ПЕРСПЕКТИВЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В БЕЛАРУСИ

Республика Беларусь обладает развитой промышленностью и системой транспорта с чрезвычайно энергоемкими производствами и энергетикой, на 85% базирующейся на привозных энергоносителях. В эпоху всеобщего сокращения мировых запасов энергоресурсов, усиления борьбы за обладание этими ресурсами или за доступ к ним и роста цен на импортируемые энергоносители назрела необходимость внедрения новых источников энергии, обеспечивающих энергетическую независимость и энергетическую безопасность страны. Таких источников два: ядерная энергетика и возобновляемые источники энергии, включая местные виды топлива. К размещению в стране атомной электростанции после Чернобыльской катастрофы население страны еще не готово. Велик страх. Но Национальная Академия наук уже дала свою экономическую оценку необходимости строительства атомной электростанции. Решение о строительстве первой белорусской АЭС принято.

Беларусь обладает значительными возобновляемыми энергетическими ресурсами. Энергия ветра является важнейшим возобновляемым источником энергии. Другие источники: биомасса, гидроэнергия рек, солнечная энергия – менее интенсивны или их использование связано с нарушением экологии. Извлечение энергии биомассы и местных видов топлива сопровождается сжиганием отходов и загрязнением атмосферы. Извлечение гидроэнергии рек сопровождается заливом и потерей значительных территорий, нарушением экологии и условий жизни, что ограничивает возможности гидроэнергетики. Солнечная энергия здесь – значительно менее интенсивна [1]…[4].

Анализ ветровых условий Беларуси показывает, что приведенные среднегодовые фоновые скорости ветра составляют 2,8 - 4,4 м/с, что считается неперспективными для ветроэнергетики. Однако в ряде местностей и в отдельных точках отмечаются более высокие скорости ветра: наибольшие на вершинах некоторых возвышенностей 5-6 м/с и фоновые на возвышенностях - 4,4 - 4,8 м/с (Табл.1.5.1). Такие площадки перспективны для внедрения ветроэнергетических установок.

Таблица 1.5.1. Расчетные среднегодовые наибольшие и фоновые скорости ветра на некоторых высотах на территории Беларуси

В целом исследователи указывают на 1800…2000 площадок на территории Беларуси со среднегодовыми скоростями ветра от 4,8 до 6 м/с и более.

Расчеты показывают технико-экономическую целесообразность строительства ветроэлектростанций на территории Минской, Гродненской, Витебской и других областей на площадках со среднегодовыми скоростями ветра 4,8 м/с и выше.

Если на перспективных площадках установить только по одной ВЭУ мощностью 1500кВт (при расчетной скорости ветра 11м/с и высоте установки 110м), возможная выработка электроэнергии составит

,

а срок окупаемости при тарифе на электроэнергию 0,095долл./кВт.ч

,

где 0,305 - коэффициент использования номинальной мощности при средней среднегодовой скорости ветра на этих площадках 5 м/с, табл.2.2.1.

При тарифе на электроэнергию 0,06 долл./кВт.ч и использовании 1/2 всех названных площадок, где средняя среднегодовая скорость ветра 5,5 м/с, выработка электроэнергии составит

,

а срок окупаемости не более

Для сравнения, капитальные затраты на строительство атомной электростанции составляют от 1500 до 2500 долларов на 1 кВт установленной мощности. Эксплуатационные затраты АЭС включают: потребление электроэнергии на собственные нужды станции, издержки на техническое обслуживание и текущий ремонт, отчисления на погашение процентной ставки за кредит, отчисления за эксплуатацию электросетей, государственные отчисления, затраты на закупку ядерного топлива и на захоронение радиоактивных отходов и составляют 30...35% стоимости выработанной электроэнергии. При тарифе на покупку электроэнергии у производителей 0,0475 долларов за 1 кВт. ч, при коэффициенте использования номинальной мощности 0,7 срок окупаемости АЭС на основании (1) составит

Таким образом, ветроэнергетика в Беларуси по своим технико-экономическим показателям предпочтительней ядерной энергетики. Однако возможная выработка электроэнергии с помощью окупаемых ВЭУ пока ограничена 10...20% потребности страны.

Наиболее предпочтительным вариантом первоочередного строительства ВЭС по срокам окупаемости и выработке электроэнергии являются варианты расположения ВЭС на максимальных высотах со среднегодовой скоростью ветра 6...6,2м/с. Это:

· Высота 217м - деревня Пасынки Мядельского района Минской области,

· Высота 342м Лысая Гора Логойского района,

· Высота 342м д. Глушинцы Дзержинского района,

· Высота 308м д. Клюи Минского района,

· Высота 320м д. Милидовщина Сморгонского района Гродненской области,

· Высота 323м д. Пуцевичи Новогрудского района.

