ОПЫТ ОАО «НИИМЕСТПРОМ»

ПО СОЗДАНИЮ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Генеральный директор

ОАО «НИИМЕСТПРОМ»

Смирнов А.Н.

ДОКЛАД на Восьмом Международном

Научно-промышленном форуме

«Великие реки»

25-29 мая 2006г.

 г. Нижний Новгород

 Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт местной промышленности ОАО «НИИМЕСТПРОМ» (ранее институт «РОСНИИМЕСТПРОМ») создан в 1967г. и осуществляет свою деятельность на рынке научно-технической продукции и услуг. Институт располагает собственными площадями, может разработать и внедрить технологии, спроектировать, и поставить технологическое оборудование для различных производств.

         В период 2003-2006гг. выполнен большой объем поисковых работ с целью определения новых актуальных направлений деятельности института. В качестве одного из основных направлений принята проблема «Ресурсосбережение». Накопленный ранее опыт позволил поставить задачу создания энергетического оборудования с использованием нетрадиционных источников энергии. Тщательно собрана и проанализирована информация по развитию нетрадиционной энергетики в России, стран Европы и Азии, проведены патентные исследования, изучены различные предлагаемые и действующие проекты.

         В соответствии с данными Управления научно-технического прогресса Минэнерго РФ в настоящее время более 70% территории России с населением 22 мл. человек не подключено к федеральной энергосистеме и является зоной децентрализованного энергоснабжения. Существуют целые регионы, где занятость населения и его жизненные блага напрямую зависят от своевременной доставки органического топлива к тепловым и дизельным электрическим станциям. При резком удорожании органического топлива и расходов на его доставку потребность в альтернативных источниках энергии по всей территории России резко возросла и в некоторых местах даже стала условием выживания. В связи с вышеизложенным следует вывод, что в нашей стране в ближайшем будущем неизбежен рост использования возобновляемых источников энергии.

         Одним из видов возобновляемых источников энергии является – энергия ветра. Развитие и использование ветроэнергетики, продолжавшееся на протяжении 1920-1930-х годов, в 1940-х годах было практически прекращено во всем мире из-за широкого применения дешевого органического топлива. Нефтяной кризис заставил развитые страны искать замену сильно подорожавшей нефти и, активизировать работы по созданию ветроэнергетических установок.

         Общая установленная мощность ветроустановок в мире увеличивается быстрыми темпами: с 6000 МВт в 1996г. до 12000МВт в 1999г с прогнозом на 2008г. – 36000 МВт. Страны-лидеры: Германия, США, Дания, Испания, Индия.

         В России ветроэнергетические установки используются не так широко. В настоящее время в России серийно производятся только малые ВЭС мощностью от 0,1 до 10кВт, но интенсивно ведутся работы по созданию ветроагрегатов и ветро-энергетических станций большой мощности.

         Одной из причин недостаточного использования энергии ветра в России является то, что в большинстве ее регионов скорость ветра невелика и в среднем составляет 3-15м/сек., а большинство существующих ветроэлектростанций экономично работают при более высоких скоростях ветра.

         Наибольший энергетический потенциал имеют районы Крайнего Севера и Дальнего востока, прибрежные районы России. Именно на этих регионах сосредотачивается внимание разработчиков ВЭС.

         Изучение мирового и отечественного опыта показало, что в практике в основном применяются две группы ветродвигателей с горизонтальной осью вращения (крыльчатые) и роторные с вертикальной осью вращения. Крыльчатые ветродвигатели более распространены.

         В тоже время крыльчатым ветродвигателям присущи многие недостатки: они не могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без мультипликатора. В крыльчатых ветродвигателях, наибольшая эффективность достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастей-крыльев, поэтому требуется устройство автоматического поворота оси вращения.    

У крыльчатых ветроагрегатов коэффициент использования энергии ветра выше, чем у других типов установок. Однако им свойствен еще один очень существенный недостаток: вибрации и шумы отрицательно влияющие на экологию окружающей среды, что исключают их установку в жилых массивах и требует их удаления от потребителей.

Нами была поставлена задача создания такой ветроэнергетической электростанции, которая может найти широкое применение в тех регионах России и за рубежом, где сила ветров не высока и составляет, как правило, величину не более 3-10 метров в секунду.

Другой задачей, которая решалась при создании ВЭС являлась – возможность широкого использования в больших городах и мегаполюсах, где применение крыльчатых установок неприемлемо в связи с отрицательным влиянием на экологию окружающей среды обитания и здоровье людей.

Для проектирования выбрана установка роторного типа с вертикальной осью вращения. Этот выбор обусловлен тем, что роторные двигатели могут работать при любом направлении ветра, они тихоходны и обладают способностью «ловить ветер», без дополнительных механизмов следить за тем, откуда дует ветер, что весьма существенно для использования «рыскающих» потоков. В то же время, у роторных ветродвигателей намного больше момент вращения. Они более просты в эксплуатации.

