Денег на ветер нет

Казахстанские ученые разработали принципиально новый тип ветровой электростанции. Однако проект остановился из-за отсутствия финансирования

Денег на ветер нет

Возобновляемые источники энергии в Казахстане - тема в настоящее время больше популистская. Минерального топлива в избытке, ни ветер, ни солнце, ни вода малых рек при известных технологических решениях конкурировать с углем в глобальной энергетике не могут. Экологические бонусы чистого электричества не перекрывают разности стоимости киловатт-часов. 80% электроэнергии мы получаем из дешевого угля, что обусловлено в первую очередь экономическими факторами. Но в то же время классическая энергосистема не способна покрыть все потребности казахстанцев, и дело не в количестве вырабатываемой электроэнергии, а в проблеме ее доставки до конечного потребителя. Тянуть линию электропередач на сотни километров в населенный пункт из 20-30 домов нецелесообразно, не хватит и 50 лет, чтобы ее окупить. Ведь цена одного километра ЛЭП около 8 тыс. долларов.

Ветряк ветряку рознь

По оценкам специалистов Казсельэнергопроекта, потребности в электроэнергии сельских жителей составляют порядка 80 МВт. Но малые населенные пункты рассредоточены в пространстве на тысячи километров. Если их всех подключить к централизованной энергосети, то электроэнергия станет золотой.

Гораздо выгоднее ставить локальные энергоустановки, и тут альтернативные источники энергии уже могут конкурировать с традиционными: во-первых, неисчерпаемые, во-вторых, бесплатные, в-третьих, не требуют транспортировки. Среди возобновляемых источников энергии многие специалисты отдают предпочтение ветру, так как по данному энергоресурсу стране нет равных в мире. Потенциал ветроэнергии составляет примерно 1,8 трлн кВт/ч в год, по крайней мере, такими данными оперирует Министерство энергетики и минеральных ресурсов. Примечательно то, что большая часть территории республики обдувается ветрами, вполне пригодными для получения электроэнергии.

Ветряные турбины традиционно разделяют на большие (мощностью более 50 кВт) и малые (до 50 кВт). Крупные ветряки мощностью до 2 мВт предназначены для работы в составе энергосистемы и на данном этапе вполне рентабельны для стран, импортирующих энергоносители. Чем больше мощность ветряка, тем ниже себестоимость вырабатываемого электричества, но для условий Казахстана, где не стоит вопрос о насыщении электросети, более уместны локальные ветроэнергоустановки (ВЭУ). Основным элементом такой электростанции является ветроприемное устройство, которое крепится на башне, внутри находятся генератор и ряд других устройств: защита от молний, тормозная система, редуктор, а снаружи крепятся лопасти. Практически вся промышленная ветроэнергетика держится на репеллерных ветряках, у которых ось вращения горизонтальная. Но для условий Казахстана классические ветроэлектростанции малоэффективны, считает доктор технических наук, профессор Николай Буктуков.

Изучение ветров в Казахстане показало, что традиционные ветроустановки малорентабельны. В степных регионах направление ветра резко меняется, и, как правило, потоки порывистые, они резко меняют свою скорость. В результате ветряки не успевают поворачиваться на ветер. Получается так, что даже в ветронасыщенных регионах репеллерные ветроустановки мало работают. Другая проблема репеллерных ветряков - слабая приспособленность к большим скоростям ветра. Традиционные ветряки работают в диапазоне 5-25 метров в секунду. Если ветер сильнее, они перестают генерировать электроэнергию. Срабатывает система защиты: лопасти складываются или уходят от ветра, при сильных ветрах повышается риск их разрушения. К примеру, в Джунгарских Воротах ветер летом фактически не превышает 25 метров в секунду, зато зимой, когда электроэнергии нужно больше, скорость ветров усиливается, и традиционные ВЭУ будут в основном защищаться от ветра, вместо того чтобы давать электричество.

Вертикальный подход

Казахстанскими учеными технологическая проблема освоения степного ветра решена давно. Например, вертикальный ротор фактически снимает проблему разнонаправленного ветра. Марат Майлибаев с Николаем Буктуковым решили и вторую задачу - как заставить энергоустановку работать при большой скорости воздушных потоков. В основе решения лежит автоматическая система раскрывания лопастей в зависимости от давления.

