Ресурсы ветровой энергии Мурманской области и возможности их промышленного использования 1

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Размер: px
Начинать показ со страницы:

Download "Ресурсы ветровой энергии Мурманской области и возможности их промышленного использования 1"

Транскрипт

1 Ресурсы ветровой энергии Мурманской области и возможности их промышленного использования 1 В.А. Минин, Г.С. Дмитриев, Е.А. Иванова, Т.Н. Морошкина, Г.В.Никифорова (Филиал КНЦ РАН Центр Физико-технических проблем энергетики Севера). ВВЕДЕНИЕ В последние годы во всем мире ведутся исследования, направленные на поиск и вовлечения в топливно-энергетический баланс новых источников энергии. Особый интерес проявляется к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ), таким как энергия солнца, ветра, гидроэнергия малых рек, приливная энергия и др. Потенциальные возможности применения этих источников практически не ограничены. Их экологическая чистота не вызывает сомнений. В России также не сбрасываются со счетов возможности использования НВИЭ. Вовлечение их в хозяйственный оборот это путь к сокращению объемов использования органического топлива, энергосбережению и улучшению экологической обстановки вблизи потребителей энергии. Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии наиболее перспективно в районах, располагающих повышенным потенциалом этих источников и испытывающих недостаток в обычных традиционных топливных ресурсах. На европейском Севере России к числу таковых относится Мурманская область, энергетика которой в значительной мере базируется на привозном топливе (ядерном горючем, угле, нефтепродуктах, сжиженном газе). Область располагает широким набором возобновляемых источников (солнце, ветер, малые реки, приливы, волны). Наибольшие перспективы связываются с развитием ветроэнергетики. Потенциал ветра прибрежных районов Кольского полуострова является одним из самых высоких на европейской территории России. До недавнего времени освоение ресурсов ветра региона сдерживалось наличием высокоэффективных гидроэнергоресурсов, относительно низкими ценами на органическое топливо, а также высокой стоимостью ветроэнергетических установок (ВЭУ). В настоящее время ситуация существенно изменилась. Все наиболее доступные и эффективные гидроэнергоресурсы Кольского полуострова уже освоены. Значительно выросли цены на топливо и тарифы на электрическую и тепловую энергию. Выработаны плановые сроки эксплуатации первых двух энергоблоков Кольской АЭС (2003 и 2004 гг.), а вопрос о начале строительства Кольской АЭС-2 пока не решен. Технология серийного производства ВЭУ и крупномасштабного использования энергии ветра в мире настолько продвинулась вперед, что в ряде стран (Германии, Испании, США, Дании и др.), ветроэнергетика стала конкурентоспособной в сравнении с обычной энергетикой, и масштабы ее развития стали соизмеримыми с развитием традиционной энергетики. В свете сказанного выполнение настоящей работы, посвященной оценке ресурсов ветра Мурманской области, выявлению рациональных объемов их промышленного освоения и изучению возможного влияния парков ВЭУ на режимы работы Кольской энергосистемы, представляется важным и актуальным. Работа выполнена на средства Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) по проекту , прошедшему Региональный конкурс СЕВЕР. 1 Исследование выполнено при поддержке РФФИ (проект ) 191

2 1. РЕСУРСЫ ВЕТРА КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА 1.1. Общие положения Для эффективного использования ветровой энергии необходимо иметь исчерпывающую информацию о ветре как о природном процессе и источнике энергии. Для этого требуются специальные характеристики, учитывающие природную структуру ветра и практические возможности использования энергии ветра. Получение и систематизация таких характеристик проводятся в рамках разработки ветроэнергетического кадастра. Ветроэнергетический кадастр представляет собой совокупность характеристик ветра, позволяющих выявить его энергетическую ценность и определить возможные режимы работы ветроэнергетических установок (ВЭУ). К числу основных кадастровых характеристик ветра относятся: - среднегодовая скорость ветра; - годовой и суточный ход ветра; - повторяемость скоростей ветра; - повторяемость направлений ветра; - распределение ветровых периодов и периодов затиший по длительности; - максимальная скорость ветра; - удельная мощность и удельная энергия ветра; - ветроэнергетические ресурсы района. Основным источником исходных данных для разработки ветроэнергетического кадастра являются наблюдения за скоростью ветра на опорной сети гидрометеослужбы. Эти наблюдения, проводимые несколько раз в сутки, охватывают периоды в десятки лет и представляют собой обширнейший фактический материал. Их достоинством является то, что они проводятся по единой методике, а места (площадки) производства наблюдений классифицированы по степени их открытости на местности Среднегодовые скорости ветра Данные о средних скоростях ветра за длительные периоды времени служат исходной характеристикой общего уровня интенсивности ветра. По величине среднегодовой скорости ветра в первом приближении можно судить о перспективности применения ветроэнергоустановок в том или ином районе. Однако необходимо иметь в виду, что средние скорости зависят от рельефа местности, шероховатости поверхности, наличия затеняющих элементов, высоты над поверхностью земли. У разных станций эти условия могут существенно отличаться. Поэтому для сопоставления средних скоростей ветра их необходимо приводить к сравнимым условиям. Представляется целесообразным за сравнимые условия принять условия открытой ровной местности и высоту 10 м от поверхности земли. Приведение средней многолетней скорости ветра υ к сравнимым условиям можно выполнить с помощью поправочных коэффициентов на открытость k 0 и высоту k h : υ = υ k k, 0 h (1.1) где υ - средняя многолетняя скорость ветра, приведенная к сравнимым условиям. Приведение к условиям открытой ровной местности. В России для учета условий открытости площадок метеостанций на местности наиболее совершенной и доступной является классификация В.Ю.Милевского (табл. 1.1). Она позволяет учитывать не только форму рельефа (выпуклая, плоская, вогнутая), наличие затеняющих элементов (зданий, построек, деревьев), но и присутствие водных поверхностей (озера, моря, океана). Эта классификация использована Государственным комитетом по гидрометеорологии России 192

