ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

ВОПРОСЫ ЭКОНОМИКИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЭУ

Вопросам экономики в зарубежной литературе по ветроиспользованию уделяется исключительное внима­ние. Одним из них является перспективность примене­ния ВЭУ в новых условиях при развитии атомной энер­гетики. Считают, что через 100 лет атомные электро­станции смогут удовлетворить не более 60% мировой потребности в электроэнергии. В местной энергетике останется необходимость использования местных источ­ников энергии, особенно в районах с малой плотностью нагрузки. Следующим вопросом является эффектив­ность применения ВЭС при работе совместно с тепло­выми электростанциями с целью экономии топлива последними и с гидростанциями при наличии доста - _

Точного регулирования стока. Эффективность такой работы зависит от себестоимости энергии, которая мо­жет быть получена от ВЭС. Возможные стоимости энергии от мощных ветроагрегатов при разных вет­ровых условиях, а также стоимость их сооружения при­ведены в табл. 6-2, составленной Е. Гольдингом [JI. 22]. Данные этой таблицы относятся к ветроагрегату D = 64 м, параметры которого "при vr =10—11 м/сек английские ветроэнергетики считают оптимальными.

Стоимость сооружения агрегата D= 64 м подсчитана для серийной постройки с учетом опыта сооружения американского ветроагрегата D = 53 м и эксплуатации датских агрегатов. При подсчете себестоимости энергии все годовые расходы приняты в размере 8,5% от стои­мости сооружения. Они включают отчисления на амор­тизацию установки в течение 40 лет с учетом производ­ства за этот срок пяти капитальных ремонтов агрегата с пятикратной заменой ветроколеса, расходы на теку­щий ремонт и содержание установки, в том числе зара - ■ботную плату одного дежурного в смену на пять агре­гатов и 3,5% отчислений на затраченный капитал.

Стоимость 1 кет установленной мощности ВЭС при оптимальных расчетных скоростях ветра от 11,2 до 15,6 м/сек и оптимальной установленной мощности 3,22 —1,16 Мет в зависимости от средней многолетней скорости ветра составляет от 40 до 90 фунтов стерлин­гов (или от 62 до 150 долларов по курсу 1955 г.). Себе­стоимость энергии при среднегодовой скорости ветра от 4,5 до 11,2 м/сек изменяется от 1,53 до 0,24 пенса/квт ■ ч (1—0,16 цента/кет • ч).

Работа ВЭС в мощной энергосистеме для экономии топлива на тепловых установках будет эффективной, если себестоимость энергии ВЭС окажется меньше топ­ливной слагающей стоимости энергии ТЭС.

Средняя величина топливной слагающей стоимости энергии от тепловых станций Управления по электро­снабжению Великобритании составляла в 1954 г. 0,48 пенса. По кривой себестоимости энергии при опти­мальных параметрах агрегата в зависимости от t>r, составленной Гольдингом и изображенной на рис. 6-14, или из табл. 6-2 видно, что при указанной величине топ­ливной слагающей использование ветроагрегатов D = 64 м в энергосистеме экономически целесообразно,

Та б лада 6-2

Начиная с vr = 7 м/сек и выше. Из той же таблицы вид­но, что выработка энергии при уменьшении vr с 11,2 до 4,5 м/сек и оптимальных параметрах агрегата умень­шается в 2 раза меньше, чем кубы соответствующих сг , что зависит от увеличения влияния на величину выра­ботки пульсаций скорости ветра при небольших vr.

По подсчетам английских ветроэнергетиков, как это иллюстрирует рис. 6-15, взятый из той же книги Гольдин­га, стоимость энергии ветроагрегатов уменьшается при увеличении диаметра ветроколеса до 60—70 м. По дат­ским данным (проф. Ю. Юль), стоимость ветроагрега­тов с одним или двумя ветроколесами диаметром 24 м, мощностью 200 и 400 кет должна составлять 140— 112 долларов/кет, а себестоимость энергии при 3 500— 4 900 ч использования и годовых расходах в 10% от ка - питальиых затрат составит 0,39—0,22 цента/квт-ч, т. е. будет не выше этих стоимостей для агрегатов D — 64 м.

При наличии в энергосистеме, включающей ВЗС, ре­гулируемых ГЭС, водохранилища которых могут быть использованы для накопления воды в период работы ВЭС, последние могут частично заменить по мощности ТЭС, дублирующие ГЭС, давая обеспеченную мощность,

Равную 20—30% от установленной. Если гидрологиче­ский режим рек противоположен ветровому режиму района, обеспеченная мощность ВЭС может доходить до 50% установленной, причем для создания необходимого запаса воды может быть достаточно недельное регули­рование. В этом случае эффективность ВЭС повышает­ся, и себестоимость их энергии должна сравниваться уже не с топливной слагающей стоимости энергии ТЭС системы, а с ее полной стоимостью. А. Кроме (Kroms) [JI. 32] приводит величины допустимых для этого случая капиталовложений в сооружение ВЭС, рабо­тающих в системе, в условиях США в зависимости от величины обеспеченной мощности РТВ ВЭС, на которую

Снижается дублирующая мощность ТЭС по отношению

Ко всей установленной мощности Рн ВЭС Ч = -5— при

Г в

Раздай стоимости топлива (см. табл. 6-3).

Из таблицы видно, что, по американским подсчетам, уменьшение дублирующей мощности ТЭС вдвое (у=0,5) позволяет повысить стоимость сооружения ВЭС в IV2—2 раза по сравнению со случаем работы

ВЭС только для получения экономии топлива иа ТЭС

(Y-0).

