Укажите срок службы вэу ветроэнергетическая установка

Особенности ветроэнергетических установок: достоинства и недостатки оборудования

Обновлено: 14 января 2021

Энергоснабжение регионов России распределено крайне неравномерно. Имеются энергоизбыточные регионы, обладающие большими возможностями в обеспечении регионов, есть и районы с нехваткой энергоресурсов, нуждающиеся в поставках извне. Примечателен факт, что местности без электроснабжения встречаются в обоих категориях регионов, независимо от общей обеспеченности. Поэтому населению таких пунктов приходится изыскивать способы решения вопроса своими средствами.

Наиболее частым методом решения вопроса являются дизельные электростанции, которые обходятся довольно дорого и нуждаются в постоянных поставках топлива. Расходы на обслуживание и заправку таких устройств вынуждают вести поиск альтернативных источников. В последнее время внимание потребителей все чаще бывает сосредоточено на ветрогенераторах, так как этот источник абсолютно бесплатный, присутствует повсеместно, обладает большими возможностями в сфере энергетики.

Что такое ветроэнергетические установки?

Ветроэнергетические установки представляют собой комплексы оборудования, предназначенного для выработки, подготовки и снабжения потребителей электрическим током. Поскольку ветер является бесплатным источником энергии, все расходы на выработку тока сводятся к первоначальным вложениям на приобретение (или создание) ветрогенератора и смежного оборудования и последующее обслуживание.

Если сравнивать затраты на проведение линии электропередач или кабеля до отдаленных пунктов, то экономический эффект от использования ВЭУ в большинстве случаев оказывается довольно высоким. При этом, следует учитывать большую разницу в стоимости крупных ВЭУ и небольших установок, действующих в пределах одной усадьбы.

Частой ошибкой, допускаемой при расчетах экономической выгоды от использования ВЭУ, является рассматривание лишь одного варианта реализации методики — создания локальных энергетических комплексов (ЛЭК). Они рассматриваются только как энергоустановки местного значения, обеспечивающие энергией весь населенный пункт. Отсюда возникают высокие расходы на приобретение, потребность в дорогостоящем обслуживании и материалоемкость устройства.

Частные источники, способные обеспечить энергией отдельный дом, практически не рассматриваются, из виду упускается наиболее эффективный и необходимый сектор ветрогенераторов.

Достоинства и недостатки ВЭУ

Преимуществами ВЭУ являются:

• возможность обеспечения электроэнергией любые пункты, вне зависимости от степени удаления от магистральных линий;
• нет необходимости создавать большую энергетическую станцию, можно использовать отдельные компактные установки;
• готовая ВЭУ не нуждается в топливе или иных ресурсных поставках.

При этом, существуют некоторые недостатки:

• Выработка электроэнергии производится посредством ветровых потоков и полностью зависит от их силы и равномерности. В тихую безветренную погоду производство электротока невозможно.
• Полученный ток не годится для использования без подготовки, которая требует наличия определенных устройств.
• Ураганные ветра или шквалистые порывы могут разрушить или вывести установку из строя.

Важно! Как достоинства, так и недостатки ВЭУ являются их специфическими характерными качествами. При отсутствии других возможностей имеющиеся недостатки попросту устраняются принятием соответствующих мер.

Единственным действительно серьезным препятствием, ограничивающим использование ветрогенераторов, является высокая стоимость промышленных установок. Создание самодельных устройств требует определенных навыков и некоторой подготовки, что также замедляет распространение ветроэнергетических устройств среди населения.

Принцип работы ветроэнергетических установок

Ветроэнергетическая установка представляет собой комплекс оборудования, в состав которого входят:

• ветрогенератор,
• аккумулятор,
• инвертор,
• коммутационное оборудование, кабель, прочие устройства.

Внимание! Имеется много вариантов конструкции ветряков, но общий состав установки практически неизменен.