3 для описания открытости всех метеорологических станций страны, информация об этом содержится в Справочнике по климату [1]. Таблица 1.1 Классификация метеостанций по степени открытости анемометра и по характеру рельефа местности Степень открытости анемометра Форма рельефа выпуклая плоская вогнутая Вблизи водных поверхностей Открытое побережье: океана или открытого (внешнего) моря закрытого (внутреннего) моря залива или большого озера большой реки Вдали от водных поверхностей Ниже анемометра: нет никаких элементов защищенности отдельные элементы защищенности среди элементов защищенности Выше анемометра: среди элементов защищенности Важной особенностью использования классификации В.Ю.Милевского в сети гидрометеослужбы является то, что информация об открытости станций дается по восьми направлениям. Это позволяет принять во внимание информацию о повторяемости направлений ветра, также имеющуюся в Справочниках по климату. В конечном счете фактический класс открытости можно определить как средневзвешенный, учитывающий местную розу ветров: K τ, (1.2) = 8 K i i= 1 i где: K i - класс открытости по i - тому направлению; τ i - повторяемость ветра i - того направления. В табл. 1.2 представлены результаты расчета среднего класса открытости метеостанций Кольского полуострова. Они показывают, что значения этого показателя изменяются от 4 до 6 в центральных районах, охватывающих зону лесов и удаленных от побережья Баренцева и Белого морей на значительное расстояние. На открытом побережье Баренцева моря, почти полностью лишенном растительности, средний класс открытости возрастает до Выражение для поправочного коэффициента на открытость k 0, учитывающего переход от фактических условий открытости K к условиям открытой ровной местности K, 0 имеет вид [2]: K 0 k0 =. (1.3) K Оно показывает, что если фактические условия открытости станции хуже, чем условия открытой ровной местности ( K < K0 ), то поправочный коэффициент k 0 > 1, и наоборот. Результаты расчета коэффициента k 0 по метеостанциям Кольского полуострова сведены в табл

4 Приведение среднегодовых скоростей ветра к условиям открытой ровной местности и к высоте 10 м Поправочный коэффициент Номер и название метеостанции Средняя за 20 лет скорость ветра, м/с Средний класс открытости станции Высота анемометра, м 194 на открытость на высоту Приведен. средняя скорость ветра, м/с Открытое побережье Баренцева и Белого морей 1. Вайда-Губа Цып-Наволок Д. Зеленцы О.Харлов Терско - Орловский Сосновец Пялица Чаваньга Кашкаранцы Умба Кандалакша Ковда Районы, удаленные от открытого побережья морей 13. Печенга 4.0* Никель 14. Перевал Ура-Губа 3.8* Мурманск Кола 2.9* Туманная Янискоски 2.1* Падун 1.5* Ниванкюль 2.7* Пулозеро 3.0* Мончегорск Ловозеро 2.8* Колмъярв Хибины 3.1* Юкспор Центральная Ковдор 1.7* Ена 2.5* Зашеек 3.0* Краснощелье 2.6* Канозеро 2.4* Каневка 2.3* Алакуртти 2.8* Зареченск 2.6* Примечание: *- данные за 10 лет. Таблица 1.2 Приведение среднегодовых скоростей ветра по высоте. На метеостанциях Кольского полуострова регистрирующие приборы (анемометры) располагаются на высотах от 9 до 14 м. Для приведения скоростей ветра к одной высоте можно воспользоваться сведениями о вертикальном профиле ветра, который описывается степенной функцией вида [2-4]: υ h где υ и υ - скорость ветра на высотах h и m 2 2 = υ1, (1.4) h 1 h ; m - показатель степени.

5 Анализ результатов наблюдений за скоростью ветра на Мурманской телевизионной башне в приземном слое толщиной метров [5,6] а также на метеорологической мачте в Обнинске в диапазоне высот м показал [7], что показатель степени может изменяться в довольно широких пределах (рис. 1.1). При скорости 1 м/с на высоте 10 м показатель равен 0,5, при скорости 5 м/с он снижается до 0,15, а при 15 м/с - до 0,08. На основании этого можно заключить, что чем чаще в течение года наблюдаются малые скорости ветра, тем выше окажется показатель степени, описывающий среднегодовой вертикальный профиль ветра. m 0,6 0, 0, υ h, м/с Рис Зависимость показателя степени m от скорости на высоте флюгера υ h 1 - Мурманская телебашня, 2 - метеомачта в Обнинске Расчеты, выполненные более чем по 20 метеорологическим станциям, позволили построить зависимость среднего показателя m от среднегодовой скорости ветра (рис. 1.2). Эта зависимость хорошо аппроксимируется уравнением: 0,77 m = 0,60 υ. (1.5) m 0, 0,2 0, υ h, м/с Рис Зависимость среднего показателя степени m от среднегодовой скорости ветра на высоте флюгера υ h 195

