Белорусская ветроэнергетика. Реалии и перспективы

Далее приведены основные способы подключения ветрогенераторов.

Объект питается только от ветроэнергетической установки.

АВР позволяет переключить  питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов  на электросеть. Эта же схема может  использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает  вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потери питания от электросети.

В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.

Общественная  электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.

Возможно подключение  солнечных фотомодулей к ветрогенераторной системе через гибридный контроллер или с помощью отдельного контроллера для солнечных систем.

Возможно установить два и более генератора, инвертора  и комплекта аккумуляторов для  увеличения мощности системы.[7]

3. Преимущества и недостатки ветроэнергетики в сравнении с другими источниками энергии.

Ветроэнергетическая техника в сравнении с другими  источниками энергии обладает очевидными экономическими преимуществами.

Среди них:

1. отсутствие затрат на добычу и транспортировку топлива;
2. низкие удельные трудозатраты на сооружение ветроэнергетических установок (ВЭУ) — эти затраты на порядок меньше, чем для тепловых и атомных станции;
3. широкий технологический диапазон прямого использования энергии ВЭУ (в частности, автономность и работа в центра­лизованных сетях, совместимость с другими источниками энергии);
4. короткие сроки ввода мощностей в эксплуатацию;
5. отсутствие вредного воздействия на окружающую среду (в этом отношении ветротехника уступает лишь гелиосистемам).

Эти преимущества в полной мере подтверждаются во многих странах, где ветроэнергетика - не экзотика, а область общей энергетики. Достаточно назвать Германию, в которой ветроэнергетика дает в год более 50 млрд. кВтч электроэнергии. (Для справки: общее потребление электроэнергии в Беларуси за 2008 г. составило 33,1 млрд. кВтч, причем выработка электроэнергии белорусскими ВЭУ на этом фоне не видна.) Беларусь осталась, пожалуй, единственной европейской страной, где энергия ветра практически не используется в хозяйственных целях.[8]

1. Вред, наносимый ВЭУ животным и птицам

С самого начала развития ветроэнергетики возникали  вопросы о возможном вреде, наносимом  ВЭУ животным и птицам. Агрегаты в то время были небольших размеров, мощностью до сотни киловатт. Такие  ВЭУ характеризовались высокой частотой вращения лопастей, что служило препятствием для прямого пролета птиц. Частота вращения ротора агрегата мощностью до 100 кВт достигает 300-450 об/мин, то есть лопасти делают 5-7 оборотов в секунду. Ветроагрегаты были внове для всех, в том числе и для птиц. Первое время при размещении ВЭУ вблизи гнездовий птицы гибли довольно часто. Но размеры ВЭУ росли, частота вращения падала, требования неправительственных экологических и правительственных организаций при проектировании и строительстве ВЭУ ужесточались - и число погибших птиц стремительно уменьшалось. В настоящее время частота вращения ВЭУ мощностью 1-2 МВт составляет от 10 до 30 об/мин, а ВЭУ мощностью 3-4,5 МВт -8-14 об/мин. Это значит, что один оборот ротор совершает за 4,5-7 с - для птиц лопасти стали достаточно медленно движущимся объектом. Да и действительно, в Европе до появления паровых машин было 3 млн. ветряных мельниц, но дичь не переводилась, и лебеди радовали жителей Нидерландов и Дании, несмотря на то, что все польдеры в Нидерландах осушались ветряными мельницами! Массивные крылья ветряных мельниц вращались медленно и не представляли для птиц никакой угрозы. В начале 80-х гг. XX века был выполнен большой объем работ по изучению влияния ВЭУ на птиц. Это направление экологически вредных последствий развития ветроэнергетики выглядело наиболее угрожающим в то время, при тех природных и социальных условиях и превалировании мелких ветроагрегатов. В классических работах западных авторов по ветроэнергетике в настоящее время по поводу опасности ВЭУ для птиц пишут следующее: «ВЭУ значительно менее опасны для птиц, чем высоковольтные линии электропередач. Ветропарк мощностью 7,5 МВт, например, сопоставим по опасности с одним километром магистрального глоссе... Перелетные птицы, особенно лебеди и гуси, часто меняют курс на большом расстоянии от ВЭУ, и есть примеры, что, однажды найдя пищу вблизи ветроагрегатов, птицы быстро адаптируются к присутствию ВЭУ и учатся избегать ротора турбины. Однако в Калифорнии птицы все еще являются проблемой, где в среднем одна хищная птица в месяц погибает от ротора ветроустановки». Дело тут, наверное, не в птицах, а в установках - в Европе они давно стали крупнее, а в Калифорнии в эксплуатации находятся сотни мелких установок с высокой частотой вращения ротора - до 300-450 об/мин. Птицы часто наталкиваются на трудно различимые структуры и, особенно, на провода, мачты, шпили и окна в зданиях. Они также становятся жертвами движущихся устройств, в особенности дорожного движения. Смертность от ветротурбин в 300 раз ниже, чем от движущихся автомобилей, и в 70 раз ниже, чем от охотников. Для животных (диких и домашних) ВЭУ больше не являются каким-то препятствием или помехой. Скорее, инфраструктура ВЭУ в виде дорог и ЛЭП приносит животным некоторые неудобства. В настоящее время ни один серьезный эколог не выдвигает требований о запрете ВЭУ на этом основании.

