Рассмотрены состояние проблемы, технико-экономические предпосылки использования энергии ветра, конструкции и эффективность ветроэнергетических установок, сферы их применения. Приведены данные по ресурсам ветра, системы управления установок, способы резервирования их мощности, методы повышения надежности энергоснабжения. Описаны перспективы и проблемы развития ветроэнергетики. Первое издание вышло в 1975 г. Для инженерно-технических работников, связанных с эксплуатацией и энергоснабжением объектов, а также для специалистов, занимающихся проблемой использования нетрадиционных источников.

Предисловие

Глава 1. Развитие и состояние ветроэнергетики

Глава 2. Технико-экономические основы использования энергии ветра
2.1. Условия, определяющие эффективность ветроэнергетики
2.2. Принципы и критерии оценки экономических показателей ветроиспользования
2.3. Энергоэкономические и балансовые расчеты в ветроэнергетике

Глава 3. Ветер как источник энергии. Ветроэнергетический кадастр
3.1. Происхождение ветра
3.2. Энергетические характеристики ветра
3.3. Ветроэнергетический кадастр
3.4. Ресурсы ветра и ветровые зоны СССР

Глава 4. Краткие сведения из аэродинамики ветродвигателей и принципы их работы
4.1. Основные законы и понятия аэродинамики
4.2. Принципы преобразования энергии ветра и работы ветродвигателя

Глава 5. Технические средства ветроэнергетики
5.1. Особенности современной ветроэнергетической техники
5.2. Насосные ветроагрегаты с механическим приводом
5.3. Пневматические ветроагрегаты
5.4. Электрические ветроагрегаты

Глава 6. Методы резервирования ветроэнергетических агрегатов и ВЭС и системы дублирования их мощности
6.1. Выбор и схемы использования резервной установки
6.2. Методы дублирования мощности ветроэнергетических установок
6.3. Использование ВЭС в энергосистемах и параллельная работа ВЭУ с неветровыми энергоустановками

Глава 7. Аккумулирование энергии
7.1. Общие принципы аккумулирования энергии, производимой ветроустановками
7.2. Механические аккумуляторы ветроагрегатов
7.3. Методы гидравлического аккумулирования энергии
7.4. Схемы пневматического аккумулирования энергии
7.5. Тепловые аккумуляторы
7.6. Водородное аккумулирование
7.7. Применение электрохимических аккумуляторов в ветроустановках

Глава 8. Технико-экономические показатели и практика применения ветроустановок
8.1. Опыт использования ветроэнергетических агрегатов
8.2. Технико-экономические и эксплуатационные показатели ветроустановок
8.3. Выбор ветроустановки и систем эксплуатации

Глава 9. Ветроэнергетика за рубежом
9.1. Государственная политика и принципы развития
9.2. Технические средства
9.3. Экономика применения ветроустановок

Глава 10. Цели, проблемы и перспективы развития ветроэнергетики
10.1. Цели и задачи развития
10.2. Научно-технические проблемы, основные направления и перспективы развития

Список литературы

Предисловие

Научно-технический прогресс, широко охвативший все отрасли народного хозяйства, решение проблем, связанных с освоением Сибири и других территорий, в первую очередь пустынных и полупустынных зон страны, на Крайнем Севере и в Арктике, задачи дальнейшего развития и интенсификации сельскохозяйственного производства требуют опережающего развития энергетики. Поэтому важнейшее значение приобретают дальнейшее совершенствование топливно-энергетического комплекса страны, экономия нефти, газа, угля и других невосполняемых энергоресурсов. Это обусловливает также необходимость изыскания методов более экономичного энергоснабжения потребителей, привлечения и эффективного использования различных источников энергии, традиционных и новых, централизованных и местных.

Именно поэтому долговременная энергетическая программа предусматривает комплексное использование различных видов энергетических ресурсов, а XXVI съезд КПСС указал на необходимость уже в ближайшие годы «увеличить масштабы использования в народном хозяйстве возобновляемых источников энергии (гидравлической, солнечной, ветровой, геотермальной)» и «совершенствовать методы преобразования и передачи энергии».

В последние годы во многих странах расширились масштабы исследований и разработок по использованию этих и других нетрадиционных источников энергии. Не только ветер, Солнце, теплота недр Земли, но и энергия морских приливов, биомассы и бытовых отходов, тепловая энергия морей и океанов рассматриваются как важное дополнение к «большой» (традиционной) энергетике.