6 С использованием полученной зависимости выражение для поправочного коэффициента k, учитывающего изменение среднегодовой скорости ветра при переходе h от высоты расположения анемометра к заданному уровню, может быть записано в виде: k h 0,77 0,60 υ h 2 =. (1.6) h 1 Подставляя (1.3) и (1.6) в (1.1), получим выражение для величины средней многолетней скорости ветра, приведенной к условиям открытой ровной местности и высоте 10 метров: 0,77 0,60 υ K 0 10 υ =. (1.7) K h 1 Результаты обработки 10-летних рядов наблюдений за скоростью ветра по 37 метеорологическим станциям Кольского полуострова, полученные с учетом приведения их к условиям открытой ровной местности и высоте 10 м, представлены на рис Для наглядности и удобства практического использования данные о средних многолетних скоростях нанесены на карту. Из рисунка следует, что наибольшие скорости ветра наблюдаются в прибрежных районах Баренцева моря. На северном побережье Кольского полуострова они составляют 7-8 м/с. Характерно, что скорости ветра заметно снижаются по мере удаления от береговой линии Мурманск 4.7 Баренцево море Белое море Рис Средние многолетние скорости ветра (м/с) на высоте 10 м от поверхности в условиях открытой ровной местности 196

7 Как отмечалось выше, с высотой средние многолетние скорости ветра существенно возрастают. На рис.1.4. представлена зависимость приращения средней многолетней скорости ветра при переходе от высоты 10 м к высотам 20, 30, 50, 70 и 100 м, а на рис приведены кривые, позволяющие определить среднюю многолетнюю скорость ветра на любом интересующем уровне в пределах приземного слоя высотой 100 м. 3 υ, м/с 2 1 Н =100м 70м 50м 30м 20м υ 10, м/с Рис Приращение среднегодовой скорости ветра υ при переходе от высоты 10 м к высоте H Завершая рассмотрение среднегодовых и среднемноголетних скоростей ветра, отметим следующее весьма важное обстоятельство. В прибрежных районах Кольского полуострова изменение среднегодовой скорости ветра от года к году невелико и характеризуется коэффициентом вариации в пределах 5-8%. В то же время коэффициент вариации стока на реках Кольского полуострова составляет около 15-20%. Таким образом, в многолетнем разрезе поступление ветровой энергии подвержено меньшей изменчивости, чем гидроэнергии рек. H, м 100 υ 10 = 3 м/с υ, м/с Рис Вертикальный профиль среднегодовых cкоростей ветра υ в приземном слое высотой до 100 м 1.3. Годовой и суточный ход ветра Годовой ход ветра (рис.1.6.) представляет собой сезонное изменение средних скоростей ветра. На Кольском полуострове наиболее ярко оно проявляется на северном 197

8 побережье, где разница между зимним максимумом и летним минимумом скоростей ветра достигает 5-6 м/с. υ,м/с М 12 1 % VII VIII IX X XI XII I II III IV Y YI VII Рис Годовой ход среднемесячных скоростей ветра на островах (1) и побережье (2) Баренцева моря, на побережье Белого моря (3) и в Хибинах (4). Гистограмма годового стока рек (5). 1 метеостанция о. Харлов, 2 Дальние Зеленцы, 3 Чаваньга, 4 - Центральная Районирование наблюдаемых сезонных изменений скоростей ветра позволило выявить два типа годового хода, характерных для северного и южного побережий Кольского полуострова (рис. 1.7.). Полученные кривые свидетельствуют, что в указанных прибрежных районах складываются благоприятные предпосылки для эффективного использования энергии ветра. Максимум скоростей ветра приходится на холодное время года и совпадает с сезонным пиком потребления тепловой и электрической энергии. Весьма существенно, что зимний максимум находится в противофазе с годовым стоком рек (рис.1.6.), то есть ветровая и гидроэнергия удачно дополняют друг друга. Это создает благоприятные условия для их совместного использования. 198

9 υ М υ υ М υ 1.2 VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII а) побережье Баренцева моря - Цып-Наволок - о.харлов - Вайда-губа - Терско-Орловский маяк - Дальние Зеленцы месяцы VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII месяцы б) побережье Белого моря: - о. Сосновец - Соловки - Чаваньга - о. Жижгин - Кашкаранцы - о. Моржовец Рис Относительный годовой ход ветра в прибрежных районах Кольского полуострова Суточный ход ветра представляет собой изменение средних скоростей ветра в течение суток. Наиболее четко он прослеживается в летнее время и мало проявляется зимой. Летом скорости ветра в дневные часы в среднем на 1,5-2,0 м/с выше, чем ночью. В условиях снижения общего уровня интенсивности ветра в летнее время дневной максимум скоростей ветра является благоприятным для эффективного использования энергии ветра, поскольку именно в дневные часы, как правило, наблюдается повышенная потребность в энергии со стороны потребителя. 199

10 1.4. Повторяемость скоростей ветра Повторяемость скоростей ветра показывает, какую часть времени в течение рассматриваемого периода дули ветры с той или иной скоростью. С помощью этой характеристики выявляется энергетическая ценность ветра и находятся основные энергетические показатели, определяющие эффективность и целесообразность использования энергии ветра. В практике выполнения ветроэнергетических расчетов обычно выполняется аппроксимация (выравнивание) эмпирической повторяемости скоростей ветра с помощью различных аналитических зависимостей. Наибольшее распространение в этом плане получило двухпараметрическое уравнение Вейбулла-Гудрича, имеющее вид: γ 1 γ γ υ ( ) υ t υ = exp, (1.8) β β β где β и γ - параметры распределения, υ - скорость ветра. Для интегральной повторяемости можно записать: γ υ F ( υ) = t(υ)dυ = exp. (1.9) 0 β Двойное логарифмирование (1.9) приводит к выражению: ln[ lnf( υ) ] = γ ( lnυ lnβ). (1.10) Если распределение скоростей ветра аппроксимируется уравнением (1.8), то точки, соответствующие значениям υ и F( υ ), нанесенные на билогарифмическую сетку с 1 координатами ln υ и ln ln, должны ложиться на прямую линию. Такое положение и F( υ ) наблюдается на рис Отсюда следует, что параметр γ соответствует тангенсу угла наклона этой прямой линии. То есть, проведя прямую через точки фактической интегральной повторяемости в диапазоне скоростей 4-20 м/с (основной диапазон рабочих скоростей ветроустановок), параметр γ может быть определен как соотношение соответствующих катетов треугольников (рис. 1.8.). Для метеостанций Мурманской области в среднем оказалось γ = 1,7. Параметр β уравнения Вейбулла определяется выражением: υ β =, 1 (1.11) Г 1 + γ где Г- гамма-функция, υ - средняя многолетняя скорость ветра. 200

