Анатолий Попов, президент ABB в России
Альтернативная энергетика, несмотря на падение цен на нефть, остается важнейшим направлением развития индустрии по всему миру. Поэтому компания ABB решила провести в своем Учебном инновационном центре на территории технополиса «Москва» серию форумов по использованию возобновляемых источников энергии. 27 октября 2016 года прошел первый форум, основной темой которого стала ветроэнергетика. Начать с нее решили не случайно. Во-первых, о ней не так часто говорят, как о солнечной энергетике, хотя именно ветрогенераторы позволяют вырабатывать электроэнергию в количествах, сопоставимых с традиционными источниками. Во-вторых, во многих регионах России из-за особенностей климата ветряная генерация предпочтительнее солнечной. В-третьих, у ABB в этой области есть совершенно уникальные разработки. Расскажем об основных вопросах, обсуждавшихся на форуме.
При работе с альтернативными источниками основной проблемой является неравномерность выработки энергии: ветер (как и солнце) величина непостоянная. Причем с разницей всего в несколько километров картина может кардинально отличаться: от полного безветрия до самого настоящего урагана. А это значит, что нужно организовать распределенную генерацию с «умным» перераспределением электроэнергии в реальном масштабе времени в зависимости от ситуации с природными явлениями. Для решения таких задач требуются развитые средства автоматизации, с чем у ABB все в полном порядке. Традиционно считается, что основная сфера деятельности ABB – производство оборудования для энергетики и силового электрооборудования, но по факту это давно уже не так. В структуре продаж компании электрооборудование занимает сейчас только 40%, остальные 60% приходятся на средства автоматизации.
Виталий Дьяков, продакт-менеджер по оборудованию среднего напряжения
Уникальность компании ABB заключается еще и в том, что она производит практически весь спектр электрооборудования для ветрогенерации: преобразователи, генераторы, трансформаторы, распределительные устройства среднего напряжения, контроллеры, низковольтное оборудование. Причем инновации касаются не только средств автоматизации, но и, скажем, трансформаторов. Современные тенденции развития ветроэнергетики — повышение мощности одного генератора (до 5 МВт, есть уже опытные образцы на 7 МВт) и увеличение высоты башни, на которой устанавливается ветряк (до 130 м).
Из-за большой мощности и большой высоты происходят значительные потери энергии в проводах, соединяющих ветряк с наземным оборудованием. С ним борются, повышая напряжение в линии, идущей от гондолы ветрогенератора, до 24 кВ, а иногда и 45 кВ. Создать трансформатор, способный выдерживать столь высокое напряжение и при этом передавать мощность до 7 МВт, является нетривиальной задачей, если учесть, что место в гондоле ограничено и, самое главное, люк, через который может устанавливаться, либо демонтироваться трансформатор, очень маленький. ABB смогла решить эту задачу, поэтому теперь для обслуживания трансформатора не нужно демонтировать гондолу ветряка, разбирать ее — достаточно только открыть люк и вынуть трансформатор. Хотя лучше иметь столь надежный трансформатор, чтобы его не пришлось обслуживать. И это становится реальностью с использованием технологии так называемых сухих трансформаторов. Раньше их применение было ограничено из-за низкого максимально допустимого значения напряжения. Но компании ABB удалось поднять этот предел до 72,5 кВ, что открывает перспективы для использования сухих трансформаторов в ветроэнергетике.
Олег Волков, менеджер по маркетингу и Константин Зверев, руководитель департамента двигателей и генераторов компании ABB в России
Другая важная тенденция — увеличение доли, так называемой, офшорной генерации, т. е. электроэнергии, вырабатываемой ветряками в море. Благодаря этому, ветроэлектростанции не занимают больше значительные площади на суше, что актуально для стран, расположенных на берегу моря и имеющих относительно небольшую территорию, например, для Дании. Основной проблемой при передаче электроэнергии от офшорных электростанции потребителям на суше является необходимость использования кабельных подводных линий. Ранее это сдерживалось тем обстоятельством, что подводные кабели на переменном токе достаточно громоздки, а, значит, их сложно укладывать, кроме этого, передача электроэнергии по кабелю на большие расстояния связана со значительными потерями. Компания ABB активно продвигает технологию передачи электроэнергии на постоянном токе по высоковольтным кабелям HVDC. Потери электроэнергии в ней минимальны, кабель для постоянного тока значительно легче и прочнее кабеля для переменного тока.
