Вятърни електроцентрали
Изтегляне 279.05 Kb.
|
| Вятърни електроцентрали
Резюме на I - ва част Вятърът, като енергоизточник, се оказва привлекателен поради няколко причини. Има го в изобилие, “безплатен” е, практически е неизчерпаем източник на енергия, не води до замърсяване и до климатични аномалии. Накратко, притежава качества, с които нито един от традиционните енергийни източници за производство на електричество не може да се похвали. Проектирането на конвенционални горивни електроцентрали се прави за предварително определен първичен енергоизточник с постоянен характер. От това в голяма степен се определя, както технологията, така и съответните енерготехнически съоръжения. Вятърните електроцентрали и вятърните паркове разглеждаме като единна система. Тя има за цел да извлече максимална печалба от продажби на електричество, получено за сметка на безплатната ветроененергия в определен район. Първичният енергоизточник (вятърът) е променлив по скорост и по посока. Затова проектирането на ветроенергийните обекти винаги се разделя на две последователни фази. Първата е ветроенергиийният одит, а втората е самото проектиране. Двете фази са еднакво важни. Първата е определяща за избора на технологията и съответните агрегати за трансформация на вятърната енергия в електрическа. Във втората фаза се подбират алтернативни варианти на ветроагрегати, на основание анализ на енерготехническите им параметри и тяхното най-добро съответствие с установените на място специфични ветроклиматични условия. Проектът завършва с технико-икономически анализ, инвестиционна и екологична оценки на проектираните алтернативни варианти. Тласък за развитие на вятърната енергия в Европа е и загрижеността за глобалното затопляне. Вълната от рекордни горещини през лятото на 2003-та, която съсипа реколтите и бе посочена като причина за повишената смъртност през сезона (35 000 души), също подтиква към подмяна на фосилните с чисти енергийни източници. Вятърът се оказва привлекателен поради няколко причини. Има го в изобилие, “безплатен” е, практически е неизчерпаем източник на енергия, не води до замърсяване и до климатични аномалии. Накратко, притежава качества с които нито един от традиционните енергийни източници за производство на електричество не може да се похвали. Разбира се, има природозащитници, които са противници на вятърната енергетика, независимо че тя има очевидни екопреимущества. Основните проблеми, които те поставят, за шума и защитата на птиците, са решени по съвременни начини. Някои от тях са разгледани в първа глава. У нас има добри условия за ефективна експлоатация на ветроенергийни централи. Налични са достатъчно и стабилни законови предпоставки за развитие на българската вятърната енергетика, които са хармонизирани с европейските. Това гарантира сигурност и перспектива на ветроенергийните инвестиции. В глобален мащаб ветроенергетиката е най-бързо развиващото се направление на енергетиката през последните десетина години. А за безспорните екопредимства на вятърните централи няма нужда от аргументи. Проектирането на конвенционални горивни електроцентрали се прави за предварително определен първичен енергоизточник с постоянен характер. Това в голяма степен лимитира, както технологията за трансформация на първичната енергия в електрическа, така и съответните за нея енерготехнически съоръжения. При ветроелектроцентралите първичният енергоизточник (вятърът) е променлив във времето, както по скорост, така и по посока. Затова проектирането на вятърните електроцентрали се разделя на две последователни фази. Първата е ветроенергиийният одит, а втората е същинското проектиране на електроцентралата. Двете фази са еднакво важни. Първата е определяща за избора на технологията за трансформация на вятърната енергия в електрическа, което има решаващо значение за оптималния избор на конкурентни помежду си вятърни електрогарегати. Във втората фаза се подбират алтернативни варианти на ветроагрегати, на основание анализ на енерготехническите им параметри и тяхното най-добро съответствие със специфичните ветроусловия на одитираното място. В това се изразява същността на проектирането. Проектът завършва с технико-икономически и инвестиционен анализ, в който се представят синтетичните оценки на проектираните алтернативни варианти. В тях се включват и приходите от законово определените икономически стимули за производство на вятърна електроенергия. Те се изчисляват по направените оценки за екологичните ползи от работата на бъдещата вятърна електроцентрала. Неравномерното разпределение на атмосферното налягане над земната повърхност в хоризонтално направление се явява основна причина за движение на въздушните маси. Този процес е непрекъснат и циклично се повтаря. Поради това скоростта на вятъра във височина е сравнително висока. Но в близост до терена, в така наречения граничен приземен въздушен слой, тя се влияе от редица фактори. Те ускоряват или забавят движението на въздушните потоци. Да се изучават детайлно орографските, ландшафтните, климатичните и други причини за промените на ветроскорстта в граничния слой, и да се съставят модели на ветропотоците, е безспорно полезно за всяка ветрооценка. Но няма по-точен начин за ветроодит от прекия мониторинг на скоростта на конкретно място, където се планира да бъде изградена вятърна електроцентрала. Това е най-добре да става с подходящи уреди, които да измерват редица климатични параметри. Разбира се, най-важно е да се измерва скоростта на вятъра. В разговорния език, както и в метеорологията, скоростта на вятъра се разбира като паралени вектори, успоредни