Другой город
Челябинск
Суббота 19 августа, 2017 01:13 +10°
Новости в Челябинске
Новости дня
07.12.2015 07:38

Ветрогенераторные системы. Сделано в Челябинске, испытано в условиях Крайнего Севера

Ветрогенераторные системы. Сделано в Челябинске, испытано в условиях Крайнего Севера

По оценкам российских и мировых экспертов, нефти и газа на планете  хватит лишь на несколько ближайших десятилетий. Как человечеству жить дальше? Ученые стали задумываться над альтернативными источниками энергии. Солнечный свет, ветер, дождь и морские приливы – что из них использовать эффективнее всего? В Челябинске разработали вертикально-осевую ветроэнергетичесую установку, которая оказалась востребована как в России, так и за рубежом. Поскольку не имеет аналогов в мире. Эту разработку недавно оценили и российские военные.  

Исходные условия в России

В России электроэнергия доступна примерно 70 % населения. При этом электрические сети проведены только на 30% территории страны. Для многих мест, особенно удаленных от крупных городов и основных магистралей, отличным выходом могут стать ветроэнергетические энергоустановки. Обыватели обычно представляют  себе ветроустановки в виде этаких мельниц, по научному - горизонтально-осевых установок. Их так называют, поскольку ось их вращения параллельна поверхности земли. Их нередко можно сегодня видеть в кино.  Однако в последнее десятилетие во всем мире стали востребованными вертикально-осевые ветряки, имеющие принципиальные преимущества.

Все началось в Южно-Уральском государственном университете. Профессор кафедры «Электротехника и возобновляемые источники энергии» Евгений Соломин стал автором идеи. Еще в далеком 2000 году он создал экспериментальный образец новой установки классическим образом – в гараже. Она была маломощной, но работала. Первые испытания прошли на берегу Первого озера в Челябинске. С тех пор в Челябинске ведутся работы по усовершенствованию изобретения. Преподаватели и студенты проектируют новые и новые модификации энергетических установок. Техническая база лаборатории позволяет моделировать работу электростанций, наблюдать за поведением приборов в различных условиях, имитировать ветер необходимой скорости, рассчитывать размеры, количество лопастей и многое другое. Отзывы первых потребителей вдохновляют разработчиков. В Троицком районе Челябинской области одно из фермерских хозяйств уже полностью «питается» от ветра. Для этого там подходящие климатические условия: на открытой местности скорость ветра постоянно держится на уровне 8-9 м/с.

По заказу нашего сетевого издания был снят фильм об этом уникальном изобретении - http://lentachel.ru/articles/27434

Ветровые электростанции

Ветровые электростанции – один из самых экологически чистых способов производства энергии. При этом традиционные горизонтально-осевые, особенно малые установки создают достаточно ощутимый шум, вибрацию, инфразвук и ультразвук. Вблизи таких установок не живут мелкие животные, которые прекрасно чувствуют какие-либо опасные колебания. Однако изобретение Соломина и его команды решило эти проблемы. Рядом с его ветряками находиться безопасно и человеку, и животному. Вертикально-осевые ветряки уже стали выпускать в Челябинске опытными партиями. Проектом заинтересовались на российском Севере, а также в Японии и США. Причем, японцы выразили готовность заказать сразу 10 тысяч изделий. В Калифорнии работают пять челябинских ветряков, американцы ждут новые поставки. Более того, совместно с учеными из Университета Калифорнии города Беркли южно-уральские специалисты планируют приступить к разработке установок мегаваттного класса. Тем временем из Германии поступил запрос на разработку небольших установок мощностью до 500 ватт, которые смогут базироваться на привычном нам автомобильном прицепе. Такие устройства значительно упростят функционирование электромобилей вдалеке от электрических сетей – при проведении дорожных работ, в геологоразведочных партиях, наконец, на природе. Об эффективности новых установок говорят такие примеры. Энергокомплекс мощностью в 3 кВт может обеспечить электроэнергией небольшой дом в 100 кв.м. при скорости ветра 4-5 м/с, а мощностью в 30 кВт – способен поддерживать работу целого небольшого завода. Такая установка сможет работать даже во время землетрясения, что является оптимальным решением энергоснабжения во многих странах! А в свете Послания Президента РФ Федеральному собранию данное направление разработок становится как нельзя более актуальным. Ведь оно одновременно является как вариантом импортозамещения, так и экспортной продукцией, причем как сами ветроустановки, так и технологии, востребованные на Западе.

