Диплом. I анализ современного состояния ветровой, энергетики и энергетических комплексов на ee основе
 Скачать 3.99 Mb.
|
|
5.2. Выбор энергетического оборудования для АРТП Сеть-Наволок. На основании проведенных расчетов можно сказать что оборудование, которое установлено на АРТП Сеть-Наволок сегодня соответствует проведенным расчетам. А именно, сегодня на АРТП установлены две ВЭУ АВЭУ-30 произведенных ОАО «НПО «Лианозовский электромеханический завод»установленной мощностью по 30 кВт каждая. На рисунке 5.3 представлена фотография комплекса, любезно предоставленная НПО «Лианозовский электромеханический завод». Срок окупаемости данного комплекса составил менее 1 года. Расчеты показали что, наилучшим с точки зрения экономики будет установка ВЭС (ВЭУ) суммарной мощностью 68 кВт. Однако при рассмотрении рисунка 5.2 и таблицы 5.1 можно сделать вывод, что эффективность повышения установленной мощности ВЭС (ВЭУ) после 18 кВт существенно снижается. То есть, эффект от каждого дополнительного кВт установленной мощности ВЭУ является не столь значительным. Можно отметить, что если стоимость топлива по каким либо причинами будет снижена, то оптимальная установленная мощность ВЭС (ВЭУ) также снизится. Однако, не трудно провести расчет, что в данном конкретном случае, установка ВЭС (ВЭУ) мощностью 18кВт будет оправдана даже при стоимости топлива ниже существенно ниже континентальной - 22 руб/л. Состав оборудования АВЭУ-30 Ветроэнергетический агрегат в составе: ветротурбина, генератор, гондола, механизм ориентации на ветер и система останова ветротурбины Мачта Самоподъёмный кран (при необходимости) Сервисный кран Кабельное хозяйство Комплект ЗиП: лебёдки, стропы, тросы, инструмент и др.  Рисунок 5.3 Автономный ветродизельнй комплекс мощностью 60кВт, АРТП Сеть-Новолок (фотография предоставленная НПО «Лианозовский электромеханический завод» Рисунок 5.4 Основные части ветроагрегата  Таблица 5.3 Основные технические характеристики АВЭУ-30
Выходные электрические параметры: напряжение 220/380 В 50 Гц, коэффициент гармоник не более 5% Аппаратно-программное обеспечение предусматривает возможность дистанционно управлять гибридной энергетической системой и производить мониторинг параметров работы оборудования. Конструктивные особенности и преимущества АВЭУ-30 В ветротурбине используется сверхтихоходный генератор – не требуется редуктор. Ветротурбина работает в широком диапазоне скоростей – от 2,5 до 70 м/ с. Применён центробежно-пружинный механизм регулирования частоты вращения ветротурбины ,за счёт поворота концевых частей лопастей (механический способ). Шарнирное закрепление лопастей снижает вибрации и динамические нагрузки на лопасть. Простой и надёжный механизм ориентации на ветер (виндрозный) обеспечивает малую скорость разворота гондолы, существенно снижая гироскопические нагрузки на конструкцию (ветроагрегат и мачту). Виндрозный механизм не потребляет электроэнергию Оригинальная конструкция лопастей обеспечивает низкий уровень шума. Электроэнергия от генератора к основанию мачты передаётся по гибкому скручивающемуся кабелю, при этом не требуется токосъёмного устройства, что повышает надёжность работы установки. Рисунок 5.5 Основная энергетическая характеристика АВЭУ-30  Для полного обеспечения потребителя электроэнергией достаточно установить одну ДЭУ мощностью 20 кВт. Однако, принимая во внимание то, что исследуемый объект является потребителем первой категории надежности и имеет военное стратегическое значение, то целесообразно установить ДЭУ более высокой мощности, а также обеспечить резерв в виде еще одной аналогичной установки. Выбираем следующую ДЭУ: ДЭУ-30 Дизель-электрическая установкаДЭУ-30 дизель-генераторы и электростанции 30 кВт предназначены для получения трехфазного электрического тока напряжением 400 В, 50 Гц. В качестве основных источников электроснабжения применяются для автономных объектов (удалённые населённые пункты, фермерские хозяйства, вахтовые посёлки, буровые установки и т.п.). В качестве резервных источников электроснабжения могут применяться на объектах, требующих повышенной надёжности энергообеспечения (школы, учреждения здравоохранения, банки, гостиницы, спортивные сооружения и т.п.). В таблице 5.3 представлены основные характеристики данной дизельной установки. Таблица 5.3 Основные характеристики выбранного ДЭУ
