А. Е. Гольберт. О ветроэлектростанциях...

Гольберт Артур Ефимович, горный инженер-электромеханик

О ветроэлектростанциях...

А. Е. Гольберт,  главный энергетик  ПЭО  «Ветроэнергопром», г. Донецк, Украина

Выявление проблем интеграции ветроэлектростанций  в электроэнергетическую систему  Украины

Доклад для «круглого стола «Новые вызовы, которые связаны с активным развитием альтернативной энергетики. Ее место и роль в ОЭС Украины» - ежегодного форума «Топливно-энергетический комплекс Украины: настоящее и будущее», проведенного 20 сентября 2011 г*

"Vyiavlenie problem intehratsii vetroelektrostantsii v elektroenerheticheskuiu sistemu Ukrainy", Golbert A. E. Doklad dlia kruhloho stola. "Novye vyzovy, kotorye sviazany s aktivnym razvitiem alternativnoi enerhetiki. Ee mesto i rol v OES Ukrainy" Ezhehodnyi forum "Toplivno-enerheticheskii kompleks Ukrainy: nastoiashchee i budushchee"
      
       Замечу  сразу,  что ни в коей мере не претендую на полноту и общность высказанных рекомендаций,  скорее наоборот –  хотел бы услышать самые  разные точки зрения.
       Приведу  только одну цитату:   «Широкомасштабному использованию ветроэлектростанций  в  электроэнергетических  системах препятствуют  проблемы обеспечения  приемлемого качества  генерируемой  электроэнергии,  несовпадение режима выработки энергии  ветроэлектростанций  с  графиком электропотребления  и  необходимость резервирования мощности  ветроэлектростанций  в  энергосистеме».  Точку зрения автора, к.т.н. С. В. Жаркова  из Иркутского института систем энергетики им.  Л. А. Мелентьева  СО  РАН, я  полностью разделяю.  Она сжато формулирует почти все  основные проблемы.
       Теперь обращусь  к собственным  наблюдениям.  Впервые я познакомился  с  Новоазовской   (Донецкая обл.)  строящейся  и одновременно действующей  ветроэлектростанцией  (ВЭС)  в  2000-м году.  Уже тогда я был озадачен  «сыростью»  решений  ряда  технических вопросов.  Дело  в  том,  что  устанавливаемые на восемнадцатиметровые  мачты  ветроагрегаты   типа      USW  56 - 100,  созданные  по лицензии  на  базе  асинхронных  генераторов  с  КЗ  ротором  мощностью  107,5 кВт,   были  к тому  времени  морально устаревшими   и,  я  бы даже сказал,  примитивными…      Простое  увеличение  высоты  башни  вдвое,  предложенное в  качестве эксперимента  строительно-монтажной организацией,  занимавшейся их строительством,  дало рост выработки электроэнергии  приблизительно на  30%.  Коэффициент  использования установленной мощности таких машин не дотягивал  до  4%.  Их надежность была и остается весьма низкой.  На электростанции  перманентно ведутся  восстановительные  и  ремонтные  работы.   Можно предположить,  что  строительство  ВЭС  имело не столько коммерческое,  сколько политическое значение:   дескать,   теперь  и   в  Украине,  так же как и во всем цивилизованном  мире,  есть альтернативная   энергетика. 
       Ветроэлектроустановки   (ВЭУ)  типа FL 2500-100  фирмы  «Фурлендер»,  которые сегодня  устанавливаются  на  ветрополях   Новоазовской  ВЭС,   это  ветряки  нового  поколения.   В  них применена  электрическая  машина переменного тока  двойного  питания,  силовой трансформатор  расположен в  гондоле  на  стометровой   высоте.  Установленная  мощность  такого  ветряка,  стартующего при скорости ветра  3,5 м/с,  составляет  2,5  мВт,   а  коэффициент использования установленной мощности  –   около  35%  или  даже  выше.  Действительно,  строительство    ВЭС  на базе новых ветряков  фирмы  «Фурлендер»  в  условиях, определенных ныне  существующими  льготами  для инвесторов,    имеет  коммерческое  значение.   Такие  ВЭС  при сколько-нибудь значительной скорости и плотности ветра способны регулировать  собственный коэффициент мощности  и таким образом влиять на сеть.   При использовании   морально  устаревших  ВЭУ,  где  в  качестве  генератора применена   асинхронная машина  с   короткозамкнутым  ротором,   может возникнуть   необходимость  в  приобретении  дорогостоящих управляемых шунтирующих реакторов.   Другими словами,  очень  важно понимать преимущество современных  установок,  с  тем   чтобы,   не  прельстившись  дешевизной  устаревших  ветроагрегатов,   дополнительно не платить  за  их  эксплуатацию  и  за дорогостоящее оборудование,  необходимое  для поддержания  в пределах  ГОСТов  основных  параметров связанных  с  ними   электрических  сетей. 
          В  местах,  пригодных для установки ветряков,  там,  где «стабильный»  ветер,  не всегда присутствует потребитель  и  электроэнергетическая инфраструктура.  Чаще  всего  она  там  имеется,  но находится  в  неудовлетворительном состоянии.   Потери при  передаче  электроэнергии в этом  случае весьма  высокие.  Приведу   для сравнения  значения  усредненных  потерь  в  электрических сетях   Германии  и  Украины.  Так,  в  Германии  они  составляют около 6% от величины передаваемой энергии,  в  Украине принято считать,  что это  значение составляет  12 - 14%,  но  реально оно  значительно выше.
