ГИБРИДНЫЕ ВЕТРО-СОЛНЕЧНЫЕ МОРСКИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Аннотация

Аннотация. В статье анализируется проблема нестабильности выработки энергии из возобновляемых источников и возможные пути ее решения.  Показываются преимущества использования гибридных энергетических установок, в особенности, ветро-солнечных установок. Дается обзор основных подходов по созданию ветро-солнечных установок. На примерах показывается, что размещение фотоэлектрических преобразователей на роторах ветроэлектрических установок традиционных конструкций является недостаточно эффективным решением по ряду причин. Кратко описывается конструкция крупногабаритной ветроустановки морского базирования с вертикальной осью вращения, установка массива фотоэлектрических преобразователей на верхней кольцевой части которой представляется перспективным решением. Анализируются его достоинства, основным из которых является повышение энергетической эффективности фотоэлектрической установки за счет интенсификации теплоотвода от поверхности фотоэлементов. Приводятся два варианта схем расположения фотоэлектрических модулей на роторе ветротурбины, соответствующие электрические схемы и конструкция токосъемного узла. Описывается работа гибридной энергоустановки. Проводятся оценочные расчеты энергетических параметров комбинированной ветро-солнечной установки. Результаты расчетов показывают, что потенциальная годовая выработка энергии на ветровой части установки может составить 19300 МВт·ч, а у фотоэлектрической части, установленной на верхнем кольце ветротурбины, - 572 МВт·ч. Таким образом оказывается, что фотоэлектрическая часть гибридной энергоустановки предоставляет достаточную энергию для приводов поворота лопастей и других потребителей собственных нужд, что снизит требования к емкости дорогостоящих накопителей энергии.

Предмет исследования: Новые типы гибридных ветро-солнечных энергетических установок и их энергетическая эффективность.

Материалы и методы: Теоретической и методологической основой являются труды и разработки отечественных и зарубежных ученых в области возобновляемой энергетики. В работе использовались аналитические методы исследований, включающие прогнозный расчет годовой энерговыработки новой гибридной ветро-солнечной установки, используя модели прихода солнечной радиации Хея и Клачера, а также распределение Вейбулла для расчета вероятности скорости ветра.

Результаты: Проведен анализ проблемы нестабильности выработки установок возобновляемой энергетики. Показано, что создание гибридных, в частности, ветро-солнечных энергоустановок является актуальным и эффективным способом ее решения. Но совмещение фотоэлектрической установки с ветроэлектрическими при их традиционных конструкциях не дает нужного синергетического эффекта по ряду причин. Как альтернатива рассмотрена ветроэлектрическая морская установка, имеющая в верхней части конструкции развитую кольцевую поверхность, пригодную для размещения фотоэлектрических модулей. Проведенные оценочные расчеты энергетических параметров комбинированной ветро-солнечной установки морского базирования показали, что потенциальная годовая выработка энергии на ветроустановке диаметром 200 м составляет 19300 МВт·ч, а годовая выработка фотоэлектрических модулей, установленных на ее верхнем кольце, - 572 МВт·ч.

Выводы: Нестабильность выработки энергии из возобновляемых источников является серьезной проблемой, влияющей на себестоимость получаемой энергии. Использование гибридных энергетических установок, в особенности, ветро-солнечных может облегчить проблему нестабильности. Однако гибридизация с традиционными конструкциями ветроустановок не даёт требуемого синергетического эффекта. Перспективной является установка фотоэлектрических модулей на верхнем кольцевом диске крупногабаритной морской ветроэнергетической установки. Достоинством такого решения является также то, что оно позволяет повысить энергетическую эффективность фотоэлектрических преобразователей за счет интенсификации теплоотвода от поверхности фотоэлементов. Несмотря на то, что соотношение энерговыработки ФЭУ к ВЭУ составляет всего около 3%, расчеты показывают, что данного количества энергии достаточно для электроснабжения приводов поворота лопастей и других потребителей собственных нужд ВЭУ.