

8,08 м/с 3,6 цента/кВт·ч; ≈ 1,08 руб./ кВт·ч

9,32 м/с 2,6 цента/кВт·ч. ≈ 0,78 руб./ кВт·ч

Экономика малой ветроэнергетики

В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за: Высокой стоимости инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ~ 220В 50Гц (и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в параллель)) Высокой стоимости аккумуляторных батарей — около 25 % стоимости установки (используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети) Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

Экологические аспекты ветроэнергетики

Выбросы в атмосферу Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота . По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн. Шум Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума: механический шум - шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей) аэродинамический шум - шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки) В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не дает информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент не возможно. Источник шума Уровень шума, дБ Болевой порог человеческого слуха 120 Шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м 105 Шум от отбойного молотка в 7 м 95 Шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении в 100 м 65 Шумовой фон в офисе 60 Шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч 55 Шум от ветрогенератора в 350 м 35—45 Шумовой фон ночью в деревне 20—40 В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ.

Практика в России

ОАО "Государственный ракетный центр (ГРЦ) им. академика В.П.Макеева" (Челябинская область) и ФГУП "НПО автоматики им. академика Н.А.Семихатова" (Екатеринбург) приняли решение об участии в программе по повышению эффективности экономики России. Предприятия предлагают сокращать энергоемкость и улучшать экологию за счет ветряных электростанций различной мощности. Ракетчики наладили производство установок небольшой мощности, которые пользуются спросом у владельцев загородных домов в США, Таиланде, Южной Корее. Екатеринбуржцы еще работают над конструкцией и параметрами ветростанции, пытаясь сделать ее доступной по цене для российского рынка.

По словам разработчика станции Владимира Кривосицкого, ГРЦ имеет около 1000 заказов на установку, чья стоимость колеблется от 500 тысяч до 5 миллионов рублей. Он полагает, что при серийном производстве предприятию по силам продавать до 1 000 станций в год. Начальник лаборатории НПО автоматики Владимир Тимофеев рассчитывает на субсидии со стороны государства - если, конечно, предприятие добьется хорошего коэффициента "цена - технические параметры ветростанции".

Руководитель центра возобновляемых источников энергии Александр Попов соглашается, что ветряк целесообразнее всего использовать в частном доме. Плюс установки в ее долговечности и неприхотливости. Минус заключается в том, что на Урале ветряк практически нельзя использовать без дизель-генератора, поскольку нет ветра нужной скорости. Даже на горе Качканар, где сила ветра составляет порядка 5-7 метров в секунду, чего достаточно для работы станции мощностью 100 КВт, в сильные морозы наступает затишье. Поэтому приходится нести дополнительные затраты на дизель и топливо для него. Расчеты показали, что топлива тратится примерно на треть меньше, чем при использовании лишь одной дизельной установки, но сроки окупаемости комплексной станции все-таки очень большие. На горе Качканар, где ветростанцию эксплуатируют монахи, доставляющие топливо в канистрах, окупаемость установки составляет 3-4 года, а в других местах - 10-12 лет.

Ветряные электростанции производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс — ветра. Для ветряных электростанций с горизонтальной осью вращения минимальная скорость ветра составляет:

4-5 м/сек — при мощности >= 200 кВт

2-3 м/сек — если мощность <= 100 кВт.

Ветряные электростанции — недостатки

1. Ветер от природы нестабилен, с усилениями и ослаблениями. Это затрудняет использование ветровой энергии. Поиск технических решений, которые позволили бы компенсировать этот недостаток — главная задача при создании ветряных электростанций.

2. Ветряные электростанции создают вредные шумы в различных звуковых спектрах. Обычно ветряные установки строятся на таком расстоянии от жилых зданий, чтобы шум не превышал 35-45 децибел.

3. Ветряные электростанции создают помехи телевидению и различным системам связи. Применение ветряных установок — в Европе их более 26 000, позволяет считать, что это явление не имеет определяющего значения в развитии электроэнергетики.