2. Шум

В целом ВЭУ  не слишком шумные машины по сравнению  с другими механизмами соизмеримой  мощности. Однако есть примеры, когда  шум ветротурбин действительно  доставляет неприятности, если жилье располагается слишком близко к ним, а сами ВЭУ - из первых построенных машин, с неудачно выполненным механическим и аэродинамическим оборудованием, как, например, построенная методом народной стройки в Дании, вблизи Ульфборга, самая большая установка того времени - Twind. Ее установленная мощность составляет 1,2 МВт, но агрегат при максимальной скорости ветра выдает лишь около 600 кВт, и то с громкими завываниями свистом, пугающими всех в округе. Поэтому рядом с ВЭУ располагаются только учебные корпуса высшей школы. Имеются два источника шума от ВЭУ. Один из них - механическое и электрическое оборудование ВЭУ, в частности такие компоненты, как редуктор и генератор. Эта составляющая шума называется механической. Другая составляющая возникает от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки, и она называется аэродинамической. Шум обычно представляет собой проблему, но он значительно снижен за счет применения «тихих» редукторов, подъема основного оборудования на значительную высоту и применения звукоизолирующих материалов в гондоле. За последнее время большое распространение получили ВЭУ фирмы Enercon. Это безредукторные установки с переменной частотой вращения. ВЭУ этого типа имеют мощности от 600 кВт до 4,5 МВт, как правило, окрашены в нежно-голубые и зеленые цвета, что делает их почти незаметными на фоне окружающего ландшафта. Фирма Enercon, выступив пионером создания безредукторных ветрогенераторов, не только сократила уровень шума своих установок, но и повысила КПД за счет исключения одного звена передачи механической энергии. Аэродинамический шум, производимый ВЭУ, лучше всего описывается словами «свист от рассечения воздуха лопастями». Уровень этого шума зависит от формы лопастей, взаимодействия воздушного потока с лопастями и башней, от формы задней кромки лопасти, от формы кончиков лопастей, от типа регулирования ВЭУ (поворотно - лопастная или без поворота лопастей), от условий турбулентности воздуха. В густонаселенной Европе были проведены многочисленные измерения и исследования с целью получения ответа на вопрос о том, насколько близко к населенным пунктам или отдельным зданиям можно располагать ВЭУ, чтобы они не оказывали сколько-нибудь заметного воздействия на человека. Характеристики аэродинамического шума во многом сходны с естественными шумами, возникающими, например, при прохождении ветрового потока сквозь крону деревьев. Однако и этот шум снижен за счет оптимальной конструкции лопастей, особенно их кончиков и задней кромки, и способа их установки на ветроколесе. Законы, принятые в настоящее время в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ВЭУ до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. ВЭУ должны располагаться на таком расстоянии от жилых домов, чтобы шум не превышал указанные пределы. Результаты испытаний ВЭУ в Институте акустики Дании, а также анализ информации почти по 50 типам ВЭУ, имеющейся в европейских каталогах ветровых турбин, показывают, что большинство современных ветроустановок в непосредственной близости от места их сооружения генерируют при скорости ветра 10 м/с шум порядка 95-103 дБ. Это соответствует уровню шума на обычном промышленном предприятии. Однако уже на расстоянии 100 м от ВЭУ уровень шума уменьшается до 50 дБ, на расстоянии 300 м - менее 40 дБ. На большем удалении работа ветроустановки трудно прослушивается на фоне шума окружающей среды. Именно, исходя из этого, в Германии, Нидерландах, Дании и других странах приняты законы, ограничивающие минимальное расстояние от ВЭУ до жилых домов до 300 м.[9]

3. Визуальное воздействие

Это воздействие  наиболее актуально в настоящее  время и наиболее сложно поддается  количественной оценке. В основном это неприятие людьми изменений  в ландшафте из-за появления одной (впрочем, одна ВЭУ, как правило, не вызывает отрицательных эмоций) или нескольких - иногда многих десятков установок. Ветроагрегаты обычно располагаются на площадках, которые должны обеспечивать коммерческую доходность (то есть на открытых местах). Поэтому они заметны. Реакция на вид ВЭУ очень субъективна. Многие люди воспринимают их положительно, как символ чистой энергии, в то время как другие находят их нежелательным добавлением к пейзажу.

