Энергия прибрежного ветра

Зовнішній ринок цукру
Вісник цукровиків України
Энергия прибрежного ветра
Практически во всем мире, за исключением Северного моря, большая глубина
воды возле берегов позволяет строить только плавучие ветровые турбины.
Тихие воды глубокие?
Йохен Бард, руководитель отделения использования энергии моря в Институте
ветроэнергетики и энергетической системотехники им. Фраунгофера (IWES) в
Кассели, так не считает. Его правило: "Чем более глубокие воды, тем сильнее ветер
над ними". Бард изучает экономические образа установки в море ветровых турбин.
Поскольку в глубоких водах, то есть там, где дуют сильные ветра, нет возможности
установить на морском дне фундамент, на который монтируется ветроустановка, речь
может идти только о плавучих конструкциях.
Во всем мире ученые и бизнесмены занимаются исследованием перспективных
технологий. "Потенциал существующей морской поверхности практически
безграничный. Он во много раз превышает глобальный спрос на электроэнергию", говорит Джон Олав Танде из норвежского Центра энергетических исследований
(SINTEF). Танде на протяжении многих лет наблюдает рост интереса к этому
направлению. Правительства всего мира подсчитывают, сколько чистой энергии они
могут получить со своих побережий.
В США 61% офшорных ресурсов имеют как минимум 100-метровую глубину.
Побережье Японии также круто достигает в глубину, как и большинство в Европе. И
это хорошо, потому, что по расчетам Йохена Барда потенциал вод глубиной до 200 м
в три раза выше, чем мелководье (глубины до 50 метров). По его оценкам, только в
Европе можно в год получать около 8000 терават-часов (ТВт-ч) электроэнергии. Для
сравнения, годовое потребление электроэнергии ЕС в 2010 году составило
приблизительно 3500 ТВт-ч. Плавучие ветровые турбины позволят использовать этот
ресурс.
Однако обеспечить стойкую к шторму плавучесть тысячетонной ветровой
установки, на которой оборачивается огромный ротор и какая, к тому же,
противостоит давлению ветра и волн - это истинная проблема. Техника "танцует" на
волнах и качается под ветром. Трансмиссионные масла и охлаждающие жидкости
заливают все вокруг. Как и на судне, в воздух летит все, что плохо закреплено. Но
есть способы, которые позволяют соблюсти порядок даже во время сильнейших
ураганов. Как это делается, видно на примере нефтегазовой промышленности.
Концепция спар-буя является наиболее экономической. Она предусматривает
использование герметичного стального цилиндра, который одновременно есть и
поплавком и башней ветроагрегата. Так же, как возле айсберга, его подводная часть
более длинная, чем надводная. В основе цилиндр заполнен балластом, поэтому центр
тяжести смещен глубоко вниз. Даже при сильных волнах спар-буй сохраняет стойкое
положение на воде. Горизонтальный дрейф незначительный, а вот перемещение в
вертикальном направлении, в зависимости от способа якорного крепления, могут
быть существенными. Одну из трудностей представляют большие глубины. В
настоящее время освоению доступные только участки побережья с глубинами до 200
метров.
наша сторінка в Інтернеті: http://sugarua.com
36
№ 5 (96) травень 2014
Інформуємо
Вісник цукровиків України
Наполовину
углубленная
платформа
на
натяжных опорах (ТLР) подходит для глубин от 50
до 200 метров. Речь идет, как правило, о
цилиндрической платформе-поплавок, которая с
помощью как минимум трех туго натянутых цепей
или тросов удерживается в слегка погруженном в
воду положении и практически не имеет
вертикальных сдвигов. Цепи крепятся или к
тяжелому противовесу, или непосредственно к
морскому дну. Таким образом, платформа вместе с
ветровой турбиной жестко закрепленная якорем и
практически не двигается. Недостатком являются
огромные нагрузки, которым подвергаются
крепежные цепи в штормящем море.
Тестовый ветрогенератор Hywind
Стимулом
для
развития
плавающих
ветроэлектростанций является проект “Hywind”.
