Тенденции в развитието на вятърната енергетика

Bъв връзка с популяризирането на възобновяемите енергийни източници специалистите прогнозират, че технологиите за преобразуване на вятърната енергия в електрическа ще продължават да се сблъскват с все по-сериозни предизвикателства.

Тези предизвикателства обхващат почти всички аспекти на дизайна и работата на ветроенергийните съоръжения и начините за присъединяването им към електрическата мрежа. На пазара вече са редица иновации, породени от изискванията за ефективна и безопасна експлоатация на вятърните турбини, които засягат както производителите на ветрогенератори, така и операторите на електропреносните мрежи.

Най-важен фактор за безпроблемната експлоатация

остава оптималният контрол на вятърните турбини. За постигането му се изисква както интелигентна сензорна технология, така и адекватен трансфер на данни за състоянието на механичните и електрически части на турбината в реално време към контролната система. С получената информация е възможна навременна промяна в експлоатационната стратегия на вятърния парк, която е от ключово значение за оптимизиране производството на енергия и повишаване безопасността на съоръженията.

Чрез усъвършенстваните възможности за трансфер на данни, които съвременните технологии за контрол и мониторинг предлагат, се осигурява изправна работа на турбините във вятърния парк, независимо от експлоатационните условия, в които функционират.

Според специалистите в сферата на вятърната енергетика в практиката се налага

по-сложен дизайн на роторните перки с акцент върху здравината

устойчивостта на натоварвания и влиянието им върху производителността на турбината. Съвременните ветрогенератори имат вградена функция за управление на ъгъла на лопатките спрямо посоката на вятъра, което им позволява ефективно да улавят и по-слабите пориви.

Ефективността на ветрогенератора се изчислява на базата на измерения ъгъл на работните лопатки, затова се очаква на пазара да се появят интелигентни перки с активно управление, които самостоятелно да могат да променят своите аеродинамични характеристики в съответствие с измерените товари.

По-бърза реакция би могла да се постигне и ако перките на турбините се проектират с известна извивка, така че да се огъват при по-високо натоварване. Друго възможно решение за осигуряване на здравина и устойчивост е ориентирането на носещите влакна в конструкцията на перката по начин, който да позволява лесно усукване при натоварване от вятъра.

Тенденциозно се заменят и предварителните механизми

които повишават скоростта на генератора. Известно е, че те са склонни към аварии и увеличават допълнително масата на турбината. Затова някои производители предпочитат вместо това да инсталират постоянен магнитен генератор с директно задвижване, който, в комбинация с подходящ преобразувател, може да бъде свързан към мрежата.

Тази опция за директно задвижване ще е по-конкурентоспособна от гледна точка на разходната ефективност към 2020 г. при евентуалното разработване на по-леки материали и по-гъвкави преобразуватели на напрежението.

Предизвикателствата през съвременните решения в сферата на вятърната енергетика са различни и в зависимост от мястото на експлоатация на вятърните паркове. По отношение на турбините, които са инсталирани на сушата, тенденциите са насочени главно към повишаване на тяхната интелигентност и разработването на персонализирани системи за всеки конкретен проект в съответствие със спецификите на мястото за инсталация.

Необходимостта от транспортирането им по суша обаче ограничава увеличаването на размера им.

В момента монтажът на офшорни вятърни турбини се ограничава до плитки води (20-30 м), но се очаква до 2020 г.

турбините да са с по-големи размери и да се инсталират в по-дълбоки води

- до около 50 м. За тази цел се разработват различни конструкции, които се състоят от няколко основи и са подобни на конструкциите за добив на нефт и газ в морето. Тези оптимизирани платформи осигуряват по-задълбочено проучване на влиянието на товарите върху конструкцията на основите.

Друга алтернатива за вятърните паркове са плаващите платформи - те ще позволят работата на офшорните вятърни турбини при почти неограничени дълбочини и на места, при които вятърът е с най-добри показатели. Тук също са налице предизвикателства, а именно разработването на подходящи кабели за връзка с електропреносната мрежа.

За скачване на гондолата към опорната конструкция при плаващите турбини са необходими по-дълбоки води, следователно и нови методи за монтаж. За да се отговори на тази потребност, са разработени

напълно сглобени турбини, които могат да бъдат транспортирани хоризонтално

с баржа от фабриката до офшорната платформа. Щом пристигне на площадката, баржата трябва да се изправи на 90 градуса във вертикална позиция, като за изправянето и освобождаването на турбината в тази позиция все още съществуват известни предизвикателства. Ако те бъдат превъзмогнати, този вид хоризонтални монтажи ще са масово разпространени на пазара до 2020 г.