Принцип действия ветроустановок основан на использовании энергии ветра. Поток воздействует на лопасти рабочего колеса, приводя их во вращение. Оно передается на генератор, производящий электроток. Генератор заряжает аккумуляторы, напряжение с которых подается на инвертор, создающий переменный ток 220 В 50 Гц, необходимый для потребителей.

Существуют отдельные ветряки, питающие насосы или иные несложные устройства, которые подают напряжение напрямую на потребляющий прибор. Но, при возникновении нештатных ситуаций, например, внезапном усилении ветра, потребитель может выйти из строя вследствие резкого скачка напряжения.

В последнее время значительно увеличился интерес к ветроэнергетике со стороны изобретателей и конструкторов. Постоянно появляются новые конструкции, которые обладают все большими возможностями. В частности, ведутся активные поиски способов увеличения КПД ветряка, и некоторые варианты имеют весьма высокие показатели по сравнению с применяющимися в настоящее время промышленными образцами ВЭУ.

Учитывая, что максимальное использование энергии ветрового потока согласно расчетам не может превышать 59,3%, а реальное использование намного ниже и составляет от 10%, то возможности для увеличения эффективности установок весьма высоки.

Виды оборудования

Существует две группы ВЭУ, отличающиеся друг от друга положением оси вращения рабочего колеса:

• Горизонтальные. Внешне напоминают пропеллер.
• Вертикальные. Лопасти таких устройств вращаются вокруг вертикальной оси. Имеется большое число конструкций вертикальных ветряков.

Принципиальным отличием этих двух типов конструкции является необходимость ориентирования горизонтальных устройств по направлению ветра и нетребовательность к этому вертикальных ветряков. Кроме того, для горизонтальных устройств обязательно наличие высокой мачты, так как расположение на высоте обеспечивает более интенсивное воздействие потоков ветра на ротор. Вертикальные конструкции в подъеме над уровнем земли нуждаются в меньшей степени.

При этом, эффективность горизонтальных ветряков в целом выше, чем у вертикальных устройств. Это происходит потому, что лопасти вертикальных роторов испытывают как полезное воздействие на рабочие части, так и противодействующие нагрузки на обратные стороны. Снижение уравновешивающего воздействия потока на обратные стороны лопастей является основной задачей конструкторов, пытающихся разработать наиболее удачную форму рабочего колеса.

Существуют опытные образцы, обеспечивающие высокую эффективность использования потока, но широкого производства таких устройств пока не наблюдается.

Устройство

Общий состав комплекса практически одинаков и различается только типом конструкции ветряка.

Горизонтальные ветрогенераторы

Установки с горизонтальной осью вращения имеют практически одну конструкцию. Они представляют собой горизонтальную ось с хвостом и ротором на противоположных концах. Ось имеет возможность свободного вращения вокруг вертикальной оси, необходимое для установки ротора по направлению ветра. Это происходит автоматически, при помощи хвоста. Ротор представляет собой род пропеллера, вращающегося при воздействии ветрового потока на лопасти.

Принципиального различия между разными моделями горизонтальных ветряков нет. Они отличаются типом лопастей:

Первые сделаны из прочного материала, вторые представляют собой жесткую рамку, обтянутую плотной тканью или подобным материалом. Кроме того, имеются образцы с различной формой лопасти:

• в виде прямой лопатки;
• в виде архимедова винта.

Имеются парусные модели, созданные для получения максимального эффекта от воздействия ветрового потока. Они не имеют вращающихся частей, поверхность паруса создает давление на поршневую систему, взаимодействующую с генератором.

Важно! Большая площадь лопастей позволяет получать больше энергии от взаимодействия с воздушным потоком, но создает значительное сопротивление ветру, опасное при возникновении шквальных порывов.