на терена, а посоката им може да се мени по всички азимути. Но така дефиниран вятър в природата няма, още повече в граничния въздушен слой. Обобщено казано, вятърният вектор не е хоризонтален. Истина е, че точно хоризонталната му компонента, е тази която има енергийно значение за работата на вятърните турбини. Но тя е част от скоростта на вятъра, който има компоненти и по другите две оси на тримерното декартово пространство. А те, повече или по-малко, възпрепятстват работата на ветротурбините. Затова има съществено значение да се определи каква е енергозначиматна стойност на вятъра за всяка една реална турбина, както и кои са неполезните му компоненти. Този конкретен подход ние нарекохме ветроенергиен одит. За да се анализират енергийните качества на вятъра следва да се направи ветроизмерване в три взаимно перпендикулярни равнини. Получените данни аналитично се декомпозират по трите посоки на декартовите координати. Това наричаме диференциално 3D измерване. Резултатите от него се анализират покомпонентно и синтезират заедно. Първата цел е да се отсеят енергозначимите компоненти и да се оценят вредите от неполезните ветрокомпоненти, които турбините понасят в тримерното ветрополе. Тези вреди не зависят само от нехоризонталните компоненти, но и от амплитудните флуктуации на вятъра по всички направления. Това се нарича турбуленция и тя намалява ефективната хоризонтална скорост на вятъра. Втората цел на диференциалния ветроенергиен одит е именно да се изчисли енергоефективната ветроскорост. Турбуленцията влияе не само на енергийната ефективност на турбината. Тя е определящ фактор за продължителността на експлоатационния срок и надеждната й работа, защото предизвиква значителни механични натоварвания и вибрации на роторните лопати, включително и циклично променящи се такива, които водят до ускорена “умора” на материала на лопатите и ротора. Как се правят 3D измерванията, диференциалните ветроанализи и оценката на енергийните и механичните им въздействия при трансформацията на ветроенергията в електрическа е подробно изложено в четвърта, пета и седма глави на книгата. Преди това – в трета глава, са изведени базовите формули за оценка на енергийните качества на вятъра. Там са показани и карти на територията на България със сезонно доминиращите ветрове по посоките им. Дадено е ветрозониране на страната по сила на вятъра. На основание на ветроенергийния одит се прави най-подходящият избор на ветроелектроагрегати за всяко конкретно място. Анализът на снетите на място 3D данни от одита, както и различните комбинации за съвместното им използване с многогодишна и корелирана ветростатистика, са разгледани в четвърта и пета глави. Ефективното прeобразуване на вятърна енергия чрез вятърни електрогенератори и турбини, работещи самостоятелно или обединени във вятърeн парк, задължително изисква професионален анализ на ветроусловията. След него се прави енерготехнически проект и разбира се - инвестиционно-икономическа оценка на различни, но конкурентни по между си варианти на технически решения. Всяка неточност, както при ветроенергийния одит, така и при последващия анализ на данните и в крайна сметка при избора на подходящи турбини, може да доведе до значителни отклонения при оценката за годишната електропроизводителност и показателите за енергийна ефективност, поради натрупваната грешка на различните етапи от проучването и проектирането. Тази чувствителност към точността на ветроенергийния одит и избора на съответния вятърен генератор се дължи на факта, че при двойно увеличение на ветроскоростта, мощността се увеличава 8 пъти, а при тройно - 27 пъти. Затова е много важен предварителният избор на място за фундиране ня всяка турбина, защото дори и над малък хълм, с височина спрямо околния терен около 50 метра, скоростта на вятъра на хълма е 2-2,5 пъти по-висока, отколкото в равнинния терен под него. Т.е. подценяването / надценяването на годишното електропроизводството на вятърен електрогенератор, в разглеждания случай, може да бъде в граници от 8 до 14 пъти! За съжаление, у нас вече имаме няколко примера за неудачен избор на място и вятърен електрогенератор за него. Проектирането на вятърни електроцентрали е фокусът, както на тази книга, така и в нейната втора част, която е в работен процес. Затова във всички глави след пета са предложени приложни съвременни методологии, технически и софтуерни решения за изготвяне на оптимални енерготехнически проекти на вятърни централи и паркове, както и за ефективната им експлоатация. Софтуерът, използван в техникоико-икономическите оценки и проектирането, е направен по публикувани, през последните години, емпирико-аналитични модели, верифицирани и потвърдени от данни от работещи ветроелектроцентрали и от компютърно флуидодинамично моделиране Подобряването на производителността и ефективността на вятърните централи е основната задача на проектирането им. Решаването на тази задача може да става с конвенционални и/или иновативни технически решения. Те могат да се отнасят за всеки един вятърен електроагрегат в електроцентралата, както и за самата електроцентрала като система. В шеста глава е отделено специално място на повишаването на ефективността на отделните възли и механизми на ветроагрегата и техните връзки по между им, чрез конкретни технически решения. А средствата за повишаването на ефективността на електроцентралата като система са разгледани в следващите глави. Eфективността на вятърните електроцентрали не е функция само на съответната ефективност на техните ветроагрегати. Тя е комплексен показател, включващ взаимното влияние на турбините на електроцентралата като единна система, част от обществената електросистема. Затова електроцентралите като система следва да отговарят едновременно на поне три критерия. Групова ефективност на съставляващите ги ветроагрегати, механична и енергийна устойчивост и надеждност на централата. Тези три изисквания се залагат още в стадия на избиране на агрегатите на проекта за топологичната им конфигурация на терена и оптимизацията на бъдещото електропроизводство. Оценката за оптималната работа на една електроцентала, включително и за вятърните, се основава на годишната й електропроизводителност, коефициента й на полезно действие (к.