На реальном объекте установлена одна ДЭУ мощностью 40 КВт, а в резерве находится установка мощностью 60 кВт. Выбор АБ основан на необходимости обеспечения потребителей энергией в течении времени, которое необходимо потратит на запуск дизеля из «холодного резерва». То есть, АБ должны обеспечить потребителя энергией в полном объем в течении одного часа. Максимальная нагрузка потребителя составляет 19,46 кВт. То есть, АБ должны обеспечить выдачу энергии в объеме 19,46 кВт*ч. Большинство производителей указывают на то, что АБ имеют наибольший срок эксплуатации, если их разряд не превышает 50%. То есть полная емкость батарей должна обеспечить выдачу энергии в объеме 38,92 КВт*ч. Если напряжение АБ составляет 12 В, то суммарная емкость должна составлять 38,92/12=3,25 кА*ч, если напряжение АБ равно 24 В, то соответственно емкость будет равна 1,625 кА*ч. По полученным данным и на основе климатических условий места расположения объекта выбираем следующие батареи: Sonnenschein A512/200 A (рисунок 5.5) - герметизированная необслуживаемая АБ (VRLA), напряжением 12 В, емкостью -200 Ач, срок службы - 7 лет в режиме постоянного подзаряда и температуре 20º С. Технология dryfit (GEL). Серия A500 используется в различных областях: системы бесперебойного питания, сигнализации и связи, медицинские учреждения, морской и речной транспорт. Стоимость батареи составляет 41000 руб. Всего необходимо использовать 17 подобных батарей. Рисунок 5.5. АБ Sonnenschein A512/200  Выбор инвертора обусловлен максимальной потребляемой мощностью потребителя, а также высокими требованиями к качеству сигнала напряжения. В следствии этого выбираем инвертор фирмы МАП "Энергия" SIN представляет собой многофункциональный преобразователь постоянного напряжения (инвертор напряжения) аккумуляторной батареи 12/24/48В в переменное напряжение 220В с частотой 50Гц, с функцией мощного заряда АКБ, и предназначен для питания различных потребителей электроэнергии (электроинструмент, бытовые электроприборы, радиоаппаратура и т.д.). Инвертор МАП Энергия SIN - это хорошее решения для организации бесперебойного питания при аварийных отключениях в электросетях. Если же электричества нет вообще, то совместно с бензо/дизель/газо генератором, прибор с АБ может служить источником автономного электричества с очень высоким КПД. Генератор будет включаться лишь изредка, раз в несколько суток (для подзарядки АБ), а электричество в наличии будет постоянно. А значит обеспечена тишина, чистый воздух, длительный ресурс генератора и малый расход топлива. Все платы внутри прибора покрываются специальным лаком, что обеспечивает устойчивость к высокой влажности и температурным колебаниям. Испытания при сверхнизких температурах, подтвердили надёжность инвертора МАП SIN "Энергия" вплоть до -50С. Рисунок 5.6 Инвертор МАП SIN "Энергия"  VIЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЭУ В современных условиях использование любой технологии проходит жесткую проверку на то, какое воздействие она оказывает на человека и окружающую среду. Это, безусловно, касается и ветроэнергетики, одного из наиболее экологически чистых источников электрической энергии. Анализ воздействия на окружающую среду должен проводиться для основных этапов (фаз) жизненного цикла проектов строительства ветроэлектрических станций, включающих производство энергетического оборудования, строительство объекта, его эксплуатацию, его ликвидацию с утилизацией, по возможности, морально и физически износившихся элементов ВЭС. Задачей оценки воздействия является определения основных компонентов и уровня негативного влияния процессов строительства, эксплуатации и ликвидации ВЭС на такие компоненты окружающей природной среды, как атмосферный воздух, поверхностные и подземные водные объекты, почвы, земельные и водные ресурсы, растительность, животный мир (млекопитающие, орнитофауна), ихтиофауна (если ВЭС строится в прибрежной акватории моря или океана). Результаты такой оценки используются для разработки и внедрения природоохранных