Ветроэнергетика, конструкции и возведение ВЭУ


Студент ИГЭС V-1 Мищенко Андрей

Руководитель: Пергаменщик Б.К.

Как известно, основа современной энергетики – тепловые, атомные и гидроэлектростанции. К сожалению, все они не лишены ряда недостатков.

С каждым годом все большее внимание уделяется возобновляемым источникам энергии, а в некоторых странах поставлен курс на замещение традиционной энергетики – возобновляемой.  Основными и наиболее успешными на сегодня являются ветроэлектростанции.

К достоинствам ветроэнергетики можно отнести:

  • возможность расположения электростанций на суше и в море;
  • возможность создания как изолированной энергосистемы, так и с подсоединением к общей сети;
  • широкий диапазон изменения единичной мощности, сегодня — до 8 МВт (рис. 1), т.е. способность удовлетворять как локальные (электроснабжение дома), так и глобальные (электроснабжения страны) задачи;
  • возможность размещения ВЭС в непосредственной близости от потребителя, решая тем самым проблемы электроснабжения потребителей, значительно отдаленных от федеральных сетей;
  • относительно небольшие сроки строительства, полный цикл – 2 года, монтаж одной ВЭУ — от 7 до 10 дней [5];
  • экологичность; использование ВЭУ в настоящее время позволяет сократить мировые выбросы углекислого газа на 350 миллионов тонн в год, что равно годовому выбросу более 170 млн. легковых автомобилей. К 2020 году эта цифра возрастет до 1,1 млрд. тонн, что эквивалентно годовому выбросу углекислого газа от сжигания топлива в Японии. Использование ВЭУ даст возможность снизить расход воды в секторе энергетики, что является существенным, учитывая постоянный рост населения и растущее водопотребление. Безвозвратные удельные потери воды на атомных электростанциях более чем в 500 раз превышают потери воды на ВЭС (2,3 л/кВТ*ч против 0,004 л/кВТ*ч) [2,6].

 

К недостаткам ветроэнергетики чаще всего относят:

  1. высокую стоимость оборудования, при относительно небольшой единичной мощности;
  2. переменность (вариативность) параметров вырабатываемого электричества;
  3. шумовое воздействие;
  4. смертность птиц;

Однако:

  1. Принимая во внимание отсутствие затрат на топливо и СО2, низкие эксплуатационные расходы, дешевое техническое обслуживание, стоимость кВт*ч получается ниже, чем на угольных, газовых и атомных станциях. Тенденция снижения стоимости оборудования, обозначила в январе 2014 года удельные капиталовложения при строительстве ветрогенератора на шельфе 2,6 тыс. € /кВт, что почти в два раза ниже удельной стоимости АЭС (ок. 5 тыс. € /кВт) и близко к удельной для пылеугольной ТЭС [7].
  2. Площадку для строительства ВЭС выбирают после многолетних наблюдений за направлением и средней скоростью ветра в данной области, что позволяет построить станцию с предсказуемой выработкой электроэнергии. Исследование, проведенное в США, показало, что ВЭС мощностью 1500 МВт будет нуждаться в дополнительном вводе мощности всего лишь 8 МВт на традиционном топливе, для того, чтобы погасить дополнительные вариации выработки [8].
  3. На расстоянии 300 метров современный ветрогенератор не более шумный, чем обычный холодильник. Если болевой порог 140 дБ, то ВЭУ в 300 метрах – 35 дБ.
  4. По наблюдениям, ветрогенераторы является причиной смерти не более 0.01-0.02% от общей смертности птиц. В год, коты убивают в 230 раз больше птиц, чем ветряные установки.

Ветроэнергетика является одной из самых динамично развивающихся отраслей современной энергетики. Суммарная мощность установленных ВЭУ к концу 2014 года превысила 370 ГВт. Доля энергии ветра превысила 5% в мировом электропотреблении. В Евросоюзе, более 40% введенных мощностей в 2014 году – ветряные электростанции. Более 100 стран сегодня используют энергию ветра.

Во многих странах, включая Данию, Испанию, Португалию, Ирландию, Великобританию и Германию, уже превышен порог в 10% ветряной электроэнергии в энергобалансе страны. Пять стран с наибольшей установленной мощностью: Китай – 115 ГВт,  США – 65 Гвт, Германия — 40 Гвт, Испания – 23 ГВт, Индия – 22 ГВт.

Поражает воображение ветроэнергетика Дании, где при показателе суммарной мощности всего в 4 850 МВт, эта цифра составляет 39% от общего энергопотребления страны [6].