п.д.), ефективното използване на мощността й, коефициента й на готовност за използване и други. Такива показатели зависят от самите ветроагрегати в електроцентралата, от тяхното взаимно разположение и влияние, и разбира се – най-вече от ветровите условия. Производството на ветроагрегати се характеризира с голямо разнообразие. Има десетки видове ветроагрегати, които са с еднаква мощност. Неспециалист трудно ще ги различи по външен вид. А всъщност те са много различни. Основните разлики не са в това при каква ветроскорост те достигат максималната си мощност или какво е максималното им к.п.д, или при каква ветроскорост те започват да генерират електричество. Турбините и куплираните към тях електрогенератори съществено се различават технологично и технически. Това има съществено значение за ветроскоростния интервал, в който те поддържат висок к.п.д. И главната задача на проектирането е да се намери скоростният интервал за съответната турбина, който е най-близо до преобладаващата скорост (от ветроенергийния одит) и точно за него да се подбере ветроагрегат по максимална ефективност. Както за това, така и за ветроцентралите като системи, са предложени са подходящи проектантски алгоритми и процедури в седма глава. Някои резултати от изчисленията по тези алгоритми с помощта на специално разработен софтуер, са представени в табличен вид за пряко ползване. Такива са: номогрмите за определяне на шумовото поле в първа глава; таблиците за вертикалния профил на вятъра в пета глава; таблиците за определяне на допълнителната турбуленция във вятърни паркове в шеста глава; номограми за скоростния дефицит след преминаване на ветропотока през турбините в шеста глава; загубите на мощност при групово работещи ветроагрегати редица други графики и таблици с необходимата информация за проекиране на вятърни електроцентрали и паркове. В началото на 21-вия век хризонтално-осевите ветроагрегати практически 100% завзеха ветроенергийния пазар. Разбира се, съществуват и различни от тях турбини. Вертикално-осевите по-често се ползват за локални електрозахранвания, в места където няма персонал, защото те не следват посоката на вятъра. Те са по-прости за производство и по-надеждни в експлоатация. Не са с големи мощности и по изключение са свързани към обществена мрежа. Затова при проектанските процедури, разгледани в тази книга, вниманието е насочено към избора на вятърни агрегати с хоризонтално-осеви турбини. Във втората част са представени и специфични вертикално-осеви турбини, предвидени за работа в съществуващи урбанизирани, индустриални и енергийни структури. В осма глава са разгледани основните аспекти на проектантските дейности при земните работи, фундаментите, мълниезащитата, присъединяването към електромережата и телекомуникацията на електроцентралата за нейното дистанционно управление в реално време. Благодарение на професионалната работа на инж. Райна Младенчева, на първата част на книгата е богато илюстрирана с графики, схеми и номограми. Те могат да бъдат в пряка помощ на всеки, който има интерес да оценява и/или изготвя проекти за вятърни електроцентрали. Още повече, че това е първата книга у нас, насочена към проектирането, изграждането и оптималната експлоатация, не само за вятърни електроцентрали, но и на ветропаркове. Редакцията на първата част на книгата бе направена от инж. Мария Тончева. Целта беше съдържанието да се представи така, че да бъде разбираемо и от широк кръг читатели. Затова някои основни понятия и термини са дефинирани по повече от един начин, заради което се извинявам на професионалистите в тази област. Минимизирано е ползването на формули. Те са заменени с графично и таблично представяне на аналитичните функции, което се надяваме че допринася за по-голяма яснота на изложеното. Ще бъда благодарен на всеки читател, който с телефонно обаждане на 02 760431 или 02 770481, или по електронната поща mig@bulinfo.net, изпрати свое мнение, въпрос и критика, във връзка с изложеното в тази книга. Ще мога да реагирам своевременно и да направя възможното, в процеса на работата по втората част на книгата, да включа и допълнителни теми, които не са начално планирани в гереизброените осем глави, но представляват интерес за читателите. Авторът, април, 2005 г. Резюме на I I - ра част Енергоконсумацията расте в глобален мащаб, особено подчертано в Китай и Индия, където засиленото търсене в техните бързо развиващи се огромни индустриални сектори доведоха в най-голяма степен до трайно, над 50% -но, покачване на цената на суровия петрол през последните години. Казаното се отнася не само за конвенционалните енергопроизводства, но и още повече – за тези от възобновяеми енергийни източници. Не на последно място – много важна роля в развитието на световната енергетика има и петролната криза, разразила се през втората половина на 2005 година. При подобна криза в САЩ преди 30 години, един галон бензин на дребно струваше под 1 долар. Сегашната криза доведе цените