Технологии преобразования и аккумулирования ветровой и гидроэнергии

На современном этапе развития промышленной энергетики все большее развитие получают технологии безтопливного производства энергии и прежде всего за счет использования возобновляемых источников энергии. Движущими силами этого развития является понимание исчерпаемости органических топлив, все большая труднодоступность месторождений и удорожание добычи и транспорта, экологические преимущества ВИЭ по сравнению с НИЭ, региональная и национальная энергонезависимость и энергобезопасность при использовании местных ВИЭ. Исходя из этого, темпы развития технологий использования ВИЭ значительно превосходят технологии органической энергетики, а их доля в энергетическом секторе экономики неуклонно возрастает. Так, ежегодный прирост мощности на ВЭС составляет около 25-30 %, а общая мощность в 2009 году достигла 157,9 млн.кВт, то есть это уже не «нетрадиционный» источник энергии, а вполне сформировавшаяся отрасль. Но если технологии ветроэнергетики развиваются ускоренными темпами последние 10-12 лет, то гидроэнергетика является давно развивающейся мощной отраслью энергетики, имеющей вместе с малой гидроэнергетикой общую мощность около 950 млн. кВт.

Технологии сетевой ветроэнергетики развиваются в направлении увеличения единичной мощности ВЭУ, сооружения крупных ветропарков с единой инфраструктурой, а также все более активным освоением шельфовых зон и вынос ветропарков в море. Все эти направления могут объясняться стремлением снизить удельные капитальные вложения в ВЭУ и ВЭС и снизить себестоимость производства электроэнергии. За 25 лет единичная мощность серийных ВЭУ возросла с 30 до 7000 кВт ( в 200 раз), диаметр ветроколеса увеличился с 15 до 126 метров (более чем в 8 раз), годовое производство электроэнергии одним агрегатом увеличилось в 600 раз. Значительные изменения с течением времени претерпели компоновочные решения по размещению оборудования в гондоле. В отличии от редукторных, все большее распространение получают безредук- торные схемы соединения ветро- колеса и генератора, а также схемы выдачи мощности с частотным регулированием, что позволяет более эффективно управлять ВЭУ. Кроме того, имеются примеры ВЭУ с редуктором и ротором на постоянных магнитах (WWD-3 MW).

Удельные капитальные вложения в ВЭУ снизились примерно в 2 раза и составляют сейчас около 1000-1300 евро/кВт для наземных ветропарков и около 2000 евро/кВт для морских ВЭС, а себестоимость энергии снизилась 3-4 раза и составляет около 5 евроцентов/кВт — ч для наземных ВЭС и около 7 евроцентов. Компоновочные решения ветроагрегата и схемы выдачи кВт-ч для морских ВЭС (при весьма мощности: а) схема с редуктором и асинхронным генератором; значительном разбросе в страновом б) безредукторная схема с синхронным генератором; в) схема с и региональном аспектах). Большую асинхронным генератором и преобразователем частоты.

В 2009 году на ВЭС мира выработано около 340 ТВт-ч электроэнергии, это около 1,7 % произведенной электроэнергии (20514 ТВт • ч), при этом в различных странах эта доля различна:

Дания — 20 %, Португалия — 15 %, Испания — 14 %, Германия — 9 %.

Увеличение доли ветроэнергии, особенно в региональных сетях, может приводить:

• к ухудшению качества электроэнергии,
• увеличению риска «раскачивания» энергосистемы, особенно в региональных сетях;
• снижению надежности энергоснабжения

Меры по преодолению этих проблем на уровне оборудования и сетевого энергоснабжения могут быть следующие: использование новых схем оборудования ВЭУ; использование новых схем подключения ВЭУ к сети; закольцовывание сетей и расшивка «узких мест» в сетях; использование схем компенсации недовыработки ВЭУ путем объединения их с ГЭС и создание ЭК «ГЭС-ВЭС».

Технологии гидроэнергетики исторически делятся на использование водной энергии в зависимости от создаваемого напора с помощью гидроэлектростанций деривационного, приплотин- ного и руслового типов. Для эффективного использования переменного речного стока и обладанию свойствами маневренности при работе в энергосистеме, ГЭС должно иметь водохранилище. В зависимости от полезного объема ГЭС может обеспечить сезонное, годичное или многолетнее регулирование стока. При использовании аккумулирующих способностей водохранилища ГЭС происходит перераспределение водного потока во времени, при этом водохранилище ГЭС является аккумулятором энергии — накапливая ресурс (вода) обладающий потенциальной энергией.

В период малых нагрузок в энергосистеме агрегаты ГЭС работают с неполной мощностью и происходит накопление воды в водохранилище, повышая напор и аккумулируя потенциальную энергию.

С наступлением пиков нагрузки агрегаты ГЭС включаются на полную мощность. В маловодный период расходуется вода, аккумулированная в водохранилище при многоводном периоде. Однако водохранилище в качестве аккумулятора энергии, возможно, использовать не только для ГЭС, но и для других станций, например станций для ВЭС, в которых проблема аккумулирования стоит наиболее остро. В этом случае ГЭС и ВЭС работают параллельно. ВЭС разгружает агрегаты ГЭС и экономит воду в водохранилище, создавая дополнительную емкость. Такой энергокомплекс позволяет без потерь запасать выработанную ВЭС электрическую энергию в виде потенциальной энергии воды в водохранилище и в необходимое время преобразовать ее обратно через агрегаты ГЭС. Таким образом, не происходит двойного преобразования энергии ВИЭ, что обуславливает высокую эффективность аккумулирования энергии —95 % Время хранения запасенной энергии практически неограниченно, так как потери связаны только с испарением воды с поверхности водохранилища и ее фильтрацией через грунт.

В зависимости от объема водохранилища и типа регулирования стока может быть оптимизирована работа ЭК «ВЭС-ГЭС» с возможностью прогнозирования гарантированной выработки ВЭС на предстоящие промежутки времени (на сутки вперед, на неделю, месяц и даже год). Пример такого прогнозирования на примере одного из вариантов ветропарка «Нижняя Волга».

Кроме прогнозирования выработки также можно рассчитывать гарантированную с различной обеспеченностью мощность ВЭС, исходя регулирующих возможностей водохранилища в различные сезоны года.

Таким образом, все увеличивающаяся доля использования ветровой энергии при энергоснабжении, особенно в региональных, слабо закольцованных сетях может создавать проблемы с качественном энергоснабжением потребителей, однако могут быть предложены мероприятия и технологии, повышающие надежность энергоснабжения.

Дата публикации: 13.12.2011

Похожие записи:

• Об использовании виэ в рф. законодательная база
• Российская биоэнергетика и развитие внутреннего рынка. нужна ли мировому сообществу альтернативная или возобновляемая энергетика?
• Возобновляемая энергетика как один из эффективных путей выхода россии из кризиса
• Новые экологически чистые энергетические технологии на органическом топливе
• Особенности камер солнечной радиации
• Заказывайте создание современной солнечной электростанции в компании «LEADER NRG UKRAINE»