Получение энергии из альтернативных источников — одна из актуальных задач современной науки. Сегодня для этого используется электромагнитное излучение Солнца, движение воды в реках, морях и океанах, а также кинетическая энергия ветра. В этом направлении работают ученые Южно-Уральского государственного университета: ветроэнергетическая установка, разработанная в вузе, в будущем будет усовершенствована и сможет производить больше энергии.
Созданная ветроустановка уже сейчас производит больше энергии
В 2018 году по данной теме была опубликована статья в международном журнале Institute of Physics, индексируемом в Scopus и Web of Science. Научная работа посвящена математическому моделированию процесса управления ветроустановкой.
«Система управления ветроэнергетической установкой (ВЭУ) представляет собой совокупность алгоритмов. Мы занимаемся разработкой этой системой управления, чтобы, во-первых, эксплуатация агрегата была максимально безопасной. Во-вторых, необходимо достичь наибольшей энергоэффективности (КПД). Важно, чтобы отбиралось максимальное количество кинетической энергии от набегающего потока ветра, и дальше эта энергия эффективно перерабатывалась из механической в электрическую и передавалась на объекты энергоснабжения. У нашей ветроустановки относительно высокий КПД (коэффициент достигает 0,45). Другими словами, набегающий поток ветра содержит 10 единиц энергии, а ветроустановка отбирает определенную часть энергии и перерабатывает ее в электричество. На выходе получает 4,5 единицы энергии. Аналогичные установки производят 3 единицы энергии», — рассказывает аспирант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» Политехнического института ЮУрГУ Евгений Сироткин.
.jpg)
Ветроэнергетическая установка, разработанная в ЮУрГУ, обладает рядом конкурентных преимуществ: ротор имеет вертикальную ось вращения, в результате чего нет необходимости ориентировать ВЭУ на набегающий поток ветра. Кроме того, установка может быть размещена на крыше здания, поскольку вибрационные колебания, возникающие при эксплуатации ветроагрегата, крайне малы и не оказывают влияния на фундамент и бетонные конструкции. К преимуществам установки также можно отнести низкий уровень инфразвуковых шумов, что делает ее безопасной по отношению к окружающему рабочему персоналу. Особенно эффективно применение такой ветроэнергетической установки на территориях, где отсутствует центральное электроснабжение.
Ветроустановка может быть использована в Арктике
«Экономически выгодно внедрять такие установки на Дальнем Востоке, а также в арктических зонах, — отмечает Евгений Сироткин. — Сейчас осуществляется масштабная программа освоения Арктики. Однако для этого требуется наличие источников энергоснабжения в тех регионах. Стоимость 1 километра электропередач может составлять от 1 до 2 миллионов рублей. Затраты на проведение линии на этой территории будут очень высокими. Наша ветроустановка по стоимости примерно равна 1 километру линии электропередач, и планируемый срок ее эксплуатации составит 35 лет. Затраты же на проведение линии электропередач могут превышать 100 миллионов рублей (в зависимости от расстояния). Кроме того, она постоянно требует обслуживания: может произойти обледенение, повреждение или обрыв проводов и др.».
Фото: Стенд для испытания системы управления ветроэнергетической установки; Компьютерное моделирование с использованием созданной математической модели ВЭУ
Испытания разрабатываемой системы управления проводятся на специальном стенде, одна часть которого имитирует ветровую нагрузку, а другая — ротор ветроустановки. Компьютерное моделирование с использованием созданной математической модели ВЭУ позволяет сократить время эксперимента с нескольких часов до нескольких секунд, а также проверить множество различных вариаций работы ветроустановки. Благодаря этому возможно без материальных затрат определить наиболее подходящий способ управления ветроустановкой и режимы ее работы.
В настоящее время команда ученых ставит перед собой задачу сделать элементы ветроустановки более стандартными. Сегодня ее серийное производство является нерентабельным, поскольку конструкция включает много сложных деталей. Упрощение конструкции позволит оптимизировать производство ветроэнергетических установок. Экспериментальные образцы уже установлены на побережье Баренцева моря, в Московской области, а также в Японии и США.