Ветроэнергетика с глобальной установленной мощностью свыше 600 гигаватт (ГВт) выделилась в отдельную отрасль, и играет существенную роль в национальных энергобалансах ряда стран. Современные ветроэнергетические установки в основном представлены крупными традиционными горизонтально-осевыми конструкциями мощностью 2…10 мегаватт (МВт), имеющими известный существенный недостаток – необходимость ориентации ротора на ветер. В результате запаздывания процесса ориентации ось вращения ротора отклоняется на ошибочный угол неколлинеарности с вектором набегающего потока ветра, в связи с чем активная ометаемая площадь ротора уменьшается, что ведет к недовыработке электроэнергии, составляющей 10-30 процентов в мировом масштабе. АКТУАЛЬНОСТЬ Согласно глобальному отчету «Offshore Wind Outlook 2020» и прогнозам Международного Энергетического Агентства IEA в течение 20 ближайших лет ветроэнергетика, особенно офшорная морская, значительно расширится с привлечением инвестиций более 1 трлн. долларов [Offshore wind to become a $1 trillion industry. https://www.iea.org/newsroom/news/2019/october/offshore-wind-to-become-a-1-trillion-industry.html, retrieved on 29.10.2020]. Общая мощность ветроэлектростанций в мире превзошла мощность атомной энергетики уже в начале 2016 года, и этот разрыв продолжает расти. В России бурное строительство ветроэлектростанций началось в 2015 году. За этот период цены на комплектующие упали более чем в два раза [Комментарий РАВИ для Business FM. https://rawi.ru/2019/10/vetroenergetika-dogonyaet-neft-i-gaz/ utm_source=%D0%A7%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%8B+%D0%A0%D0%90%D0%92%D0%98_RUS&utm_campaign=f07da275a9-EMAIL_CAMPAIGN_2019_10_29_05_06&utm_medium=email&utm_term=0_b67fbdce6b-f07da275a9-99915265, retrieved on 29.10.2019]. Россия сейчас только начинает включаться в общемировой тренд с прогнозами строительства гигаваттных ветропарков по аналогии с США, Европой и Китаем, причем темпы роста национальной ветроэнергетики в РФ впечатляют. Так, АО «НоваВинд», входящее в структуру «Росатома», строит к 2020 году Кочубеевскую ВЭС в Ставропольском крае мощностью 210 МВт с объемом инвестиций более 23 млрд. рублей. «Фортум» и «Роснано» планируют строить в Ростовской области три ветроэлектростанции суммарной мощностью 300 МВт. Таким образом, можно говорить о целой отрасли индустрии, в которой, как и в нефтяной промышленности складываются целые группы компаний, выполняющих различные функции. С учетом того, что ежегодный вклад мировой ветроиндустрии в выработку электроэнергии составляет свыше 6 процентов от общего объема или ориентировочно 1200 ТВт-часов, системные потери, составляющие 10-30 процентов от объема выработки и возникающие из-за ошибок ориентации ротора (погрешности коллинеарности между вектором набегающего потока ветра и проекцией оси вращения ротора на горизонтальную плоскость), являются весьма существенными и представляют собой актуальную системную проблему. В настоящее время эта проблема частично решается с помощью различных способов внешнего мониторинга и внедрения дорогостоящих систем типа LIDAR и SoDAR (Light Identification Detection and Ranging и Sound Detection and Ranging), позволяющих снизить ошибки ориентации, как правило, в рамках ветропарка. Однако практика и результаты измерений показывают, что возможности снижения ошибки ориентации (и повышения выработки) еще не вполне исследованы и реализованы. Результаты анализа литературы и предварительно проведенных исследований доказывают возможность дополнительного увеличения выработки электроэнергии горизонтально-осевыми ветроэнергетическими установками за счет внутреннего (локального) мониторинга и снижения ошибки ориентации непосредственно ротора отдельно взятой ветроэнергоустановки. При этом экономический эффект от прироста выработки энергии на мировом рынке по предварительным расчетам составит 7,5 млрд. долларов в год. Решение проблемы возможно с помощью применения новых цифровых методов управления ориентацией, основанных на комбинированном измерении генерируемой мощности и механических характеристик в динамике с анализом массива данных, что позволит исключить дорогостоящий внешний мониторинг без внесения каких-либо изменений в конструкцию ветроэнергоустановки. В связи с высоким прогнозируемым уровнем повышения выработки электроэнергии единичной ветроэнергоустановкой на 5-30 процентов, при отсутствии конструктивных изменений, проект можно считать прорывным. НАУЧНАЯ НОВИЗНА Научная новизна проекта заключается в прогнозируемых выдающихся результатах исследования процессов возникновения, увеличения, оценки и снижения ошибки угла ориентации ротора горизонтально-осевой ветроэнергетической установки. Данный подход стал возможен в XXI веке благодаря наличию соответствующего программного обеспечения, позволяющего понять природу возникновения ошибки угла рассогласования с помощью аэродинамического и электродинамического моделирования, а также в связи с совершенствованием и цифровизацией систем управления ветроэнергоустановками. На основе динамического онлайн-анализа массива данных в виде параметров работы систем ветроэнергоустановки может быть получена дифференциальная ошибка угла рассогласования, что в свою очередь дает возможность его корректировки основной системой управления в комбинацией с системой управления ориентацией ротора. С учетом того, что контроллеры систем управления ветроэнергоустановкой, как правило, загружены не более чем на 50%, такой подход открывает новые возможности в онлайн-расчете характеристик и ошибки угла ориентации, что в результате создаст все необходимые и достаточные условия для повышения уровня выработки электроэнергии в указанном выше объеме. Предлагаемый подход в виде внедрения особого программного обеспечения по вычислению и устранению ошибки ориентации имеет абсолютную мировую новизну, аналоги в литературе не выявлены, информация о внедрении отсутствует. Проект направлен на исследование динамических параметров ветроэнергоустановки, разработку ряда математических моделей механической, электромеха

Производитель: ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "АЛИЭН"

Энергетика