Эдуард Байков. Небесный кредит: ветроэнергетика в Башкортостане

НЕБЕСНЫЙ КРЕДИТ

Ветроэнергетика в Башкортостане: эколого-экономические аспекты и перспективы развития

(«Предприниматель Башкортостана», № 10 (97), 22.06.07; «Истоки», № 50, 13.12.06)

На конференции в Киото (декабрь, 1997) была принята Конвенция по климату, согласно которой страны должны стремиться к сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу. Значительную долю подобных выбросов, ведущих к парниковому эффекту, дает традиционная энергетика, основанная на сжигании углеводородного топлива.

Очень важным на современном этапе, при сложившейся экологической обстановке, представляется переход на альтернативные, возобновляемые источники энергии. Речь идет об энергии ветра (ветряные электростанции и ветроэнергетические установки), солнца (солнечные батареи и гелиостанции), морских приливов и отливов, внутреннего тепла Земли, геотермальных вод, отходов сельхозпроизводства (биомассы).

Необходимо отметить, что именно ветроэнергетика представляется одним из наиболее перспективных направлений в разработке и внедрении альтернативных источников энергии. В мире темпы развития ветроэнергетики в последние годы составляли около 30% в год, что превышает темпы роста других энергетических технологий. Исследования долгосрочных перспектив показывают, что энергия ветра может стать одним из наиболее эффективных возобновляемых «чистых» энергоресурсов.

Странами ЕЭС за счет нетрадиционных и возобновляемых источников энергии планируется обеспечить 22% своих энергетических потребностей к 2010 г. и 50% к 2050 г. В настоящее время наибольшие практические успехи в этом направлении достигнуты в области ветроэнергетики. В ряде стран Европы, США, Канаде перешли от внедрения отдельных ветроэнергетических установок (ВЭУ) мощностью в десятки и сотни киловатт к строительству наземных и морских парков таких ВЭУ – ветроферм суммарной мощностью в десятки и сотни мегаватт с целью использования энергии ветра в промышленных объемах.

Правительство РБ и Президент Башкортостана уделяют самое пристальное внимание развития нетрадиционной энергетики. При прямой поддержке руководства республики уже построены и введены в эксплуатацию несколько газотурбинных электростанций и мини-ГЭС на малых реках. Начала работать первая ветроэлектростанция «Тюпкильды» мощностью 2200 кВт. Персоналом Октябрьских электросетей ОАО «Башкирэнерго» уже накоплен достаточный опыт эксплуатации ВЭУ.

Но здесь есть свои преодолимые недостатки. Значительно больший экономический эффект даст размещение ветроустановок в районах повышенной ветровой активности. Как верно заметил профессор БГУ и РГТЭУ, академик М. Г. Муталов («Истоки», № 2, 10.01.07), в любой точке башкирского Зауралья ВЭУ будут работать круглогодично, так как безветренных дней в этих районах почти не наблюдается. Минниахмет Гильметдинович подчеркнул, что «по большей части в бездействии стоят ветряки у деревни Тюпкильды в Туймазинском районе», и выразил надежду, что энергетики и предприниматели Башкортостана прислушаются к рекомендациям автора данной статьи и начнут активно внедрять технические разработки наших земляков, о которых речь пойдет ниже.

Известно, что все ВЭУ как в нашей стране, так и за рубежом вырабатывают только переменный электрический ток. Большие трудности при этом возникают в связи с необходимостью удержания постоянства уровня напряжения и особенно поддержание частоты (50 периодов в секунду). Это вызвано непостоянством и периодическими колебаниями ветра. Поэтому создаются технические трудности при параллельной работе с энергосистемой.

По технико-экономической целесообразности возникает необходимость создания таких технических устройств генераторов, которые могли бы производить постоянный электрический ток с исключением резких колебаний уровня напряжения и с отсутствием сложных технических устройств по контролю за частотой колебательных процессов.