11 год Скорость ветра, м/с S у S у S у у Харлов γ = 1,69 Д. Зеленцы 1,68 x Цып-Наволок 1,68 Вайда-Губа 1,68 Чаваньга 1,60 Кашкаранцы 1,70 у Пялица 1,70 Мончегорск 1,72 Умба 1,74 S Кандалакша 1,64 Краснощелье 1,70 S у 5 S у S у 2 0,0001 0,001 0,01 0, Интегральная повторяемость, % Рис Интегральная повторяемость скоростей ветра S 201

12 1.5. Повторяемость направлений ветра Правильный учет направлений ветра играет важную роль в определении оптимального расположения ветроустановок на местности. Имеющиеся в Справочнике по климату [1] многолетние данные о ветре показывают, что на Кольском полуострове имеются районы с преобладающими направлениями ветра. К числу их относится северное побережье полуострова, где около 50-60% годового времени дуют юго-западные ветры. Более детальное изучение направлений ветра в этом районе (по 16 направлениям и с учетом не только повторяемости направления, а и средней скорости ветра по каждому направлению), позволило существенно уточнить общую картину. Наибольшее внимание было уделено метеостанции Дальние Зеленцы. В районе этой станции имеет место высокий потенциал энергии ветра (рис. 1.3.). Кроме того, она располагается недалеко от Серебрянских и Териберских гидроэлектростанций, связанных с Кольской энергосистемой и способных облегчить крупномасштабное использование энергии ветра в этом районе. На рис в качестве примера представлены розы ветров по метеостанции Дальние Зеленцы. Видно, что более половины годового времени дуют ветры юго-западного направления. I Год 5 % IX II V X III IV VI VII VIII XI XII Рис Годовая и месячные розы ветров на метеостанции Дальние Зеленцы (по данным наблюдений за гг.) При изучении повторяемости направлений ветра необходимо иметь в виду, что с энергетической точки зрения важнее знать не столько преобладающее направление ветра, сколько энергетическую ценность ветра (возможную выработку) по каждому направлению. Для оценки этого были проведены расчеты возможной выработки энергии ВЭУ по каждому направлению и построены соответствующие розы выработки (рис ). Из сопоставления рисунков следует, что по одноименным месяцам роза ветров и роза выработки существенных различий в их конфигурации не имеют. Это означает, что в рассматриваемых районах господствующие направления ветра являются одновременно и наиболее энергонасыщенными. В ходе исследования повторяемости направлений ветра было выявлено, что в зависимости от времени года роза ветров и господствующее направление ветра претерпевают существенные изменения. В зимние месяцы (октябрь-март) на ветры югозападной четверти может приходиться до 70-90% времени (рис.1.9.). Преобладание ветров 202

13 этих направлений является подавляющим. То же самое можно сказать и о выработке энергии с этих направлений (рис ). В теплое время года все коренным образом изменяется: неявными или совсем другими становятся преобладающие направления ветра, с уменьшением общей интенсивности ветра снижаются объемы возможной выработки энергии. Последнее хорошо прослеживается по размерам построенных роз, которые пропорциональны объемам месячной выработки. I 100 квт ч V IX II X VI III XI VII IV XII VIII Рис Месячные розы выработки энергии ветроустановкой мощностью 4 квт в районе п. Дальние Зеленцы Наличие господствующих направлений ветра позволяет более компактно и с меньшими затратами размещать ВЭУ на местности при создании многоагрегатных ветроэлектрических комплексов и станций. Расчеты показали, что если в рассматриваемом районе ветроустановки разместить рядами на расстоянии 10 диаметров ветроколеса, а в каждом ряду расстояние между ВЭУ сократить до двух диаметров ветроколеса, то при ориентировании таких рядов своим фронтом на господствующее направление ветроустановки, в течение 92% годового времени не будут затенять и создавать помехи друг другу. В зимние месяцы этот показатель возрастает до 96-97%. Потери выработки энергии от такой ориентации ВЭУ минимальны и составляют около 6% в год, снижаясь в отдельные зимние месяцы до 2,5-3,0%. Очевидно, что указанный район перспективен для компактного сооружения многоагрегатных ветровых парков Максимальные скорости ветра Сведения о максимальных скоростях ветра являются важной составной частью ветроэнергетического кадастра. Они необходимы для выполнения расчетов на прочность отдельных узлов и элементов ветроэнергетических установок (башни, лопастей, устройств ориентации на ветер и др.). Ошибка в определении максимальных скоростях может привести 203