за галон до над 3 долара. Въпреки акумулираната инфлация през годините, очевидно е, че цените на петролните продукти растат, не само поради силния дефицит на фосилни горива, но и поради тенденцията за увеличаване на печалбите в петролния бизнес, което е резултат и на глобализацията в отрасъла и на нарасналия риск от въоръжени конфликти и тероризъм. Посочените тенденции се развиват паралелно с ускоряващото се замърсяване на околната среда. Затова, неслучайно ръстът на екологичната ветроенергетика в световен мащаб е най-голям, в сравнение с другите енергийни направления през последните години. Пред бъдещото развитие на енергийния сектор в Евросъюза стоят две големи предизвикателства: • едното е нарастващият дефицит на енергоресурси и • второто е проблемът с увеличаването на отделяните парникови газове, въпреки всеобщата световна загриженост и поетите ангажименти по Протокола от Киото. Възобновяемите енергийни източници са ефективно решение и на двете предизивикателства. България е вече част от евроенергийната система и всички евроенергийни проблеми са вече много по-близо до нас. С приемането на страната ни за равноправен член на Европейския съюз, по силата на договорите, които ще бъдат подписани, след първи юли 2007 г. пазарът ще се освободи за всички потребители на електроенергия. А при растящата консумацията на eлектроенергия в Европа, задълбочаващия се дефицит на фосилни енергоресурси, и принудата за ограничение на парниковите газове, неминуемо ще се покачва цената на екоенергията, включително и на тази, добивана от ветропарковете. В сравнение с другите видове възобновяеми източници, ветроенергийните инвестиции имат най-бърза възвращаемост. А увеличаването на енерготехническата ефективност на ветроинсталациите, на което е посветана по-голямата част от тази книга, още повече ще увеличи рентабилността на електропроизводството от безплатната енергия на вятъра. Инвестициите във ветроенергетиката, сега и в бъдеще, ще носят по-високи печалби, отколкото в близкото минало. Причината е, че продажните цени на електричеството непрекъснато нарастват и то като необратима тенденция, а капиталовите разходи за ветроенергийни съоръжения се задържат на старите си нива. Дотолкова, доколкото вятърните електроцентрали и паркове работят автоматично, и се управляват дистанционно от диспечерски център, то те нямат никакъв постоянно присъстващ персонал, което снижава до минимум експлоатационните им разходи. Световните тенденции в развитието на енергетиката, с използването на възобновяемите енергийните ресурси, сочат все по-голяма роля и тежест на знанията, в сравнение с чисто физическите енергийни активи. Това е свързано, както с навлизането на все по-сложни технологии в сектора, така и с процесите на приватизация, либерализация и глобализация на енергийните активи, пазари и бизнес. Надявям, се с тази първа у нас книга за ветропаркове, да се даде старт за по-интензивен обмен на знания и технологични иновации в областта на ветроенергетиката, както и информация от по-общ енергиен характер. У нас има добри условия за ефективна експлоатация на ветроенергийни централи. Налични са достатъчно и стабилни законови предпоставки за развитие на българската вятърната енергетика, които са хармонизирани с европeйските. Това гарантира сигурност и перспектива на ветроенергийните инвестиции. В глобален мащаб ветроенергетиката е най-бързо развиващото се направление на енергетиката през последните десетина години. А за безспорните екопредимства на вятърните паркове няма нужда от аргументи. Проектирането на конвенционални горивни електроцентрали се прави за предварително определен първичен енергоизточник с постоянен характер. Това в голяма степен лимитира, както технологията за трансформация на първичната енергия в електрическа, така и съответните за нея енерготехнически съоръжения. При ветропарковете първичният енергоизточник (вятърът) е променлив във времето, както по скорост, така и по посока. Затова проектирането на вятърните електроцентрали винаги се разделя на два последователни етапа. Първият е ветроенергийният одит, а вторият е проектирането на ветропарковете. Двата етапа са еднакво важни. Първият е определящ за избора на технологията за трансформация на вятърната енергия в електрическа, което има решаващо значение за оптималния избор на конкурентни помежду си вятърни електрогарегати и тяхното оптимално разпложение на терена, което е задачата на втория етеп. В тази книга разглеждаме вятърните паркове като системи, съставени от стандартно произвеждани ветроелектроагрегати. Затова проектирането на вятърните паркове е фокусирано върху енерготехническата оценка на произвежданите ветротурбини, основана на анализа на техните характеристики. Хоризонтално-осеви турбини се произвеждат с различни мощности, а във всеки мощностен клас има десетки типове стандартни турбини, които са съвсем различни по-вид. Те следва да бъдат оптимално избирани за всяко конкретно място, независимо, че ветроусловията на различните места могат да са много разнообразни. Когато тук говорим за “места”, имаме предвид конкретно точката на фундирне на всяка една турбина във ветропарка. Системният подход за проектиране на вятърните паркове се фокусира върху оптималния избор на места на ветроагрегати, както и на самите ветроагрегати, в зависимост на местата и съобразно резултатите от предварителния ветроенергиен одит, който е изяснен детайлно в първа глава. Оптималният избор е свързан с анализа на следроторните смущения на въздушния поток във ветропарка. Това не може да стане, ако не се познават добре силите, които въздействат на