мероприятий, направленных на снижение воздействий, и принятия решений о возможности и целесообразности строительства конкретных ветроэлектрических станций. [27] Производство ветроэнергетического оборудования. В нашей стране пока не имеется промышленного опыта производства ветроэнергетических установок установленной мощностью более 1 МВт. Процесс разработки технологической платформы для локализации такого производства в России с использованием передового мирового опыта и российских инновационных решений находится на начальном этапе. Массовое производство ветрогенераторов может начаться лишь через 3-5 лет. Поэтому в данной статье экологические аспекты этапа производства оборудования не являются предметом детального рассмотрения. Однако, анализируя состав оборудования, используемые для его изготовления и строительства станций материалы, можно прогнозировать виды негативного воздействия, характерные для энергетического машиностроения, электротехнической, металлургической, полимерной индустрии, промышленности строительных материалов. Количественная оценка влияния производства ветроэнергетических установок на человека и природу будет проведена на стадии проектирования объектов их массового производства. Строительство ВЭС. Ориентировочный состав воздействий на окружающую природную среду в процессе строительства ВЭС - это загрязнение атмосферы, водных объектов, почвы, размещение отходов, отторжение сельскохозяйственных и лесных земель, нанесение вреда растительному и животному миру. Исходной информацией для проведения оценки воздействия строительства предприятия на окружающую среду являются данные проектов-аналогов и разрабатываемых проектов, сведения о территориальных особенностях мест возможного размещения объекта и информация о технологиях и материалах, используемых при строительстве. Характер и источники воздействия на окружающую среду при строительстве ВЭС мало чем отличаются от соответствующих показателей других объектов капитального строительства. [28] Источниками негативного воздействия на окружающую среду при производстве строительно-монтажных работ являются процессы: строительства и ремонта дорог; инженерной подготовки территории; закладки фундаментов ВЭУ и устройства для их монтажа специальных площадок; сборки и монтаж ветроустановок; строительства ЛЭП, групповой повысительной подстанции (ГПП) и других объектов схемы выдачи мощности ВЭУ и ВЭС; строительства и оснащение ремонтно-эксплуатационной базы (РЭБ) ВЭС с центральным пунктом управления (ЦПУ); строительства и демонтаж временных зданий и сооружений, рекультивация земель, благоустройство территории; жизнедеятельность строительного персонала и др. Воздействие на атмосферу. Основная нагрузка на воздушную среду в процессе строительства определяется выбросами загрязняющих веществ автотранспортными средствами, строительными машинами и механизмами, загрязнением атмосферы при проведении сварочных и окрасочных работ, использовании сыпучих строительных материалов и др. В окружающую среду при этом попадают: оксид углерода, оксид и диоксид азота, диоксид серы, бензин, керосин, сажа, пыль неорганическая 70-20 % SiO2, оксиды железа и марганца, фтористые соединения и некоторые другие вещества. Воздействие на водные объекты. На строительной площадке потенциальными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод могут быть: производственно-строительные сточные воды, загрязненные ливневые стоки хозяйственно-бытовые сточные воды, образующиеся на строительных площадках. Отвод производственно-строительных сточных вод практически отсутствует, так как вода, используемая в цементных растворах и при поведении окрасочных работ, тратится безвозвратно и не попадает в окружающую среду. Ливневые сточные воды, содержащие преимущественно взвешенные вещества и нефтепродукты, при отсутствии ливневой канализации чаще всего отводят на рельеф местности, откуда они попадают в подземные водные горизонты или поверхностные водные объекты. Хозяйственно-бытовые воды обычно собираются в специальные емкости, вывозятся с строительной площадки и сдаются специализированным организациям для очистки и обезвреживания. Образование отходов. Образующиеся