Использование энергии ветра для отопления в условиях холодного и заполярного климата

Ветер как климатический фактор увеличивает потребление тепла, осо­бенно в районах с холодным климатом или в Арктике. В то же время ветер является экологически чистым возобновляемым источником энергии. Имеется несколько положительных предпосылок для того, чтобы превратить ветер из отрицательного климатического фактора в ценный источник энергии, обеспечивающий активный приход тепла именно в ветреные периоды.

Изучение режимов ветра севера Европейской части России и анализ публикаций на эту тему показывают, что максимальная интенсивность ветра имеет место в зимнее время – как раз тогда, когда наблюдается пик потребности в тепле. Внедрение в этих условиях ветроэнергетических установок могло бы обеспечить экономию до 20 – 50 % дорогого привозного органического (в основном дизельного) топлива, используемо­го в котельных. Кстати, для выработки тепла не требуется электроэнергия высокого качества. В связи с этим конструкцию ВЭУ можно сделать как можно более простой, прочной и надежной.

В случае применения ВЭУ для теплоснабжения возможно успешное преодоление основного недостатка энергии ветра – ее нестабильности во времени. Краткосрочные вариации (минутные и секундные) выработки ВЭУ сглаживаются аккумулирующей способностью теплоснабжающей системы благодаря ее собственной инерции. Колебания мощности ВЭУ за время от нескольких минут до нескольких часов могут быть компенсирова­ны аккумулирующей способностью отапливаемых зданий или с помощью специальных аккумулирующих устройств. Если ветра нет более длительное время, должны включаться в работу котельные на органическом топливе.

Совместная работа котельной и ВЭУ имеет свои особенности. Часть тепловой нагрузки может быть покрыта за счет выработки ВЭУ, остальная часть – за счет котельной. В периоды активного ветра ВЭУ может обеспечивать теплом всю или большую часть тепловой нагрузки, даже иметь некоторый избыток выработки. Однако в морозные периоды со слабым ветром почти вся нагрузка будет покрываться котельной.

Касаясь экономической целесообразности теплоснабжения потребителей с применением ВЭУ, необходимо отметить, что мощность ВЭУ, участвующей в теплоснабжении и, соответственно, доля ее участия в балансе покрытия нагрузки имеют свой оптимум, соответствующий, например, минимуму приведенных затрат, после чего дальнейшее наращи­вание мощности ВЭУ невыгодно. Расчеты показывают, что основными факторами, определяющими эффективность внедрения ВЭУ, являются режим ветра, цена топлива и удельные капиталовложения. Чем выше цена топлива, тем выше доля экономически оправданного участия ВЭУ в покрытии тепловой нагрузки.

Опыт использования ВЭУ для теплоснабжения ветроэнергетического полигона Кольского научного центра РАН в поселке Дальние Зеленцы на побережье Баренцева моря и последующие технико-экономические расчеты на основе полученных данных показали целесообразность включения в систему теплоснабжения тепловых аккумуляторов. Аккумулирование избытков тепловой энергии в периоды активного ветра и не самых низких температур воздуха и дальнейшее использование их в периоды слабого ветра или безветрия позволяют поднять долю участия ВЭУ в покрытии графика нагрузки на 5 – 12 % в зимние месяцы и на 23 – 29 % в летние. Аккумулирование тепла дает возможность реже включать котельную и на более короткий период. В некоторые месяцы вся тепловая нагрузка может быть покрыта энергией, произведенной ВЭУ, что даст значительную экономию как в денежном выражении, так и в топливе, и позволит улучшить условия жизни малых изолированных поселков при холодном климате.