ABB активно развивает технологию генераторов с постоянными магнитами, которая оказалась очень удобной именно для офшорных ветроэлектростанций. Особенностью таких генераторов являются высокий КПД, высокая мощность (ее расчетное значение может достигать 8 МВт), и, самое главное, возможность построения устройства, работающего на малых оборотах (начиная со 120 об/мин). Скорость вращения турбины ветроэлектростанции, как правило, на порядок меньше, чем требуется для обычного электрогенератора, поэтому применяются, так называемые, повышающие редукторы, которые снижают надежность электростанции и вносят дополнительные потери энергии. Выпускаются генераторы на постоянных магнитах, не требующих повышающего редуктора, так как они вырабатывают электроэнергию при скорости вращения 120-500 об/мин. Их недостатком является высокая масса из-за большого числа полюсов (до 196), что усложняет монтаж и обслуживание. Поэтому ABB предлагает и более компактные генераторы с числом полюсов от 12 до 24 и скоростью 500 — 900 об/мин, у них также надежность выше из-за интеграции генератора в первую или вторую ступень редуктора. Наконец, для массового применения по-прежнему оптимальны компактные генераторы на 1000 — 2000 об/мин, требующие обычного повышающего редуктора. Они даже внешне похожи на обычные, но применение в них постоянных магнитов обеспечивает более высокий КПД. У компании ABB накоплен уже 20-летний опыт применения постоянных магнитов в генераторах. Благодаря этому, используемые в генераторах постоянные магниты, имеют оптимальную геометрию, высокую коррозионную стойкость.
Изменение частоты вращения турбины ветроэлектростанции в широких пределах требует новых подходов к построению преобразователей частоты. Компания ABB еще в 90-х годах разработала технологию прямого векторного управления частотой, обладающая наибольшей эффективностью для таких ситуаций. На базе серии промышленных преобразователей частоты ACS800 компания ABB разработала преобразователи частоты, специально приспособленные для нужд ветроэнергетики.
Распределительное оборудование ABB SafeRing оптимизировано под нужды ветроэнергетики
Распределительные устройства для ветроэнергетики имеют свои особенности, так как они размещаются в башне, где сильная вибрация, перепады температуры, а в случае офшорной генерации — еще и воздействие брызг морской воды, разъедающей оборудование. Наилучшим вариантом будет использование распределительного оборудования ABB SafeRing или SafePlus. Для этого оборудования гарантируется сохранения работоспособности до -25 C, но в реальности известны случаи, когда оно продолжало нормально работать и при температуре вплоть до -30 C. Ветрогенерация нередко используется в отдаленных высокогорных селах, куда сложно провести линию электропередачи. В конструкции распределительных устройств ABB этот момент учтен — указанные модели способны работать на высоте до 1500 м над уровнем моря.
Обсуждалась на форуме и проблема востребованности альтернативной энергетики в России в современных условиях, что вызвало оживленную дискуссию. Присутствовавшие на форуме зарубежные специалисты обратили внимание, что российские тарифы на электроэнергию и тепло значительно ниже, чем в странах Евросоюза. Это, по их мнению, является основным сдерживающим фактором на пути развития альтернативной генерации. В качестве решения проблемы предлагалось повысить тарифы. Отечественные специалисты отметили, что уже сейчас электроэнергетика в стране работает на коммерческой основе, цена определяется рыночным способом и вмешиваться в ценообразование бессмысленно. В то же время, можно найти немало применений альтернативной энергетики, где она даже при низких тарифах будет выгодна.
