Netradits_Energetika_Uch_1

Т а б л и ц а 2.15

Технические характеристики ВЭС

	Наименование величин		Тип установки
		ПВЭС-0,2		ВЭС-2	ВЭС-2	ВЭС-5
	Диаметр ветроколеса, м	1.5		3,6	4,8	8
	Число лопастей	3		3	3	3
	Высота мачты, м	4		8	8	12
	Диапазон рабочих скоростей ветра, м/с	4…20		4…25	4…25	4…25
	Расчетная скорость ветра, м/с	8		8	8	8
	Мощность при расчетной скорости вет-
	ра, кВт	0,1		1	2	5
	Макс. мощность (при скорости ветра
	14 м/с), кВт	0,2		2	4	10
	Частота вращения ветроколеса при рас-
	четной скорости ветра, об/мин	6000		300	230	140
	Максимальная частота вращения,
	об/мин	1200		650	500	300
	Тип генератора – синхронный много-
	полюсный бесконтактный генератор с
	возбуждением от постоянных магнитов
	Число фаз	3		3	3	3
	Число полюсов	16		20	20	42
	Параметры регулятора напряжения:
	– напряжениенавыходе, постоянное, В	12		24	220(60)	110
	– мощность, кВт	0,2		2	4	10
	Параметры инвертора:
	– число фаз			1	3	3
	– напряжение на выходе, В			220	220	380
	– мощность, кВт			1	2,5	6
	Масса ВЭС, кг	25		250	800	1200

Примечание. ВЭС-5 в стадии изготовления.

Оригинальный ветровой двигатель, учитывающий недостатки ветряных двигателей лопастного типа разработан в институте теоретической и прикладной механики (ИТПМ) Сибирского отделения Академии наук (ИТПМ СО РАН).

71

Основные недостатки ВЭУ лопастного типа:

–низкий крутящий момент ветрового колеса при скорости ветра

2…6 м/с;

–малая суточная продолжительность работы ВЭУ(5–6 часов);

–недостаточная прочность лопастей, не выдерживающих ветра

25 м/с;

–относительно высокая скорость вращения лопастей, что создает повышенную экологическую (шум) и эксплуатационную опасность и уменьшает срок службы ВЭУ.

ВЭУ ИТПМ СОРАН выполнен с комбинированными цилиндрами вместо лопастей, цилиндры имеют вращающуюся концевую часть и оборудованы дополнительными продольно ориентированными надстройками в виде трубок. ВЭУ эффективно работает при низких скоростях ветра (2...6 м/с), обеспечивает аэродинамический самозапуск и частичное регулирование, надежную работу при скоростях ветра до 40...60 м/с. Мощность ВЭУ может достигать 100...300 кВт и даже 500...1000 кВт. Скорости вращения в 4–5 раз ниже, чем у лопастного, что обеспечивает экологическую и эксплуатационную безопасность.

К установке проявлен интерес со стороны отечественных и зарубежных фирм [25].

К сожалению, несмотря на значительное число оригинальных разработок научно-исследовательских организаций России и научный задел по проблеме, состояние экономики России (на 2000 г.) не позволяет надеяться, в отличие от многих западных фирм, на коренные изменения в развитии ВЭС.

Наиболее перспективными для развития ветроэнергетики являются острова северных и дальневосточных морей, полуострова Ямал, Таймыр, Алтайский край и узкая полоса вдоль всего побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов. Здесь в пятой и четвертой зонах средняя скорость ветра (на высоте 40 м над землей) достигает 6...8 м/с, средний куб скорости превышает 600...800 м, энергетические штили (V < 3 м/с) сравнительно редки (15...24 % и менее) и кратковременны (4–5 часов подряд).

Более мощные ВЭС предполагают стационарное размещение с изготовлением фундаментов. Конструкция таких ВЭС показана на рис. 2.2.

72

Рис. 2.2. Конструкция ВЭС:

1 – тыльная часть лопасти; 2 – генератор; 3 – лопасть; 4 – мачта; 5 – кабель; 6 – падающая мачта; 7 – растяжка

Как указывалось ранее, в Новосибирском государственном техническом университете на кафедре электромеханики разработан ряд многополюсных синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов оригинальной конструкции. В этих генераторах применены однозубцовые дробные обмотки, позволяющие реализовать большое количество полюсов в габаритах генераторов классического исполнения малой и средней мощности. Генераторы спроектированы специально для применения в ВЭС таким образом, что их параметры согласованы с выходными характеристиками ветроколеса (мощность,

73

скорость вращения и т.д.). Эти генераторы могут найти применение и в микроГЭС.

На основе разработанных генераторов спроектирован ряд ветроустановок мощностью от 0,2 до 10 кВт.

Технические характеристики разработанных и изготовленных ВЭС приведены в табл. 2.15.

