Ветряные электростанции — преимущества

Аккумулирование энергии

Проблема эффективного аккумулирования энергии, вырабатываемой ВЭУ, является одной из важнейших и наиболее сложных задач ветроэнергетики.

Выбор типа и емкости аккумулирующего устройства по своему существу относится к области оптимизации надежности энергоснабжения путем резервирования.

С помощью аккумулирующих устройств решаются следующие задачи:

     выравнивание пульсирующей мощности, которую вырабатывает ВЭУ в условиях постоянно меняющейся скорости ветра;

     согласование графиков производства и потребления энергии с целью питания потребителей в периоды, когда ветроагрегат не работает или его мощности недостаточно;

     снабжение объекта энергией по заданному графику;

     увеличение суммарной выработки энергии ветроустановкой;

     повышение эффективности использования энергии ветра.

Для реализации большинства задач применяют, как правило, так называемые емкостные аккумулирующие устройства, в которых запас энергии определяется 2–3-суточным потреблением. Они рассчитаны на использование в периоды достаточно длительных спадов скоростей ветра.

При решении вопросов, связанных с аккумулированием энергии, производимой ветроустановками, должны приниматься во внимание многие характеристики аккумуляторов:

   относительная масса;

   удельные затраты;

   длительность хранения энергии;

   сложность энергетических преобразований;

   безопасность эксплуатации и т.п.

Требуемая емкость аккумулятора зависит от типа и характеристик агрегата, режимов ветра, условий и схемы использования ветроустановки; мощности нагрузки и схемы потребителя. Она определяется также исходя из технико-экономических показателей, т.к. аккумулирование не должно приводить к большому увеличению затрат на энергоснабжение объекта.

Стремиться за счет аккумулирования к покрытию всех, даже самых длительных и редко повторяющихся затиший, нецелесообразно, т.к. это приводит к большим капитальным вложениям в систему аккумулирования и резкому увеличению стоимости производимой энергии.

Если требуется 100% обеспеченности потребителя, то целесообразно поставить дублирующий двигатель.

По своему устройству и принципу действия аккумуляторы могут быть объединены в следующие группы:

    механические (грузовые, пружинные, маховики);

    гидравлические;

    химические;

    тепловые;

    комбинированные.

Механические:

Недостатки – громоздкость, материалоемкость, низкий КПД; применяют в качестве буферных.

Гидроаккумулирование является одним из механических способов запасания энергии путем перевода кинетической энергии потока в потенциальную энергию массы воды, поднятой на некоторую высоту.

Ветроустановки с гидроаккумулированием могут выполняться по следующим схемам:

1.    Вода, поднятая из скважины ветродвигателем во время его работы, запасается в резервуаре или башне, а затем расходуется по мере необходимости на питьевые нужды.

2.   ВЭС работает на нагрузку потребителя, а избыточная энергия расходуется для перекачки воды из нижнего водоема в специальный верхний водоем. В период безветрия или малой скорости ветра энергия поднятой воды используется для получения энергии на турбинах ГЭС.

3.   ВЭС работает на насосы, а электроэнергию вырабатывают гидротурбины.

Совместная работа ВЭС и ГЭС дает возможность повысить установленную мощность последней при постоянном стоке воды.

Пневмоаккумуляторы представляют собой резервуары, в которые воздух нагнетается компрессорной установкой, приводимой от ветродвигателя, а затем расходуется на работу пневматического двигателя, вращающего рабочие машины.

При этом ветродвигатель может быть загружен компрессором полностью или частично. Тогда ветродвигатель отдает основную долю энергии через генератор, а избыточную через компрессор в пневмоаккумулятор.

Тепловые аккумуляторы запасают энергию в результате подвода к ним теплоты. Простейший тепловой аккумулятор – обычная мешалка, помещенная в теплоизолированный сосуд с водой.

Теплота является энергией относительно низкого качества и перевод ее в другой вид энергии связан с большими потерями.

Поэтому обычно в тепловую переводят «бросовую» энергию слабых ветров, которую нельзя преобразовать в качественную электроэнергию.

Тепловой аккумулятор представляет собой теплоизолированный бак с водой, в который помещен электронагреватель, запитываемый от генератора ветроустановки.

Водородное аккумулирование относится к разряду химического, в процессе которого энергия запасается и отдается в результате химических реакций.

Электрический ток, вырабатываемый генератором ветроустановки, подается на электролизер, где из воды вырабатывается водород и кислород, которые запасаются в специальных газгольдерах. Водород используется в двигателе для получения либо механической энергии, либо электрической высокого качества.

Главный недостаток – низкий КПД, 40…60%, потому что происходит двойное преобразование энергии.

Электрохимические аккумуляторы – особый класс химических аккумулирующих устройств – нашли широкое применение в ветроустановках.

В основном это свинцово-кислотные аккумуляторы. Они сравнительно недороги, имеют приемлемую долговечность, однако их удельная энергоемкость недостаточна и составляет ≈ 150 Дж/кг.

Но уже сегодня имеются аккумуляторы (серебряно-кадмиевые), имеющие в 4…4,5 раза большую удельную энергоемкость.

КПД электрохимических аккумуляторов – 70…80%, они не требуют сложных устройств, кроме реле напряжения и ограничителя зарядного тока, а при генераторе переменного тока соответствующие преобразователи и выпрямители.

Можно прогнозировать, что наиболее перспективным на ближайший период для крупных ВЭС будут системы водородного и гидравлического аккумулирования. Насосные ветроустановки будут снабжаться резервуарами, а электрические установки малой мощности – электрохимическими аккумуляторами.