14 либо к излишнему запасу прочности и утяжелению конструкции ВЭУ, либо, наоборот, к созданию недостаточно прочных установок, следствием чего могут быть их разрушения. Определение максимальной скорости базируется на результатах наблюдений за прошлое время и представляет собой по сути прогноз на будущее. В прикладной климатологии о максимальной скорости ветра принято говорить как о скорости, возможной один раз в заданное число лет. Результаты исследований данного вопроса применительно к Кольскому полуострову показали, что наибольшие скорости ветра наблюдаются на побережье Баренцева моря и в Хибинских горах. Здесь один раз в 10 лет в порыве (интервал осреднения 3 с) максимальные скорости могут достигать соответственно 45 и 48 м/с. На большей высоте скорости ветра возможны выше. Об этом свидетельствуют результаты зондирования атмосферы на аэрологических станциях [8]. Однако ветер там отличается меньшей порывистостью. На высоте 100 м один раз в 10 лет может наблюдаться скорость ветра в порыве, равная м/с. При переходе к повторяемости 1 раз в 20 лет значения максимальных скоростей увеличатся до м/с на высоте 10 м и до м на высоте 100 м Удельные мощность и энергия ветра Мощность ветрового потока, протекающего со скоростью υ через поперечное сечение, определяется известным выражением: 3 υ P = ρ F 2, (1.12) где ρ - плотность воздуха, кг/м 3. Удельная мощность ветра, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения, соответственно равна: 1 P ρ υ 2 3 уд =. (1.13) Среднегодовая удельная энергия ветра W уд (энергия, протекающая за год через 1 м 2 поперечного сечения) зависит от повторяемости скоростей ветра, т.е. от того, какую долю годового времени t i дул ветер с той или иной скоростью υ i, и определяется выражением: z 1 z 3 W уд = Pуд t i = ρ T t iυ, i i= 1 2 i= 1 (1.14) где T = число часов в году; z - число градаций скорости ветра. На рис в качестве примера показано, как формируется годовая сумма удельной энергии ветра (площадь под кривой W уд ) в ветровых условиях побережья Баренцева моря при среднегодовой скорости ветра υ =8 м/с. Из-за кубической зависимости мощности от скорости ветра наибольший вклад дают не наиболее часто наблюдаемые и даже не средние скорости ветра, а скорости, превышающие последние в 1,7-1,9 раза. Располагая данными о среднегодовых скоростях ветра (рис.1.3.), вертикальном профиле ветра (рис и 1.5.), а также о повторяемости скоростей ветра (выражение (1.8)), можно дать энергетическую характеристику ветрового потока в любом пункте на любой высоте. Эта характеристика может быть представлена среднегодовой мощностью ветра: Wуд Pс р =. (1.15) T На рис приведена зависимость среднегодовой мощности ветра от среднегодовой скорости, которая может быть использована для оценки распределения ветроэнергетических ресурсов по территории региона. 204

15 t, % υ 1 υ 2 10 υ 3 20 υ, м/с 200 Wуд, квт ч / м 2 год 400 Рис Повторяемость скоростей ветра t и распределение годовой удельной энергии W уд на побережье Баренцева моря при υ =8 м/с υ 1 - наиболее часто наблюдаемая скорость; υ 2 - средняя скорость ветра; υ 3 скорость, обеспечивающая наибольший вклад в годовую выработку энергии Рср, Вт/м υ, м/с Рис Зависимость среднегодовой удельной мощности ветра от среднегодовой скорости в прибрежных районах Баренцева моря 1.8. Ветроэнергетические ресурсы При оценке энергетических ресурсов обычно рассматривают потенциальные, технические и экономические ресурсы. Под потенциальными ветроэнергоресурсами понимается суммарная энергия движения воздушных масс, перемещающихся за год над данной территорией. Под техническими ветроэнергоресурсами понимается та часть потенциальных ресурсов, которая может быть использована с помощью имеющихся в настоящее время технических средств. Они определяются с учетом неизбежных потерь при использовании ветровой энергии. Согласно теории идеального ветроколеса в полезную работу может быть преобразована только часть энергии, проходящей через сечение ветроколеса. Максимум полезной энергии оценивается коэффициентом использования энергии ветра ξ max = 0,593. В 205

16 настоящее время у лучших образцов отечественных и зарубежных ветроколес ξ достигает значений 0,45-0,48. Кроме того, как показывает практика, существующими конструкциями ВЭУ полностью используется не весь диапазон скоростей ветра. При скоростях ветра ниже минимальной рабочей υ min мощности ветроколеса не хватает даже на преодоление сил трения в узлах ВЭУ (рис ). В диапазоне скоростей от υ min до расчетной скорости υ p, при которой ВЭУ развивает установленную (номинальную) мощность, использование энергии ветра осуществляется наиболее полно. При дальнейшем усилении ветра вплоть до максимальной рабочей скорости υ max мощность ВЭУ поддерживается на постоянном уровне благодаря работе регулирующих устройств. Доля полезно используемой ветровой энергии при этом снижается. Наконец, при скоростях ветра выше υ max энергия ветра не используется вообще, т.к. во избежание поломки ВЭУ выводится из работы. N N H N 0 υmin υр υmax υ Рис Зависимость мощности ВЭУ от скорости ветра Пунктир теоретическая кривая N потери мощности ВЭУ Результаты расчета технических ветроэнергоресурсов Кольского полуострова представлены в табл Расчеты выполнялись по зонам, разбивка на которые производилась в соответствии с уровнем средних многолетних скоростей ветра υ 10 на высоте 10 метров (рис. 1.3.). В первой зоне υ 10 >7 м/с, во второй м/с, в третьей м/с, в четвертой м/с. Расчетная скорость ветра повсеместно выбиралась, исходя из обеспечения 3000 часов использования в году установленной мощности ВЭУ. Из табл. 1.3 следует, что если в указанных зонах построить сплошной "лес" ветроустановок, расположенных на расстоянии 10 диаметров ветроколеса друг от друга, то суммарная установленная мощность ВЭУ составит 120 млн. квт, а годовая выработка электроэнергии (технические ветроэнергоресурсы) - около 360 млрд. квт ч. 206

