Классификация ветрогенераторов.

Существуют классификации по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

По количеству лопастей

· Двухлопастные и трёхлопастные ветрогенераторы

· Многолопастные ветрогенераторы

Многолопастные ветряки действительно начинают вращаться на меньших скоростях, чем двух- и трёхлопастные, но для выработки электроэнергии требуется важен не сам факт вращения, а выход на нужные обороты. Каждая дополнительная лопасть увеличивает общее сопротивление ветроколеса, а это усложняет выход на рабочие обороты генератора, увеличивая необходимую рабочую скорость ветра. Таким образом, многолопастные действительно будут начинать вращаться при меньших скоростях, но они больше применимы, где важен сам факт вращения, то есть для перекачки воды или других подобных действий. При применении же для выработки электроэнергии многолопастных ветряков, они создают лишь видимость работы. Установление же редукторов не рекомендуется, так как, во-первых, усложняет конструкцию ветрогенератора, делает его менее надёжным, и, во-вторых, редуктор будет забирать мощность.

По материалам лопастей

· Жёсткие лопасти ветрогенератора

· Парусные ветрогенераторы

Парусные лопасти действительно стоят значительно меньше жёстких стеклопластиковых и металлических, проще в изготовлении. Но это дешевизна может обернуться большими расходами. При диаметре ветроколеса в 3 метра на рабочих оборотах генератора (400-600 оборотов в минуту) конец лопасти движется со скоростями в 500 км/ч. Даже в идеальных условиях это серьёзное испытание, а если учесть что в воздухе постоянно есть пыль и песок, то даже для жёстких лопастей требуются ежегодное обслуживание (замена антикоррозийной плёнки на концах лопастей). Без обслуживания жёсткая лопасть продолжит работать, чуть потеряв в своих характеристиках. Для парусной же лопасти может потребоваться полная замена не через год, а уже после первых сильных ветров. Поэтому для автономного электроснабжения, где требуется значительная надёжность компонентов системы, применение парусных лопастей не рекомендуется.

По рабочей оси вращения

· Горизонтальные ветрогенераторы

· Вертикальные ветрогенераторы

Вертикальные ветрогенераторы действительно учитывают порывы, не требует ориентирования по ветру, но любой вертикальный ветрогенератор обладает рабочей площадью поверхности в два раза меньшей, чем у классического горизонтального ветрогенератора с такой же площадью ветроколеса. Это значит, чтобы получить такую же мощность потребуется ветряк в два раза больший. Кроме того большое количество лопаток, а также часть ветроколеса в каждый момент времени движется против ветра. Это значительно увеличивает сопротивление ветроколеса, что увеличивает рабочую скорость ветра. С учетом, что для ориентирования горизонтального ветрогенератора достаточно флюгера, то вертикальный ветрогенератор для автономного электроснабжения теряет все преимущества.

По шагу винта

· Фиксированный шаг винта

· Изменяемый шаг винта

Изменяемый шаг винта, безусловно, позволяет увеличить диапазон эффективных скоростей работы. Но внедрение этого механизма неизбежно ведёт к усложнению конструкции лопасти, уменьшению общей надёжности ветрогенератора, утяжелению ветроколеса, а значит, будут требоваться дополнительные усиления конструкции. Всё это приводит к удорожанию всей системы, как при покупке, так и при эксплуатации. [7]

Статистика по использованию энергии ветра.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5 — 2 раза. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BVв декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.5 июня 2009 года компании Siemens AG и норвежская Statoil объявили об установке первой в мире коммерческой плавающей ветроэнергетической турбины мощностью 2,3 МВт, производства Siemens Renewable Energy.

Таблица 2: Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира 2005—2011 г. Данные Европейской ассоциации ветроэнергетики [8] и GWEC [9].

Страна	2005г	2006г	2007г	2008 г	2009 г	2010г	2011г
Китай
США
Германия
Испания
Индия
Продолжение таблицы 2.
Франция
Италия
Великобритания
Канада
Португалия
Дания
Швеция
Япония
Нидерланды
Австралия			817,3
Турция	20,1
Ирландия
Греция
Польша
Бразилия			247,1
Австрия
Бельгия	167,4
Болгария
Норвегия
Венгрия	17,5
Продолжение таблицы 2.
Чехия	29,5
Финляндия
Эстония
Литва
Украина	77,3
Россия		15,5	16,5	16,5		15,4

 

Таблица 3: Суммарные установленные мощности, МВт по данным WWEA.

Продолжение таблицы 3.

 

В то же время, по данным European Wind Energy Association, суммарная вырабатываемая мощность ветряной энергии в России за 2010 год составила 9 МВт, что приблизительно соответствует показателям Вьетнама (31 МВт), Уругвая (30,5 МВт), Ямайки (29,7 МВт), Гваделупы (20,5 МВт), Колумбии (20 МВт), Гайаны (13,5 МВт) и Кубы (11,7 МВт).

В 2011 году ветряные электростанции Германии произвели 8 % от всей произведённой в Германии электроэнергии.

В 2011 году 28 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра.

В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт.

Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии. 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны.

Ветроэнергетика в России.

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России.

Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % — в Северном экономическом районе, около 16 % — в Западной и Восточной Сибири.

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.

Самая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Зеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SЕАS Energi Service A.S.

На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт). Годовая выработка в 2011 году не превысила 0,2 млн кВт·ч.

В Республике Башкортостан действует ВЭС Тюпкильды мощностью 2,2 МВт, располагающаяся около одноимённой деревни Туймазинского района. ВЭС состоит из четырёх ветроагрегатов немецкой фирмы Hanseatische AG типа ЕТ 550/41 мощностью по 550 кВт. Годовая выработка электроэнергии в 2008—2010 гг. не превышала 0,4 млн кВт·ч.

В Калмыкии в 20 км от Элисты размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт·ч, на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт·ч.

В Республике Коми вблизи Воркуты недостроена Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт.

На острове Беринга Командорских островов действует ВЭС мощностью 1,2 МВт.

Успешным примером реализации возможностей ветряных установок в сложных климатических условиях является ветродизельная электростанция на мысе Сеть-Наволок Кольского полуострова мощностью до 0,1 МВт. В 17 километрах от неё в 2009 году начато обследование параметров будущей ВЭС работающей в комплексе с Кислогубской ПЭС.

Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать Новоазовскую ВЭС, действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережье Таганрогского залива.

Перспективы.

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.Мощность высотных потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например — городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.

Германия планирует к 2020 году производить 19,6 % электроэнергии из возобновляемых источников энергии, в основном из ветра. Дания планирует к 2020 г. 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики. В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году — 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч.

В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт к 2020 году. Однако бурное развитие ветроэнергетического сектора позволило Китаю превысить порог в 30 Гвт установленной мощности уже в 2010 году.

Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 2 раза в сравнении с 2008 годом. К 2012 году будет построено новых ветряных электростанций на 6 тысяч МВт.

Венесуэла за 5 лет с 2010 года планирует построить ветряных электростанций на 1500 МВт. Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6 000 МВт — офшорных.