Основы энергосбережения и нетрадиционные источники энергии

Рис. 2.77. Размещение ВЭУ ветропарка вблизи лесных массивов

Одним из требований размещения ветропарков является отсутствие в выбранном районе предполагаемого строительства водоемов, таких как рек, озер, болот, т. к. их наличие приведет к различным техническим проблемам, в частности:

–невозможности использования большегрузного крана для монтажа ВЭУ;

–трудностям при прокладке кабельных трасс для соединения электрической части ВЭУ;

–усложнению конструкции фундамента ВЭУ, вызванному возможным высоким уровнем грунтовых вод;

–необходимости насыпке (намывке) грунта и поднятию уровня земли строительного участка.

Для определения наилучшего места для будущего расположения ветропарка необходимо:

–знать наилучшие ветровые условия окрестной местности;

–иметь карту, по которой можно будет правильно спланировать конкретное место для строительства ветропарка (рис. 2.78);

Основными факторами, которые влияют на принятие решения

оразмещении ветропарка, являются:

–наличие близлежащих хороших подъездных путей (морские порты, ж/д станции и ж/д пути, автомобильные дороги и т. д.) или возможность строительства специальных временных дорог для транспортировки крупногабаритных конструкций (рис. 2.79);

–близость места размещения ВЭУ к высоковольтным линиям электропередачи (возможные места подключения ветропарка к вы-

121

соковольтной сети напряжением 110 кВ), возможности прокладки высоковольтного электрокабеля.

Рис. 2.78. План размещения ВЭУ типа «NORDEX N-80/2500»

Рис. 2.79. Транспортирование конструктивных элементов ВЭУ

Разрешение на размещение ветропарка выдается районной администрацией после согласования с экологическими, санитарно-эпи- демиологическими, пожарными службами, лесничеством и другими организациями, в том числе Министерством обороны, так как ВЭУ влияют на радиосвязь и работу радиолокационных станций.

122

2.3.6. Использование ветроустановок для водоснабжения, мелиорации и других целей

В сельском хозяйстве для подъема воды из любых водоисточников (скважины, колодца, открытого водоема) без применения электропровода или двигателя внутреннего сгорания может быть использована технология с применением ветронасосных установок, которые принадлежат к числу современных устройств данного класса и приблизительно идентичны по ряду основных параметров (рис. 2.80).

Рис. 2.80. Общий вид ветронасосной установки

Ветронасосные установки бесшумны в работе, не требуют постоянного контроля за их работой, удобны в эксплуатации, снабжены устройством, позволяющим качать воду при отсутствии ветра в ручном режиме, позволяют подавать воду ритмичными порциями, и могут быть использованы при поливе участков по бороздам, капельным методом, дождеванием. При использовании емкости для накопления воды полив может осуществляться прогретой солнцем водой.

В ходе исследований установлено, что для целей водоснабжения, мелиорации оптимальная мощность источников энергии составляет 4–10 кВт. Для этих целей во многих странах, в том числе в Беларуси разработан ряд установок. Именно под этот параметр и была разработана ветроэлектрическая установка АВЭУ6-4М российского НПО

123

«Ветроэн» (РФ) (рис. 2.81). По аналогичному назначению может использоваться и ВЭУ 6,3 (6,3 кВт) производства фирмы «АэролаЭнерго» (Республика Беларусь) (рис. 2.82).

Рис. 2.81. Схема использования ВЭУ АВЭУ4-4М

Рис. 2.82. Общий вид ВЭУ-6,3 фирмы «Аэрола-Энерго»

124

2.3.7.Состояние, перспективы и новые направления

вразвитии ветроэнергетики

Как видно из рис. 2.83, 2.84 в мире ветроэнергетика находится в состоянии постоянного роста. Суммарная установленная мощность ветроэнергетики в 2016 г. составила 487 ГВт. Наибольшая динамика роста наблюдается в Китае (+23 %). В первые 5 стран по развитию ветроэнергетики входят Китай, США, Германия, Индия и Испания. Учитывая размеры стран, наибольшие успехи в развитии ветроэнергетики имеет Германия (см. рис. 2.84).

Рис. 2.83. Тенденция развития мировой ветроэнергетики

125

Ветроэнергетика получает свое развитие и в Республике Беларусь. По сведениям Департамента по энергоэффективности на 01.08.2017 г.

