Анализ технико-экономической эффективности существующих ВЭУ и микроГЭС.

Технико-экономическую эффективность рассмотренных выше установок оценим проведя анализ передаточных механизмов. Сравним стоимости ВЭУ с «классической» технологией наиболее известного в мире производителя «Vestas» модели V52-850 мощностью , кВт и «гидрообъемным мультипликатором» NordwindNW 52-900 мощностью , кВт (см. табл. 1.2) .

 

Рисунок 1.11 - ВЭУ Nordwind NW 20-150

 

Рисунок 1.12 – ВЭУ WindFlow 500

Рисунок 1.13 – Безредукторная технология ВЭУ немецкой компании «Siemens»

 

Рисунок 1.14 – ВЭУ 2,5 МВт компании Vensys

 

Таблица 1.2 – Сравнительные данные для ВЭУ Vestasи Nordwind

Вид технологии	Уст. мощность , кВт	, м/с	, м/с	, м/с	Срок службы, лет	Стоимость, млн. руб.	Удельная стоимость, руб./кВт
«Механический мультипликатор»	850	4	16	25	25	54,1	63647
«Гидрообъемный мультипликатор»	900	3	13	35	25	32	35556

 

 

На основании результатов, приведенных в таблице 1.2, с учетом изложенного материала в разделе 1.1 можно отметить перспективность инновационной технологии гидрообъемного мультипликатора превосходящую современную классическую технологии по стоимости примерно в 2 раза и производительности примерно на 10-15% при равных параметрах.

Инновационная технология «безредукторной» соединения турбины установки ВИЭ с генератором начала развиваться сравнительно недавно, поэтому подобные сведения представленные в таблице 1.2 найти достаточно сложно, кроме стоимости капитальных затрат на строительство ветропарка в республике Калмыкия, российской компанией «Русский ветер» (см. рис. 1.14) величина которых составляет порядка 66 тыс.руб/кВт. По этой причине было проведено такое исследование:

*Сравним габариты современных синхронных генераторов с разной частотой вращения, тихоходных n=2, c^-1 и быстроходных n=25, c^-1 представленных на рисунке 5 и 6 соответственно (см. приложение А)

Из рисунков 5, 6, 1.15становится ясно, что массо-габаритные показатели синхронных генераторов с разной номинальной частотой вращения так же заметно отличаются, как и ценовые. Как видно из рисунка 1.15 с увеличением мощности разница в цене увеличивается на порядки, и эта тенденция продолжает расти. Вывод: Генератор играет важную роль в конечной стоимости установок на основе ВИЭ.Из  известно, чтов современных автономных ветроэлектростанциях малой мощности используется, безредукторный многополюсный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и полупроводниковым выпрямителем выходного напряжения якорной обмотки. Из этого источника так же известно что, «Частота вращения автономного генератора является фактором, определяющим его мощность и массо-габаритные показатели. С увеличением частоты вращения происходит уменьшение относительного веса и габаритов, что удешевляет энергоустановку».И действительно, обратив внимание на рисунок 1.16 можно заметить, что разница по частоте вращения вала между быстроходными и тихоходными генераторами существенна. Тот факт, что в тех областях где разница частот вращения валов между рабочим колесом установки и тихоходным генератором невелика – оправдывает производство и использование таких генераторов генераторов, как наиболее технологически простого решения, но в то же время дорогостоящего, в особенности на при строительстве установок средней и большой мощности. Это утверждение в полной мере можно отнести как к установкам микроГЭС, так и ВЭУ.

 

Рисунок 1.15 – График зависимости стоимости  современных синхронных генераторов от их установленной мощности

 

Обозначим передаточное отношение между рабочим колесом установки и быстроходным генератором, как коэффициент мультипликации k:

 

                                                                                     (1.1)

где:  – частота вращения вала генератора;

     – частота вращения вала рабочего колеса установки.