Сегодня ветряки, сделанные Соломиным и его командой, работают на берегу Баренцева моря, на Камчатке, Бурятии, в Улан-Уде, Сан-Франциско. Спрос на них в мире просто огромный. Однако серийного производства до сих пор не было. Поскольку ни государство, ни крупные компании практически не вкладывались в проект. Что, честно говоря, сильно удивляет.

Рывок на Север

Но возможно, всему свое время. Прорывным с точки зрения организации серийного производства может стать использование новых установок на российском Севере, где на них обнаружился особенно большой спрос. Вертикально-осевые установки прошли недавно тестирование в условиях крайнего Севера и показали более высокие характеристики, чем ветроустановки других типов. Сейчас заказчиками челябинских ветряков стали уже представители Минобороны.

Эксперты НИИ космического приборостроения, входящего в структуру ОАО «Объединенная ракетно-космическая корпорация», высоко оценили челябинскую разработку. Обоснование ее необходимости Евгений Соломин изложил вместе с соавторами из НИИ в статье «Автономное энергоснабжение объектов Крайнего Севера».

Автор, в  частности, отмечает: северные регионы России занимают 65 % территории нашей страны. При этом они в основном плохо освоены. Пока в северных территориях живет лишь немногим более 7 % населения страны. С другой стороны, стоимость запасов полезных ископаемых в России составляет более 30 триллионов долларов. 70 % этих запасов относится к Северу. Как ни крути, освоение северных территорий неминуемо должно стать приоритетным направлением экономического развития России. Уже сейчас Север производит 25 % ВВП России и обеспечивает более половины валютных поступлений в страну. Отдельно отметим, что Северный морской путь является одной из самых эффективных транспортных магистралей планеты. Плюс встает вопрос освоения Арктики, вопрос, сочетающий в себе экономику и политику.

Однако условия Севера накладывают ряд дополнительных требований к навигации. В частности, нужны локальные так называемые технико-социальные системы с высокотехнологичным материальным обеспечением. Освоение суровых северных территорий требует социальной инфраструктуры. Увы, сейчас налицо противоположные процессы. Из северных территорий идет отток рабочей силы, производства сокращаются.

Простой анализ ситуации показывает, что в первую очередь Северу нужны энергетические ресурсы. Без тепла, света и электропитания ни о каком развитии говорить не придется.

Как же обеспечить энергией Север? Расчеты показывают, что провести линии электропередачи даже из близлежащих регионов будет непомерно дорого. Идея же с плавучими атомными электростанциями, предложенная организацией «Нефть России», может нанести непоправимый ущерб окружающей среде. Есть старый способ с использованием дизельных электростанций. Сегодня именно они наиболее распространены на российском Севере. В то же время дизель-генераторы чувствительны к низким температурам, имеют ограниченный моторесурс. И вдобавок нуждаются в постоянно техническом обслуживании и своевременной доставке дизельного топлива. Причем, в большом количестве.

Для изучения возможностей альтернативной энергетики в условиях Севера объединили усилия ученые Южно-Уральского госуниверситета, ОАО «КБ «Кунцево» и НИИ космического приборостроения. Так сначала появился пилотный проект полностью автономной энергетической инфраструктуры на основе возобновляемых источников энергии. На одном из объектов Гидрографической службы Северного флота установлено оборудование навигационной системы ГЛОНАСС. Этот объект находится на мысе Канин нос, который омывается Белым морем с юго-запада и Баренцевым – с северо-востока. Удаленная управляющая станция находится в Архангельске, а дифференциальная станция расположена непосредственно на упомянутом мысе. Общее потребление электропитания дифференциальной станцией – 400 Вт. Для электроснабжения используется классический дизельный электрогенератор.

Как легко понять, данная система должна работать непрерывно. Наиболее эффективной заменой дизельных электростанций на мысе могут стать ветроэнергетические установки отечественной разработки. При этом ветроэнергоустановки, разработанные в ЮУрГУ, имеют ряд бесспорных преимуществ по сравнению  с горизонтально-осевыми аналогами и уже подтвердили это на практике. Что принципиально важно, ветроэнергетические установки позволяют вырабатывать не только электроэнергию, но и давать тепло. При этом эксплуатация ветряков дает еще и экономию в деньгах за счет создания систем обогрева помещений со средним энергопотреблением 15-20 Вт/м2 и систем энергосберегающего освещения с низким потреблением электроэнергии. Указанный уровень мощности – среднее энергопотребление небольшой семьи из 3-4 человек.

