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:
Казахстан

От практики к теории

Состоялась презентация книги «Общая теория управления», первого отечественного опыта построения теории менеджмента

Тема недели

Из огня да в колею

Итоги и ключевые тренды 1991–2016‑го, которые будут влиять на Казахстан в 2017–2041‑м

Казахстан

Не победить, а минимизировать

В Казахстане бизнес-сообщество призывают активнее включиться в борьбу с коррупцией, но начать эту борьбу предлагают с самих себя

Международный бизнес

Интернет больших вещей

Освоение IoT в промышленности позволит компаниям совершить рывок в производительности