< Вятърна енергия вятърна енергия енергетика скорост на вятъра

Вятърна енергия за производство на електроенергия

Новото при използването на старите ресурси

Масовото използване на вятъра е най-древният и много добре познат начин за впрягането в полезна работа на безплатна природна сила. Въпреки това, през миналия век и началото на този, са направени много нови изобретения.

Ефективното прeобразуване на вятърна енергия чрез вятърни електрогенератори и турбини, работещи самостоятелно или обединени във вятърeн парк, задължително изисква професионално проектиране. Всяка малка неточност, както при ветроенергийния одит, така и при избора на подходящи турбини, може да доведе до 200 % надценка на годишната електропроизводителност. Тази чувствителност, към точността на ветроенергийния одит и избора на съответния вятърен генератор, се дължи на факта, че мощността на всяка вятърна турбина зависи от третата степен на скоростта на вятъра. - т.е. при двойно увеличение на ветроскоростта, мощността се увеличава 8 пъти, а при тройно - 27 пъти. Затова е много важен предварителният избор на място за фундиране ня всяка турбина, защото дори и над малък хълм, с височина спрямо околния терен около 50 метра, скоростта на вятъра на хълма е 2-2,5 пъти по-висока, отколкото в равнинен терен около него. Т.е. подценяването / надценяването на годищното електропроизводството на вятърен електрогенератор в разглеждания случай може да бъде в граници от 8 до 14 пъти !!!. За съжаление, у нас вече имаме няколко примера за неудамен избор на място и вятърен електрогенератор на него.

Посоченото по-горе съотношение, между скоростите на вятъра на равен терен, в сравнение със скоростта му в същия момент, но на въвишение над него, не е универсално вярно, защото зависи от редица други фактори. Те са толкова много и разнообразни, че чрез всякакви ветромодели, дори и с помощта на най-прецизните от тях, не могат да се получат достатъчно правдоподобни резултати, имайки предвид много силната чувствителност на електропроизводството от ветроскоростта. Само специални ветроизмервания на всяко конкретно място могат да дадат достоверна информация за ветроусловията и само проэесионален анализ на реално измерени данни дава вярната ветроенергийна оценка. Повече за ветроизмерванията вижте в рубриките 3D ветроизмерване и ветростатистика

Освен намирането на естествен профил, който да спомага за ускорението на ветровия поток, има и технически способи за това. Много изобретатели и конструктори на вятърни генератори фокусират работите си върху устройства, които принудително да ускоряват въздушния поток. Например чрез ветрозаборници (кофузори), които ускоряват вятъра преди попадането му върху ротора на турбината. За подобни цели се ползват и фуниеобразно разширяващи се тръби (дифузори), монтирани зад роторите на турбините. Дифузорите и кофузорите могат да увеличат мощността на турбините няколко пъти в определени режими на работата й. Но те неколкократно оскъпяват цялостната инвестиция за ветроелектрогенераторите и оперативните им разходи и затова малко се ползват в практиката.

Увеличаването на мощността на турбините може да се постига по-евтино чрез увеличаване на дължината на лопатите им (тя расте с квадрата на диаметъра на ротора, но пък с увеличаването на периферната скорост се увеличават и периферните загуби). Увеличените диаметри налагат монтирането на осите на роторите високо над терена - 50-70 и повече метра, което много утежнява и съответно оскъпява цялата конструкция, въпреки че във височина скоростта на вятъра е чувствително по-висока. наред с оскъпяването на самите компоненти на ветроагрегата се оскъпява и утежнява техния монтаж и изправяне.

Въпреки казаното, още през миналия век са построени много мегаватови турбини, с диаметри над 55 м. При тях има все още редица нерешени докрай физически, технически, механични и най-вече аеродинамични проблеми с високите периферни скорости, поради големите роторни диаметри, при което и загубите на енергия са големи. Затова проектантите им намяляват обороти до няколко десетки в минута, конструктурите правят стесняващи се периферии на лопатите, за да се намаляват загубите, но и въртящият момент става по-малък. Последното може да се компенсира чрез увеличаване на мощността за сметка на ограничено повишаване на обротите, но това на свой ред увеличава периферната скорост и се връщаме обратно до изходния аеродинамичен проблем. Затова, чрез по-нататъшно увеличение на диаметъра, което е сравнително евтин начин за увеличаване на мощността на ветроагратите, не могат да се постигат многомегаватови мощности от еднороторна турбина. Едно радикално техническо решение на този проблем е двуроторният ветроагрегат.