17 Таблица 1.3 Ресурсы ветра Кольского полуострова в приземном слое высотой 100 м Наименование Зоны характеристики Всего Среднегодовая скорость ветра в зоне, м/с на высоте 10 м на высоте 70 м Удельная энергия ветра, МВт ч/(м 2 /год) на высоте 10 м на высоте 70 м Среднегодовая удельная мощность ветра, квт/м 2 на высоте 10 м на высоте 70 м Расчетная скорость ветра, м/с на высоте 10 м на высоте 70 м Мощность ВЭУ на 1 км 2 территории, МВт Годовая выработка ВЭУ на 1 км 2, млн. квт ч Число часов использования установленной мощности в год Площадь зоны, тыс. км Мощность ВЭУ в зоне, тыс. МВт Технические ветроэнергоресурсы, млрд. квт ч Представленная оценка показала огромные ресурсы ветровой энергии в Мурманской области, примерно в 20 раз превосходящие ее потребности на сегодняшний день. Освоение наиболее доступных и экономически выгодных 2-3% выявленных ресурсов (а это 2-3 млн. квт мощности и 6-8 млрд. квт ч выработки) может представить значительный интерес. 207

18 2. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ ВЕТРА В КОЛЬСКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ 2.1. Состояние и перспективы развития Кольской энергосистемы Кольская энергетическая система по величине установленной мощности (3758 МВт) является второй на Северо-Западе России. По структуре генерирующих мощностей она значительно ближе к энергосистемам соседних Скандинавских стран, таких как Швеция, Финляндия и Норвегия, чем к остальным эн ергосистемам Северо-Запада России. Как и в скандинавских странах, значительную долю выработки (до 45% в многоводные годы), обеспечивают гидроэлектростанции (табл. 2.1). Это объясняется подобием природноклиматических условий и прежде всего рельефа местности, гидрологическими условиями, отсутствием доступных топливных ресурсов и направленностью отраслей промышленности (горно-добывающая и металлургическая). Кроме ГЭС в энергосистеме работают также 5 теплоэлектроцентралей, Кольская атомная электростанция и Кислогубская приливная электростанция. Высоковольтная сеть (рис. 2.1.) объединяет все электростанции для работы под единым диспетчерским управлением. Кольская энергосистема связана по ЛЭП 330 кв с Карелией и через нее - с ОЭС Северо-Запада России. Имеются также связи с энергосистемами Северной Норвегии и Финляндии. Характеристика тепловых электростанций. В настоящее время в состав Кольской энергосистемы входят Кольская АЭС мощностью 1760 МВт, Апатитская ТЭЦ (323 МВт), Мурманская ТЭЦ (12 МВт) и три ведомственных ТЭЦ: в Ковдоре (8 МВт), Мончегорске (18 МВт) и Заполярном (24 МВт). Теплоэлектроцентрали работают в соответствии с графиком тепловой нагрузки и поэтому не принимают участия в регулировании электрической нагрузки в системе. Крупнейшим источником электроэнергии в области за последние 30 лет является Кольская атомная электростанция. Её доля в балансе установленных мощностей энергосистемы за последние 10 лет составляла 47%, а в балансе выработки достигала 67%. Внедрение рыночных экономических отношений привело к снижению объемов производства в добывающих отраслях промышленности, составляющих основу экономики. В результате этого и в Мурманской области появился временный избыток установленных мощностей, что, в свою очередь, привело к систематической недогрузке Кольской АЭС. В годах первые два блока КАЭС достигли своего нормативного предельного срока эксплуатации 30 лет, и рассматривался вопрос об их выводе. По результатам этого рассмотрения было дано разрешение на продолжение эксплуатации первых двух блоков ещё на 5 лет. Подобные решения скорее всего будут приниматься и далее, но в конечном счете, старые блоки АЭС должны быть выведены из эксплуатации. Нет 100%-ной гарантии, что этого не может произойти раньше назначенного срока, что означало бы появление значительного дефицита электроэнергии. Таким образом, можно констатировать, что имеющийся в настоящее время в Кольской энергосистеме избыток установленной мощности носит виртуальный характер. При отсутствии ясности в вопросе о строительстве новых источников энергии это может привести к тяжелым последствиям. 208

19 VII V IV VI VI Никель Мурманск XIII XII XYII XYIII XYI XY Условные обозначения: - ГЭС - ТЭС -АЭС - ЛЭП 330 кв - ЛЭП Мончегорск III I I II Апатиты X XI IX в Карелию Рис. 2.1 Схема электрических сетей Кольской энергосистемы: I-III- Нивский каскад; IV-VIII - Пазский каскад; IX-XI Ковдинский каскад; XII-XIII Туломский каскад; XV-XVI Серебрянский каскад; XVII-XVIII Териберский каскад 209

