Оценка эффективности строительства ветровых электростанций в холодных климатических условиях

Олег Юрьевич Сигитов; Константин Витальевич Суслов

Оценка эффективности строительства ветровых электростанций в холодных климатических условиях

Олег Юрьевич Сигитов, Константин Витальевич Суслов

Аннотация

Современный уровень развития ветроэнергетических установок (ВЭУ) позволяет рассматривать потенциальные площадки для их установки в суровых климатических условиях с отрицательными температурами. Связано это с развитием систем предотвращения обледенения и систем удаления обледенения, которые позволяют сократить потери мощности с 20 до 4% в зависимости от степени обледенения компонентов ВЭУ. В первую очередь обледенение сказывается на лопастях, в результате чего изменяется их аэродинамика и, как следствие, происходит снижение выработки электрической энергии вплоть до полного останова. В связи с этим, в статье представлены различные методы и системы борьбы с обледенением, как теоретические, так и получившие наибольшее распространение в мире. С другой стороны, при отрицательных температурах мощность ветрового потока увеличивается. Связано это с увеличением плотности воздуха. Эффект от повышенной мощности ветрового потока и, как следствие, выработки электрической энергии, может компенсировать затраты на потребление систем предотвращения обледенения и систем удаления обледенения.

Учитывая указанные факторы, предложен способ расчёта эффективности строительства ВЭУ в холодных климатических условиях. Способ основан на анализе чувствительности удельной дисконтированной стоимости производства электрической энергии к числу часов обледенения ВЭУ. Результаты расчёта показывают возможные варианты использования методов борьбы с обледенением ВЭУ в зависимости от местных условий: числа часов использования установленной мощности, числа часов обледенения, капитальных и эксплуатационных затрат.

Рукопись поступила в редакцию 30.10.2024, утверждена редколлегией в печать 7.07.2025.

DOI: 10.71841./ EP.elst.2025.1129.8.07

Ключевые слова

энергетика, возобновляемые источники энергии, ветровые электростанции, ветроэнергетические установки, арктическая зона, холодный климат, системы предотвращения обледенения, системы удаления обледенения, мощность ветрового потока, удельная дисконтированная

Полный текст:

PDF

Литература

Клочко, А.А. Национальный атлас России. Том. 2. Природа и экология / А.А. Клочко, М.А. Романовская, М.Г. Гречушникова [и др.], 2004.

Системный оператор Единой энергетической системы [Электронный ресурс]. -- https://www.so-ups.ru/.

Pallarol, J.G. On Ice Accretion for Wind Turbines and Influence of Some Parameters / J.G. Pallarol, B. Sunden, Z. Wu // Department of Energy Sciences. -- Lund University, Sweden.

Fakorede, O. Ice protection systems for wind turbines in cold climate: characteristics, comparisons and analysis / O. Fakorede // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2016. -- Vol. 65. -- P. 662 – 675.

Ниязов, А.О. Оценка потерь в выработке электроэнергии ветроэнергетическими установками при обледенении / А.О. Ниязов, Г.В. Дерюгина, Р.С. Цгоев // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2024. – № 1(82). – С. 44 -- 53.

Preziuso, D. A Framework for Characterizing the Risk of Ice Fall and Ice Throw from S/mall Wind Turbines / D. Preziuso, A. Orrell, C. Godreau // Pacific Northwest National Laboratory.

Wind Available Technologies for Wind Energy in Cold Climates: report. -- 2nd edition // IEA, 2018.

Wang, C. An unsupervised domain adaptation method for detecting blades icing for multiple wind turbines / C. Wang, Q. Zhang, L. Deng // Engineering Applications of Artificial Intelligence. – 2024. – Vol. 138, Part B. – 109396. -- https://doi.org/10.1016/j.engappai.2024.109396.

Cheng X. Wind turbine blade icing detection: a federated learning approach / X. Cheng, F. Shi, Y. Liu, X. Liu, L. Huang // Energy. – 2022. – Vol. 254, Part C. – 124441. -- https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124441.

Zhang, L. Research on wind turbine icing prediction data processing and accuracy of machine learning algorithm / L. Zhang, Y. Zhao, Y. Guo, T. Hu, X. Xu, D. Zhang, C. Song, Y. Guo, Y. Ma // Renewable Energy. – 2024. – Vol. 237, Part B. – 121566. -- https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121566.

Ye F. Icing detection and prediction for wind turbines using multivariate sensor data and machine learning / F. Ye, A.A. Ezzat // Renewable Energy. -- 2024. – Vol. 231. – 120879. -- https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120879.

Chi, H. A de-icing experimental investigation of blade airfoil for wind turbines based on external hot air method / H. Chi, G. Tong, S. Yang, Y. Li, W. Guo, F. Feng // Applied Thermal Engineering. – 2024. – Vol. 241. – 122353. -- https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.122353.

Сигитов, О.Ю. Ветроэнергетика: учебное пособие / О.Ю. Сигитов, Ю.А. Радин. – М.: РУДН, 2024. – 138 с.

Vestas Anti-Ocing system [Electronic resource]. -- https://www.vestas.com.

Further development of Enercon's de-icing system [Electronic resource]. -- URL: http://winterwind.se/2012/download/2_Winter_Wind_2012_Christoffer_Jonsson_Enercon.pdf.

Airborne de-icing solution for wind turbines [Electronic resource]. -- URL: https://windren.se/WW2015/WW2015_13_312_Gedda_Deicing_helicopter.pdf.

The cold, hard truth about ice on turbine blades [Electronic resource]. -- URL: https://www.windpowerengineering.com/the-cold-hard-truth-about-ice-on-turbine-blades/.

Four more turbines set for Haeckel Hill [Electronic resource]. -- URL: https://www.whitehorsestar.com/News/four-more-turbines-set-for-haeckel-hill.

Грибков, С.В. Ветроэнергетика: справочно методическое издание / С.В. Грибков. -- М.: «Интехэнерго-Издат», «Теплоэнергетик», 2014.

Об утверждении Методических указаний по проектированию развития энергосистем и о внесении изменений в приказ Минэнерго России от 28 декабря 2020 г. № 1195 (Зарегистрировано в Минюсте России 30.12.2022 № 71920): приказ Минэнерго России от 06.12.2022 № 1286.