Механика стихии
Альтернативная энергетика в Казахстане
Десятилетие независимости Казахстана породило массу всевозможных отчетов, анализов и статей, рапортующих о достигнутом, восстановленном, пущенном впервые и т.д. и т.п. Львиную долю экономической независимости Казахстана обеспечивает нефтегазовый сектор, о чем не без гордости любят говорить работники этой отрасли. Хотя, если вдуматься, то вся эта независимость условна и зависит от нефти, точнее от ее количества.
Почти все способы выработки электроэнергии идут рука об руку с такими явлениями как загрязнение атмосферы вредными выбросами, парниковый эффект, увеличение озоновой дыры, эрозия земли, вырубка лесов, истощение невосполнимых полезных ископаемых. Кроме тех, что используют энергию солнца, ветра, термальных вод, приливов, одним словом всего, что называют «возобновляемые энергетические ресурсы». Казахстан довольно-таки богат двумя видами ресурсов: солнцем и ветрами. Причем «месторождения ветра» ставят наше государство в первую тройку в мировом рейтинге по «ветру на душу населения». Но это не означает, что стоит только установить ветряки, подобные тем, что стоят в Германии, Голландии, и мы автоматически получим экологически чистую и дешевую электроэнергию. Во всем мире ветроэнергетика дотируема и развивается за счет понимания правительствами перспективы работы и исследовании в данной области. К тому же ветроэнергоустановки (ВЭУ) стоят там, где сила ветра в основном имеют среднюю скорость 5-20 м/с. Казахстанские полюса ветров в силу резко континентального климата имеют в своем календаре много штормовых дней, когда ветра дуют порывами до 50-70 м/с и не постоянно, а по сезонам.
Энергия ветра растет в кубической зависимости от его скорости. Если скорость ветра с 5 м/с усилилась до 10 м/с, то это будет означать, что его энергия возросла в 8 (восемь раз). В этом кроется опасность для ветроэнергоустановок. Представим себе установку западного производства V-12 стоящую где-то на бризовых ветрах в Дании и перенесенную без каких-либо изменений на площадку в степи Казахстана. Диаметр ветроколеса - 45,7 м, высота опоры - 33,5 м, вес - 40 т. При вертикальном расположении лопастей верхняя точка будет удалена от земли на 56,5 м, а нижняя на расстоянии 10,5 м. Скорость ветра каждые 100 м увеличивается на 16%. Помимо этого ветер завихряется около земли и дует как бы в пульсирующем режиме. При скорости 15 м/с на нижней точке ВЭУ скорость на верхней будет равна 16,2 м/с, то есть ветер на лопасть в верхней части будет давить ощутимо сильнее, чем внизу. К тому же внизу поток воздуха нарезанный лопастью будет рождать пульсации отличные от тех, что в верхней части потока. Если сюда прибавить вес этой конструкции - 40 т, инерцию играющую в данном случае отрицательную роль, и статистику, показывающую, что в Казахстане ветер легко и часто переходит за отметку 25-30 м/с, когда западные ВЭУ стопорятся, чтобы не произошло инерционного саморазрушения, то что мы видим? Видим то, что передает известная пословица: «Что русскому хорошо, то немцу смерть».
Для работы в условиях резкоконтинентального климата с господством порывистых ветров, высоких скоростей нужно разрабатывать ветроэнергоустановки, адаптированные именно к этим условиям.
Такие работы в Казахстане велись постоянно с 70-х годов прошлого века и привели к разработке и модернизации уже существующих рабочих органов ветроустановок. Так в Казахстане появились сторонники виндроторов савониуса, бони, винтовых, турбовинтовых ВЭУ. Не будем отвлекаться на каждый в отдельности, обратим внимание на турбовинтовые установки, ради которых и была написана эта статья.
С самого начала В.Н. Низовкиным ставилась цель заставить их работать на любых ветрах в самом продуваемом месте - Джунгарских воротах.
Результатом многолетних трудов стала турбовинтовая ветроустановка с электрогенераторами на редкоземельных магнитах.
Общими усилиями трех организаций: Общественный фонд «Чистый мир ВЭР», ТОО «Энергоэкотрейдинг», ТОО «Казахтранстур» ветроэнергоустановка появилась в Джунгарских воротах как национальное изобретение, подтвержденное успешной практикой.
С сентября 1999 года по июнь 2000 года на ст. Достык испытывалась пилотная ВЭУ навесного типа с диаметром турбовинта 1,6 м. Данная ВЭУ испытывалась 10 месяцев на высоте подвески 10 метров и показала следующие результаты (см. табл.).
Расхождение расчетной и фактической мощностей ВЭУ при скоростях ветра более 15 м/с объясняются предельной мощностью генератора (до 4 кВт) и отклонением подвесного винта от нормали. По используемой относительной на ст. Достык мощности генератора пионерской ВЭУ можно увеличить до 10 кВт при том же диаметре турбовинта (1,6 м), так как максимальная годовая выработка электроэнергии обеспечивается при скорости ветра 25 м/с.
Вторым этапом освоения ветропотенциала Джунгарских ворот стала разработка и установка на станции Достык ВЭУ недульной конструкции с диаметром 2,5 м каждого из трех общей мощностью до 60 кВт. Первичные испытания подтвердили правильность расчета изобретателя. На основе полученных данных были созданы проекты передвинтовых, столбовых, навесных установленных на автомобилях, водных судах ВЭУ. Конечно существует на ватмане и даже в макете ветроплотина, способная вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. Но все же нам ближе типоряд малых ВЭУ.
Казахстан имеющий большую территорию, невероятную разбросанность больших и малых населенных пунктов, фермерских хозяйств, отдаленных производств кровно заинтересован в повсеместном внедрении ветроустановок Низовкина В.М. Они имеют высокий КПД при низкой себестоимости по отношению к установленной мощности, просты в установке и обслуживании, долговечны и надежны. Неоспоримым преимуществом их перед зарубежными ВЭУ является простота конструкции и возможности производства на нескольких заводах в различных регионах Казахстана.
Можно посмотреть на подобную электрификации страны как на второй ГОЭЛРО, так как время фактически пришло. Населенные пункты без электроэнергии сейчас в сельской местности не редкость, отдаленные зимовки, охотхозяйства уже давно сидят при свечах и керосине. Всюду можно встретить «лесополосы» из бетона без проводов с варварски оборванными изоляторами искателями цветного металла. Сюда плюсуется экономическая составляющая. Никто не хочет вкладывать средства ради электрофикации нескольких домов или заброшенного железнодорожного полустанка. Установка Низовкина будет тем вариантом, когда не требуются первоначальные большие затраты, не будет интереса желающих поживиться цветным металлом, железобетонные столбы для ее монтажа есть практически везде.
Конечно это перспектива, которая опирается на мысль, что этот момент может быть в принципе. Но ведь многие изобретения востребованы обществом, когда ничего другого не остается. Пока еще много угля, мазута, газа сжигаемых на ТЭЦ, но Казахстан уже подписал рамочную Конвенцию по изменению климата. Уже почти все города страны имеют превышения допустимой загозованости атмосферы.
Так что востребованность турбовинтовых ВЭУ казахстанского происхождения при желании и понимании со стороны правительства - реальность. Тем более что есть самое главное: киловатт ,полученный от ветроэнергоустановки дешевле чем киловатт, выданный после сжигания угля, мазута, газа.
Низовкин В.М.,
кандидат технических наук
Ахметжанов А.М.
|
Издается Международным Социально-экологическим Союзом
