Использование энергии ветра. Ветроэнергетические установки для производства электрической и механической энергии

1.

Использование энергии ветра.
Ветроэнергетические установки
для производства электрической и
механической энергии
Уфа 2021

2.

2

3.

Проблема электроснабжения малочисленных
удаленных территорий
Общая характеристика
1. Малая численность населения до 10 и до 100 человек
2. Удаленность от централизованных сетей и крупных
поселений
3.Трудность доставки топлива.
4. Высокая стоимость доставки топлива.
5. Продолжительность электроснабжение обеспечивается
в течение от 8 до 12…17 часов в сутки.
В связи с этим возникают проблемы:
1. Уменьшение численности населения.
2. Сокращение и свертывание производства.
3. Требования населения к обеспечению круглосуточного
электроснабжения – обращение в судебные инстанции
4. Требования к обеспечению комфортных условий жизни, в том числе
устойчивой связью и интернетом.
3

4.

Классификация потребителей, расположенных
на удаленных и приравненных к ним территориях
Города, пром-ть.Сотни МВт
Поселения городского типа
Десятки – сотни кВт
Сельские поселения
Единицы-сотни кВт
Села
Десятки сотни кВт
Деревни
Единицы –
десятки кВт
Дачные хозяйства
Единицы-десятки кВт
Фермерские хоз. и объекты АПК
Единицы –десятки кВт
Энергопотребители
Дорожные объекты,
Транспортные магистрали
Единицы-десятки кВт
Гидрометеослужба.
Единицы кВт
Навигационные устройства
Десятки-сотни Вт
Рекреационные зоны и
места отдыха
Единицы-десятки кВт
Пункты технического
наблюдения
Единицы-десятки кВт
Кордоны, лесничества, охотоведческие хозяйства, заповедники,
рыбоведческие и старательские артели. Единицы-десяти кВт
4

5.

Классификация ВЭУ по мощности и назначению
Ветроэнергетика
Системные ВЭУ
(0,2 – 10) МВт
Энергетическая
и экологическая
безопасность
регионов
Автономные
ветродизельные
5 кВт – 1…2 МВт
Энергетическая
безопасность
поселений,
предприятий,
организаций
Зарядные ВЭУ
(0,001 – 200) кВт
Энергетическая
безопасность малых
хозяйств и
предприятий,
частных домов,
туристов, выездных
отрядов, пунктов
технических
наблюдений 5

6.

Ветроустановки малой мощности
В соответствии с классификацией МЭК к ВЭУ малой
мощности относятся
ВЭУ, имеющие:
1. Площадь ометаемой поверхности – до 200 кв.м;
2. Выходное напряжение переменного тока – до 1000 В;
3. Выходное напряжение по постоянному току до 1500 В;
4. Выходная мощность - до 50 кВт, в ряде стран –до 100
кВт.
6

7.

Число установленных ВЭУ малых мощностей
в мире на 2016 год
7
©WWEA

8.

Суммарная установленная мощность ВЭУ малых
мощностейв мире (до 100кВт)
2015 г. – 948,873 МВт прирост 14,28%
2014 г. – 830,332 МВт прирост 9,98%
2013 г. – 755 МВт прирост 11,36%
2012 г. -678 МВт
8
WWEA

9.

Установленная мощность малых ВЭУ
в 25 странах мира на 2016 год, кВт
9

10.

Перспективы развития ВЭУ малых мощностей в мире
WWEA 10
2017

11.

Статистика малой ветроэнергетики в мире
2011 год 327 предприятий 74% выпускают
горизонтально-осевые ВЭУ
18% выпускают вертикально-осевые ВЭУ
6% выпускают оба типа
Вертикально-осевые начали выпускать 5-7 лет
Средняя мощность от 2,5 до 7,5 кВт
Стоимость
США
( 2300-10000) долл./кВт
средняя 6940 долл./кВт
Китай (1500-1900) долл./кВт
Англия 5873 долл./кВт
Россия (1000-2500) долл./кВт
11

12.