роторните лопати, което е предмет на втора глава. Две са основните причини, които наложиха да направя съществени промени в предварителното съдържание на тази книга, което обявих още във въведението на книгата ми “Вятърни електроцентрали”, която бе издадена през първата половина на 2005 година. Причините са: • рязкото поскъпване на автомобилните горива • бързото увеличение на цените на електроенергията Поради първата причина книгата се удължи с теми, свързани с икономичното производство на непетролни горива, и по спецално водородни енергийни и автомобилни горива и съответите транспортни средства. На тези теми са посветени последните глави на книгата и приложенията. А заради втората причина се засили интереса на читателите към конструирането на малки ветротурбини за локално ползване. Затова предложих, в края но трета глава, данни за най-производителните хорозонтално-осеви турбини с две или три роторни лопати, включително и такива, които сръчните читатели да могат сами да направят. Технологичното развитие на ветротурбините през последните години не се отличава с революционни технически решения, а се свежда предимно до усъвършенстване на, повече и по-малко, познати от близкото минало изобретения. Причините за това са немалко. Но една от основните от тях е, че е много скъпо да се направи такъв ветроагрегат, който да работи със значително по-висока ефективност (за единица роторна площ) и то в широк ветроскоростен диапазон. Усъвършенстването на профилите на роторните лопати, например, е незначително. Профилите, които се използват сега са разработени между войните и от средата на миналия век. Това е и една от причините сега да не се развива това направление, а де се използват наготово постиженията в самолетострененито от средата на миналия век. В четвърта глава са разгледани не само маркираните по-горе и други технологични характеристики на ветроагрегатите, но и пазарното развитие на фирмите-турбинопроизводители през последните няколко години. В шеста глава са разгледани два начина за увеличаване на производителността на ветротурбините, без да се променят принципно роторите им, а посредством двойни ротори и Вентури аранжименти около тях. Последните могат да се използват, както при еднороторни, така и при двуроторни турбини. Специално внимание е отделено на птицебезопасните дифузорно усилени турбини. Такива се предлагат като масов продукт от германски фирми с мощност до 500 kW. Но има и проекти за 3.5 мегаватови с диаметър 52 метра и 5 мегаватови с диаметър на дифузора 66 метра. За сравнение – най-голямата засега работеща турбина в света е 5 мегаватова (вижте челната корица на тази книга), която е с роторен диаметър 127 метра. Характерно за дифузорно усилените турбини е, че годишното производство се увеличава с около 30% при средни ветроусловия, в сравнение с конвенционални турбини без никакви Вентури аранжименти. Една 500 kW турбина, без Вентури аранжименти, с ротор 39 метра, сравнена с една 500 kW дифузорно усилена турбина, с диаметър 22 метра, има по-висока производителност с 20 до 35% при различни ветроусловия. Немасовото енергийно приложение на турбини с Вентури усилване се дължи на тяхната по-висока цена, която е свързана с много по-тежките им гондоли и аранжименти. Този недостатък е избегнат при иновативните решения, описани в глави 8, 9 и 10 тази книга, както и в приложение 1. Всички изложени иновативни технически решения съдържат варианти с птицебезопасни ветротурбини. Разгледаните ускорителни Вентури аранжименти, заедно с избрани оптимални съотношения обороти / въртящ момент, обороти и други технически и технологични оптимизации и иновации, са техническата основа за аранжирането на значително по-компактни ветропаркове. Използването на дифузорно усилени турбини, с въртящи се гондоли, може да намали до 4 пъти необходимата площ за вятърни паркове при запазване на една и съща инсталирана мощност и до 6 пъти – при запазване на едно и също годишно елпроизводство. А такива турбини, но с фиксирани гондоли, позволяват конструирането на понтонни ветропаркове с десетки пъти по-малка заемана площ и същевременно - много по-ниски капиталови разходи. Понтонните вятърни паркове, разгледани в глави 8, 9 и 10 тази книга, с дифузорно усилени турбини, с неподвижни гондоли, са напълно природосъобразни, енергийно ефективни, компактни и сравнително евтини, което гарантира конкурентна цена на произвежданата електроенергия и бързото възвръщане на инвестициите. Освен разгледаните начини за увеличаване на ефективността на хоризанотално-осевите ветротурбини в глава 6, от книгата вниманието на читателя може да привлече и изложението в глава 4, където са посочени новости в технологията не само на турбините, но и на ветроагрегатите като цяло. Редица подобни ефективни решения са разгледани и в книгата ми «Вятърни електроцентрали”, която можем напълно резонно да приемем като предходяща (първа) част на настоящата книга. Седма глава е посветена на проектирането на конфигурацията на ветропаркове. Оценката за оптималната работа на един вятърен парк, извън ветроклиматичните условия, се основава главно на годишната му нетна електропроизводителност и от коефициента на полезно действие (к.п.