Самая маленькая переносная ПВЭС-0,2 предназначена для зарядки аккумуляторов, от которых могут питаться радиостанции, телевизоры, радиоприемники и другие маломощные потребители. Они содержат шестнадцатиполюсный синхронный генератор с установленным непосредственно на вал ветроколесом, мачту из труб с растяжками, стабилизатор напряжения и аккумулятор. Такая ВЭС легко может быть перевезена с одного места на другое, так как вся масса ее не превышает 25 кг.

6.4.2.3. Малая гидроэнергетика

На период 2000 г. в России эксплуатируется около 3000 малых ГЭС суммарной мощностью около 1000 МВт (в 50–60-е гг. их было 10 000). В целом энергетический потенциал малых рек страны используется менее чем на 1…2 %. Сам потенциал виден из табл. 2.16.

Т а б л и ц а 2.16

Ресурсы малой гидроэнергетики регионов России (млрд кВт ч/г.)

	Регионы	Валовый	Технический	Экономический
		потенциал	потенциал	потенциал
	Северо-Западный	81,6	31,5	24,1
	Центральный	8,2	3	2
	Волго-Вятский	3,4	1,3	0,9
	Центрально-Черноземный	1,5	0,6	0,3
	Поволжский	21,5	10,4	5,5
	Северный Кавказ	31,5	19,3	11,5
	Уральский	34,6	17,2	11,5
	Западная Сибирь	74,6	24,6	12,5
	Восточная Сибирь	390,8	128,4	66,77
	Дальний Восток	452	146	65,38
	ВСЕГО	1105,6	382,3	200
	74

Установленная мощность малых ГЭС, определенная программой развития малой энергетики, разработанной в 90-е гг., составляет около 800 МВт со средней многолетней выработкой электроэнергии более 30000 МВтч. Малые ГЭС проектируются в институтах: Гидропроект, Ленгидропроект Мособлгидропроект, Красноярскгидропроект, НИИ ЭС, ВНИИГ им. Веденеева. Гидросиловое и электротехническое оборудование изготавливается на АО «Ленинградский металлический завод», АО «Электросила», АО «Кировский завод», АО «Уралэлектротяжмаш», АО «Тяжмаш» (г. Сызрань), НПО ЦКТИ. В основном это оборудование рассчитано на большие напоры и мощность гидроагрегатов сотни и тысячи киловатт. Проектируются и строятся (2000 г.): малая ГЭС «Голубые озера» и ГЭС-3 на канале БаксанМалка, УстьДжегутинская МГЭС и Гергебельская МГЭС на Северном Кавказе, малая ГЭС совхоза Татауровский на Урале, малая ГЭС на р. Тоора-Хем в Сибири, Малая ГЭС на р. Быстрой и каскад Толмачевских малых ГЭС на Камчатке. Большое распространение получают микроГЭС различных типов, в том числе рукавные мощностью 1..3, 10...50 кВт с напором 2...10 м, собственно расходом 0,15...0,23 и 0,6...0,9 м³/с. На них чаще применяются пропеллерные гидротурбины

Рис. 2.3. Малая наплавная ГЭС мощностью 30 кВт:

1 – турбина; 2 – генератор; 3 – редуктор; 4 – трансформатор; 5 – система подъема и стопорения турбины; 6 – понтон

75

с диаметром рабочего колеса соответственно 235 и 460 мм, диаметром подводящего трубопровода 800 и 600 мм. Мощность (в зависимости от напора) лежит в пределах соответственно 0,5...10 и 5...50 кВт, напряжение 220 и 220/380 В, частота 5 и 50 Гц. Масса гидроагрегата 860

и 1680 кг.

Для малых ГЭС с гидроагрегатами, работающими при малых напорах (2...5 м) и больших расходах воды, могут найти применение наплавные микроГЭС, разработанные ОАО «Си6НИИЭ». Общий вид такой наплавной ГЭС с техническими характеристиками модуля 2×15 кВт показан на рис. 2.3. Техническая характеристика модуля гидроэлектростанции: размер-9000×6500×300 мм; диаметр рабочего колеса – 1800 мм; мощность генератора 2×15 кВт; напряжение – 38 В; частота 50(60) Гц.

6.4.2.4. Приливные электростанции (ПЭС)

Значительным возобновляемым энергоресурсом является приливная энергия. Она позволяет решить вопрос энергообеспечения за счет НВИЭ в особенности в прибрежных районах Северного Ледовитого и Тихого океанов.

В1968 г. в Кислой губе на Кольском полуострове была введена в

эксплуатацию впервые в мире экспериментальная Кислогубская приливная электростанция мощностью 450 кВт. На этой ПЭС проводятся исследования по отработке режимов работы электростанции, изучается ее воздействие на окружающую среду, материаловедческие исследования. Предполагается испытать на Кислогубской ПЭС новый тип – ортогональную турбину, разработанную Гидропроектом.

Разработано технико-экономическое обоснование для строительства Тугурской ПЭС в Хабаровском крае мощностью 6,8 млн кВт с выработкой электроэнергии 16,2 млрд кВтч в год и Мезенской ПЭС в Белом море (мощность 18,2 млн кВт, выработка электроэнергии – до 48 млрд кВтч в год).