В данный момент пилотный проект постепенно перерастает в тесное сотрудничество нескольких предприятий, намеревающихся уже в 2016 году запустить серийное производство ветроэнергетических установок, причем как для крайнего Севера, так и для любых других климатических условий.

По нашему запросу свой комментарий к разработкам Соломина прислало АО «КБ «Кунцево» (Москва)». В письме за подписью советника генерального директора КБ «Кунцево» Владислава Белкина говорится:

  1. По экспертной оценке Конструкторского бюро «Кунцево» разработки российских ученых и инженеров под руководством  Е.В.Соломина в области вертикально-осевых ветроэнергетических установок высокоэффективны для использования в условиях, когда необходимо обеспечить повышенную надежность электропитания систем и приборов различного назначения  при их автономном функционировании (без централизованного энергоснабжения и сложной логистике обеспечения топливом бензиновых или дизельных генераторных установок).
  2. Особенно актуально это для северных регионов и регионов Дальнего Востока, так как из-за больших расстояний и климатических особенностей часто бывает трудно осуществить  сервисное обслуживание или своевременную доставку топлива на место эксплуатации оборудования. С учетом современных экологических требований  хранение достаточного количества топлива на период ограничений в судоходстве или отсутствия транспортной доступности требует значительных затрат на создание и оснащение топливных хранилищ.
  3. В этих регионах, особенно в прибрежных районах, ветрообстановка позволяет применять ветроэнергетические установки (ВЭУ) как самостоятельный источник электроэнергии, так и как часть гибридного энергокомплекса (ГЭК), использующего различные источники электроэнергии.
  4. Вертикально-осевые ветроэнергетические установки (ВО ВЭУ), разработанные под руководством Е.В. Соломина испытывались в различных регионах и климатических условиях, что позволило определить наиболее оптимальные технические  решения и создать очень удачную конструкцию, которая по совокупности факторов обладает рядом значительных преимуществ перед другими разработками в области ВЭУ.
  5. Наиболее интересно и перспективно для расширения областей применения ВЭУ именно вертикально-осевое расположения ветроколеса, что позволяет исключить из его конструкции узлы и элементы, ответственные за ориентацию ВЭУ на ветер, и использовать ВО ВЭУ в условиях, где применение горизонтально-осевых ветроустановок затруднительно или невозможно.
  6. При сравнении конструкции ветроколеса ВО ВЭУ, разработанной под руководством  Е.В.Соломина, с аналогичными  ВО ВЭУ можно отметить, что есть и другие технические решения с коэффициентами использования ветра более приближенными к теоретическому пределу (иногда именуемому «предел Бетца»), но если оценивать надежность, технологичность конструкции и необходимость обслуживания ветроустановки в течение всего жизненного цикла изделия, то разработки Е.В. Соломина при комплексной оценке значительно опережают как зарубежные, так и российские аналоги.
  7. Конструкторское бюро «Кунцево» в настоящее время оказывает поддержку разработкам  Е.В. Соломина с целью организации в Российской Федерации в кратчайшие сроки серийного производства ВО ВЭУ для их применения, как в изделиях КБ, так и для использования в системах и комплексах других производителей современной  радиоэлектронной техники различного назначения.
  8. Подготовка и организация современного серийного производства позволит оптимизировать ряд конструкторских и технологических решений с целью обеспечить возможность широкого применения малых ВО ВЭУ для решения задач по электроснабжению также и бытовых потребителей в тех, регионах, где централизованное электроснабжение не целесообразно или невозможно.
  9. По оценке КБ потенциал разработок Е.В. Соломина позволяет производить  ВО ВЭУ, которая будет эксплуатироваться без высоких требований к техническому обслуживанию/ремонту, с продолжительным жизненным циклом (более 10 лет), быстро монтируемой/демонтируемой, т.е. близка по сочетанию качеств к классу технических систем, которые иногда характеризуют  – «это, как калашников», т.е. проверенные временем, высоконадежные и простые в использовании.
Теги:
1403

Фотогалерея