Ротор горизонтальной конструкции нуждается в установке на высокую мачту. Это увеличивает эффективность получения ветровой энергии, но осложняет процесс монтажа и обслуживания устройства. Мачта должна быть надежно закреплена и усилена растяжками, чтобы имелась возможность выдерживать ураганные порывы ветра. Высота мачты выбирается таким образом, чтобы ветряк возвышался над всеми ближайшими зданиями и сооружениями. При этом, место установки также выбирается на возвышении, что позволяет снизить высоту мачты и облегчает монтаж.

Вертикальные ветряки

Ветрогенераторы вертикальных конструкций имеют меньшую эффективность использования потока ветра, но с точки зрения эксплуатации они намного предпочтительнее. Их преимущества:

• нет нужды ориентировать ротор по направлению ветра;
• устанавливать устройство на высокую мачту необязательно, так как большой разницы в эффективности нет;
• устройства имеют более простую конструкцию, что удобнее при самостоятельном изготовлении.

Изначально вертикальные конструкции имели две лопасти, имеющие форму желоба, расположенные диаметрально вдоль оси вращения. Впоследствии появились другие варианты, имеющие большее количество лопастей или иную форму. На сегодня различных конструкций известно довольно много. Вот некоторые из них:

Работы по созданию новых типов конструкции ведутся непрерывно, поэтому привести полный перечень имеющихся конструкций невозможно.

Внимание! Вертикальные конструкции ветрогенераторов намного доступнее для самостоятельного изготовления, что явилось причиной появления большого количества вариантов конструкции.

Особенности конструкции

Основная особенность конструкции ВЭУ — наличие подвижного ротора, передающего вращающий момент на генератор. Этот узел является наиболее ответственным во всей конструкции, требующим качественного изготовления, прочности и устойчивости к нагрузкам.

Кроме того, помимо надежности, ротор должен достаточно чутко реагировать на контакт с ветровыми потоками и начинать вращение при относительно слабых значениях. Это особенно важно, если учитывать особенности климата России, где преобладают слабые и средние ветра. Способность стартовать при малых ветрах высоко ценится у ветрогенераторов, большинство разработок создано именно для увеличения чувствительности к малым потокам.

Нестабильность и слабые скорости ветра являются основными причинами недостаточного развития ветроэнергетики в России. Расходы на альтернативные источники электроснабжения чаще всего выше, чем на традиционные методы, что объясняет малое присутствие ВЭУ. При этом, решение вопроса с помощью дизельных электростанций способствует отрицательному воздействию на окружающую среду в виде выбросов продуктов горения топлива.

Использование дармовой энергии ветра при правильно распределенных вложениях и применении наиболее эффективных конструкций способно дать немалый экономический эффект и способно решить проблему для регионов с недостаточным энергоснабжением.

Технические характеристики

К основным техническим характеристиками ВЭУ относятся:

• номинальная мощность устройства,
• минимальная скорость ветра, при которой происходит запуск ротора,
• максимальная скорость ветра, при которой требуется торможение вращающейся части.

Помимо этих параметров важно определить срок окупаемости устройства, его долговечность и расходы на содержание. Эти факторы являются определяющими при выборе источника электроснабжения между дизельными станциями и ВЭУ. Для регионов со слабыми ветрами такой выбор весьма актуален, поскольку вкладываться в заведомо неэффективный комплекс нерационально и не способствует решению проблемы.

Ветроэнергетические установки являются перспективным вариантом решения проблемы энергообеспечения для отсталых регионов. При грамотном подходе и использовании оптимального комплекта оборудования, можно создавать как мелкие станции, обеспечивающие отдельные жилые дома, так и более крупные установки, способные снабжать энергией населенные пункты.

Возможность производства энергии без нанесения ущерба экологии региона должна ставиться в первоочередные задачи, и ветроэнергетика в этом отношении является наиболее удачным вариантом решения проблем.

Источник

Новый поворот: пропасть или взлёт? Теперь срок службы ветряков производства GE – 40 лет

В мае текущего года производитель ветрогенераторов GE Renewable Energy и сертификационная организация TÜV Nord представили сертификацию проекта одной из моделей наземной ветроустановки данного производителя сроком на 40 лет и планируют распространить её и на другие продукты. Но станет ли такой срок более привычным для отрасли? В WindpowerMonthly решили взвесить все «за» и «против».