встане действует 78 ВЭУ с общей мощностью 75,9 МВт. Запущен

вэксплуатацию первый ветропарк в Новогрудском районе, который включает 6 ВЭУ каждая мощностью 1,5 МВт (рис. 2.85). В 2017 г. введена в эксплуатацию ВЭУ фирмы Vestas мощностью 3,3 МВт (высота мачты – 120 м.).

Рис. 2.85. Общий вид первого в Республике Беларусь ветропарка мощностью 9 МВт

Можно выделить следующие направления и тренды развития ветроэнергетики:

–увеличение установленной мощности ВЭУ (до 10–20 мВт) (рис. 2.86);

–расширение строительства офшорных ветропарков;

–совершенствование автономных ветроэнергетических систем;

–разработка новых более эффективных ветротурбин;

–снижение стоимости электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ

(рис. 2.87).

126

Рис. 2.86. Тренды в развитии ветроэнергетики

Рис. 2.87. Тренды в изменении стоимости электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ

Новые конструкции ветроустановок. Аэродинамическая турби-

на AeroGreen (РФ). Основана на использовании турбинных технологий и оригинальной конструкции, обеспечивающей увеличение коэффициента использования воздушногопотока вдва раза (рис. 2.88). Конструкция турбин AeroGreen обеспечивает не только хорошую шумоизоляцию, но исключает опасность попадания посторонних предметов, птиц в плоскость вращения, а также обеспечивает воз-

127

можность работы аэродинамической турбины даже при самых неблагоприятные погодных условиях (снег с дождем, град, шквалистый ветер, ураган и т. п.).

Рис. 2.88. Общий вид ветротурбин AeroGreen

Ветроколесо AeroGreen, в отличие от ВЭУ трехлопастной схемы вращается не в вертикальной плоскости, а в горизонтальной, т. е. параллельно земле. Воздушные массы, с любой стороны перемещаются по сужающему корпусу ветроустановки вверх вдоль вертикально установленных ребер и направляются через лопатки ветроколеса в зону разряжения верхнего обтекателя. Эти особенности конструкции позволяют получить ускорение воздушного потока и обеспечивают вращение ветроколеса уже при скорости ветра от 1,5 м/с.

Как видно из рис. 2.89 ветротурбина AeroGreen по сравнению с обычными ВЭУ с вертикальной и горизонтальной осью вращения имеет преимущества по уровню шума, диапазону ветровых скоростей и стоимости киловатт вырабатываемой электроэнергии.

128

Рис. 2.89. Сравнительные характеристики ветротурбин

Перспективным направлением в дальнейшем развитии ветроэнергетики является перепрофилирование выводимых из разработки шахт, рудников и других подземных предприятий в ветроэнергетические станции. Согласно проекту (Украина), в горных выработках закрытых шахт будет размещаться каскад ветроэнергетических установок (турбинные ветрогенераторы). Их будет приводить в действие естественная тяга воздуха, возникающая из-за разности температур, на земной поверхности и в подземных тоннелях.

2.4.Геотермальная энергетика

2.4.1.Физические особенности геотермальной энергетики. Характеристики термальных вод

Геотермальная энергетика – направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии на геотермальных станциях за счет тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Источниками тепловой энергии Земли являются процессы, протекающие в ее недрах, и энергия Солнца.

К внутренним источникам тепла относят радиогенное тепло, которое создается благодаря распаду рассеянных в горных породах изотопов урана, тория, калия и иных радиоактивных элементов, и тепло, обусловленное различными процессами, протекающими в Земле (гравитационной дифференциацией, плавлением, химическими реак-

129

циями с выделением или поглощением тепла, деформацией за счет приливов под действием Луны и Солнца и некоторыми другими).

В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкий энергоноситель – вода, играющая важную роль в тепловом балансе верхних геосфер. Вода насыщает все породы осадочного чехла. Жидкая вода существует только до глубин 10–15 км, ниже при температуре около 700 °С вода находится исключительно в газообразном состоянии. Температура вглубь земли возрастает на 1 °C каждые 36 метров. На глубине 50–60 км при давлениях около 3 103 МПа исчезает граница фазовости, т. е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода (рис. 2.90).

Рис. 2.90. Термограмма земной коры

В любой точке земной поверхности на определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород, содержащие термальные воды (гидротермы). В связи с этим в земной коре следует выделять еще одну зону, условно называемую «гидротермальной оболочкой». Она прослеживается повсеместно по всему земному шару только на разной глубине.

130