д.) на всяка една отделна турбина в него. Такива показатели зависят от самите ветроагрегати, от тяхното взаимно разположение и влияние във ветропарка. Професионалното проектиране на вятърни паркове изисква изпълнението на проекта да мине през пет последователни фази, които да гарантират успеха на ветроенергийната инвестиция. Първата е ветроенергийният одит, а втората е третата са същинското проектиране на вятърния парк. Трите енерготехнически фази са еднакво важни. В долния примерен списък те са номерирани с точки 1, 2 и 4. точка 3 е междинна техникоикономическа оценка за оптималниа избор на машините за ветропарка. А последната точка 5 е подобна на 3, но се отнася не за вариантите на ветротурбини, а за различните им конфигурации на терена на ветропарка. По-долу е описано примерното съдържание на проект: Фаза 1. Ветроенергиен одит 1. Измервания и изчисления на брутната и нетната енергийна плътност на ветровите потоци 1.1. Идентификация на избраните места и ветроизмервания 1.2. Топографска карта и ландшафтен профил 1.3. Ветроклиматични въздействия върху работата на ветроагрегатите 1.3.1. Въздействие на климатични особености 1.3.2. Въздействие на ветродинамиката върху работата на ветротурбините 1.3.3. Анализ на резултатите от 3D ветроизмерванията 1.3.3.1. Анализ на турбуленцията 1.3.3.2. Диференциален анализ на ветроенергията 1.3.3.3. Преобразуване на енергозначимата ветроенергия в електрическа, в зависимост от параметрите на ветроагрегатите 1.3.3.3.1. Аеродинамични загуби на ветроенергия 1.3.3.3.2. Механични и електромагнитни загуби 1.4. Диаграми на честотата на скоростите на вятъра по посоки 1.5. Ветродинамично и аналитично моделиране 1.5.1. Изходни параметри за ветродинамичното моделиране 1.5.1.1. Меродавна оразмерителна година 1.5.1.2. Корелационен ветродинамичен модел 1.5.1.3. Корелирана ветростатистика 1.5.1.4. Изчисление на корелационните матрици 1.6. Резултати за средногодишната плътност на ветровия енергиен поток 1.6.1. Метод за изчисление 1.6.2. Изчислителна процедура 1.6.3. Резултати 1.7. Заключение за ветроенергийния одит Фаза 2. Избор на енерготехнически оптимални варианти на ветроелектрогенератори 2. Определяне на границите на подходящи технически параметри на вятърния електрогенератор и производителността му 2.1. Аеродинамични особености при работа на ветрогенераторите 2.2. Варианти на височините на носещия стълб 2.3. Варианти на роторите 2.4. Варианти на трансмисиите и електрогенерацията 2.5. Предложение за подходящи варианти 2.6. Aнализ на мощностните параметри и ефективността на основните типове избрани ветроагрегати, в зависимост от конкретните ветроусловия 2.7. Сравнение на вариантите 2.8. Реалистична оценка на електропроизводство за избраните варианти на ветрогенератори 2.6.1. Пълен потенциал на годишно електропроизводство 2.6.2. Очаквана часова електропроизводителност на избраните типове ветроагрегати, съобразно характерните им енерготехнически параметри 2.9. Изводи и препоръки за окончателни варианти на енерготехническия проект Фаза 3. Технико-икономически анализ и инвестиционна оценка на избраните конкурентни варианти на ветроагрегати 3. Инвестиционни и икономичeски оценки на подходящите варианти 3.1. Размер на инвестицията 3.2. Парични постъпления 3.3 Рискове и дисконтов процент 3.4. Оперативни разходи 3.5. Инвестиционен цикъл 3.6. Период на възвръщаемост на инвестицията 3.7. Нетна сегашна стойност на инвестицията 3.8. Вътрешна норма на рентабилност 3.9. Съотношение приходи / разходи 3.10. Себестойност на електропродукцията 3.11. Сравнение на вариантите Фаза 4. Топологичното проектиране на вятърни паркове Топологичното проектиране на вятърни паркове е неразделна част от цялостното им проектиране. В седма глава подробно е разгледана методиката на топологичното проектиране за намиране на оптимални конфигурационни варианти на всеки ветропарк. Фаза 5 5. Инвестиционни и икономичeски оценки на подходящите конфигурации на ветропарка 5.1. Размер на инвестицията 5.2. Парични постъпления 5.3 Рискове и дисконтов процент 5.4. Оперативни разходи 5.5. Инвестиционен цикъл 5.6. Период на възвръщаемост на инвестицията – срок на откупуване 5.7 Нетна сегашна стойност на инвестицията 5.8. Вътрешна норма на рентабилност 5.9. Съотношение приходи / разходи 5.10. Себестойност на електропродукцията 5.11. Сравнение между вариантите 5.12. Резултати от екологичната експертиза 5.12.1. Екологична оценка 5.12.2. Еколого-икономическа оценка 5.12.3. Заключение на експертизата 5.12.3.1. Ресурсоемкост 5.12.3.2. Земепоглъщаемост 5.12.3.3. Отпадност 5.13. Крайни изводи и препоръки В осма, девета и десета глава, както и в пета са представени съответно четири авторски изобретения за повишаване ефективността, както на ветропарковете, така и на отделни турбини, работещи самостоятелно или в групи, включително и ветрослънчеви електроцентрали. Проблемите с поскъпването на фосилните горива могат да се решат, ако част от тях бъдат заменени с водородно базирани горива. Следва да се има предвид, че водородът е абсолютно чисто гориво и след изгарянето му се кондензира вода, която е и суровината за електролизното му добиване. Затова водородът е 100% възобновяем енергоизточник. Получаваният водород може да се използва директно като гориво, може да се складира под налягане, в течно състояние или като химически съединен в металхидриди, както и за енергийно обогатяване на други твърди и течни горива, като се има предвид, че неговата калоричност е няколко пъти по-висока от тази на твърдите, течните и газообразните фосилни горива. В най-чисто състояние водородът се получава чрез водна електролиза, за която е необходим постоянен ток с ниско напрежение. За производството на 0.42 кубически метра водород са теоретично необходими 1.23 kWh електроенергия при температура на електролита 250 и 1 kA ток. Процесът протича при постоянно напрежение около 1.7 - 2 V, са реално необходимата енергия е около 1.7 - 2 kWh за производството на 1 кубически метър при водната дисоциация, при която се отделят водород и кислород. Около 2 V са стойностиете на генерираните напрежения от фотоволтаичните клетки. Важно да се отбележи, че водната дисоциация е ендотермичен процес, при който температурата на електролита в електролизьора спада, съответно и ефективността (к.