строительные отходы преимущественно относятся к IV и V классам опасности и включают: древесные отходы от подготовки территории, загрязненную почву, отходы бетона в кусковой форме, отходы битума и асфальта, строительный щебень, потерявший потребительские свойства, лом цветных и черных металлов, остатки и огарки стальных сварочных электродов, отходы изолированных проводов и кабелей, мусор от бытовых помещений, тара железная, загрязненная засохшими лакокрасочными материалами, и др. Воздействие на растительный животный мир. По существующим методикам учитывается также воздействие на животный и растительный мир в процессе строительства. Основным источником воздействия на животных в этом случае является шум строительной техники, а на растительный мир вырубка кустарников и деревьев и повреждение почвенного покрова. Воздействие на земельные ресурсы. В процессе строительства происходит отторжение земель в краткосрочное и долгосрочное пользование. Особенностью землепользования при строительстве ВЭС является то обстоятельство, что турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы % территории может быть занята под сельское хозяйство или для осуществления других видов деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки диаметром около 10 м обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до саго основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет получать дополнительный доход. Спецификой воздействий в процессе строительства ВЭС является их ограниченность во времени (не более 9 месяцев). Эксплуатация. Расчетный срок службы современных ВЭС составляет 25 лет. В процесс эксплуатации ВЭС оказывает воздействие на человека, флору и фауну, атмосферный воздух, водные объекты, землепользование в виде шумов, вибраций, электромагнитного излучения, оптических эффектов, механического воздействия, и отходов эксплуатации. Воздействие шума. Наибольшее число вопросов относительно воздействия ВЭУ на здоровье человека связано с инфразвуковым шумом (шумом не слышимым для человеческого уха). Так, по мнению всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), нет никаких доказательств того, что шум ниже слухового порога вызывает какие-либо физиологические или психологические эффекты. Это подтверждается и недавними исследованиями в Северной Америке. Исследование, проведенное на трёх английских ветроэнергетических станций, дало аналогичные результаты: шум, производимый современными ветрогенераторами, не может привести к вредным последствиям для здоровья людей, проживающих рядом с ветропарком. Как ни странно, причиной негативного воздействия на здоровье (разного рода расстройств на нервной почве) может стать сам человек из-за беспокойства, вызванного боязнью негативного влияния ВЭС. Ситуация также осложняется в тех случаях, когда люди получают какую-либо экономическую выгоду от работы станции, а потому не хотят обращаться к врачу по поводу своего недомогания. В разное время у разных и одних и тех же лиц порог слышимости может различаться. Недавние исследования показали, что восприятие шума может изменяться в зависимости от отношения человека к звуковому источнику. Оказалось, что раздражение от шума ветрогенераторов было связано с отрицательным отношением к визуальному воздействию ВЭУ на пейзаж. Кроме того, согласно всем последним исследованиям и разработкам современные ветрогенераторы создают при работе очень низкие уровни инфразвукового шума. Таблица 6.1 Сравнительная оценка шума от различных источников  На основе информации, приведенной в таблице 6.1, можно сделать вывод что шум, производимый 10-ю ветрогенераторами, на расстоянии в 350 метров можно оценить как незначительный, т.