Удельная стоимость электроэнергии,
вырабатываемой ВЭУ малой мощности 2016 г.
WWEA-2016
–report 2016
WWEA
12

13.

Обобщенная структура ветроэнергетической
автономной системы малой мощности
13

14.

Ветродвигатели и ветроустановки
российского производства
39 Пермь ООО «НЭЭС-ВЕТЕР», Пермь
40 ВДМ-технология - Москва
14

15.

Ветроустановка как основной источник энергии
Ветродвигатели мощностью до 5 кВт
Горизонтально-осевые
Достоинства
1. Высокое Ср
2. Технологичность
3. Малая масса
Проблемы
1 Токосъемные устройства
2 Ориентация на ветер
3 Повышенный шум при
регулировании
Вертикально-осевые
Достоинства
1. Не требуют ориентации на ветер
2. Не требуется токосъемник
3. Бесшумность - менее 45 дБА
Проблемы
1 Знакопеременные нагрузки
2 Неравномерность частоты вращения
3 Плохой запуск
4 Невысокие Ср
5 Большая материалоёмкость
Общая проблема - технология изготовления лопастей 15

16.

Горизонтально-осевые ВЭУ
Малой мощности
16

17.

ВЭУ с ускорителями потока
ВЭП и ФГУП ЦАГИ
17

18.

Конструкции вертикально-осевых ВЭУ
18

19.

Вертикально-осевые турбинного
типа с направляющим аппаратом
19

20.

Определение размеров ветроколеса
55
D, м
50
V р=8 м/с
45
40
V р=10 м/с
35
30
V р=12 м/с
25
20
15
10
5
0
0
25
50
75
P, кВт
100 125 150 175 200 225 250
Зависимость диаметра ветроколеса ГО ВЭУ от мощности, для Z=4
20

21.

Разработка генератора
Выбор частоты вращения ветроколеса
190 n, об/мин
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
Z =6
80
70
Ограничение Z
V=ωR≤100 м/с
Z=7
60
50
40
30
Z =5
P,кВт
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
21

22.

Требования к генераторам ВЭУ
22

23.

Классификация генераторов для ВЭУ
23

24.

Производители генераторов
1.НИЦ ВИНДЭК. Москва
2 ВДМ-технология. Москва
3 Альтернативная энергетика. Челябинск
4 Сальбамаш (Махаон) Санкт-Петербург
5 ГРЦ-Вертикаль. Миасс
6 Сарапульский электромеханический завод
7 КЭМЗ. Калуга
8. Еще 3-4 предприятия
24

25.

Электрические генераторы серии «ВИНДЭК»
Параметр
Масса, кг
ВГ-05(12)/650ВГВГ-5(28)/300ВГ02(14)/1500 28,5-04 и03Г 1(12)/450(650) 114(56)-02 Г и
-56(110)-02Г
02В
-14,5-02Г
4,5
9,5/10,5
10.5/19
100
Р, кВт
0,2
0,5
1,0
5,0
N,об/мин
1500
650
650/425
300
Uн, В
14,5
28/56
56/110
56/110
КПД,%
75
83
85
85
25

26.

Генераторы ВГ-1/450 и ВГ-1/650
26

27.

Генераторы 5 кВт
ВГ-5(28)/300-114-2Г и 2В
Частота впащения –
300об/мин
Масса 100 кг
Исполнения2Г горизонтальное
2В вертикальное
27

28.

Контроллеры, инверторы
1. МАП энергия, Москва
2. ВИМ, Москва
3. СибКонтакт, Новосибирск
4. Связь-инжениринг, Москва
Аккумуляторы
1. ООО Тубор, г.Бор, Нижегородская обл.
28

29.

Комплексы гарантированного электроснабжения
малых мощностей (до 100 кВт)
Обобщенная блок-схема комплекса
гарантированного электроснабжения на ВИЭ
малой мощности
29

30.