Сертификат сроком на 40 лет выдан на ветроустановки GE модели «2.7-116», но компания намеревается получить аналогичный документ на тот же срок и для другой модели – «2.7-127».

Заявив об «очередном прорыве в испытаниях и сертификации ветроустановок», компания GE представила на выставке Американской ассоциации ветроэнергетики 2019 (англ.: AWEA Windpower 2019), прошедшей в г. Хьюстон (штат Техас, США), заключение о соответствии проекта по результатам проведённой оценки (англ.: design evaluation conformity statement, сокр.: DECS), выданное сроком на 40 лет, для собственного ветрогенератора модели «2.7-116» в соответствии со стандартом МЭК 61400-22:2010 (“Установки ветроэнергетические. Часть 22. Оценочные испытания и сертификация”, англ.: IEC 61400-22).

Разумеется, разработке ещё только предстоит доказать свои достоинства на рынке, но её успех может означать слом представлений о сроке эксплуатации ветроустановок.

«Мы полагаем, что нашим клиентам немаловажно [увеличение срока эксплуатации], поскольку это поможет снизить нормированную стоимость электроэнергии и риски для ветроэлектростанций в целом, а ведь и то, и другое является наиболее актуальной задачей по мере роста и развития отрасли», – заявила генеральный управляющий по глобальному развитию продуктов GE в сфере наземной ветроэнергетики Шери Хикок (Sheri Hickok) на выставке в Хьюстоне.

В ABO Wind, компании-разработчике проектов из ФРГ, отнеслись к подобному подходу в вопросе сертификации с энтузиазмом, поскольку, по словам представителя компании, более длительный срок службы «улучшает экономические характеристики» ветроэнергетических проектов.

«ВЭУ, рассчитанная на 40 лет, в теории может произвести вдвое больше электроэнергии, чем ВЭУ, работающая 20 лет, а аренду участка под проект можно было бы согласовать на более длительный период, чтобы избежать необходимости пересматривать её условия в дальнейшем.

«Кроме того, инвесторам придётся платить бόльшие деньги при покупке такого проекта, ведь более длительный период эксплуатации принесёт и более высокую прибыль», – добавила представитель компании.

Максимизация проектов

Увеличение сроков эксплуатации ВЭУ может стать привлекательным фактором для фирм-разработчиков по всему миру, перед которыми встаёт дилемма, подобная той, с которой уже столкнулись немецкие компании-операторы, энергетические проекты которых уже приближаются к концу своего 20-летнего периода финансовой поддержки и обеспечения процесса проектирования.

Подобным старым проектам часто отказывают в модернизации с заменой основного оборудования из-за новых правил ландшафтного планирования. В результате операторы заинтересованы в эксплуатации оригинальных ветроустановок в течение как можно большего периода времени, с тем чтобы максимально продлить срок службы проекта в целом.

«Сертификация ветрогенератора на более длительный срок отсрочила бы необходимость проведения независимой экспертизы на любой период сверх проектного срока службы. Такая экспертиза обходится в сумму от 10 000 до 20 000 евро и может оказать существенное влияние на те рынки, где экономические характеристики проекта находятся в жёстких рамках, например, в Германии», – заявил руководитель отдела разработки и продажи продукции в отделе сертификации проектов возобновляемых источников энергии в DNV GL Андреас Камлайтнер (Andreas Kamleitner).

Терра инкогнита

Продление срока службы наземных ВЭУ до 40 лет, что вдвое превышает нынешний стандарт, – это весьма серьёзный шаг. Существует довольно малое число ветряков мощностью более 2 МВт, проработавших в течение 20 лет, а практика эксплуатации от 30 лет и выше – отсутствует как таковая.