· Высота 297м д. Городок Лиозненского района Витебской области.

На основании полученного опыта их разработки и эксплуатации будет возможно дальнейшее широкое внедрение ветроэнергетики в энергетику страны.

Таким образом:

1.Внедрение ветроэнергетики в Беларуси целесообразно и необходимо независимо от решения вопроса о строительстве атомной электростанции.

2.Экономически целесообразно внедрение ветроэнергетических установок со сроками окупаемости до 8 лет. Такой срок окупаемости при стимулирующем тарифе на электроэнергию 0,095 долл./кВт. ч обеспечивается при внедрении ВЭУ на площадках со среднегодовыми скоростями ветра от 4,8 до 6 м/с и выше, на высотах, возвышающихся над плато на 20…30 м и более. При тарифе 0,06 долл./кВт. ч внедрение ВЭУ экономически оправдано для площадок со среднегодовыми скоростями ветра 5,5 м/с и выше.

3.Экономически целесообразно внедрение в Беларуси ветроэнергетических установок, спроектированных на расчетные скорости ветра 9...11м/с, высотой 70…110м. Преимущество следует отдать опорам высотой 110м.

4. Следует внедрять только современные ВЭУ мощностью 1000…1500 кВт континентального базирования. Не следует внедрять ветроэнергетические установки мощностью менее 1МВт, особенно установки, демонтируемые в европейских странах в связи с техническим перевооружением мировой ветроэнергетики и предлагаемые на рынке ветроэнергетики.

5. Возможная выработка электроэнергии с помощью окупаемых ВЭУ со сроком окупаемости менее 8 лет при ценах на оборудование и тарифах на электроэнергию 2006 года с учетом стимулирующих коэффициентов может составить от 10% до 20% собственного электропотребления страны. По мере роста цен на энергоносители и электроэнергию выгодность внедрения ветроэнергетики будет распространяться на территории с более низкими скоростями ветра.

Вопросы и задачи.

1.Территория Беларуси составляет 207,6 тысяч квадратных километров. Минимальная высота над уровнем моря – 100…150 м. На высоте 250-300-350 м над уровнем моря, где среднегодовые скорости ветра находятся в пределах от 4,8 до 6,2 м/с, расположено 206кв.км или 0,1% всей территории. Полагая возможным использовать для целей ветроэнергетики 50% территории, расположенной на высоте более 300м, определите возможную годовую выработку электроэнергии ветроэнергетическими установками, их суммарную установленную мощность, капитальные затраты на строительство и срок их окупаемости. Номинальная мощность одной ветроустановки 1500 кВт. Высота установки 110 м. Расстояние между ближайшими агрегатами принимается равным 4х-кратной высоте установки. Капитальные затраты на строительство– 900…1300 долларов за 1 кВт установленной мощности, средний тариф на электроэнергию для потребителей – 250 рублей (РБ) за 1кВт.ч. Эксплуатационные затраты составляют 20% стоимости годовой выработки электроэнергии. Определите срок окупаемости ветроэнергоустановок при применении стимулирующего тарифа за электроэнергию, получаемую от нетрадиционных источников энергии, равного 0,095 долл./кВт.ч. Чему может быть равна годовая выработка электроэнергии ветроэлектростанциями от общего потребления республики в процентах? Определите нижний предел среднегодовой скорости ветра на предполагаемых перспективных площадках, при котором экономически целесообразно внедрение ветроэнергетических установок при существующих в Беларуси тарифах на электроэнергию.

2.Составьте программу расчета и оцените эффективность использования энергии ветра по коэффициенту использования номинальной мощности, годовой выработке электроэнергии и сроку окупаемости ветроэлектростанции мощностью 3000 кВт (2 агрегата по 1500 кВт) в районе высоты Лысая гора Логойского района Минской области. Абсолютная высота вершины 342 м, наибольшая среднегодовая скорость ветра 6,2 м/с, а абсолютная фоновая высота – 300 м и фоновая среднегодовая скорость ветра – 4,7 м/с. Капитальные затраты на строительство ВЭУ по данным фирмы Nordex(Германия) составляют 900…1300 долларов США на 1 кВт установленной мощности. Средняя стоимость электроэнергии для потребителей составляет 195 рублей (РБ) за 1 кВт×час.