Залог успешного развития малой ветроэнергетики
• Законодательная поддержка производства
электроэнергетических комплексов на ВИЭ в виде
снижения налогов
• Законодательная поддержка применения ВИЭ малой
мощности в виде дотации на приобретение комплексов
(Закон о 15 кВт не даст роста широкого применения, так
как он не применим для автономной энергетики)
• Разработка отечественных надежных ветроустановок, а
если не хотим-то обязательная сертификация импортных
• Организация пожизненного сервисного обслуживания
• Создание демонстрационных зон
• Организация массового производства ветроустановок, что
позволит снизить их стоимость и повысит спрос на них
• Популяризация опыта применения ВИЭ
30

31.

31

32.

Пример успешного развития малой ветроэнергетики
Производство генераторов в Китае
10 кВт, 170 об/мин
32

33.

Пример успешного развития ВЭУ малых мощностей
Ветроустановки Китая
33

34.

Применение ВЭУ малых мощностей
34

35.

Малая ветроэнергетика
• В качестве примера внедрения автономной
энергетики на ВИЭ малых мощностей
можно привести примеры применения в
Московской области и Мурманской
области, где построено в четырех
поселениях Пялица, Чапома, Чаваньга и
Тетрино ветро-солнечно-дизельные
комплексы.
35

36.

Опыт применения ВЭУ, ВСЭУ и ВСДЭУ в Подмосковье
Комплекс гарантированного питания
в п.Заворово Раменского р-на Московской обл.
ВЭУ-1 -3 шт., СБ-1 кВт 0,25 кВт-4 шт. с ориентацией на солнце,
36
дизель-генератор 10 кВт система охлаждения заведена на обогрев помещения

37.

Сергиев Посадский район, деревня Петровское
Установлено
1.Первоначально ВЭУ «Форвард-05» в 2002году, через три года
французского производства ВЭУ- 6кВт. Мачта самодельная с
электропиводом высотой 24 м
2.Солнечные батареи- 5 кВт.
3.Дизель-генератор 18 кВт.
Система автономного отопления с баком на 200л.
Имеются ТЭНы для сброса излишков энергии.
Для подзарядки аккумуляторов используется ночной тариф
электроэнергии.
С апреля по октябрь энергия из сети не потребляется. Излишки
энергии сбрасываются в ТЭНы для нагрева воды и воздуха.
Выработка энергии от ВИЭ летом до 1 МВтхч. Весной и осенью до 0,5
МВтхч.
Летом выработка от солнечных батарей-70%, солнце-20-25%
Весна- 50% от СБ, 50% от ВЭУ.
Зима ВЭУ – 100%
37

38.

38

39.

39

40.

Ветро-солнечно-дизельная станция
д.Пялица
• . Ветротурбина ANTARIS мощностью 5 кВт – 4 шт. Длина лопастей
4,8м
2. Панель фотоэлектрическая мощностью 0,2 кВт – 60 шт.
3. Дизель генератор АД30С-Т400-1РМ8 мощностью 30 кВт – 2 шт.
Дата ввода май 2014 года
Среднегодовая выработка 26 475 кВт∙ч
40

41.

Результаты эксплуатации ВСДЭС в селе
Пялица
• Проект ветро-солнечно-дизельного комплекса, установленного
на Кольском полуострове, был назван успешным примером
использования ВИЭ в качестве автономного источника энергии
в удаленных поселениях. Данный проект реализовывается
рамках региональной программы энергосбережения с
привлечением федерального финансирования.
• Немногочисленные жители удаленного поселка (14 человек)
получили круглосуточное электроснабжение. До ввода в
эксплуатацию установки электричество подавалось только по 810 часов в сутки.
• По данным регионального Агентства по энергетической
эффективности, за полгода эксплуатации комплекса
гарантированного электроснабжения в п. Пялица был получен
экономический эффект примерно в 3,5 млн руб.
• если для 12-часового электроснабжения Пялицы требовалось
порядка шести тонн дизельного топлива в месяц, то теперь при
24-часовом электроснабжении требуется всего одна тонна.
41

42.

