Оптимизация с-х энергетических установок - Технико-экономические показатели ветроэнергетических установок

Ветроэлектрические установки весьма перспективны в нашей стране. Установки малой и средней мощности (до 30 кВт) могут применяться в качестве самостоятельных источников энергии для нужд фермерских, геологических и других хозяйств. Мощные ветроагрегаты целесообразны в электросети.
Ветроэлектрическая установка, как правило, включает в себя ветроагрегат, мультипликатор, электрогенератор, тормозное устройство, регуляторы частоты вращения ветроагрегата и напряжения на шинах генератора, устройство поворота ветроколеса по направлению ветра, систему контроля ветроэлектроустановки.
Основные вопросы, которые следует решать при сооружении ветроэлектрических установок, следующие.
Повышение коэффициента ветроиспользования и КПД ветроэлектрической установки, выбор оптимальной передачи крутящего момента от ветроколеса к генератору. В маломощных ветроустановках этого можно достичь, отказавшись от мультипликатора [79]. Это даст возможность упростить конструктивную схему установки и повысить ее надежность.
Следующая задача — повышение надежности и технического ресурса всех элементов, а следовательно, и установки в целом. Один из путей ее решения заключается в использовании упругой подвески лопастей и квалифицированной эксплуатации всего комплекса оборудования.
Немаловажная задача — экологическая. Низкочастотные звуковые колебания опасны для здоровья человека, жизни птиц, насекомых. Воздушный поток, развиваемый ветроколесом, может оказать вредное влияние на окружающий растительный мир. Уровень звуковой мощности шумовых эффектов может быть значителен. Все эти вопросы требуют решения при сооружении ветроагрегатов.
Существенное влияние должно быть уделено системе электрогенерирования для ветроэлектрических установок. Анализ конструкции низкооборотных генераторов для ВЭУ малой мощности указывает на принципиальную возможность использования как синхронных, так и асинхронных генераторов [80].
Один из наиболее значительных вопросов — это техникоэкономическая эффективность ветроэлектростанций. В настоящее время наблюдаются два основных направления ветроэнергетики: создание автономных установок и системных ветроэлектростанций. Как в первом, так и во втором случае эффективность ветроэнергетики следует расценивать по тому, в какой мере замещаются энергоносители [81]. Эта проблема не только энергетическая, но также и экономическая, так как делает потребителя независимым в перспективе от дефицитного органического топлива. При этом важно определить пропорций, в которых в условиях конкретного расчета должны сочетаться традиционная энергетика и ветроэнергетика.
Технико-экономическое обоснование ветроэлектрических установок следует производить с учетом экологического фактора [82]. Экологическую сопоставимость объектов, использующих разные источники энергии, можно оценить, представив природно-охранные затраты и экологические ущербы в денежном выражении [83].
В основу методики экономического обоснования использования ВЭУ рекомендуется положить метод сравнительной экономической эффективности, а именно метод оптимизации затрат при сравнении вариантов альтернативных источников энергии [84]
(3.116)
где К — капиталовложения по альтернативным вариантам энергетических установок; Е — нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности; И — издержки по каждому варианту; Уо — остаточные ущербы.
При сравнении вариантов необходимо соблюдать условия энергетической сравнимости вариантов
(3.117)
где Νύ и Эт — мощность и выработка энергии за счет традиционных источников энергии; Ν, и Эв — то же, для ветроэлектрической станции.
В качестве критерия эффективности анализируемой энергетической установки могут быть выбраны приведенные эксплуатационные затраты, в частности приведенные затраты, определяемые по расходуемой на процесс энергии [84]. При этом показателем энергетического совершенства должен быть эксергетический КПД. В таком случае для каждого элемента системы приведенные затраты определяются так
(3.118)
гдеЦ —стоимость единицы эксергии (по тарифам на электроэнергию); П . — потери эксергии в данном элементе системы (или в установке в целом); Е — нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений; К — капитальные затраты на элемент (установку).
Для оптимизации ветроэнергетических установок рекомендуется также использовать эксергоэкономический метод, основанный на теоретико-графовых построениях (см. главу 8).