20 Наименование ГЭС Река Таблица 2.1 Основные энергетические показатели действующих гидроэлектростанций АО Колэнерго Установ. Кол-во Расчетн Расчетн Число Удельн. Выработк Год мощност турбин.. часов расчет. а пуска ь, напор, расход, исп. расход, эл. эн., МВт м м 3 /с уст. м 3 /МВт млн. мощност квт ч и Нивский каскад Нива - 1 Нива ,0 2 11, ,6 129 Нива ,0 4 36, ,3 407 Нива ,5 4 74, ,6 850 Пазский каскад Кайтакоски Паз ,2 2 7, ,1 72 Янискоски ,5 2 21, ,4 232 Раякоски ,2 3 20, ,5 234 Хевоскоски ,0 2 18, ,0 227 Борисоглебская ,0 2 19, ,2 275 Ковдинский каскад Кумская Кума ,0 2 32, ,6 346 Иовская Иова ,0 2 32, ,1 536 Княжегубская Ковда ,0 4 37, ,0 706 Туломский каскад В. Туломская Тулома ,0 4 55, ,8 801 Н. Туломская Тулома ,0 4 17, ,8 280 Серебрянский каскад Серебрянская - 1 Серебрянская - 2 В. Териберская Териберк а Н. Териберская Териберк а Воронья ,9 3 75, ,5 558 Воронья ,0 3 62, ,8 524 Териберский каскад , , , ,5 2 23, ,

Глава 12. Технические системы. Н. В. Кобышева. Методология оценки последствий изменения климата для технических

Глава 12. Технические системы. Н. В. Кобышева. Методология оценки последствий изменения климата для технических ГЛАВА 12 ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Н. В. Кобышева Климат оказывает очевидное влияние на потребительские свойства многих объектов, которые занимают важное место в жизни человека. Это касается прежде всего жилища,

Подробнее

Организация производства

Организация производства Министерство образования Российской Федерации Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного университета И.Г. Степанов Организация производства Учебное пособие Новокузнецк 2003 УДК 658(075)

Подробнее

К более эффективной и инновационной электроэнергетике в России

К более эффективной и инновационной электроэнергетике в России К более эффективной и инновационной электроэнергетике в России Дуглас Кук, Александр Антонюк и Изабель Мюррей OECD/IEA 2012 Взгляды выраженные в этом документе не обязательно отражают взгляды или политику

Подробнее

об изменениях климата и их последствиях на территории Российской федерации Общее резюме

об изменениях климата и их последствиях на территории Российской федерации Общее резюме Второй оценочный доклад РОСГИДРОМЕТА об изменениях климата и их последствиях на территории Российской федерации Общее резюме Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет)

Подробнее

Глава 16 Повлияет ли Киотский протокол на процесс экономического роста России?

Глава 16 Повлияет ли Киотский протокол на процесс экономического роста России? Часть I. Принципы торговой политики Глава 16 Повлияет ли Киотский протокол на процесс экономического роста России? Франк Лекок, Змарак Шализи Введение За последние 14 лет Россия прошла значительный путь

Подробнее

Тема 8: Инвестиционная деятельность организации. 8.1. Инвестиции и инвестиционная деятельность

Тема 8: Инвестиционная деятельность организации. 8.1. Инвестиции и инвестиционная деятельность Тема 8: Инвестиционная деятельность организации 8.1. Инвестиции и инвестиционная деятельность Инвестиции означают «капитальные вложения» или вложения финансовых средств в различные виды экономической деятельности

Подробнее

центром Новосибирской области, а с 2000 центром Сибирского федерального округа.

центром Новосибирской области, а с 2000 центром Сибирского федерального округа. СОДЕРЖАНИЕ Введение... 4 1. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ 2013 ГОДА... 9 2. АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ... 16 2.1. Качество атмосферного воздуха... 16 2.2. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу города... 26 3. ВОДНЫЕ

Подробнее

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ - НОВЫЙ РЕСУРС ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ. Исследование практики энергосбережения на белорусских предприятиях

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ - НОВЫЙ РЕСУРС ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ. Исследование практики энергосбережения на белорусских предприятиях ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ - НОВЫЙ РЕСУРС ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ Исследование практики энергосбережения на белорусских предприятиях 3 Содержание Предисловие................................................4

Подробнее

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ НА ПЕРИОД ДО 2035 ГОДА

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ НА ПЕРИОД ДО 2035 ГОДА ПРОЕКТ Министерство энергетики Российской Федерации ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ НА ПЕРИОД ДО 2035 ГОДА Москва 2014 год 2 СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ... 4 РАЗДЕЛ 2. ТЕКУЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЭС-2030...

Подробнее

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ НА ПЕРИОД ДО 2020 ГОДА

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ НА ПЕРИОД ДО 2020 ГОДА ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ НА ПЕРИОД ДО 2020 ГОДА Москва май 2003 год 2 Содержание I. Цели и приоритеты Энергетической стратегии России 4 II. III. Проблемы и основные факторы развития топливноэнергетического

Подробнее

И З М Е Н Е Н И Я, которые вносятся в постановление Правительства Российской Федерации от 15 апреля 1996 г. 480

И З М Е Н Е Н И Я, которые вносятся в постановление Правительства Российской Федерации от 15 апреля 1996 г. 480 УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Правительства от 2013 г. И З М Е Н Е Н И Я, которые вносятся в постановление Правительства от 15 апреля 1996 г. 480 «Об утверждении федеральной целевой программы «Экономическое

Подробнее

Организация теплоснабжения в муниципалитетах

Организация теплоснабжения в муниципалитетах Организация теплоснабжения в муниципалитетах Организация теплоснабжения в муниципалитетах Авторы: Аско Пухакка, Эса Этелятало и Маркус Хирвонен, Университет прикладных наук «Карелия» С. Б. Васильев, Петрозаводский

Подробнее

УТВЕРЖДЕНА распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. 1715-р ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ. на период до 2030 года

УТВЕРЖДЕНА распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. 1715-р ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ. на период до 2030 года УТВЕРЖДЕНА распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. 1715-р ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ на период до 2030 года I. Введение Целью энергетической политики России является