Основен недостатък на всички хоризонтално осеви еднороторни турбини е, че те имат висока електропроизводителност при сравнително високи скорости на вятъра. Тяхната мощност спада до десетина пъти при ниски ветрови скорости. В Германия, която не е сред най-ветровитите страни, се произвежда най-много ветрова еленергия при средна скорост на вятъра около и под 5 м/с. Следва да се има предвид, че оптималните ветроскорости, за свързани към преносна мрежа еднороторни турбини, са най-често между 12 и 16 м/с. Много от тези турбини, при скорости под 4 метра в секунда, изобщо не се включват. Най-често те се включват над 4 м/с, а се изключват при максимум 25-30 м/с, за да се предпазят от разрушаване. По-модерните турбини се включват и при скорости и под 4 м/с, а вертикално осевите турбини работят и при под 2 м/с, но те във всички ветрови диапазони имат около два пъти по-нисък коефициент на полезно действие от хоризонтално осевите, но пък за райони с голяма вятърна турбуленция и при невисоки мощности те са най-подходящи.

В България средната скорост на вятъра е по-ниска от тази в Гърция, Германия, Дания, Великобритания и други държави с развита ветроенергетика, въпреки че има много места с ветроусловия, сравними с тези в посочените държави. У нас е грешка да се използват турбините, които работят добре в споменатите страни, без детайлен технически анализ за електрическата им ефективност за всяко конкретно място. Също е нецелесъобразно да се разчита на ветрови данни за проектиране на вятърни електроцентрали от националната метереологична система, защото съответните й измервателни станции са недостатъчен брой, измерванията не обхващат добре ветровите диапазони и затова данните често могат да бъдат заблуждаващи. Ветроизмерванията за целите на прогнозиране на времето са много по-различни, от тези необходими за ветроенергетиката, където се анализират ветроенергийните качества и то не изобщо, а в пряка връзка с избора на ветротур-бинните технологии. Реално у нас не е имало и още няма необходимия ветроатлас, отговарящ на изискванията за проектиране на ветроелектроцентрали.

По принцип, в българските географско-теренни и ландшафтни условия, е сравнително трудно да се състави добър ветроатлас, поради разнообразния релеф, влиянието на морето, речните долини и редица други климатични фактори. Затова сега са необходими по-детайлни ветрови анализи и релефни данни за всяко конкретно място, потенциално определено за монтаж на ветротурбини, както и околния район, обхващащ 10-20 квадратни километри, за да се минимизират рисковите от инвестиции във вятърните електроцентрали. Не по-малко важно е да се изберат подходящи турбини за съответните конкретни ветроклиматични условия. Поради липсата на български ветроатлас ние ползвахме ветростатистически данни не само от метеослужбата на БАН, на авиацията и други статистически бази ветроданни, но и наши актуални измервания. Така идентифицирахме редица подходящите места за ветроенергетика у нас, не само за единични турбини, но и за ветропаркове. С новите промени (от 2003 г.) в нормативните документи, ветроенергетиката е вече много изгоден бизнес, защото, законово и при преференциални условия и цени, се реализира 100% произведеното електричество и то при по-високи изкупни цени от тези за електричеството от ВЕЦ.

Нови технически решения

Специален проект за еднороторна турбина е разработен от наш колектив, която дава отлична енергийна ефективност при ветрови скорости в диапазона 6-8 м/с. Но, технически и икономически, е най-подходяща разработената двуроторна турбина. Тя се включва при невисоки скорости от порядъка на 3 м/с и е по-евтина от турбините с кофузори и дифузори. Вторият ротор е по-евтин от един кофузор / дифузор. Мощността на такава двойна турбина с един общ електрогенератор се увеличава с около 35% при ниски ветроскорости и с около 20% при по-високи такива, в сравнени с еднороторна турбина в същите ветроусловия.

Ефективността на двуроторната ветро технология се основава на подходящото насочване на ветровия поток от първия ротор към втория. С други думи – единият ротор е едновременно електро-генератор и въртащ се направляващ апарат за втория. При това производителността на втория ветроелектрогенаратор значи-телно се увеличава, а ветровата енергия, «загубена» при завър-тането на потока от първия ротор фактически се оползотворява чрез електрогенаратора на вала му. Допълнително се получава и имплозивен ефект, който е обяснен тук.