При этом существующие электроприемники без вращающихся частей будут успешно работать и на постоянном токе с увеличенным техническим ресурсом, а устройства с вращающимися частями, как, например, двигатели, будут изготовляться униполярными и также работать на постоянном токе. Автономная малая энергосистема, как правило, будет работать на одном уровне напряжения. При необходимости других уровней напряжения будут использоваться делители напряжения.

В решении вышеозначенных проблем успехов добились наши соотечественники – изобретатели из Уфы Н. Г. Ермилов и А. Н. Филиппов. Им удалось создать принципиально новый образец униполярного многовиткового торцевого генератора с самовозбуждением, а кроме того – устройство генератора постоянного тока с независимым возбуждением для дальних передач больших мощностей. При этом все устройства генераторов являются обратимыми.

Известно, что к устройствам, преобразующим энергию ветра, предъявляются требования по регулированию скорости вращения ветроколеса для обеспечения равномерности подачи и сохранения уровня выдаваемого напряжения. Существенным недостатком серийно выпускаемых коллекторных и вентильных электрических машин является наличие коллектора как средства токосъема и коммутации, которое резко снижает надежность и технический ресурс, а щеточно-контактные узлы в подвижной обмотке якоря не позволяют получить высокий уровень напряжения и необходимую мощность.

Магнитопроводы якоря и индукторы в целях устранения вихревых токов выполняются из наборных листов дорогой электротехнической стали, что резко повышает стоимость изготовления генератора. Есть и другие отрицательные нюансы технического характера.

Все эти и другие недостатки полностью устраняются в изобретенных уфимцами устройствах униполярных, бесколлекторных, многовитковых торцовых генераторах.

Скорость ветра в значительной части территории Башкортостана не бывает ниже 3-5 сек., что обеспечивает постоянную работу автономных ВЭУ, так как для трогания ветроколеса ВЭУ требуется 2,5 м/сек. Изобретатели из УГАТУ Ф. Р. Исмагилов, И. Х. Хайруллин и Ю. В. Афанасьев создали новый ветродвигатель с устройством регулирования скорости ветроколеса.

В новом устройстве многовитковость генератора обеспечивается весьма важной новизной – в электрическую цепь неподвижной обмотки якоря введено тело магнитопровода с созданием множества параллельных ветвей, а сама электросхема становится последовательно-параллельной, то есть многовитковой.

Отсутствие колебательной по величине и переменной по направлению электродвижущей силы, с обеспечением постоянства получаемого напряжения, позволяет использовать для изготовления якорной обмотки не дорогой цветной металл, а ферромагнитный сплав, что существенно удешевляет стоимость изготовления генератора.

КПД новых устройств генераторов не ниже 0,95. Мощность генераторов не менее 100 кВт, напряжение – до 1000 в. Мощность еще одного разработанного нами генератора – до 10000 кВт, а напряжение – до 10 кв.

Продолжающееся реформирование электроэнергетики страны в режиме развития рыночных отношений и конкуренции будет способствовать созданию малых энергосистем на крупных, экономически стабильных частных акционерных компаниях, промышленных предприятиях, фермерских хозяйствах.

С массовым производством изобретенных бесколлекторных униполярных многовитковых электрических машин, постоянный электрический ток, по технико-экономической целесообразности, придет на смену переменному току.

Итак, ограниченность запасов органического топлива, увеличение его стоимости и ухудшение экологической обстановки обуславливают необходимость всемерного использования возобновляемых источников энергии, в частности энергии ветра.

Возрастает потребность в дешевых и доступных источников электроэнергии на альтернативной основе не только для крупных и средних предприятий промышленности, аграрного сектора, транспорта, но и для мелких частных хозяйств, жилых домов, дачных и садовых участков.

Основным направлением, на наш взгляд, будет применение нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в том числе ветроэнергии, что соответствует требованиям экоразвития и международным соглашениям по Киотскому протоколу 1997 г.

В этом плане опыт наших земляков может оказаться весьма востребованным как у нас в стране, та и во всем мире.

© Эдуард Байков, текст, 2006–2007

© Книжный ларёк, публикация, 2015