Специфика развития ветроэнергетики и эксплуатации ВЭУ при холодном климате

При развитии ветроэнергетики в регионах с холодным климатом имеется большое количество специфических проблем, но все они могут быть успешно решены, если заботиться об этом с самого начала реализации проекта.

Во-первых, это проблемы, связанные с транспортировкой ВЭУ и возведением ее на площадке. В удаленных районах Севера инфраструктура обычно не приспособлена для строительства крупномасштабного ветропарка. Дороги узкие, со сложным профилем и слабым покрытием. Порой вообще нет никаких дорог и ВЭУ должны доставляться и монтироваться с помощью вертолета. Иногда невозможно найти автомобильный передвижной кран необходимой грузоподъемности. Если планируется возвести действительно мощный ветропарк, то лучше организовать и создать всю необходимую инфраструктуру (дороги, транспортная и монтажная техника, электрическая сеть и т.п.) заранее. Но если планируется построить всего одну или две небольших ВЭУ, легче найти такой прототип ветроустановки, который можно доставить на пло­щадку автомобильным, воздушным или водным транспортом.

Суровые погодные условия сокращают сроки возможного строительства ветропарка до трех летних месяцев. Но в полярных широтах летом солнечное сияние и дневной свет имеется круглосуточно, поэтому работы можно вести непрерывно, чтобы наиболее рационально использовать короткое лето. Кстати, лето в этих местностях – наименее ветреное время года и, кроме того, наиболее спокойная, безветренная погода наблюдается в Заполярье в ночные часы (при солнечном свете!).

Во время эксплуатации ветроэнергетических установок в арктических условиях необходимо планировать выполнение большинства, если не всех, профилактических работ в летнее время. Зимой нужно быть готовым к тому, что световой день очень короток. Внутри башни и гондолы ВЭУ придется организовывать искусственное освещение. Наилучшим типом башни для ВЭУ в арктических условиях является башня в виде трубы.

Мировая практика развития ветроэнергетики к настоящему времени накопила богатый опыт. Это позволило сформировать стандартные требования к ВЭУ, размещаемым в областях с холодным или полярным климатом. Для успешной работы ВЭУ в условиях Заполярья требуется применение хладостойкой стали для всех конструкций со сваркой; синтетической низкотемпературной смазки для основных подшипников; подогрева редуктора за счет внешних тепловых элементов; синтетического трансмиссионного масла в редукторе; синтетической низкотемпературной смазки для подшипников генератора; специальной жидкости для гид­равлических систем ВЭУ, не теряющей своих свойств при низких температурах; подогрева контроллера; подогрева лопастей для исключения гололедных явлений и отложения изморози; обогрева метеорологических датчиков для предотвращения образования изморози и оледенения.

Рассмотрим эти требования подробнее.

1. Для холодного, но не экстремального климата, такого, как на северном побережье Норвегии, берегах Баренцева моря России, подверженных влиянию теплого течения Гольфстрима, нет необходимости использовать для ВЭУ морозостойкую сталь. Достаточно применять глубоко гальванизированные болтовые соединения. Обычный «датский» дизайн ВЭУ здесь вполне приемлем. Но на сибирском побережье Ледовитого океана для изготовления ВЭУ обязательно применение специальных хладостойких сортов стали.

2. Синтетическую низкотемператур­ную смазку для основных подшипников и подшипников генератора, а также синтетические масла для редуктора рекомендуется использовать в условиях холодного и арктического климата повсеместно, даже если для этого нет особой необходимости по условиям минимальной зимней температуры. Их стоимость практически находится на уровне стоимости обычных смазочных материалов, а последствия неправильной смазки могут обойтись очень дорого.

3. Подогрев редуктора с помощью внешних нагревательных элементов не­обходим только в условиях глубокого арктического климата. В принципе, в редукторе при естественных режимах работы выделяется достаточное количе­ство тепла для эксплуатации его без подогрева в обычных северных условиях.

4. Для гидравлических систем ВЭУ на всех заполярных площадках должна применяться жидкость, пригодная для условий низких температур. Если этого не сделать и жидкость замерзнет в каком-либо патрубке гидравлического насоса, распредустройства или в регулировочном механизме лопастей, для ликвидации аварии и приведения турбины в нормальное рабочее состояние потребуется много усилий и средств.

Необходимо поддерживать положительную температуру вблизи контроллера ВЭУ. Если он замерзнет, его замена обойдется дорого, а за время простоя ВЭУ по причине неработающего контроллера будет потерян значительный объем выработки электроэнергии.

Обогрев лопастей должен применяться только в случае часто встречающихся явлений оледенения и отложения изморози на выбранной площадке. Обогрев лопастей «съедает» до 10 % выработки электроэнергии, что существенно, зато обеспечивает полную работоспособность ВЭУ.

Обогрев анемометра и датчика направлении ветра очень полезны. Иней, лед, изморозь, осаждающиеся на чашечках анемометра, замедляют его вращение или полностью останавливают, а это, в свою очередь, ведет к остановке ВЭУ.

При фактической скорости ветра 10 м/с анемометр может показывать скорость 2 м/с, что ниже порога включения ВЭУ в работу, и установка будет стоять, несмотря на наличие вполне «рабочего» ветра. Результатом может быть снижение выработки ВЭУ на 10 – 15 % от годовой. Потребление электроэнергии на обогрев анемометра и флюгера намного меньше.