Применение установок, преобразующих энергию возобновляющихся источников (ВИЗ) в другие виды энергии (механическую, тепловую, электрическую, химическую), направлено прежде всего на сокращение расхода жидкого топлива и повышение экономичности энергоснабжения, в первую очередь относительно небольших и рассредоточенных объектов, расположенных в соответствующих зонах, в районах с малой плотностью нагрузки, удаленных от энергосистем и электрических сетей, нефте- и газопроводов.

Наряду с этим широко рассматривается идея использования не только геотермальных, но также солнечных и ветровых электрических станций большой единичной мощности (2—10 МВт) совместно с традиционными электростанциями в местных энергосистемах, а также для электрификации относительно крупных объектов. При этом имеется в виду их комплексное применение с тепловым резервом или электростанциями (ГАЭС).

В связи с так называемым «энергетическим кризисом», с одной стороны, новыми техническими возможностями и более совершенными технологиями утилизации возобновляющихся энергоисточников, с другой, во многих экономически развитых странах приняты и реализуются крупномасштабные долговременные целевые национальные программы освоения нетрадиционных энегоресурсов.

Значительное развитие в последнее десятилетие получила ветроэнергетика. Это относится к практике применения ветроустановок, к научным исследованиям и опытно-конструкторским разработкам. В этот период были созданы и разрабатываются в настоящее время новые высокопроизводительные и экономичные ветроэнергетические установки (ВЭУ) различной мощности и назначения, в первую очередь для производства электрической энергии. В их числе основную роль играют менее материалоёмкие и более эффективные быстроходные агрегаты. Для них разработаны серии специальных электрических генераторов и специализированное оборудование, унифицированные узлы и механизмы, новые системы автоматического регулирования и управления, насосы и водоподъемные устройства, прессованные стеклопластиковые и армированные металлом лопасти, отличающиеся хорошими аэродинамическими качествами, высокой прочностью и надежностью. Организован выпуск унифицированных ветроагрегатов, которые прошли хозяйственную проверку в различных зонах« страны. Однако масштабы производства еще незначительны.

В результате исследований, выполненных ранее Всесоюзным НИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), ЦАГИ, Истринским отделением Всесоюзного НИИ электромеханики (ВНИИЭМ), преобразованным в 1975 г. в НПО «Ветроэн», а также другими организациями, разработаны методы оптимизации параметров ветроагрегатов и агрегатирования ветродвигателей рабочими машинами, уточнены методики расчета их элементов на прочность и надежность, обоснованы рекомендации по совершенствованию аэродинамических и конструктивных схем, выбору аккумулирующих устройств, рациональных схем и технических средств автоматизации ветроустрановок. В последние годы выполнен ряд важных исследований, опытно-конструкторских и технологических разработок, направленных на дальнейшее повышение долговечности и безотказности ветроэнергетических установок и их экономичности в конкретных условиях эксплуатации. Сейчас в нашей стране одной из важнейших задач является расширение их производства и применения, а также создание и освоение выпуска новых, более мощных и более эффективных ветроэнергетических установок.

В первом издании книги (1975 г.) автор сделал попытку осветить и обобщить многие из этих вопросов так, как они трактовались у нас в начале 70-х годов: В то же время ряд новых задач и проблем, решенных в 1970-1980 гг., изложен пока лишь в научных статьях, опубликованных в специальных журналах. Материалы о работах зарубежных ветроэнергетиков и о конструкциях ветроагрегатов, установок и электрических станций, естественно, не могли отразить достижений последнего десятилетия.

Цель настоящей книги заключается в том, чтобы в краткой и доступной форме, без большого числа формул и громоздких математических 4 выкладок, с позиций системного и программно-целевого подходов изложить основы рационального использования энергии ветра и то существенно новое, что характеризует отечественную и мировую ветроэнергетику последней четверти нашего века. Автор отказался от рассмотрения ряда вопросов, нашедших отражение в его прежних трудах и в публикациях других авторов, сосредоточив основное внимание на технико-экономических и энергетических аспектах проблемы, новых технологиях и технических средствах ветроэнергетики, методах их эффективного использования, т.е. на вопросах, имеющих наиболее важное значение для расширения масштабов использования энергии ветра.