Для проверки проектных решений был изготовлен макет ветродвигателя (рис 1). Изучение его работы подтвердило правильность выбора роторного типа ВЭС.

На основании макета выполнен проект ветроэнергетической  электростанции «Винд-Ротор» (рис1.)

Разработано два типа

• наземного расположения
• «крышный вариант» для расположения на крыше зданий.

ВЭС «Винд-Ротор», позволяет осуществлять электроснабжения жилых массивов города и в значительной мере решать проблемы жилищно-коммунального хозяйства Росси.

         Головной опытно-промышленный образец «крышного» варианта.

         Электростанция установлена в г. Нижнем Новгороде на крыше 12-ти этажного здания института ОАО «НИИМЕСТПРОМ» (рис 2.)

Технические данные и основные параметры

В безветренную погоду при работе от аккумуляторной батареи выходное напряжение равно 220В ± 5%. Выходное напряжение и поддерживается автоматически.

При отсутствии ветра станция выдает напряжение от аккумуляторной батареи через преобразователь. Время автономной работы от аккумуляторной батареи зависит от количества и емкости аккумуляторной батареи. Ориентировочное время работы от аккумуляторной батареи приведено в таблице 1.

         Ветроустановка представляет собой цилиндрическую вертикальную конструкцию и набирается из отдельных модулей.

         Основными узлами которой являются:

1. Направляющий аппарат
2. Ротор
3. Электогенератор
4. Редуктор (мультипликатор)
5. Система управления
6. Опора
7. Навес
8. Основание

Направляющий аппарат служит для концентрации воздушного потока, и увеличения скорости ветра, попадающего на лопасти ротора.

     Головной образец «Винд-Ротор» смонтированный на крыше института ОАО «НИИМЕСТПРОМ» собран из пяти модулей.

     Планетарный цилиндрический редуктор служит для передачи крутящего момента от ротора к генератору.

     Электрогенератор 3-х фазный, синхронный, мощностью 16кВт.

     В верхней части ветроустановки монтируется навес, предназначенный для защиты направляющего аппарата и ротора от атмосферных осадков.

     Вся конструкция ветроустановки устанавливается на основании, которое предназначено для размещения редуктора (мультипликатора), генератора, аккуляторной батареи, системы управления и инвертора.

         Важнейшей составляющей частью автономных ветроэнергетических станций является генератор. В составе нашего головного образца использован синхронный генератор.

         Институт ведет работы по созданию низкооборотных магнитоэлектрических генераторов, которые будут устанавливаться на последующих модификациях ВЭС «Винд-Ротор». Магнитоэлектрический ветрогенератор имеет ряд преимуществ перед обычным, в том числе позволяет получить повышенный коэффициент преобразования энергии при малых оборотах генератора. Другим преимуществом является то, что при получении тока в магнитоэлектрическом генераторе генерируется меньше тепла, что почти исключает проблему потерь тепла и нагрева конструкции.

         Головной опытно-промышленный образец ВЭС-15 «Винд-Ротор» создан как прототип универсального типа ветроэлектростанции различной мощности, которые найдут применения как альтернативные источники электроснабжения небольших энергопотребителей (дачи, частные дома, экспедиции), социальных объектов (санатории, школы, стадионы), а также использоваться в удаленных от централизованного энергоснабжения портовых сооружениях и других объектах речного и морского транспорта.

         Модернизации проекта «Винд-Ротор» могут применяться на движущихся объектах речного транспорта (катерах, быстроходных судах и т.д.), а также на железнодорожном транспорте.

         Головной образец ВЭС-15 «Винд-Ротор» запускается в опытно-промышленную эксплуатацию в качестве альтернативного источника электропитания здания института ОАО «НИИМЕСТПРОМ».

         Готовятся проекты модельного ряда роторных ветроэнергетических электростанций наземного и «крышного» варианта в широком диапазоне мощностей.

         По завершению проектных работ и испытанию головных образцов, предполагается организовать серийный выпуск изделий.

         Потенциальные покупатели: предприятия, коммерческие структуры, предприниматели и население, заинтересованные в приобретении источника электроэнергии независимого от завозного топлива и электросети, предприниматели и предприятия, желающие приобрести собственный источник электроэнергии или организовать бизнес на производстве и продаже электроэнергии. РАО ЕЭС России отдельные региональные подразделения РАО ЕЭС проявляют интерес и готовы заключить договора на поставку ВЭС.

         Рынок ветроэнергетических электростанций в России находится в стадии формирования и может составлять сотни миллионов долларов.