Использование в холодных климатических областях энергии ветра имеет три выгодных момента. Во-первых, плотность холодного воздуха выше, чем у теплого, поэтому выработка энергии здесь выше при той же скорости.

Во-вторых, областям с холодным климатом характерен высокий удельный расход электрической и тепловой энергии.

В-третьих, в данных областях очень высокие цены на электроэнергию и тепло, получаемые на электростанциях и в котельных на базе угля, дизельного топлива или мазута.

Перечисленные предпосылки выступают стимулом для внедрения ветряной энергетики в энергетические системы потребителей Севера. Необходимо помнить, что на территориях с суровым климатом улучшение качества жизни имеет значение гораздо больше, чем, например, для населения в средней полосе России.

Особенности развития ветроэнергетики и использования ветроэнергетических установок (ВЭУ) в условиях холодного климата

• Ветроэнергетика и ветроэнергетические установки в условиях Заполярья. Часть 1
• Японцы будут на Камчатке тестировать арктические ВЭС
• Якутия переходит на альтернативную энергетику
• Уникальная электростанция была открыта на Байкале
• СП «Энергия арктического ветра» создаст в Приморье ветряной парк
• Солнечная ветряная электростанция будет запущена в Иркутской области
• Перспективы ветроэнергетики в России
• Осенью на Курилах появится ветродизельная электростанция

С развитием ветроэнергетики в областях с холодным климатом существует много специфических проблем, но их можно успешно решить, если с самого начала внедрения проекта заботиться об этом.

Во-первых, это проблемы, имеющие отношение к транспортировке ВЭУ и обустройству ее на площадке. В дальних районах Севера инфраструктура, как правило, не приспособлена для строительства большого ветряного парка. Дороги узкие, со слабым покрытием и сложным профилем. Бывает, что дороги вообще нет, и ВЭУ нужно доставлять с помощью вертолета и монтировать. Иногда нет возможности найти передвижной автомобильный кран нужной грузоподъемности. Если планируется возвести крупный ветряной парк, то лучше создать и организовать всю необходимую инфраструктуру (монтажная и транспортная техника, дороги, электросети и т.д.) заранее. Если нужно возвести одну-две небольших ветроэнергетических установок, то оптимально найти прототип ветроустановки, который реально транспортировать на площадку воздушным, автомобильным или водным транспортом.

Суровые условия климата вынуждают сокращать период возможного строительства ветряного парка до трех летних месяцев. Но в полярных широтах дневной свет и солнечное сияние имеется круглые сутки, поэтому можно вести непрерывные работы, чтобы рационально провести короткое лето, которое в этих краях является наименее ветряным временем года, а наиболее спокойной является безветренная погода в Заполярье в ночные часы (при свете солнца!).

В ходе использования в арктических условиях ветроэнергетических установок должны выполняться все профилактические работы в летнее время. Зимой все должно быть готово к тому, что световой день укорачивается. Внутри гондолы и башни ВЭУ необходимо организовывать искусственное освещение. Самым лучшим типом башни для ВЭУ в арктических условиях считается башня в виде трубы.

Развитие ветроэнергетики во всем мире к сегодняшнему времени накопила обширный опыт. Это дало возможность систематизировать требования к ВЭУ, находящимся в областях с полярным или холодным климатом. Для эффективной работы ВЭУ в условиях Заполярья необходимо использовать хладостойкую сталь для любых конструкций со сваркой; низкотемпературную синтетическую смазку для ключевых подшипников; трансмиссионное синтетическое масло в редукторе; подогревать редуктор внешними тепловыми элементами; низкотемпературную синтетическую смазку для подшипников генератора; специальную жидкость для систем гидравлики ВЭУ, которая не теряет свойств при низких температурах; подогревать контроллер, лопасти для исключения наледи и отложения изморози; обогревать метеорологические датчики с целью предотвращения появления изморози и оледенения.