4. Ветряные электростанции причиняют вред птицам, если размещаются на путях миграции и гнездования.

Для небольшого загородного дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно ветроустановки (ВЭС) мощностью:
* Около 500 Вт для покрытия базовых потребностей в электроэнергии - освещение, телевизор, связь, радио, другая маломощная нагузка.
* От 1,5 до 4 кВт для практически полного электроснабжения потребителей в типовом загородном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т.п. В периоды сильного и продолжительного ветра излишки вырабатываемой электроэнергии могут использоваться для отопления помещений.

  Согласно проекту “Государственная программа энергосбережения и повышения энергетической эффективности на период до 2020 года” государственное стимулирование проектов с использованием возобновляемых источников энергии в субъектах РФ заключается в следующем:

1. предоставление за счет средств федерального бюджета субвенций бюджетам субъектов РФ и бюджетам муниципальных образований.
2. прямое бюджетное финансирование и софинансирование проектов строительства и реконструкции ветроэлектростанций и других объектов федерального значения.
3. отмена ввозных таможенных пошлин, взимаемых при импорте оборудования для использования ВИЭ, аналоги которого не производятся в РФ.
4. освобождение от уплаты налога на имущество в первый год работы установок.
5. включение в программы государственных внутренних и внешних заимствований Российской Федерации на 2010 и последующие годы государственных гарантий для привлечения заемных средств.

 Целевые показатели:

Снижение выбросов парниковых газов за счет реализации технических мероприятий по ВИЭ (тыс. тонн СО₂)

 Расчетная стоимость одного комплекта оборудования ветряной установки:

 Ветрогенератор 300 Вт

-генератор, лопасти, контроллер (производство Китай) 21 700.00 руб

Мачта стальная, сборная 9 м. (производство Россия, г. Калуга) 9 920.00 руб.

Итого 31 620.00 руб.

Ветроэнергетика в Удмуртской Республике

Среднегодовые скорости ветра по районам УР представлены в таблице

Значения и вариации среднегодовых скоростей ветра в районах УР

В целом средняя годовая скорость ветра на территории УР 4,0 м/с. Отклонения от этой многолетней величины в отдельные годы обычно небольшие в среднем 0,4 м/с. Самое большое как положительное, так и отрицательное отклонение составляет 1,0 м/с. В холодное время года значения средней месячной скорости ветра больше средней за год, в теплое время года - несколько меньше ее. Наибольшая средняя месячная скорость ветра (4,8 м/с) приходится на март, наименьшая (3,2 м/с) - на июль.

Средняя месячная скорость ветра (м/с) в различные часы суток

В большую же часть суток весной и летом ветер слабее, чем в холодный период. Суточный ход скорости ветра лучше выражен при малооблачной погоде и слабее при пасмурной.

Значения наибольшей скорости ветра (м/с)

В УР преобладают слабые и умеренные ветры, в 80% случаев скорость их не превышает 5 м/с. Вероятность ветра скоростью 10 м/с и более в целом за год не превышает 3%, зимой она увеличивается до 4%, летом составляет не более 1%. Скорость ветра более 20 м/с отмечается в единичных случаях.

Учитывая климатические условия УР, в качестве расчетной ВЭУ будем использовать установку с рабочим диапазоном скоростей ветра 3,0-20,0 м/с, номинальной мощностью ~0,5 кВт.

Показатели работы ВЭУ

Ветряные электростанции — производители — мировые лидеры

VESTAS

NORDEX

PANASONIC

VERGNET

ECOTECNIA

SUPERWIND

Yangzhou Shenzhou Wind-driven Generator Co

Основные технические характеристики ВЭС:

* - в зависимости от модели (мощности) ВЭС

** - Интервал рабочих температур зависит от исполнения генератора ( «морской», «тропический», «умеренный климат», «влаго-морозостойкий» и т.д.)