По мнению автора, отличительные особенности данной работы, являющиеся следствием ряда новых принципов, положенных в ее основу, заключаются прежде всего в том, что ветроэнергетика рассматривается в связи с задачами совершенствования топливно-энергетического комплекса и перспективами развития электрификации страны, проблемами, возникающими в процессе освоения новых территорий и вовлечения их в сферу хозяйственного использования, задачами дальнейшей механизации сельскохозяйственного производства и повышения экономичности его энергоснабжения, в первую очередь в пастбищных зонах страны. При этом учитывается необходимость дальнейшего повышения производительности и улучшения условий труда и быта сельского населения. Большое значение имеет применение ВЭУ при решении задач, вытекающих из Продовольственной программы СССР.

В силу этого основное внимание, естественно, уделен использованию энергии ветра в сельском хозяйстве, которое, по мнению автора, наряду с некоторыми другими сферами (быт, связь и др.) в ближайшей перспективе будет по-прежнему основным потребителем ветроэнергетических агрегатов, а также включению ветроэнергетических станций в совместную работу с местными энергосистемами. Известно, что ветер является малоконцентрированным источником энергии, интенсивность которого существенно изменяется во времени и пространстве и заранее не может быть достаточно точно предсказана. Поэтому в книге большое внимание уделяется вопросам повышения надежности энергоснабжения, резервирования мощности ветроагрегатов и аккумулирования энергии, производимой с их помощью.

Состояние и развитие ветроэнергетики второй половины 70-х годов в большинстве промышленно развитых стран характеризуются созданием новых, более мощных и эффективных технических средств, методов их использования, известной переориентацией в отношении сфер применения ветровых установок. Это не нашло должного отражения в отечественной литературе, в том числе и в первом издании книги автора. В настоящем издании с позиций системного подхода и долгосрочного целевого программирования более полно рассмотрены работы, выполненные в последние годы, и перспективы развития ветроэнергетики, значительное внимание уделяется прогнозированию научно-технического прогресса в этом направлении энергетики, задачам и проблемам повышения эффективности применения ветроэнергетических установок, комплексному использованию нетрадиционных энергоресурсов.

Ряд вопросов, достаточно полно изложенных в других, ранее изданных книгах и менее актуальных в современных условиях, как правило, подробно не рассматривается, и читатель отсылается к соответствующим источникам. Большое внимание обращено на описание и объективный научно-технический и экономический анализ состояния и развития зарубежной ветроэнергетики.

Все это обусловило необходимость существенной переработки ряда параграфов первого издания книги и дополнения ее новым материалом.

Автор исходит из того, что развитие ветроэнергетики, сферы и объекты использования энергии ветра должны определяться прежде всего экономической целесообразностью и техническими возможностями, выявляемыми в процессе рассмотрения всего комплекса вопросов, относящихся к оптимальному энергообеспечению народного хозяйства, различных его объектов и требованиям потребителей. Техника, технология, экономика и планирование рассматриваются в книге именно с этих позиций. Впервые излагаются характерные особенности национальных ветроэнергетических программ, разработанных и реализуемых в ряде стран, новые технические средства, созданные за рубежом и применяемые в различных отраслях, сферах и региональных условиях.

Ветер часто считают «даровым» источником энергии, но его использование, естественно, требует капиталовложений и эксплуатационных расходов. Поэтому в качестве основного критерия экономической эффективности применения ветроэнергетических установок приняты приведенные затраты. В то же время в ряде случаев учитываются и такие критерии субоптимальности, которые наиболее полно учитывают ресурсные ограничения.

Важнейшими направлениями экономической стратегии партии являются энерго- и трудосберегающая политика, повышение эффективности использования основных фондов, поэтому учитываются также возможное высвобождение живого труда и облегчение обслуживания, перспективы использования в рассматриваемых условиях и других альтернативных или конкурирующих энергетических источников, делается сопоставление их с ветроэнергетическими агрегатами и станциями.

В книге использованы в основном результаты исследований автора, выполненные в ВИЭСХ, совместные работы этого института с ЦАГИ и республиканскими НИИ сельского хозяйства и энергетики, а также разработки других организаций. В ней обобщены данные испытаний и опытно-хозяйственного использования ветроагрегатов, материалы обзоров отечественных разработок, зарубежные книги и журнальные статьи.

При подготовке настоящего издания учтены замечания и пожелания читателей, которые прислали свои отзывы на первое издание книги. Им автор выражает глубокую благодарность.