40-летний срок эксплуатации поставит ветроустановки в один ряд с угольными и газовыми электростанциями.

Но возросшая продолжительность эксплуатации дополнительно потребует и обновления подхода к текущей деятельности, более частых проверок, изменения подходов к ремонтно-профилактическим работам и почти наверняка необходимости замены компонентов, хотя до полной замены гондолы и лопастей на опоре и фундамента дело не дойдёт.

Сертификация

По словам Майка Вёббекинга (Mike Wöbbeking), исполнительного вице-президента по проектам возобновляемых источников энергии в TÜV Nord, по сравнению с привычными для отрасли заключениями о соответствии проекта по результатам проведённой оценки, выдаваемыми сроком на 20 лет, выпуск одного заключения, покрывающего 40 лет службы ветрогенератора, также будет более дорогостоящим.

Как правило, «на выдачу одного заключения уходит от трёх до девяти месяцев, при этом привлекаются специалисты из самых разнообразных областей: управление изменениями нагрузки, электроника, машиностроение, технология строительного производства для фундаментов и башен, а также охрана труда. «Ценник» оказывается шестизначным», – заявил он.

Объём работ по заключению и, следовательно, его стоимость также зависит от габаритов промышленной установки. Для установки мощностью 2,7 МВт она будет менее внушительной, чем, скажем, для морского ветряка мощностью 12 МВт, но процесс может занять больше времени при исследовании компонентов, производимых разными компаниями, а не одной.

«Производителю ветроустановок, имеющим целью получение сертификата сроком на 40 лет, придётся положить на одну чашу весов дополнительные затраты, которые будут включать в себя разработку и производство компонентов с увеличившимся сроком службы силами поставщиков этих компонентов, и, возможно, потребующуюся дополнительную замену редуктора, генератора и лопастей в течение срока эксплуатации, а на другую – выигрыш, заключающийся в более низкой стоимости энергии, «распределённой» на весь увеличившийся срок службы ветряка», – заявил г-н Вёббекинг.

Как складываются тенденции

Несмотря на все эти требования, ситуация может измениться как раз в направлении увеличения периода эксплуатации, хоть и не до планки, установленной GE.

«Срок службы ветроустановок определяется требованиями наших клиентов. Серия «EP3» рассчитана как минимум на 25 лет», – заявил представитель Enercon, немецкого производителя ВЭУ.

Тем не менее, радикальное увеличение срока эксплуатации ветряков может оказаться «палкой о двух концах».

«Если рассматривать чисто техническую сторону вопроса, срок эксплуатации может составлять хоть 40, хоть даже 50 лет, но, как и в автомобильной промышленности, производители оборудования хотят использовать новые технологии собственного производства и далее продавать установки», – отметил г-н Камлайтнер из DNV GL.

«Инвесторы побоятся подходить к расчёту [возврата инвестиций] на срок от 40 до 50 лет, так как многое за это время может измениться – динамику цен на электроэнергию трудно предсказать и на более короткие периоды, не говоря уже о 20–30 годах. Кроме того, по истечении 20 лет расходы на эксплуатацию и содержание объектов имеют тенденцию только к росту», – заявил г-н Камлайтнер.

«40-летний срок эксплуатации – это вдвое выше текущего стандарта. Изменения на рынке трудно предугадать на такую продолжительную перспективу, а внедрение усовершенствованных разработок будет замедлено ввиду того, что менее производительное оборудование будет продолжать работу вместо того, чтобы его заменили на передовые модели», – добавил представитель Enercon.

В то же время, как указал г-н Камлайтнер, если перевернуть представления о сроках эксплуатации ветроустановок «с ног на голову», «выдача сертификатов сроком на 40 лет будет свидетельствовать о более надёжных характеристиках установки, которую в течение более короткого периода времени можно будет использовать на пределе её проектных ограничений с целью обеспечения более высокой производительности и извлечения большей финансовой прибыли в сжатые сроки».

Источник