Норвежская энергетическая компания StatoilНydro
начала эксплуатацию тестового ветрогенератора в
сентябре 2009 года. Ветроустановка плавает в
Атлантике в 12 километрах от юго-западного
побережья Норвегии. Башня-Поплавок достигает в
глубину на 100 метров, три свободно натянутых
троса удерживают ее от дрейфа. Над уровнем моря
башня поднимается на 65 метров. На ее вершине
установленная
ветровая
турбина
Siemens
мощностью 2,3 Мвт. Только одна гондола вместе с
ротором турбины, диаметр которой равен 82 м,
весит 138 тонн. Бард называет проект эпохальным.
Siemens отмечает с удовлетворением: "Только в
2011 году ветрогенератор Hywind выработал 10,1
ГВт-Г электроэнергии".
Для
сравнения:
"Один
ветрогенератор,
установленный в удачном месте, выдает всего
шесть гигават-часов", - говорит Пэр Егедал,
главный конструктор турбины. Для инженеров
Siemens Hywind - это грандиозная научная
лаборатория для исследования новых технологий.
Специалисты быстро определили, что "плавающие
ветровые турбины могут иметь такую же
ветрогенератор
конструкцию и такой же режим эксплуатации, что и
Hywind
турбины на фиксированном фундаменте - при
вырабатывает
условии, что перемещение установки у вас под
10,1 ГВт-г в год
контролем", - говорит Егедал.
Обычная система управления здесь не подходит.
Если она не адаптирована к покачиваниям ветровой турбины, то при сильном
волнении моря может дать сбои. Когда башня турбины наклоняется вперед, скорость
наша сторінка в Інтернеті: http://sugarua.com
37
№ 5 (96) травень 2014
Інформуємо
Вісник цукровиків України
ветра возрастает. Возвращается назад - скорость падает. Причина в том, что все
измерительные приборы установленные на гондоле и при движении фиксируют или
встречный ветер, или торможение. Система управления стремится компенсировать
эти колебания и разворачивает лопаты ротора или по ветру, или против него. В
результате выходит полная путаница. Из-за задержки по времени и медленной
скорости колебаний (один цикл занимает приблизительно от 30 до 40 секунд) когда
турбина наклоняется по ветру, поверхности лопат окажутся развернутыми к ветру и
наоборот. Егедал сравнивает эту неторопливую динамику с динамикой корабля. Его
идея: "Мы должны использовать систему управления с демпфированием колебаний".
Значительный потенциал
Егедал и его команда с помощью датчиков движения и ускорение стали измерять
насколько быстро перемещается гондола. Эти значения поступают в систему
управления и используются для коррекции скорости обращения ротора в сторону
увеличение или снижение. Появляется время для того, чтобы адаптировать угол
наклона лопат к направлению ветра. Если идея Егедала оправдается, то можно
считать, что эра плавающих ветроэлектростанций настала. Он считает, что
"значительный потенциал" раскроется после 2015 года.
Но что дает даже наилучшая ветровая турбина, если электроэнергия поступает в
потребителей на суше с большими потерями? Подключение офшорных ветровых
электростанций, которые плохо плавают или неподвижно стоят, к сети - это сложная
задача. Тем более, что большинство ветропарков расположенны далеко, часто более
чем в 100 километрах от побережья. Для таких расстояний подходят только линии
передач постоянного тока высокого напряжения (HVDC) с низким уровнем потерь.
Тысячи километров практически без потерь
Если в конце 120-километрового подводного кабеля сменного тока через большую
потребность в емкостном токе электрическая мощность практически будет
отсутствующая, то линии HVDC теоретически могут осуществлять передачу на много
тысяч километров практически без потерь. Отличительной чертой кабеля HVDC
является передача максимальной мощности при минимуме используемых материалов.
Однако поскольку генераторы ветровых турбин вырабатывают сменный ток, его
необходимо сначала превратить в постоянный. Эта задачу выполняют огромные
преобразователи тока с силовой электроникой, установленные на платформе. На суше
постоянный ток необходимо превратить назад в сменный и эта процедура далеко не
так проста. Достаточная причина для заказчиков, чтобы искать генерального
подстрочника, который поставит и смонтирует в комплексе линии HVDC и
оборудование для преобразования тока.
Siemens оборудует в данное время четыре кластера - так называются стыковочные
модули, которые осуществляют подачу на берег объединенных мощностей от
нескольких ветропарков.
Источник: журнал hi!tech 2/13
www.siemens.com/hitech
Выражаем благодарность за предоставления
материала компании ДП «Сименс Украина»
наша сторінка в Інтернеті: http://sugarua.com
38
№ 5 (96) травень 2014