п.д.) на процеса. За да се увеличи к.п.д.-то му, следва да се поддържа по-висока температура. Затова е най-евтино и целесъобразно да се използва слънчева топлина. Едно техническо решение е фотоволтаичните клетки да бъдат охлаждани, което има синергичен ефект: • фотоволтаичните клетки увеличават електропроизводителността си, както е посочено в таблицата на приложение 3 • затопленият охладител може да загрява електролизьора. Това синергично използване на фотоволтаика, като когенератор на електрическа и топлинна енергия е включено в 2 иновативни инсталации [9] и [10] Сериозен недостатък на фотоволтаичните елементи е, че те не са активни целодневно, а електроконсумацията е целодневна. Благодарение на факта, че двойката “електролизьор-горивна клетка” работят на генераторното напрежение на фотоволтаичните клетки, то произведената през деня електроенергия може частично да се трансформира във водород, получен при водна дисоциация, който да се съхранява, а нощем - в горивинте клетки да произвежда електричество. При това е важно да посочим, че производството на електричество в горивните клетки е екзотермичен процес, при което отделяната топлина може да се използва за загряване, например на резервоарите с метлхидриди, в които се съхранява водорода. Това загряване е необходимо, при някои металхидриди, за да премине водородът в газообразно състояние, нужно за работата на горивните клетки. Така се използва ефектът от вътрешната рекуперация на енергия в двойката “електролизьор-горивна клетка”, което повишава ефективността на двойната трансформация. Посочените по-горе синергичен ефект и енергоакумулацията, чрез събиране на водород, могат да се използват и в представената разработка в приложение 1 на инсталацията за получаване на водород при водна електролиза. Както казахме по-горе, един от начините за съхраняване на водорода е чрез твърди металхидриди. Например, ако в резервоарите на описаната в приложение 1 инсталация, се постави железнотитанов хидрид (FeTiH2) то той може да бъде зареден с водород при невисокото налягане, което се получава в електролизьора. Освен в метал хидриди, водородът може да се абсорбира (“складира”) и в други евтини високопорьозни материали с голяма повърхност за единица маса. За такива могат да се ползват зеолит и други алумосиликати, на които е богата нашата страна. В момента, у нас, се прави разработка на такава абсорбция и се търси реверсивен процес, при който наляганията и температурите да бъдат по-ниски, отколкото при металхидридите. Целта е да се увеличи к.п.д. – то на процеса абсорбция / адсорбция на водородонаситените алумосиликати. В металхидридите водородът може да се съхранява при плътност, съизмерима с плътността на течен водород, при което енергийната му плътност достига 10 GJ на кубичен метър железнотитанов хидрид. Подобна плътност имат и другите металхидриди, заредени с водород. Този факт има съществено значение, не само за използваннето на водорода като транспортно гориво и за различни други цели, но и като начин за складиране на напълно екологичен и възобновяем енергоносител. Тук следва да отбележим, че възобновяемите енергоизточници като ветро, слънчеви и хидроресурси, не винаги са на разположение в необходимото количество, съответстващо но консумацията на електричество и/или топлина. В този смисъл, акумулацията на енергия, чрез междинно производство и складиране на водород, е един начин за по-добро и икономически и екологично решение за покриване на товаровата диаграма на електроконсумацията. Следва да отбележим, че поддържане на “бърз резерв” от върхови фосилни електрогенераторни мощности е много скъпо, тъй като те работят около 8% от времето в денонощието, но трябва да бъдат на разположение, дори и като работещи електрогенератори на празен ход, с минутна готовност да се включат към енергийната система за покриването на пиковете периоди на електроконсумация. Очевидно е, не може да се разчита на електроцентрали, работещи на възобновяеми източници, като вятър и слънце, да покрият пиковете на товаровата диаграма на енергийната система. И затова енергоакумулацията, чрез производство на водород от евтина ветроенергия и временното му складиране, е един от най-природосъобразните начини, който може и да поевтини върховата електроенергия, независимо от необходимата двойна енерготрансформация в двойката “електролизьор-горивна клетка” или други подобни двойки. Външната зависимост и несигурност на енергийните цени и доставки, включително в контекста на процеса на разширяване на Европейския съюз, са основните фактори, довели до новата дългосрочна енергийна политика на Съюза. Приети бяха редица основни документи, като Зелената книга за сигурност на доставките, Бялата книга за възобновяемите енергийни източници и други, с които да бъде достигнато балансирано развитие на общия енергиен пазар и рисковете, свързани със сигурността на доставките на енергия, да бъдат сведени до минимум при спазване на изискванията за намаляване на вредното въздействие върху околната среда и измененията в климата. Една от основните възможности за постигане на тези цели е оползотворяването на местния потенциал от възобновяеми енергийни източници. Съгласно приетата през 2001 година директива на ЕС за поощряване на електроенергията от ВЕИ, страните членки се задължават да увеличат процента на електроенергията, произведена от ВЕИ, до 