Автор: Е.В. Горохов, С.В. Турбин, Ю.П. Некрасов, М.В. Бусько
Источник: Донбасс-2020: перспективы развития глазами молодых ученых / Материалы II Международной научно-практической конференции тудентов, аспирантов и молодых ученых. Донецк, ДонНТУ 2004
Одной из важнейших проблем мирового сообщества в последнее время является топливно-энергетическая проблема. Запасы органического топлива снижаются, а цена имеет восходящий тренд. Данные проблемы являются особо актуальными для Украины, которая может покрыть потребности в электроэнергии за счет собственных энергоносителей только наполовину.
В развитых странах европейского сообщества, США и Японии давно поменяли энергетическую стратегию и перешли к поиску нетрадиционных источников электроэнергии, каковым безусловно является использование силы ветра ? ветроэнергетика. Ветроэнергетические станции в последнее время нашли широкое применение практически во всех развитых странах, обладающих ветропотенциалом, так например, в Германии до 2050 года намечено получать на ветростанциях половину всей электроэнергии произведенной в стране
настоящее время на территории Украины эксплуатируются около десятка ветроэнергетических станций (ВЭС) на которых в основном используются американские ветроагрегаты USW 56-100. Крупнейшей ветростанцией на Украине является Новоазовская ВЭС, расположенная в районе села Безыменное Донецкой области. Эксплуатация Новоазовской ветроэнергетической станции была начата в октябре 1998 года, согласно Комплексной программы строительства ветроэлектростанций на Украине до 2010 года. В настоящее время на Новоазовской ВЭС введено в эксплуатацию более 100 ветроэнергетических установок (ВЭУ), общее число которых постоянно возрастает.
Первые годы эксплуатации украинских ВЭС выявили достаточно большое количество проблем, основной из которых является неудовлетворительная производительность ВЭУ, которая по сравнению с предварительными прогнозами составляет 30 ? 50 %. Основной причиной данных промахов является применение ветроустановок, мето- дик их расположения, прогнозных методик, которые не приспособлены для украинских условий, а целиком повторяют американские аналоги. Между тем специфические условия, а именно более низкая среднегодовая скорость ветра для территории Украины, вносят в некоторые методики значительные погрешности, а некоторые делают вообще неприменимыми. Используемые в настоящее время нормативные документы, призванные регулировать выбор мест для строительства, строительство и эксплуатацию ВЭС выполнены аналогично.
Неудачи первых шагов ветроэнергетики в Украине способство- вали появлению большого количества высказываний о неэффективности применения ВЭУ в условиях Украины. В качестве аргументов как правило приводятся публикации десяти- двадцатилетней давности, в которых на основании анализа ветрового режима, основанного на обработке непредставительных данных метеостанций, и применяемых в то время ветроустановок сделаны выводы о неэффективности использования ветротурбин в условиях Украины.
Тем не менее, эффективность строительства ветроэнергетических станций определяется только сроками окупаемости средств, вложенных в строительство последних, а стоимость получаемой электроэнергии существенно превышает затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию ВЭУ. Таким образом, повышение эффективности ветроэнергетики возможно за счет: 1)снижения начальной стоимости ветроустановок, а также стоимости их монтажа и эксплуатации; 2)изменения паспортной кривой вырабатываемой мощности ветроустановки (зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветро- вого потока); 3) повышения точности работ по прогнозированию ветропотенциала, выявлению влияния топографии местности, а также взаимного влияния ВЭУ друг на друга.
Таким образом, как ни парадоксально, наиболее эффективными являются ВЭУ с низкой (до 30 кВт) и высокой (более 600 кВт) выработываемой мощностью. Первый тип, как правило, имеет низкую начальную стоимость, второй тип характеризуется значительной высотой и площадью ветроколеса. Оба типа характеризуются низкими стартовыми скоростями ветра (до 3 м/с), что особо актуально для условий Украины. Применение же “средних” типов ветротурбин (в частности применяемого на Украине USW 56-100) экономически целесообразно в местностях со среднегодовыми скоростями ветра, превышающими 7 м/с.
Анализ работ, проведенных авторами по изучению особенностей ветровых режимов площадки Новоазовской ВЭС и прилегающих территорий с использованием уникальной измерительной аппаратуры, позволил сделать выводы о существенном ветропотенциале Приазовья, который значительно превосходит предварительные прогнозы. Однако анализ работы той же Новоазовской ВЭС позволил выявить следующие причины, влияние которых на выработку электроэнегрии оказалось намного больше (иногда в десятки раз) прогнозных оценок. Таковыми являются влияние орографических особенностей местности и взаимное затенение ветрогенераторов друг другом. Работы по изучению указанных факторов продолжаются авторами и в настоящее время, причем решение данных задач требует значительных экспериментальных и теоретических исследований.
Территория Донецкой области, и в особенности Приазовье, характеризуются достаточно сильными ветрами и являются наиболее подходящими территориями для развития ветроэнергетики в Украине. Причем, если в основном ВЭС располагаются на бросовых землях (в основном – пасбищах, которые отличаются значительно изрезанным рельефом, который не самым лучшим способом сказывается на ветровых течениях), то с точки зрения стабильной работы ветрогенераторов наилучшими являются наоборот пахотные земли со спокойным рельефом. Эффективность использования земель в ветроэнергетике также является чрезвычайно важной проблемой. В данном случае решение проблемы возможно при установке ветрогенераторов на косах либо небольших островках (в том числе и на искусственно созданных), либо при установке офшорных конструкций, перспективы применения которых также достаточно широки, из-за небольших глубин Азовского моря.
Для шахтерских районов Донецкой области эффективным может оказаться вариант установки ВЭУ на терриконах. В данных районах среднегодовая скорость ветра ниже, чем в Приазовье, однако, существенный выигрыш можно получить из-за того, что данные возвышенности являются господствующими по отношению к близлежащей местности.
Общим для всей ветроэнергетики Украины является разработка новых, экономически обоснованных типов ветротурбин, которые обеспечат стабильную работу начиная с достаточно низких скоростей ветра и быстрый выход на проектную мощность.
Ветроэнергетика, безусловно является перспективной отраслью, развитие которой в последнее время существенно интенсифицируется благодаря значительному научно-техническому прогрессу. Однако для обоснованного использования ветроэнергетических ресурсов необходимы значительные научные исследования, выполнить и скоординировать которые возможно только в рамках государственной программы объединяющей различных исследователей (аэродинамиков, климатологов, строителей) с производителями ветроагрегатов.
1. Долженко Г. Вітер у діряві вітрила // Урядовий кур`ер. – 8. 11. 2001 р. – № 206. – С. 7.
Перельмутер А.В., Микитаренко М.А. Башни для ветроэнергетических устано- вок: тенденции развития // Вестник ДонГАСА. – Макеевка. – 2001. – № 2001-5 (30). – С. 8 – 13.