Ветряк внешне похож на трубу, состоящую из полуцилиндров. Если ветер слаб, полуцилиндры максимально раздвигаются, увеличивается так называемая ометаемая поверхность агрегата, и наоборот, при большой скорости полуцилиндры сдвигаются, и ветряк приобретает обтекаемую форму трубы. Ветер как бы сам регулирует площадь ометаемой поверхности, никакой электроники.

"В зависимости от скорости ветра установка меняет площадь ометаемой поверхности, и в связи с этим у нас диапазон рабочей скорости ветра будет от 1 до 70 метров в секунду, таким образом, время работы нашего ветряка гораздо больше, чем у классического. Следовательно, он будет дольше генерировать электроэнергию за день. Скорость ветра фактически не имеет значения для нашей энергоустановки, ее мощность будет всегда одинакова, рабочее тело совершает 80 оборотов в минуту. Мы используем тихоходные генераторы, которые разработаны казахстанскими учеными. Ультразвуков он не излучает, а сама установка для птиц не опасна", - объясняет Николай Буктуков.

Первый ветряк мощностью пять киловатт и высотой в 12 метров разработчики собрали в 2000 году. Диаметр рабочего тела, вращающегося вокруг вертикальной оси, в закрытом состоянии - 1 метр, в раскрытом - 1,5 метра. Весь агрегат вместе с растяжками и аккумуляторами весит около 800 килограммов. Проверяли установку на Курдайском перевале в зимнее время в течение трех месяцев, где порывы ветра достигали 50 метров в секунду. В числе прочих условий проверяли ветряк и на случай падения. Даже если он ляжет на землю, помнется только верхняя дуга и два фланца, которые легко восстановить при наличии сварочного аппарата. Вся "начинка" находится на земле: генератор, аккумуляторы, зарядное устройство. Минус такой ветроустановки в том, что есть технические ограничения для производства мощных агрегатов свыше 50 киловатт. Этот вопрос можно решить количеством агрегатов. Но мощность в 5 киловатт позволяет обеспечить электроэнергией три дома. Кстати, себестоимость 1 кВт/ч электроэнергии составляет 0,4-1 тенге, исходя из расчета, что в день ветряк работает около 10 часов. Как считают разработчики, их детище де-факто в три раза дешевле известных ветряков.

"За счет того, что наша ВЭУ низкооборотная, она не требует высокого класса точности в производстве, при наличии площадки и примитивных токарных станков можно легко наладить ее выпуск, - говорит Буктуков. - Не требуются какие-то особые материалы. Мы посчитали, что такой ветряк как минимум в два раза дешевле российских ветряков при одинаковой мощности и в три-четыре раза дешевле, чем у производителей дальнего зарубежья. И главное, при более низкой себестоимости его производительность выше, так как он работает в широком диапазоне ветров".

Но если технологические препятствия учеными преодолены, то хроническая неплатежеспособность сельского населения стала камнем преткновения. Сегодня фермеры не готовы выкладывать 5-6 тыс. долларов за 5-киловаттный ветряк, даже притом, что он окупается в течение 2-3 лет. Во многих странах чистую энергетику субсидирует государство, такой же вариант приемлем и для Казахстана. У Николая Буктукова есть и другие варианты. Национальная энергетическая компания КЕГОК, например, могла бы выкупать ветряки у производителя, устанавливать их в ветряных регионах и продавать электроэнергию. Причем электроэнергия для потребителя будет дешевле, а для продавца более выгодна, поскольку прибыль от продажи выше.

Статьи по теме:
Спецвыпуск

Риски разделим на всех

ЕАЭС сталкивается с трудностями при попытках гармонизации даже отдельных секторов финансового рынка

Экономика и финансы

Хороший старт, а что на финише?

Рынок онлайн-займов «до зарплаты» становится драйвером развития финансовых технологий. Однако неопределенность намерений регулятора ставит его развитие под вопрос

Казахстанский бизнес

Летная частота

На стагнирующий рынок авиаперевозок выходят новые компании

Тема недели

Под антикоррупционным флагом

С приближением транзита власти отличить антикоррупционную кампанию от столкновения политических группировок становится труднее