          Ветряки,  как  известно,  нередко  приходится ставить на сельскохозяйственных  угодьях,  имеющих коммерческое значение.  Размещение их относительно друг друга на  небольшом  расстоянии,  а  также   в  районах  урочищ  и  т.п.   делает  целесообразным применение кабелей,   что  в  свою очередь  приводит  (при использовании напряжения при передаче  электроэнергии  35кВ)  к проблемам,  связанным  с  компенсацией  емкостных токов.   А  эта  задача  решена в нашей стране  неудовлетворительно.   Кабели,  бывает,   горят  от  возникающих высокочастотных   токов.   Вначале  -   это  замыкание одной фазы на землю,  а затем  –   полномасштабная  авария от  межфазного  КЗ.   Некоторые специалисты предлагают  в  качестве решения этой задачи  замену  изолированной  и  компенсированной  нейтрали  трансформаторов  на  эффективно  заземленную.   Предлагаются  также  интересные  варианты  применения  комбинированной  (RL)  нейтрали.   Однако все эти идеи не согласуются  с законодательными нормами  действующих   ПУЭ  и ПТЭ.
        Качественные показатели электроэнергии,  вырабатываемой  ВЭС,  как  было указано выше,  не отвечают требованиям   (допустимым значениям  отклонений показателей качества электроэнергии)  действующего  ГОСТа.    Причем разница между требуемыми и реальными значениями   весьма  существенная  –   в  2 – 4 раза.   В   России  в  марте 2003  года  впервые  введен   Государственный стандарт   для  ветроустановок.    Однако  его требования  к  ВЭУ   и  вырабатываемой  ими  электроэнергии  не  могут быть реализованы  даже  современными  агрегатами.   Ведь  принятие  ГОСТа  было вызвано стремлением  приблизить  «синусоиду»  и  др.  качественные  показатели   генератора  ВЭУ   к  «синусоиде»   и  др. параметрам,  скажем,  генератора  турбины  тепловой  электростанции…   
      Ученые  Донецкого Национального технического университета   определили максимально допустимое процентное соотношение  между  количеством  электроэнергии, выработанной ветроэлектростанциями  и традиционными электростанциями в  единой  электроэнергетической  системе,  с  тем,  чтобы  качество электроэнергии  интегрированной   сети  не приводило  к  негативным последствиям   у  потребителей.   При этом был получен  ответ:   количество  «ветроэлектроэнергии»  в   системе  не  должно превышать  25%.  Эта  цифра, конечно,  может вызывать оптимизм,  но только при  первом  знакомстве  с  нею.    Оказывается,  распределение  электроэнергии  ВЭС  в  системе  чаще  всего неравномерное,  и  эта пропорция  весьма непостоянная (изменяется во времени).  Более того, негативные последствия  такой  неравномерности  и  нестабильности усугубляются  на  практике  неудовлетворительным  техническим  состоянием   ЛЭП  и  подстанций…
      Проблема   присоединения    ВЭС  к  существующей  электроэнергетической  системе страны требует специального научного рассмотрения.  В рамках такого исследования должны быть выработаны конкретные рекомендации   директивным,  контролирующим  и  проектным  организациям.  Целью таких рекомендаций  должна  быть минимизация  ущерба,  вызванного  низким  качеством  электроэнергии,   вырабатываемой  ВЭС, и др.
       Сегодня,  по  моему  мнению,  вкладывая гривну в строительство ВЭС,  инвестору  необходимо  вкладывать  50 коп.   в  электроэнергетическую  инфраструктуру,     дополнительное   электрооборудование   и  отраслевую  науку  с  тем,  чтобы  успешно интегрировать  строящиеся   ВЭС  в  существующую электроэнергетическую систему  страны.   Конечно,   это  срез на сегодня,  а завтра,  если следовать верным  рекомендациям,  ситуация,  возможно, будет меняться к лучшему…
          Есть некоторые  риски, которые необходимо учесть или исключить при использовании новых импортных ветряков, как, впрочем,  и  других достижений в области техники и технологии.  Эти риски  весьма специфические. Речь  идет  о  вероятности стать  жертвой  кибератаки.   Компьютерная программа  (вирус),  разработанная   враждебным государством,  крупной компанией,  может быть   предназначена  для кибератаки.   Существуют сложнейшие программы – вирусы, способные  встраивать свои коды  в операционные системы компьютеров, управляющих промышленными объектами, невидимо  внедряться  в  дыры применяемых там систем защиты. Они  представляют реальную угрозу для современных промышленных  предприятий,  управляемых  (частично управляемых) SCADA - системами (особенно через Интернет), в том числе и для электростанций, в том числе и для ветровых...  Эти сложнейшие вирусы имеют очень "умный"  механизм постепенного многоэтапного  внедрения и распространения.  Они способны нанести удар неожиданно и точно (по заданному заранее «адресу»). Таким образом   могут быть мгновенно выведены из строя государственные инфраструктуры...
               К сожалению,  у меня нет заранее подготовленного рецепта, пригодного для устранения такого рода опасностей.