Начато проектирование Кольской опытно-промышленной ПЭС мощностью 32 кВт.

Впоследние годы (2000 г.) ПЭС получают большое распространение в Индии, Китае, Корее.

76

На рис. 2.4 показан пример компоновки ПЭС (вариант Кислогубской ПЭС мощностью 450 кВт).

I

II

а

б

Рис. 2.4. Здание ПЭС:

а – продольный разрез; б – поперечный разрез; I – вид со стороны бассейна; II – вид со стороны моря

77

6.4.2.5. Солнечная энергетика (гелиоэнергетика)

В области солнечной энергетики наиболее перспективными признаны фотоэлектрические установки и электростанции с прямым преобразованием солнечного излучения в электроэнергию с помощью солнечных фотобатарей из моноили поликристаллического или аморфного кремния.

Фотопреобразование позволяет получать электроэнергию при рассеянном солнечном свете, создавать установки и электростанции различной мощности, изменять их мощность путем добавления или снятия модулей. Такие установки отличаются малым расходом энергии на собственные нужды, легко автоматизируются, безопасны в эксплуатации, надежны и ремонтопригодны.

Цена электроэнергии на солнечные фотоэлектрические установки за период 1985.. .2000 гг. снизилась в 5 раз – от 100 до 20 центов за 1 кВтч (однако остается еще высокой по сравнению с установками с другими ВИЭ).

В ПЛО «Астрофизика» в 90-х гг. были изготовлены и испытаны в Ставропольэнерго (г. Кисловодск) автономные гелиоэнергетические установки и блочные модульные электростанции мощностью 2,5 и 5 кВт на основе параболических концентраторов с металлическими зеркалами диаметром 5 и 7 м и различными преобразователями (двигателем Стирлинга, термоэмиссионными преобразователями и др.), оснащенные автоматическими системами слежения за Солнцем. В 1992 г. в Ростовском институте «Теплоэлектропроект» разработано технико-экономическое обоснование строительства солнечной экспериментальной электростанции (СЭС) мощностью 1,5 МВт в Кисловодске.

Современные солнечные коллекторы, производство которых в России в 2000 г. 10...20 тыс. м2 в год применяются для автономного теплоснабжения южных районов России – в Краснодарском и Ставропольских краях, Республике Дагестан, в Ростовской области. Перспективным является создание солнечных коллекторных установок теплоснабжения для индивидуальных потребителей, так как даже в средней полосе России 1 м2 солнечного коллектора экономит 100... 150 кг т у.т. в год. Кроме того, солнечные установки теплоснабжения и горячего

78

водоснабжения могут создаваться на территории любых котельных, работающих по открытой схеме при наличии свободных площадей для солнечных коллекторов. Мощность таких солнечных приставок может составлять 5…30 % от мощности котельных.

6.4.2.6. Тепловые насосы

Эффективная утилизация низкопотенциальной теплоты окружающей среды, промышленных и бытовых стоков с решением проблем энергоснабжения и энергосбережения обеспечивается с использованием тепловых насосов.

Их вовлечение в тепловой баланс позволяет уменьшить затраты первичной энергии и способствует оздоровлению окружающей среды, практически исключая вредные выбросы.

Варианты возможного использования тепловых насосов в энергетике видны из рис. 2.5 и 2.6.

Рис. 2.5. Принципиальная схема утилизации теплоты уходящих газов котлов с применением контактного теплообменника ресорбционнокомпрессионного теплового насоса:

Д – дегазатор; Р – ресорбер; К – компрессор; ДР – дроссель; Н – насос; ТО – теплообменник

79

Рис. 2.6. Принципиальная схема парокомпрессионного теплового насоса (ПНТ) с газотурбинной установкой:

К – компрессор; Т – газовая турбина; КС – камера сгорания

Тепловые насосы во многих странах используются как средство теплоснабжения. Они в 3–4 раза эффективнее электрокотлов. Их общая тепловая мощность превышает на 2000 г. 30 тыс. МВт. В США эксплуатируется около 7 млн тепловых насосов, из которых больше 50 % используется для отопления коттеджей. В Германии работает около 300 000 тепловых насосов. В Швеции, где действует более 150 тысяч тепловых насосов, более широко применяются крупные тепловые насосы мощностью 20...90 МВт. Новой областью применения тепловых насосов является создание высокотемпературных теплонасосных установок открытого цикла для получения пара промышленных параметров. Применение тепловых насосов открытого цикла на водяном паре перспективно на маневренных ТЭЦ, в системах пароснабжения от крупных загородных ТЭЦ, на ТЭЦ при выпаривании солевых растворов. Перспективны также тепловые насосы при охлаждении оборотной сетевой воды в системах дальнего транспорта тепла и утилизации теплоты дымовых газов. В России разработкой и внедрением тепловых насосов занимается СО РАН (институт теплофизики), ОАО «Иркутскэнерго». Изготавливаются тепловые насосы в Новосибирске, Москве, Нижнем Новгороде.

80