е. не отличимый от других шумов в обычной жизни. Данные таблицы подтверждаются на практике результатами исследований, проведенных инжиниринговой фирмой CUBE близ посёлка Мирный Краснодарского Края в ходе реализации проекта Ейская ВЭС. Анализ данных годичного мониторинга позволил определить уровни шумов вокруг ВЭС в зависимости от расстояния. Рассчитанный уровень шума в пределах жилой застройки поселка Мирный будет находиться в пределах от 35 - 44 дБА, что соответствует требованиям СН 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки" (Рисунок 6.1). В соответствии с СН уровень шума для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, не должен превышать 45дБА и 55дБА с 23 до 7 часов и с 7 до 23 часов соответственно. Визуальное воздействие. Негативное воздействие на здоровье человека может быть вызвано стробоскопическим эффектом от мерцания тени при вращении лопастей ветрогенератора. Этот эффект при опредёлённых условиях приводит к эпилептическому припадку, хотя вероятность возникновения таких условий оценивается как 1 шанс на 10000000. Тем не менее, при проектировании ВЭС для исключения этого воздействия проводится моделирование зон мелькания различной частоты и интенсивности , результаты которого учитываются при определении мест установки ВЭУ. Что касается вспышек, вызванных отражением солнечных лучей от поверхности лопастей ВЭУ, и негативных эффектов этого воздействия на здоровье человека, то современные лопасти ВЭУ характеризуются пониженной отражающей способностью, практически исключающей этот эффект. Воздействие вибраций. Существует распространенное заблуждение, что при работе ветрогенератора возникает сильная вибрация, способная нанести вред здоровью человека или фауне, обитающей поблизости. Действительно, в период эксплуатации ВЭС источником вибрации являются движущиеся части ВЭУ, а именно лопасти ротора. По многократно подтвержденным на практике расчетам, современная конструкция ВЭУ не передает вибрации на окружающие объекты при условии, что масса ее неподвижной части в 16 и более раз превышает вес ее подвижной части. Так, например, масса вращающихся частей ВЭУ, рассматриваемых для установки на проектируемой Дальнево-сточной ВЭС, составляет приблизительно 15 тонн, а масса неподвижной части - комплекса фундамента ВЭУ - около 400 тонн. Масса неподвижной частив 25 с лишним раз превышает массу ее подвижной части. При таком соотношении масс вибрация отдельных вращающихся элементов ВЭУ полностью затухает на уровне несущего элемента основания. Влияние ВЭС на животный мир. Чаще всего наибольшее количество вопросов вызывает воздействие ветропарков на орнитофауну. Действительно, ветровые электростанции, как вертикальные структуры с движущимися элементами, представляют определённый риск для птиц. В качестве основных факторов воздействия ВЭУ на орнитофауну можно выделить: физическое воздействие при столкновении с турбинами, лопастями и башнями; нарушение среды обитания; нарушение маршрута миграции птиц. Однако оценка этой опасности затруднена в основном по причине сильной зависимости от места расположения ВЭС (рельеф, расположение ВЭУ на площадке, типы осёдлых и перелётных птиц в данной местности и т.д.). Более того, возможность столкновения птиц с ВЭУ зависит от погодных условий и повышается в условиях плохой видимости. Следует отметить, что тщательное планирование расположения ВЭС во взаимодействии с экспертами орнитологами с целью минимизации воздействия на орнитофауну позволяет добиться на глобальном уровне относительно низкого уровня смертности. Таблица 6.2 Годовая оценка смертности птиц  Из приведённой выше Таблицы 6.1 следует, что смертность птиц в результате столкновения с ВЭС незначительна, по сравнению со смертностью от другой деятельности человека. Более того, удельные показатели смертности птиц на ГВт∙ч произведённой электроэнергии, были получены в результате исследования воздействия на орнитофауну при получении электроэнергии с использованием разных видов топлива (при рассмотрении всего жизненного цикла продукции от добычи топлива, до транспортировки электроэнергии). Этот показатель составил 0,3 для ВЭС, 0,4 для АЭС и 5,2 смертельных случаев для ТЭЦ на ископаемом топливе. Основываясь на данных этого исследования, можно сделать вывод, что, несмотря на очевидное негативное воздействие ВЭС на орнитофауну, ветрогенерация представляет существенно меньшую опасность для птиц, нежели традиционные виды генерации. Влияния ВЭС на растительность. Что касается влияния ВЭС на флору, то последние исследования не только не подтверждают отрицательное влияние работы ВЭУ на растительность, а наоборот отмечают возможное положительное воздействие ВЭУ на