Подробнее

Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года

Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года Министерство транспорта Российской Федерации Проект Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года Москва сентябрь 2008 года 2 Содержание ВВЕДЕНИЕ... 4 1. МЕСТО И РОЛЬ ТРАНСПОРТА В

Подробнее

Глава 1. Оценка финансовой устойчивости вуза

Глава 1. Оценка финансовой устойчивости вуза Глава 1. Оценка финансовой устойчивости вуза 1.1. Содержание понятия устойчивости вуза Оценка экономической устойчивости образовательных учреждений и, в частности, вузов в настоящее время является недостаточно

Подробнее

Евразийская. экономическая. комиссия

Евразийская. экономическая. комиссия c Евразийская экономическая комиссия Доклад о долгосрочных планах экономического развития государств членов Таможенного союза и Единого экономического пространства, мерах по их реализации и результатах,

Подробнее

Стратегия развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года

Стратегия развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года Стратегия развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года Москва 2012 1 Паспорт Стратегии развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года Наименование Стратегии Стратегия развития

Подробнее

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВАЖНОЕ УСЛОВИЕ РАЗВИТИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВАЖНОЕ УСЛОВИЕ РАЗВИТИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ УДК 338.45:620.9 Т. И. ДЕМЬЯНЕНКО, ассистент Украинская инженерно-педагогическая академия (УИПА), г. Харьков РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВАЖНОЕ УСЛОВИЕ РАЗВИТИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В статье рассмотрены

Подробнее

Общий курс транспорта

Общий курс транспорта ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра организации

Подробнее

Глава 2 Взаимодействие вузов со своими контрагентами

Глава 2 Взаимодействие вузов со своими контрагентами Глава 2 Взаимодействие вузов со своими контрагентами В первой главе было выявлено, что максимальное количество управленческих решений приходится на взаимодействие вузов с агентами внешней среды, приносящими

Подробнее

Ильинский Николай Федотович

Ильинский Николай Федотович Ильинский Николай Федотович ОБЩИЙ КУРС ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЭНЕРГЕТИКА ЭЛЕМЕНТЫ

Подробнее

8 (526) О социально-экономическом развитии Дальнего Востока и Байкальского региона на долгосрочную перспективу

8 (526) О социально-экономическом развитии Дальнего Востока и Байкальского региона на долгосрочную перспективу СОВЕТ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОГО СОБРАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ АНАЛИТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ АППАРАТА СОВЕТА ФЕДЕРАЦИИ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК 8 (526) О социально-экономическом развитии Дальнего Востока и Байкальского

Подробнее

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА «Бюджетная политика: анализ бюджетной стратегии до 2030 года, варианты бюджетного маневра, анализ стрессоустойчивости российского бюджета, анализ целесообразности сохранения бюджетного

Подробнее

Развитие полной автоматизации

Развитие полной автоматизации Институт коммунизма Верхотуров Д.Н. Развитие полной автоматизации Сентябрь, 2013 1 Введение В этих очерках изложены основные теоретические подходы к полной автоматизации промышленности, разрабатываемой

Подробнее

ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НАСЕЛЕНИЯ

ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НАСЕЛЕНИЯ Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» Нижнекамский химико-технологический

Подробнее

ВЛИЯНИЕ РОСТА ЦЕН НА ГАЗ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ НА РАЗВИТИЕ ЭКОНОМИКИ РОССИИ

ВЛИЯНИЕ РОСТА ЦЕН НА ГАЗ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ НА РАЗВИТИЕ ЭКОНОМИКИ РОССИИ Институт энергетических исследований РАН ВЛИЯНИЕ РОСТА ЦЕН НА ГАЗ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ НА РАЗВИТИЕ ЭКОНОМИКИ РОССИИ Руководители исследования А. А. Макаров, Т. А. Митрова Москва, 2013 г. СОДЕРЖАНИЕ РЕЗЮМЕ...2

Подробнее

Цель России по парниковым газам на 2020 год

Цель России по парниковым газам на 2020 год ИССЛЕДОВАНИЕ Цель России по парниковым газам на 2020 год Прогнозы, тренды и риски АЛЕКСЕЙ КОКОРИН, АННА КОРППОО Апрель 2014 В сентябре 2013 г. Россия утвердила национальную цель по сокращению выбросов

Подробнее

ПРОГРАММА ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ОАО «ИНТЕР РАО» ДО 2017 ГОДА С ПЕРСПЕКТИВОЙ ДО 2021 ГОДА

ПРОГРАММА ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ОАО «ИНТЕР РАО» ДО 2017 ГОДА С ПЕРСПЕКТИВОЙ ДО 2021 ГОДА ПРОГРАММА ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ОАО «ИНТЕР РАО» ДО 2017 ГОДА С ПЕРСПЕКТИВОЙ ДО 2021 ГОДА Москва 2014 год СОДЕРЖАНИЕ 1. ВИДЕНИЕ, ЦЕЛИ И СТРАТЕГИЧЕСКИЕ ОРИЕНТИРЫ РАЗВИТИЯ 6 1.1. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ ИННОВАЦИОННОГО

Подробнее

РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R P.530-11

РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R P.530-11 Рек. МСЭ-R P.530-11 1 РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R P.530-11 Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, требующиеся для проектирования наземных систем прямой видимости (Вопрос МСЭ-R 04/3) (1978-198-1986-1990-199-1994-1995-1997-1999-001-001-005)

Подробнее

Всемирный банк. Первое национальное сообщение

Всемирный банк. Первое национальное сообщение Всемирный банк Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь Первое национальное сообщение в соответствии с обязательствами Республики Беларусь по Рамочной Конвенции ООН

Подробнее