Основной итог проекта Пялица
Общая сумма проекта, начатого в 2014 году, составила 103 795,9 тысяч рублей.
Их них 15 511,3 тысяч – средства федерального бюджета,
83 094,8 тысяч – областного, и
5189,8 тысячи – местного
Ссылка :официальный сайт областного правительства
Всего для энергообеспечения трех поселков: Тетрино, Чапома, Чаваньга
необходимо 515 кВт энергии. 175 кВт из них (порядка 34%) будет
вырабатываться посредством ветра и солнца, – дизель. Это сделает удаленные
поселки лидерами среди других муниципальных образованийв области
развития ВИЭ.
В рамках проекта, реализуемого проекта в сёлах Тетрино, Чапома и Чаваньга,
Было предусмотрена установка 10 ВЭУ по 10 кВт и 4 ВЭУ по 5 кВт;
4 дизельгенератора по 88 кВт и 2 дизельгенератора по 17,6 кВт;
а также 300 солнечных панелей общей мощностью 75 кВт.
Ожидаемые результаты от реализации проектов – сокращение объемов
потребляемого топлива и дизельных масел. По официальным данным,
планируемая экономия топлива должна составить:
не менее 231 тонны в год,
масла – не менее 1,56 тонн ежегодно.
42

43.

Опыт применения ВСДЭС . Село Пялица
Ветроустановки Антарис -5
43

44.

Ветро-солнечно-дизельная станция села
Тетрино
Ветротурбина ANTARIS мощностью 5 кВт – 4 шт.
Панель фотоэлектрическая мощностью 0,27 кВт – 60 шт.
Дизель генератор FGWilson Р22 мощностью17,6 кВт
– 2 шт.
Дата ввода - июнь 2015 года
44

45.

ВСДЭС села Тетрино
45

46.

село Чапома
46

47.

Ветро-солнечно-дизельная станция
села Чапома
Ветротурбина ANTARIS мощностью 10 кВт – 5 шт.
Панель фотоэлектрическая мощностью 0,27 кВт – 120
шт.
Дизель генератор FGWilson Р110 мощностью
88 кВт – 2 шт.
Дата ввода в эксплуатацию - май 2016 года
Дата вывода ВЭУ из строя -октябрь 2017 г
Дата ввода в строй -8 ноября 2018г.
Длина лопастей -5,6м
47

48.

ВСДЭС села Чапома Терского Берега Мурманской области
48

49.

49

50.

50

51.

51

52.

ВСДЭС села Чаваньга
Ветротурбина ANTARIS мощностью 10 кВт – 5 шт.
Панель фотоэлектрическая мощностью 0,27 кВт – 120
шт.
Дизель генератор FGWilson Р110 мощностью 88 кВт
– 2 шт.
Дата ввода в эксплуатацию - сентябрь 2015 года
Дата вывода ВЭУ на ремонт октябрь 2017г
Дата ввода в строй - 1 ноября 2018 г.
52

53.

ВСДЭС села Чаваньга
53

54.

Действующие ВЭС в России, работающие на общую сеть
54

55.

По
данным
Российской
ассоциации
ветроиндустрии (РАВИ), на конец 2019 года в стране
функционировали 23 ветряные электростанции
общей установленной мощностью 190,54 мегаватта.
Еще девять, в том числе Кочубеевская ВЭС (210
мегаватт), были введены в эксплуатацию в 2020-м.
Сейчас мощность всех действующих ВЭС России
составляет около 1,1 гигаватта.
С учетом планируемых к вводу до 2030 года
новых объектов Кочубевская ВЭС окажется уже вне
тройки крупнейших ВЭС страны, пальму первенства
должны перехватить саратовский парк "Средняя
Волга" суммарной мощностью один гигаватт,
Нижегородская ВЭС (350 мегаватт) и ветряная
электростанция Усть-Луга (300 мегаватт).
55

56.

Спасибо за внимание!!!
56