Рассмотрим подробнее данные требования. Для холодного климата, например, на северном побережье Норвегии, на берегах Баренцева моря России, которые подвержены влиянию теплого течения Гольфстрим, использовать морозостойкую сталь для ветроэнергетических установок нет необходимости. Здесь можно использовать болтовые соединения, глубоко гальванизированные. Обычный «датский» дизайн ВЭУ вполне подойдет. Но на сибирском побережье Ледовитого океана для создания ВЭУ необходимо использовать специальные хладостойкие сорта стали.

Низкотемпературную синтетическую смазку для ключевых подшипников и подшипников генератора, синтетические масла для редуктора следует применять повсеместно в условиях арктического и холодного климата, даже если для этого нет необходимости по условиям зимней минимальной температуры. Стоимость их почти сравнима с обычными смазочными материалами, а результаты неправильной смазки могут стоить дорого.

Подогрев редуктора ветроэнергетической установки при помощи внешних элементов обогрева необходим лишь в условиях глубокого арктического климата. При естественных режимах работы в редукторе образуется достаточное количество тепла для использования его без подогрева в обычных условиях Севера.

Для гидравлических систем ВЭУ на всех площадках в Заполярьях должна использоваться жидкость, подходящая для низких температурных условий. Если не сделать этого, то в каком-нибудь патрубке гидравлического насоса, распределительного устройства или в механизме регулировки лопастей может замерзнуть вода, для ликвидации аварии и ремонта турбины потребуется много средств, времени и усилий.

Необходимо поддерживать вблизи контроллера ВЭУ положительную температуру. Если он замерзнет, то его замена будет стоить дорого, а за период простоя ВЭУ по причине недействующего контроллера будет потерян большой объем электроэнергии.

Обогрев лопастей ветроэнергетической установки необходим лишь в случае часто встречающихся оледенений и изморози на выбранной площадке. Обогрев лопастей затрачивает до 10% выработки электроэнергии, зато обеспечивает работоспособность ВЭУ.

Обогрев датчика направлений ветра и анемометра очень полезны. Лед, иней, изморозь, возникающие на чашечках анемометра, тормозят его вращение или совсем его останавливает, а это приводит к остановке ВЭУ. При скорости ветра 10 м/с анемометр может выдавать скорость 2 м/с, что низе порога включения в работу ВЭУ, и установка буде стоять, если даже будет в наличие «рабочий» ветер. Результатом может стать сокращение выработки ВЭУ на 10-15% от годовой нормы. Расход энергии на обогрев флюгера и анемометра намного меньше.

Применение энергии ветра для отопления в заполярном и холодном климате

Ветер в качестве климатического фактора повышает потребление тепла, тем более в Арктике или областях с холодным климатом. Одновременно с этим ветер - это экологически чистый возобновляемый энергетический источник. Есть положительные предпосылки для того, чтобы перевести ветер из отрицательного климатического фактора в источник энергии, который обеспечивает активный приход тепла в ветреные периоды.

Исследование ветряных режимов севера в Европейской части Росси и анализ публикаций на данную тему показывают, что самая большая интенсивность ветра фиксируется в зимний период – тогда, когда потребности в тепле максимальна. Внедрение ветроэнергетических установок в таких условиях могло бы обеспечить экономию до 20-50% привозного дорогостоящего органического топлива (дизельного в основном), используемого в котельных. Кстати, для генерирования тепла не нужна электроэнергия самого хорошего качества. Конструкцию ВЭУ в связи с этим можно сделать проще, надежней и прочней.

В случае использования ВЭУ для теплоснабжения можно преодолеть ключевой недостаток энергии ветра – ее непостоянность во времени. Кратковременные вариации (секундные и минутные) выработки ВЭУ уравниваются аккумулирующей способностью системы теплоснабжения благодаря ее инерции. Колебания мощности ветроэнергетических установок в течение нескольких минут до часов могут компенсироваться аккумулирующей способностью отапливаемых зданий или посредством аккумулирующих устройств. Если ветра нет в течение долгого времени, то в работу должны включаться котельные на органическом топливе.