Подобные же технико-экономические исследования были проведены во Франции для Малой Кабилии (Ал­жир), где имеется возможность сооружения большого числа регулируемых ГЭС, использование которых вслед­ствие мальж величин стока местных рек более целесо­образно на покрытие пиков графиков нагрузки совмест­но с другими электростанциями. Большие скорости вет­ра постоянного направления дают здесь возможность эффективного использования ВЭС. Сезонные изменения стока рек и скоростей ветра в М. Кабилии-, противопо-

Допустимая стоимость установленного киловатта мощности ВЭС

Допустимая стоимость 1 кет мощности ВЭС, доллары

7=0,25

Ложны, так как ветры, вызываемые здесь разностью на­грева воздуха над морем и сушей, бывают сильнее в су­хое 'время года. Это дает возможность при проектиро­вании ВЭС для совместной работы с ГЭС не только не увеличивать емкости водохранилищ, но даже умень­шать их. При соотношении выработки энергии ВЭС и Г. ЭС порядка 1 :3 емкость водохранилищ при наличии ВЭС может быть уменьшена на 17%. Число часов ис­пользования ВЭС получается равным 1 100, и допусти­мая стоимость их сооружения — 60000—70000 фран - ков/квт, что значительно больше, чем можно допустить при их работе с целью экономии топлива совместно с базисными ТЭС.

Технико-экономические показатели ветроагрегатов средней мощности (10—100 кет) видны из табл. 6-4, со­ставленной Е. Гольдингом для ветроагрегата типа £>='15,3 м, работающего в Коста-Хэд. Стоимость 1 кет установленной мощности составляет в зависимости от расчетной скорости ветра 75—190 фунтов стерлингов (123—315 долларов) —почти в 2 раза больше, чем вет­роагрегата D = 64 м. Особенностью ветроагрегатов сред­ней мощности, по данным Гольдинга, является то, что их стоимость при одном диаметре ветроколеса мало из­меняется в зависимости от установленной мощности (или vp). Так, общая стоимость ветроагрегата D=il5,3 м при увеличении vp с 9 до 15,6 м/сек увели­чивается всего на величину порядка 10%, тогда как стоимость агрегата большего диаметра D = 64 м по табл. 6-2 при таком же увеличении Ур увеличивается на 3Q=»-35%'. Это показывает, что при больших диамет-

Pax ветроколеса вес двигателя возрастает с увеличением установленной мощности относительно быстрее.

Себестоимость энергии ветроагрегата D = 15,3 м при "оптимальных параметрах для разных иг от 4,5 до 11,2 м/сек показана на рис. 6-16 и изменяется от 4,6 до 0,64 пенса/квт • ч (3,2—0,45 цента/квт ч).

Е. Гольдинг сравнивает себестоимость энергии этцх ВЭС с топливной слагающей стоимости энергии комму­нальных дизельных установок той же мощности, для параллельной работы с которыми они предназначаются. Топливная слагающая дизельных установок при наибо­лее-благоприятных условиях составляет в Великобрит тании около 1 пенса/квт-ч при расходе топлива поряд­ка 0,28 л/квт ■ ч и стоимости его 3,3 пенса/л, а при тяже­лых условиях транспорта топлива и повышенном удель­ном расходе топлива доходит до 4 пенсов/квт ч. Сред-
ниє скорости ветра, при которых экономически оправды­вается применение ВЭУ средней мощности для эконо­мии топлива в условиях Великобритании, показаны на рис. 6-16. При дешевом топливе и малой топливной сла­гающей дизельных установок ВЭС оправдывают себя, начиная с — 9 м/сек, а при дорогом* топливе могут использоваться, начиная с иг=5 м/сек.

Стоимость малых ВЭУ постоянного тока мощностью 1—2 кет, работающих с электрическими аккумулятора­ми, определяется порядком 200 фунтов стерлингов/кет (330 долларов/кет). Вследствие быстрого износа акку­муляторов годовые расходы этих ВЭУ составляют не менее 15% от их стоимости. При худших ветровых усло­виях, в которых они обычно работают, находясь вблизи жилищ, и ограниченной нагрузке их число часов исполь­зования не превышает 500—1 200, а стоимость энергии при ог =5—6 м/сек составляет 8—9 пенсов/квт• ч (5,5— 6,5 центов/кет ■ ч). Высокая стоимость этих ВЭУ и их энергии обычно все же бывает приемлема для индиви­дуальных владельцев, живущих вдали от коммунальных электрических сетей.

[1] Первое уравнение дает кривые СЕ и CF, симметричные отно­сительно биссектрисы координатного угла, второе — кривую CD, третье — NM.

[2] Основные методические положения технико-экономических расчетов в энергетике, ГНТК, Металлуршздат, Москва, 1969.

[3] Проект.

*» Синхронный генератор.

[5] Асинхронный генератор.

[6] ВЭС Грандпас-Ноб с ветроагрегатом Смит-Пут - нэм мощностью 1 Мет (США). ВЭС была сооружена на вершине Грандпас-Ноб в Зеленых горах (штат Вермонт) по проекту инж. П. Путнэм (Р. С. Putnam) фирмой Смит и работала в 1941—1945 гг. параллельно с систе­мой на сеть 44 кв. Общий вид ветроагрегата представ­лен на ірис. 6-9, основные технические данные приведе­ны в табл. 6-1, п. 2 [Л. 25]. Двухлопастное цельноме­таллическое ветроколесо диаметром 53 м соединялось через двухступенчатый редуктор и гидромуфту с син­хронным генератором мощностью 1 ООО кет, 60 гц, 600 об/мин, напряжением 2,3 кв, установленным на раме головки ветродвигателя. Поворот головки по ветру про­изводился гидравлическим механизмом, управляемым флюгером. Ветроколесо работало за башней. Выбор профиля и числа лопастей ветроколеса был сделан на основании исследований, установивших, что годовая вы­работка агрегата при двух лопастях будет всего на 2%