К 2020 году, планируемая доля ветроэнергетики в общем спросе на электроэнергию в Евросоюзе составит 17%. В Дании к этому году планируется 50% энергопотребления страны обеспечивать за счет ВЭУ, в Франции — 30%, в Германии – 20% [9].

Последние десятилетие активное развитие получила офшорная ветроэнергетика, преимущества которой в сравнении с материковой заключаются в отсутствии проблем транспортировки оборудования, освобождении земель, более высокой средней скорости ветра, что в итоге сокращает стоимость кВт*ч. По итогам 2014 года, в Европе установлено и подсоединено к энергосистеме 2488 турбины, суммарная мощность которых превышает 8 ГВт. Для установки ветрогенератора принимают различные опорные конструкции (рис. 2).

В данной работе я хочу предложить вариант строительства ВЭС в России. При выборе региона учитывались факторы:

  • удовлетворяющие требованиям характеристика ветра (среднегодовая и максимальная скорости ветра)
  • наличие шельфовой зоны
  • наличие потребителя
  • дефицит электроснабжения в регионе
  • порт с возможностью размещения компонентов и оборудования

В западной части страны, хорошим ветроэнергетическим потенциалом обладают Калининградская, Мурманская и Архангельская области и Краснодарский край. Электроснабжение Калининградской области осуществляется местными мощностями, на несколько процентов превосходящие потребности региона, следовательно, необходимости в строительстве ВЭС нет. Мурманская и Архангельская области обладают суровым климатом, что ведет к обледенению частей турбины, делающим проект нецелесообразным. Краснодарский край по своим климатическим и природным особенностям, активно развивающейся экономике, развитой сетевой инфраструктуре и наличием существенного дефицита энергоснабжения является наиболее подходящим регионом для строительства офшорной ветряной электростанции.

Среди городов края, наибольшей среднегодовой и максимальной скоростью ветра обладает местность в районе г. Новороссийск.

Среднегодовая скорость ветра в данном районе с учетом коэффициента возрастания скорости ветра с высотой составляет 7,1 м/с, что по техническим характеристикам турбин достаточно для их эффективного использования и делает строительство ветряной электростанции оправданным.

Подходящая шельфовая зона и наличие порта делает это место идеальным вариантом для строительства.

Суммарная установленная мощность объектов генерации края – 2082,1 МВт, и строительство ветропарка мощностью 240 МВт на 10% увеличит энерговыработку, что решит проблему дефицита электроэнергии.

Для ветропарка можно принять 40 турбин последнего поколения компании Siemens (рис. 3), единичной мощностью – 6,0 МВт.

Ветрогенераторы расположим в два ряда по 20 установок (рис. 4). Расстояние между рядами – 1,5 км, между агрегатами в продольном направлении – 1 км. Такое расстояние является оптимальным, и исключает влияние вихревых потоков на соседние установки. Среднее расстояние до берега – 2 км.

Глубина в данной зоне около 50 метров. Наиболее подходящей опорной конструкцией на такой глубине является конструкция каркасного типа.

Оценочная стоимость Новороссийской ВЭС около 620 млн. долларов, удельная стоимость – 2 600 $ /кВт. Такая стоимость всего на 20% выше удельной стоимости кВт энергии на Адлерской ТЭС мощностью 360 МВт, введенной в эксплуатацию в начале 2013 года.

Процесс возведения ветропарка начинается с установки опорных конструкций каркасного типа.

Каркасная конструкция (рис. 5) представляет собой четырех-, реже трехножную  решетчатую стальную конструкция. Точками опоры являются цилиндрические рукава, в которые погружаются сваи для надежного крепление установки на морском дне.

Этапы установки каркасной конструкции показаны на рис. 6.

По завершению монтажа опорной конструкции, начинается процесс установки элементов ветрогенератора. Первоначально происходит складирование всех необходимых для ветрогенератора компонентов и оборудования в порту (рис. 7), после чего отдельные части транспортируются на строительную площадку. На месте строительства, башня ветрогенератора монтируется на готовую опорную конструкцию (рис. 8), которая была установлена ранее. Затем устанавливается гондола (рис. 9) и все лопасти поочередно (рис.10). Как монтаж был завершен, производят пуско-наладочные работы и ввод в эксплуатацию (рис. 11).

Рейтинг: 0

Автор публикации

0
не в сети 3 года

Андрей Мищенко

Комментарии: 0Публикации: 2Регистрация: 18-02-2016

Оставьте комментарий


Яндекс.Метрика
Авторизация
*
*


Регистрация
*
*
*

Генерация пароля