сельскохозяйственные культуры. Результаты недавно опубликованного отчета Лаборатории Департамента Энергетики США г. Эймс, штат Айова, говорят о том, что работа ветрогенераторов может способствовать увеличению урожая зерновых культур и сои. Согласно результатам многомесячных исследований, в непосредственной близости от ВЭУ наблюдается улучшение вывода углекислого газа из почвы, что в свою очередь способствует фотосинтезу и росту зерновых культур и сои. “Мы закончили первую фазу нашего исследования, и мы уверены, что ветряные установки действительно оказывают значительное влияние на микроклимат, окружающий зерновые культуры,- утверждает эксперт лаборатории по общей и сельскохозяйственной метеорологии Gene Takle. Турбулентный поток, создаваемый ветряными установками, может ускорить естественные обменные процессы между хлебными злаками и приземным слоем атмосферы. Более того, дополнительный турбулентный поток может помочь высушить росу, которая появляется на растениях во второй половине дня, уменьшая вероятность поражения растений грибковыми заболеваниями, к тому же более сухие зерновые культуры позволяют фермерам уменьшить стоимость сушки зерна после сбора урожая». Утилизация лопастей генераторов при ликвидации объекта. Следует признать, что на сегодняшний день единственной существенной проблемой ветроэнергетики, требующей решения, является утилизация лопастей ветро-генераторов, состоящих из композитных материалов. Учитывая темпы развития ветроэнергетики и сроки службы ВЭУ (около 25 лет), эта проблема наиболее остро встанет перед человечеством только к 2020 году. Однако, на сегодняшний день, предлагается два главных метода утилизации: механическая и термическая переработка. Механический метод переработки лопастей довольно прост и включает в себя 3 этапа: 1) Демонтаж и разделение на части для более лёгкой транспортировки 2) Механическое измельчение, позволяющее извлечь смолу. 3) Отделение более крупных волокон, от более мелких волокон и гранул. Наиболее популярным способом переработки лопастей, на сегодняшний день, является термический способ. Самой простой разновидностью которого является сжигание. Однако, после сжигания образуется большое количество золы (около 60% от сжигаемой массы), которая требует захоронения. Перспективным методом переработки лопастей является пиролиз (нагревание без доступа кислорода при 500 °С), в результате которого волокна лопастей можно повторно использовать, а образующийся при пиролизе газ сжигать для получения электроэнергии. К сожалению, на данный момент предлагаемые методы обладают рядом недостатков, которые не позволяют в полной мере заявить о решении проблемы переработки лопастей. Эколого-экономическое сравнение разных способов генерации электрической энергии. Исходя из вышесказанного, очевидно, что ветроэнергетика, как и любой другой вид человеческой деятельности, оказывает негативное воздействие на окружающую среду. При оценке и сравнении этого воздействия для различных генераций, необходимо рассматривать полной жизненный цикл получаемой продукции (КВтч электроэнергии) от добычи и транспортировки топлива, производства энергетического оборудования до непосредственно генерации и передачи электрической энергии. Согласно результатам исследований внешнего социально-экологического эффекта производства и транспортировки электроэнергии, которые проводила Европейская комиссия в течение нескольких лет, на кВтч электроэнергии, произведённой на ветроэнергетической станции, приходиться около 0,15 евроцентов негативного внешнего эффекта. Для сравнения генерация 1 кВтч электроэнергии при сжигании природного газа ведёт за собой образование негативного внешнего эффекта до 1,1 евроцентов. Аналогичный показатель для угольной электростанции составляет уже 2,55 евроцента на кВтч. Подводя итоги, можно со значительной степенью уверенности сказать, что на сегодняшний день, при тщательном учете и минимизации всех возможных факторов отрицательного воздействия ВЭС на человека и окружающую среду на всех этапах их жизненного цикла, ветроэнергетика является одним из наиболее безопасных видов электрогенерации. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
