Ветер и вода – наши лучшие друзья

Красноярский край все с большим упорством собираются превратить в зону экологического бедствия. Несмотря на то, что во всем мире используются мягкие, не вредящие всему живому технологии, в России по-прежнему делается ставка на гидроэнергетику. Между тем «джинн бестопливной энергетики уже вышел из кувшина», его пора использовать в интересах Красноярского края и всей Сибири. Большой дефицит энергетических мощностей в удаленных населенных пунктах можно решить с помощью ветряных установок и погружных микроГЭС.

На сегодняшний день нашей наукой (ее неофициальной частью) разработано принципиально новое, экологически безопасное решение энергетической проблемы — бестопливные (БТ) двигатели-генераторы электрической энергии — «тесловский» и «гидроударный» типы, в том числе и на млн кВт (о чем в номере 13 газеты "Красноярская версия" писал президент межрегиональной общественной организации «Независимая ассоциация ученых», академик МАИ при ООН Г. К. Шутов).

Имеются свои уникальные разработки и в Красноярском крае. Так, коллектив научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии политехнического института Сибирского федерального университета (НИЛВИЭ ПИ СФУ) создал гидро- и водоустановки, позволяющие получать энергию посредством воздуха и воды. Мы попросили авторов изобретения Михаила Головина, Алексея Встовского и Евгения Спирина рассказать о возможностях ветро- и гидроэнергетики.

Ресурсы доперестроечных времен

На данный момент энергетическая отрасль экономики России далеко не обеспечивает потребности населения и промышленности как в объеме предоставляемых услуг, так и в их качестве. Как отмечают ведущие специалисты, сегодня россияне используют промышленные и экономические ресурсы доперестроечных времен. Общий уровень износа электростанций и линий электропередач свыше 53 %. Этот же показатель в Красноярском крае значительно выше, более 60 %. Среднегодовой ввод генерирующих мощностей по России в 26,4 раза ниже соответствующего показателя в энергетике, например, Китая, но даже этот уровень обеспечивается, в основном, за счет районов, прилегающих к большим городам.

Освоение таежных районов Красноярского края энергетиками прекращено с 1994 года. Удовлетворенность потребности в электроэнергии в Красноярском крае в бытовой сфере на 15 % ниже, чем в промышленности. Низкий уровень этого показателя обусловлен наличием значительного количества территорий с преобладанием малых населенных пунктов, удаленных от основных линий электропередач.

Для имеющихся систем энергообеспечения края, среди прочих особенностей, характерны:

— большая степень изношенности энергооборудования: источников, распределитель-

ных сетей и систем энергопотребления зданий и сооружений;

— крайняя неэффективность сферы потребления электрической энергии: нерегулируемый электропривод, неэкономичные режимы систем освещения, значительные потери в системах распределения и потребления;

— отсутствие стимулов к энергосбережению.

Количество жилых мест «без света» составляет до 18 % в среднем по краю и свыше 20 % в районе Нижнего Приангарья и в среднем течении р. Енисей. Такой результат объясняется тем, что во многие места в советское время линии электропередач не успели провести или в постперестроечный период энергоснабжение было прекращено, так как оказалось нерентабельным. Сейчас себестоимость таких мероприятий слишком высока за счет того, что изменилась система транспортного обеспечения этих районов.

Дефицит мощностей в районах, занимающих свыше 40 % территории края, составляет до 160 МВт.

Малая энергетика как панацея

Электроснабжение отдаленных районов Красноярского края осуществляется двумя основными путями: по линиям электропередач большой протяженности; дизельными электростанциями.

Линии электропередач большой протяженности требуют установки трансформаторных подстанций, большого расхода цветных металлов. Производство электроэнергии дизель-генераторными станциями имеет высокую стоимость, повышающуюся многократно с удалением станции от производителя дизельного топлива.

В нашем регионе есть все предпосылки для развития ветро- и гидроэнергетики. Ветряные установки экономически оправданы в районах со среднегодовыми скоростями ветра 3,5 – 4 м/c. Это северное побережье края и наши соседи − республики Хакасия и Тува. Остальные районы края характеризуются низкими среднегодовыми скоростями ветра: в районе Красноярска 2,3 – 2,5 м/с со снижением до 1.8 м/с в летний период.

В то же время большое количество малых рек с необходимым запасом гидроресурсов позволяет достаточно экономично решать проблему электроснабжения маломощных потребителей. Достоинством применения гидроэнергии, в сравнении с другими, является зачастую сравнительно небольшое изменение скорости течения воды в течение года, отсутствие периодов затишья.

В связи с интенсивным освоением природных ресурсов, удалением населенных пунктов от централизованных источников электроснабжения в нашем регионе сложился большой дефицит энергетических мощностей, удовлетворить который средствами большой энергетики в ряде случаев экономически и технически нецелесообразно. Эта проблема может быть решена развитием малой энергетики с использованием богатых водных ресурсов. Для этих целей возможно применение низконапорных, деривационных, свободнопоточных микроГЭС.