В обзоре, выполненном  датской фирмой AKF, стоимость воздействия  шума и визуального восприятия от ВЭУ оценена очень низко –  менее 0,0012 евро на 1 кВт/ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ВЭУ. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ВЭУ. Имеется обширная информация о том, что подавляющее большинство посетителей ветропарков остаются с благоприятным впечатлением о них. Независимый опрос общественного мнения подтвердил, что опасения некоторых местных жителей на стадии проектирования после пуска ветроагрегата превращаются в горячую поддержку. Типичный типоразмер ветротурбины при крупномасштабном развитии сетевых ВЭУ представляет собой ВЭУ мощностью 1500 кВт, с тремя наветренными лопастями, воздвигаемую на башне высотой 42-70 м. Хотя и существует тенденция к укрупнению ветроагрегатов, их конфигурация остается прежней, особенно в местностях с высокой плотностью населения по следующим причинам:

•  трехлопастной  ротор вращается медленнее двухлопастного, и поэтому уровень шума от него значительно ниже, чем от двухлопастного;

•  вращение двухлопастного ротора производит впечатление падения агрегата относительно горизонта, в то время как трехлопастной выглядит как вращающийся, что значительно спокойнее и приятнее для глаз;

•  большинство  населения привыкает к виду трехлопастных  агрегатов. Большая часть ветротурбин сегодня устанавливается на трубных башнях, которые большинство людей находят более эстетичными, чем решетчатые башни (фермы), распространенные ранее в США. Для улучшения эстетического вида ветротурбин во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.[10]

К действительно  вредным визуальным воздействиям, и  это воздействие поддается измерению  и оценке, относится создание лопастями  ВЭУ стробоскопического эффекта  при низком закатном солнце. Более всего этот эффект проявляется в широтах, близких к полярным. Подобное влияние стараются исключить еще при проектировании и поиске площадки для ВЭУ. В случае невозможности решить этот вопрос жители, находящиеся в зоне «мелькания», могут претендовать на получение денежной компенсации за причиняемые неудобства. В то же время во многих странах мира ветроагрегаты вызывают положительные эмоции.

4. Негативное влияние на прохождение радио и телевизионных сигналов.

До недавнего  времени считалось, что помехи радио- и телевизионному приему от ВЭУ незначительны, если избегать их строительства в одну линию по направлению к передающей станции или располагать на достаточном расстоянии. Если передача теле и радиосигналов осуществляется через спутник, проблема отпадает автоматически. В последнее время в связи с ростом единичной мощности ВЭУ и соответственно с увеличением высоты башни ВЭУ свыше 100 м и размеров лопастей до 40-60 м обостряется вопрос грозозащиты лопастей ВЭУ. Лопасти первых ветроагрегатов выполнялись из металла или дерева. Металлические лопасти отражают радио- и телевизионные сигналы, а деревянные поглощают их. Но из-за малого количества подобных агрегатов и их небольших размеров они не рассматривались как помеха для радио и телесигналов. С ростом мощностей и размеров ВЭУ их лопасти почти повсеместно выполнялись и выполняются из стекловолокна, без каких-либо металлических включений, и поэтому они полупрозрачны для теле и радиосигналов. С дальнейшим увеличением размеров и мощностей ВЭУ до 2 МВт и более для защиты лопастей от ударов молнии внутри лопастей стали закладываться алюминиевые проводники довольно значительного сечения, по которым ток при ударе молнии уходил в землю. Такие лопасти становятся своего рода зеркалами для проходящих радио и телесигналов. ВЭУ, оснащенная подобными устройствами, становится препятствием для сигналов военных радаров. Одновременно большие площади земель, особенно вдоль морских побережий и в прибрежных акваториях, стали служить площадками для крупных ветропарков. Эта тенденция приводит к столкновению интересов военных, наблюдающих с помощью радаров за прибрежной акваторией и воздушным пространством, и ветроэнергетики. В результате в Великобритании усилились требования по ограничению строительства ветропарков вдоль побережий. В Норвегии, по оценкам экспертов, учет требований военных приведет к снижению потенциальных ветроэнергоресурсов на 50%. Узконаправленный электромагнитный луч радара «видит» все препятствия, включая дома, деревья и, конечно, ветроустановки. Но зона позади ротора ВЭУ невидима для военных мониторов. Для уменьшения или полного устранения этого явления отдел развития фирмы Enercon совместно с Европейской компанией по противовоздушной и космической обороне изучают вопросы как размещения ВЭУ в составе ветропарков рациональным образом, так и поиска оптимальной конфигурации проводников заземления внутри лопастей ВЭУ.[11]

5. Использование земли

Сами ВЭУ  занимают только 1% всей территории парка. На 99% площади ветропарка вполне возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселенных странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землей, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни установки.