19.09.2011.

 *«Изобретатели – машиностроению» ISSN 2074-6954 // Информационно-технический журнал
Издается с 1997 г.  Выпуск 2 (89) – 2012 г.  ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА;  Гольберт А.Е., главный энергетик ПЭО  «Ветроэнергопром»  (Украина);  "Выявление  проблем  интеграции    ветроэлектростанций  в  электроэнергетическую  систему  Украины" -  Доклад для круглого стола «Новые вызовы, которые связаны с активным развитием альтернативной энергетики. Её место и роль в ОЭС Украины» - ежегодного форума «Топливно-энергетический комплекс Украины: настоящее и будущее» (с. 2-3); 
см. также статью автора в белорусском научно-производственном журнале "Энергетика и ТЭК" № 9/10 за 2011г. - А. Гольберт, "Интеграция ВЭС в электроэнергетическую систему Украины"

Гольберт А.Е.
К проблеме интеграции ветроэлектростанций в электроэнергетическую систему Украины Доклад для круглого стола «Новые вызовы, которые связаны с активным развитием альтернативной энергетики. Ее место и роль в ОЭС Украины» – ежегодного форума «Топливно-энергетический комплекс Украины: настоящее и будущее» 20 сентября 2011 г. // Механизация строительства. — 2014. — № 6. — c. 49-50