При создании низконапорных, деривационных микроГЭС необходимо выполнение большого объема земляных работ по возведению плотины, изменению русла реки или созданию деривационного рукава (канала), что существенно повышает их стоимость. Для этих типов микроГЭС серийно могут производиться только энергоблоки. Все остальные работы по монтажу и созданию напора воды проектируются и выполняются индивидуально, что также значительно увеличивает стоимость микроГЭС и сроки реализации проекта.

МикрогЭС на все случаи жизни

Погружные микроГЭС круглогодичного действия удобны для небольших поселков, геологических партий, фермерских хозяйств. Они с успехом могли бы работать параллельно с дизельными электростанциями, существенно сокращая расход дизельного топлива или заменяя последние в случае аварии.

Наплавные установки могут действовать в летнее время (летние пастбища, партии изыскателей и т. д.). Установленные на якорях, они могут применяться как на малых, так и на судоходных реках.

На территории Красноярского края, обладающего колоссальными гидроресурсами (включая не только большие, но и малые реки), возможно применение свободнопоточных микроГЭС мощностью до 25 – 30 кВт и выше.

Турбина свободно-поточных микроГЭС, в зависимости от скорости реки и мощности установки, вращается со скоростью 80 — 200 об. / мин. Ветроколесо аналогичной мощности имеет примерно ту же частоту вращения.

Производство свободно-поточных микроГЭС сдерживалось из-за отсутствия низкоскоростного генератора малой мощности. Необходимость в таких генераторах высокая. Выпускаемые промышленностью генераторы переменного тока мощностью от 1 до 50 кВт рассчитаны на скорости 750- 3000 об. / мин., и для механической связи с турбиной необходима установка повышающей передачи (мультипликатора) между турбиной и генератором.

Мультипликатор — звено сложное, дорогое и требующее обслуживания в процессе эксплуатации. Стоимость мультипликатора составляет до 50 % стоимости всей установки.

Нами разработана конструкция свободнопоточной погружной микроГЭС, в качестве базового элемента, в которой используется синхронный генератор новой конструкции, позволяющий устранить повышающую механическую передачу между генератором и турбиной — мультипликатор.

Основные конструктивные решения по низкоскоростному торцевому синхронному генератору и свободнопоточной микроГЭС защищены авторским коллективом патентами.

Конструкция автономной энергоустановки за счет использования в ней нового низкоскоростного торцевого генератора и ортогональной турбины транспортабельна, имеет сравнительно небольшие габариты и массу, упрощенную схему монтажа и эксплуатации.

Наплавные микроГЭС комплектуются специальным понтоном; погружные МГЭС —рамой с балластом. Сборка ведется на месте установки. Транспортировка к месту работы установки может производиться трактором или моторными лодками.

Эксплуатационные расходы включают в себя охрану и включение или отключение установки, в необходимых случаях поднятие установки из воды (например, при ледоходе).

Свободнопоточные погружные микроГЭС наиболее экономичны и мобильны, практически не требуют земляных работ. Особенностью свободнопоточной микроГЭС является низкая частота вращения турбины, определяемая скоростью свободного потока воды.

Предполагаемая прибыль в этом секторе рынка составит до 4371 млн руб. при наличии административной поддержки проекта и до 727,4 млн руб. без административной поддержки. Эти цифры получены без учета расходов на организацию доставки, гарантийного и сервисного обслуживания, консультирования.

Еще одна группа потенциальных потребителей — фермерские хозяйства. Количество фермерских хозяйств в России колеблется в пределах от 260 до 270 тысяч. В Красноярском крае насчитывается 3337 крестьянских хозяйств, 1180 сельскохозяйственных организаций, в том числе 500 сельскохозяйственных товарных объединений. Около 70 % представителей фермерских хозяйств и сельскохозяйственных организаций являются потенциальными потребителями для производителей микроГЭС, так как нуждаются в наличии автономных или дублирующих источников электроэнергии.

Таким образом, максимально возможная прибыль в этом секторе рынка составит 670 млн руб., без учета расходов на организацию доставки, гарантийного и сервисного обслуживания, консультирования.

Принципиальное отличие предполагаемой структуры продаж микроГЭС в Красноярском крае от продаж аналогов в европейской части России заключается в том, что основную роль играют административные заказы. Кроме того, несформированность туристического бизнеса на территории края приводит к уменьшению возможного объема продаж в целом и этого сектора в частности. Следовательно, стратегия продвижения продукции на рынок рассчитана в первую очередь на представителей краевой и районной администраций, на руководителей малых производственных предприятий.

«Красноярская версия», №17 (170), 28.12.2008 г.