 

Значенияkприведены на рисунке 1.17 для микроГЭС и на рисунке 1.18 для ВЭУ.

Рассматривая, например, установку микроГЭС (рис. 1.1) гидротрансмиссия может обеспечить достаточно большие числа коэффициента мультипликации (рис. 1.19), в зависимости от типоразмеров оборудования, которое в данный момент имеется на рынке (таблица 1.3)

 

Рисунок 1.16 – График зависимости частоты вращения валагенератора , с^-1 и турбины , с^- от мощности P, кВт

 

На основании вышеизложенного, гидрообъемный мультипликатор или МГС позволяет значительно сократить проектную стоимость установок на основе ВИЭ использующих как «классическую», так и «безредукторную» технологию, на 20-50% (см. рис. 1.20). Ориентировочная стоимость энергетических установок на основе ВИЭ с применением МГС может варьироваться от 36 тыс. руб. за 1 кВт установленной мощности для ВЭУ и от 27 тыс. руб. за 1 кВт установленной мощности для свободнопоточныхмикроГЭС (см. табл. 1.4).

 

Рисунок 1.17 – График зависимости длякоэффициент мультипликации от скорость реки, м/с  для ряда различных диаметров Ортогонального Рабочего Колеса (ОРК)

 

Рисунок 1.18 – График зависимости для коэффициента мультипликации от скорости ветра для ряда различных диаметров Коллинеарного Рабочего Колеса (КРК)

 – площадь ортогонального рабочего колеса.

Рисунок 1.19 – График зависимостирабочий объем насоса, см³  от коэффициент мультипликации  для ряда различных значений площадей ОРК

 

Таблица 1.3 – Гидрообъемные насосы представленные на российском рынке.

Критерий	Тип насоса
	Шестеренные		Роторно-винтовые	Пластинчатые	Радиально-поршневые	Аксиально-поршневые
	Внеш.	Внут.
Давление в гидросистеме, МПа;	… 25	… 33	…	… 30	… 70	… 42
Частота вращения – минимальная, об/мин;	966	300	1004	600	300	100
Рабочий объем, см3;	1	1,2	15	3,2 227	0,4	4
КПД;	0,54	0,9	0,3 0,76	0,77	0,9	0,92
Механизм регулирования подачи	Нет	Нет	Нет	Огранич2	Да	Да
Надежность и долговечность;	Средняя1	Высокая	Высокая5	Средняя3	Высокая	Высокая
Простота обслуживания, ремонтопригодность;	Трудоемкость ремонтных работ	Трудоемкость ремонтных работ	Высокая	Высокая	Хорошая	Хорошая

 

* Вся информация взята из  и

¹ – Снижение долговечности при работе на рабочих жидкостях с пониженной вязкостью ;

²– ограничение регулируемых моделей, по: 1) рабочий объем – 125 см³; 2) регулятор механический, гидравлический; 3) Рабочее давление 21, МПа; 4) Минимальная частота вращения 800, об/мин;

³– «чувствительность к быстрому изменению нагрузки» – снижается долговечность;

⁴Не для всех моделей (необходимо уточнять у завода-изготовителя ОАО «Ливгидромаш»);

⁵Только для трехвинтовой модели наработка до первого капитального ремонта
25000 ч;

⁶ НШ ОАО ВЗТА ;

 

Рисунок 1.20 – График зависимости стоимости  синхронных генераторов от их мощности , МГС + быстроходный генератор

 

Таблица 1.4 – Стоимость мультипликации вместе с быстроходным генератором для различных мощностей свободнопоточноймикроГЭС.

Мощность, кВт	Площадь рабочего колеса, м2	Скорость реки, м/с	Проектная стоимость, тыс.руб.	Стоимость за 1 кВт установленной мощности, тыс.руб
3	4	1,7(Енисей)	150	50
5	4	2 (Сисим)	160	32
7	2	3 (Кан)	190	27