3.На карте местности расположите агрегаты ветроэлектростанции с учетом размаха лопастей и необходимых расстояний между ветроустановками. Покажите расположение трансформаторной подстанции и линии электропередачи. Нарисуйте кинематическую схему ветроэнергетической установки 1500 кВт, содержащую ветродвигатель, редуктор, асинхронный генератор. Составьте электрическую схему управления установки.

4.Разработайте принципиальную электрическую схему управления ВЭУ. Синхронный генератор подключен к системе через повышающий трансформатор. При снижении скорости ниже 3 м/с генератор отключается от сети, лопасти ветродвигателя переводятся в нерабочее положение. При повышении скорости ветра свыше 3 м/с, генератор подключается к сети, и работая в двигательном режиме, запускает ветродвигатель и переходит в генераторный режим. При скорости ветра от 3 м/с до расчетной скорости 11 м/с лопасти ветродвигателя установлены под углом атаки, обеспечивающим максимальную подъемную силу. Мощность, развиваемая ветродвигателем и отдаваемая в сеть генератором, пропорциональная кубу скорости ветра. При скорости ветра от 11 м/с до 25 м/с установка развивает номинальную мощность. Это достигается регулированием угла поворота лопастей, при котором уменьшается угол атаки и снижается коэффициент мощности ветродвигателя. При скорости ветра более 25 м/с лопасти ветродвигателя становятся в нерабочее положение, а генератор отключается от сети. Ориентирование головки ветроагрегата по ветру осуществляется исполнительным двигателем системы ориентирования. Двигатель получает сигнал от системы ориентирования, содержащей датчик направления ветра – флюгера с сельсином-датчиком. Скорость ветра измеряется анемометром с электрическим датчиком. Анемометр и флюгер выполнены в одном блоке и расположены на корпусе ветроагрегата.

5.Нарисуйте схему электрических соединений ветроэлектростанции и энергетической системы с напряжением 110 кВ. На электростанции установлены 2 синхронных и 8 асинхронных генераторов по 1000 кВт. Выберите трансформаторы.

6.Как осуществляется грозозащита ветроэлектростанции? Как противостоять обледенению лопастей ветродвигателя?

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Дж. Твайделл, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии.- М.: Энергоатомиздат, 1990 г.- 391 с.

2. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г.

3. Олешкевич М.М., Лосюк Ю.А. Нетрадиционные источники энергии. Учебно-методическое пособие для студентов вузов. Минск. БГПА, 2001

4. Олешкевич М.М. Перспективы ветроэнергетики в Беларуси//Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ-1999.-№1

5. Лаврентьев Н.А., Жуков Д.Д. Развитие белорусской ветроэнергетики. Опыт Занарочи // Энергия и ТЭК. – 2004. – № 8. – С. 43 – 45.

6. Вымороков Б.М. Геотермальные электростанции. М.-Л.: Энергия, 1986 г.

7. Коробков В.А. Преобразование энергии океана.- Л., Судостроение, 1986 г.

8. Мак-Вейг Д. Применение солнечной энергии.- М.: Энергоатомиздат, 1981 г.

9. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды.- М., Мир, 1967 г.

10. Копытов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности.- М.: Энергия, 1982 г.

11. Олешкевич М.М., Макоско Ю.В. Анализ характеристик роторных ветроэнергетических установок. //Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ-2000.-№6

12. Олешкевич М.М., Макоско Ю.В. Моделирование квазиустановившихся режимов работы асинхронного генератора системного ветроагрегата. //Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ- 2003.-№3, с.29-42

13. Олешкевич М.М., Макоско Ю.В., Олешкевич В.М., Фалюшин П.Л., Бохан Н.И. Комбинированные энергетические установки на возобновляемых источниках энергии. //Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ -2000.-№5, с. 23-30

14. Постановление СМ РБ от 24.4.1997г. №400 с изменениями 28.2.2002г. № 288 «О развитии малой и нетрадиционной энергетики».

15. Постановление СМ РБ от 22.5.1997г. №45 «О порядке формирования тарифов на электроэнергию, покупаемую у объектов малой и нетрадиционной энергетики»

16. Олешкевич М.М., Макоско Ю.В. Олешкевич В.М. Ядерная энергетика и возобновляемые источники энергии. Энергетика и ТЭК- 2007.-№2, февраль, с.16,17,21.

17. Олешкевич М.М., Макоско Ю.В., Олешкевич В.М. Ветроэнергетика – будущее белорусской энергетики.// Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ-2007.-№3,с.