Важно е да се вземе предвид и нормирането на електроенергийните мрежи по отношение на променливите енергийни източници. Много ветроенергийни централи са задължени да предоставят пълна гама от допълнителни услуги (реакция на честотата, регулиране за спадовете и пиковете на напрежението и реактивната мощност, корекция на грешки и ограничаване на свръхпроизводството), които са от основно значение за стабилността на системата.

Но с повишаването на потреблението на енергия от възобновяеми източници възниква нуждата от въвеждане на нови регулативни мерки в електросистемите, както и сериозно повишаване на капацитета за пренос.

Много страни в ЕС се изправят пред

предизвикателства при управлението на променливата производителност

на вятърните и слънчеви електроцентрали. Те трябва да се стремят към осъществяване на поставената от ЕС цел за дял от 20% електроенергия, произведена от възобновяеми източници до 2020 г, в общия енергиен микс. Затова е необходимо въвеждането на дългосрочно, устойчиво решение за междурегионалните електропреносни магистрали (т. нар. супермрежи) и хармонизиране на нормативните изисквания към мрежите във всички страни.

За успешната експлоатация на супермрежите могат да бъдат използвани някои нови технологии като: високоволтови инсталации за постоянен ток (HVDC), свръхвисоковолтови инсталации за променлив ток (UHVAC), издържащи на високи температури проводници с понижено провисване (HTLS) и гъвкави системи за пренос на променлив ток (FACTS).

Така ще стане възможен преносът на вятърна енергия, произведена например в Северно море, към събирателни центрове в континенталната част на Европа. В специални суперконвертори променливият ток ще се преобразува в постоянен и обратно.

Широкото разпространение на супермрежите ще донесе редица предимства

но се очаква да създаде и нови проблеми. Сред тях е опасността от сривове в системата. За да бъдат достатъчно надеждни, супермрежите трябва да се управляват адекватно и прецизно. Необходими са и нови възможности за бързото им самовъзстановяване в случай на срив.

Сериозна пречка може да се окаже и включването на страни с различни регулаторни режими на електропреносните мрежи към супермрежите. В допълнение към технологичните предизвикателства, експлоатацията на мрежите в офшорни условия ще изисква покриване на огромни разходи и уеднаквяване на пазарните механизми, които днес са основните препятствия пред разработката на интеррегионални водни електропреносни мрежи.

Възможно решение на този проблем са HVDC системите

Те използват конвертори, които изправят или преобразуват тока. Конверторите за пренасяне на енергия с високо постоянно напрежение (VSC) се предлагат на пазара от десетилетия, но при тях често са налице енергийни загуби. Друг техен недостатък е понижената пет пъти ефективност в сравнение с традиционните преобразуватели с линейна комутация (LCC). Компактният им дизайн обаче ги прави много подходящи за офшорни вятърни платформи.

Възможно е в бъдеще VSC технологията да проправи път за разработването на многотерминални DC мрежи, тъй като предоставя възможност за контрол на напрежението и самовъзстановяване след токов удар. Въпреки настоящите енергийни загуби, с развитието на технологиите до 2020 г. VSC конверторите могат да станат съпоставими с LCC, а така да стане възможно и ефективното свързване на вятърни паркове с брега и осъществяването на активни търговски връзки между отделните страни.

Специалистите очакват към 2020 г. да съществува разнообразие от различни подстанции с големи AC/DC конвертори, DC и AC силови шини, трансформатори и високоволтово оборудване.

Конкретните цели за широкомащабна вятърна интеграция

предвиждат капацитет на ветроенергийните централи от 1-2 GW до 2020 г. За да се постигне това, е необходимо допълнително намаляване на размера на оборудването и същевременно поддържане на разходите за експлоатация на приемливо ниво.

До 2020 г. вероятно ще бъдат изградени и няколко регионални MTDC мрежи (на база на многотерминалната HVDC технология). Тези мрежи ще понижат необходимия брой преобразувателни станции, като така ще се увеличат възможностите в сферата на офшорните вятърни платформи. За това обаче е нужна разработката на нови DC прекъсвачи, които да се справят с евентуални сривове в мрежата в рамките на милисекунди.