12% през 2010 година. Но овладяването на върховото натоварвене в енергийните системи, без участие на фосилни и/или атомни електроцентрали, е свързано със складиране на енергия, добита по природосъобразен начин. Такава е «складираната» водна енергия, като изпомпена вода в горните изравнители на помпено-акумулиращите хидроцентрали. Но техният капацитет не е достатъчен, защото е необходима голяма девинивелация между нивата на горния и долния изравнител, а подходящите места за това не са много. Една съвременна алтернатива е водородната акумулация. Във всички случаи, цената на екологично добития водород, който не се среща в свободно състояние в природата, следва да е ниска. Това е постижимо с високоефективни ветро и ветро-слънчеви инсталации за производство на водород при използване на електричество. Един пример за такава инсталация е представената в приложение 1. Съществено предимство на водородната акумулация, е че водородът може пряко да се ползва и като транспортно гориво, за разлика акумулираната водна енергия в помпено-акумулиращите хидроцентрали, чиято работа е зависима и от другите им предназначения, например за напояване и водоснабдяване. Водородът директно се използва като гориво за горивни клетки, както посочихме по-горе, също и в други устройства и машини. Например, в описаното в приложение 2 техническо решение за хибриден автомобил, който може да работи с електричество и от водородни горивни клетки. В горивните клетки се извършва обратния процес на водната електролиза, при което се генерира ток, който върти електрически двигател на хибридния автомобил (приложение 2). Следва да се отбележи, че електрическият двигател е два, до три пъти по-ефективен от двигателите с вътрешно горене и позволява значително по-лесно управление и опростена автомобилна трансмисия. Дотолкова, доколкото е електроенергията, добита от ветрогенератори е няколко пъти по-евтина от енергията, получавана от изгарянето на петролни горива в двигателите с вътрешно горене на автомобилите, то като цяло, електро и хибридните транспортни средства, са в пъти по-ниско енергоемки от масовите автомобили. Освен това, кинетичната енергия при спиране на електромобил може да се оползотвори, чрез превключване на електродвигателя в генераторен режим за зареждане на автомобилни електрохимични акумулатори. Чрез иновативното техническо решение, описано в приложение 2, регенерираната електрическа енергия може да увеличи пробега на автомобил в градско движение с до 30%. Такава рекуперация на механична енергия в електрическа изобщо не може да стане стане чрез двигателите с вътрешно горене. Благодарение на по-високата ефективност на електродвигателите и трансмисиите им, както и на регенерацията на част от кинетичната енергия при спиране, като цяло електроавтомобилът, както и хибридини такива, описани в приложение 2 разходват около 3 пъти по-малко енергия при движение в градски условия, в сравнение с автомобил с подобни размери, но с двигател с вътрешно горене. Като се има предвид, че електрическите акумулатори на такива автомобили могат да се зареждат с евтин ток от ветроагрегати, то наред с високата им икономичност, електроавтомобилите са и напълно безвредни за околната среда. Накрая на книгата (на английски език) са представени някои иновативни разработки на Фондация “Ековат технологии”, която е и издател на първата и втора част на този труд. В резултат на професионалната работа на инж. Райна Младенчева, по двете части на книгата, те са богато илюстрирани с графики, схеми и номограми. Те могат да бъдат в пряка помощ на всеки, който има интерес да оценява и/или изготвя проекти за вятърни паркове и единични ветроагрегати. Още повече, че това е първия труд у нас, насочен към оптималното проектиране, изграждане и експлоатация, не само за вятърни електроцентрали, но и на ветропаркове и то с използването на най-новите технически решения, част от които са авторски. Редакцията на двете части на този труд бе направена от инж. Мария Тончева. Целта беше съдържанието да се представи така, че да бъде разбираемо и от широк кръг читатели. Минимизирано е ползването на математически изрази, което бе направено по искане на широката читателска аудитория, която включва не само специалисти. Математическите закономерности са илюстрирани графично и таблично, което се надяваме, че допринася за по-голяма яснота на изложеното. Смятам, че с представеното в края на глава 3 далеч не е изчерпана темата за проектирането, оразмеряването и конструирането на вятърни турбини за малката ветроенергетика. За това сега подготвмям книга, посветена на турбините за локално електрозахранване, които да могат да работят тихо и при сравнително ниски ветроскорости, буквално да бъдат подходящи за всяка къща. Ще бъда благодарен на всеки читател, който с телефонно обаждане на 02 760431 или 02 770481, или по електронната поща mig@bulinfo.net, изпрати свое мнение, въпрос и критика, във връзка с изложеното в тази книга. Ще мога да реагирам своевременно и да направя възможното да отговоря изчерпателно, в процеса на работата по следващи мои електронни публикации в Интернет портала www.ecowat.150m.com и в максимална възможна степен да се опитам да удовлетворя интереса на читателите. Целта на този труд, както и на Интернет порталите www.b2b.bg и www.ecowat.150m.com e да увеличат знанията и информираността на най-широка аудитория. Каталог: files -> files files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България files -> Георги Димитров – Kreston BulMar files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт Изтегляне 279.05 Kb. Сподели с приятели:
|