(www.windelectricost.ru)

Самая дорогая деталь - аккумуляторные батареи. Стоимость составляет 59% от суммы всей установки. Дороги они тем, что спроектированы специально на многоразовую зарядку-разрядку.

В среднем гарантия – 2 года. Срок службы 20 лет.

Уровень шума от 5 кВТ-го ветряка, как от шума дерева. Никакого слухового дискомфорта ветряк не приносит.

Стандартная высота 10 метров, но все зависит от местности.

Средняя планка скорость ветра 4 м в секунду.

Для установки место подойдет любое, главное, что бы не было в радиусе 100 метров препятствий ветру. Необходимо обеспечение свободного движения воздушных масс.

Тихоходный генератор тока

В 2012 году коллективом разработчиков ООО "Центр строительных технологий" г. Ижевск был разработан и внедрен в производство тихоходный генератор тока, предназначенный для производства электрической энергии ветра, воды.

Характеристики генератора

Вырабатываемое напряжение: 12 В, 24 В, 48 В

Обороты начала зарядки АКБ: 5-6 об/мин

Номинальные обороты: 90-170 об/мин

Мощность: 0,5 кВт, 1 Квт, 2 кВт, 3 кВт, 4 кВт, 5 кВт

На базе выпускаемых ООО "ЦСТ" генераторов сегодня производятся и внедряются ветроэлектростанции (ВЭС) роторного типа. Такие станции работают по всей России (С-Петербург, Москва, Хабаровск, Челябинск, Омск, Киров, Ростов, Пермь и т.д.). Ветроэлектростанции начинают вырабатывать электрическую энергию 220 в 50Гц практически с начала вращения ротора ветроколеса и выходят на номинальную мощность при скорости ветра 6-10 м/сек в зависимости от мощности станции. Т.е практически на всем диапазоне ветров от 1,7 м/сек до 10 м/сек ВЭС эффективно производят электрическую энергию. Такая возможность в ветроэнергетике появилась только с созданием тихоходного генератора нового образца.

Была разработана и внедрена принципиально новая система ускоренной зарядки АКБ. Аналогов - нет. Аналогов тихоходным генераторам производимых ООО «ЦСТ» г. Ижевск в Российской Федерации и за ее пределами также не существует. На конструкцию генератора подана заявка на изобретение. В настоящее время заявка проходит экспертизу по существу Роспатент РФ.

Одним из существенных преимуществ ВЭУ, производимых на базе тихоходных генераторов разработанных и выпускаемых в УР, является сравнительно недорогая цена на изделие.

Заключение АНО “Агентство по энергосбережению УР” по использованию ветряных электростанций в УР в условиях 2010 года

Строительство ветряных электростанций является альтернативой строительству линий электропередач.

Не смотря на имеющиеся недостатки ветряных электростанций, а главная – переменная рабочая мощность ветрогенератора в течение суток, которая зависит от скорости ветра, следует говорить о целесообразности их строительства на территории Удмуртской Республики.

В первую очередь ветряные электростанции являются альтернативой строительству линий электропередач в населенных пунктах или фермерских хозяйствах, которые находятся в нескольких десятках километрах от действующих линий электропередач или центров питания. Надежность электроснабжения можно обеспечить установив дизель-генератор.

Из опыта работы действующих ветряных электростанций такое сочетание снижает потребление топлива в 3 раза. Срок окупаемости ветряных электростанций достаточно большой: 10-12 лет, но с учетом роста цен на электричество и снижение цены комплектующих ветряных электростанций (за счет совершенствования технологии изготовления и используемых материалов) срок окупаемости будет снижаться.

Срок окупаемости зависит и от режима потребления электроэнергии, т.е. чем больше часов использовании максимальной нагрузки тем меньше срок окупаемости проекта.

Если рассматривать с позиции снижения потребления электроэнергии, выработанной на электростанции, которая работает на органическом топливе с номинальной мощностью, то возможно выгодно будет строить ветряных электростанций даже в населенных пунктах с развитой электрической сетью.