Благодарение на описаната технология, двуроторната турбина при еднакви ветрови условия има значително по-висока ефективност от еднороторна със същия диаметър, а заема същия терен и е на същите отстояния от съседните във ветропарковете.

Самата конструкция и форма на лопатите на турбината за по-ниски скорости на вятъра, както и автоматичната й настройка, са съществено различни от тези на масово инсталираните в райони с по-силни ветрове. Такава конструкция е разработенва от нашия екип и е представена тук.

Друго съществено предимство на двуроторната коаксиална турбина е ниският шум при работата й. Това се дължи не само на по-ниските обороти на роторите, но и на факта, че генерираните звукови вълни от лопатите на всеки ротор се срещат пряко и взаимно се неутрализират в значителна степен. Това разширява значително възможните места, където могат да бъдат инстали-рани такива турбини и ветропаркове с тях, включително и неда-леч от населени и курортни райони.

Много важни инвестиционни, експлоатационни и екологични преимущества на коаксиалните ветроенергийни технологии са, че са нискощумни и дават възможност за много по-ефективно използавне на терена на ветропарковете, както и монтажа на такива неголеми коаксиални турбини в рамките на индустриал-ните и фермерските зони около населени места. При двуротор-ната технология има няколко енергийно и екологично естествено съвпадащи положителни ефекти:

1. Увеличава се мощността на коаксиалната турбина при всички скорости на вятъра.

2. При ниски скорости тя работи достатъчно ефективно и на ниски обороти, което я прави по-малко опасна за птиците.

3. При всички скорости тя е значително по-нискошумна (колкото е по-шумна една турбина, толкова енергийните й загуби са по-големи).

4. Тя работи по-продължително в годишен план и макар, че при ниски ветрови скорости мощността й не е висока, то в рамките на годината тя има по-голяма производителност, в сраавнение с еднороторните турбини, както и по-малки амплитудни и режимни колебания на отдаваната към мрежата мощност.

5. При еднакви ветрови условия и еднаква годишна електро производителвност двуроторната турбина изисква по-ниски и по-леки стълбове и по-малки фундаменти, което я прави по-евтина и по-малко опасна за птиците.

Ветроенергийната политика в началото на 21-ви век

Основната разлика във ветровите турбини от края на миналия век и сега е в мощността им. На мястото на 150-500 киловатовите турбини вече са мегаватови с двойно и тройно по-големи ротори и носещи стълбове над 60 м. Мегаватовите турбини (до 3 MW) вече се предлагат като стандартна продукция от всички водещи световни фирми. Макар и цената на един киловат инсталирана мощност да падна през последните години, то комплектни обекти с малки единични мегаватови турбини струват над 800 хил. евро.

Производители започват да се отказват от киловатовите турбини, защото печалбите са по-ниски, отколкото при новите с много по-големи мощности, при които разходите не растат пропорционално на мощността им, а с много по-малко. Сега за инвеститорите са по-печеливши единични мегаватови турбини, защото могат да заменят старите, с неголямо разширение на необходимия за тях терен. Изгодата за инвеститорите е, че се оползотворява пространството във височина, където и скоростта на вятъра е по-голяма. Наред с това, са неизбежно необходими значително по-скъпи технологии за изграждането на такива високи и тежки съоръжения, както на сушата, така и по крайбрежията (офшорни ветропаркове) и съответната инженерна инфраструктура за тях.

Енерегийната политика на държави като Дания и Германия финасово стимулира подмяната на съществуващите с нови по-мощни турбини и сега предлагането на работещи в момента по-малки ветрогенератори е много голямо, което сваля пазарните цени на турбините 150 - 500 kW.

Технология Новото Услуги 3 D ветроанализи

Ефективност Изборът Субсидии Главно меню

Ел. поща g@tonchev.org

Тел./факс 02 8760 431, 02 8770 481

0897 872 857, 0888 40 39 13

+359 /2 8760 431, /2 8770 481

+359 897 872 857, +359 888 40 39 13 ,Е-mail us

39a, Jerusalem Blvd,

1784 - Sofia, Bulgaria