Багатосекційна вітротурбінна теплоелектростанція

Схема багатосекційної вітряної теплоелектростанції підвищеної потужності з підземним розташуванням акумуляторів тепла включає вітротурбінні системи теплопостачання WTТS1 та WTТS2, вітрові електростанції WРР1 та WРР1, електричні адаптери EA, електричну мережу EN, підземні акумулятори тепла TS1 та TS2, електричні нагрівачі ЕH, теплообмінники ТE. На схемі використані наступні позначення: AF — потік повітря; електростанції; EE — електрична енергія; EС — електричний струм; ТНE — теплова енергія. Акумулятори тепла виконані у вигляді ряду термоізольованих цистерн, заповнених теплоносієм та з'єднаних між собою трубчатими теплообмінниками.

В таблиці наведені дані розрахунків вітрових теплоелектростанцій підвищеної потужності та їх аналогів — традиційних систем опалення на природному газу для наступних вихідних даних: площа опалюваних приміщень — , , , , , ; питома потужність втрат тепла у приміщеннях будівель — 40 Вт/м²; середньодобова тривалість вітру — 10 годин; тривалість опалювального сезону — 6 місяців; середньостатистичне значення швидкості вітру для даної місцевості — 7 м/с; коефіцієнт корисної дії вітроенергетичної системи — 0,5; питома теплоємність теплоносія (води) — 4,2 кДж/(кг·°C); робочий температурний режим функціонування акумулятора тепла — 20⁰C…90⁰C…20⁰C; коефіцієнт корисної дії котельні на природному газу — 0,9; питома теплотворна здатність природного газу — 32,7 МДж/м³. 

Параметри вітротурбінних систем теплопостачання

підвищеної потужності

Для будівель з площею опалюваних приміщень S_BDG = 100000…600000 м² необхідна сумарна площа охвату вітрових турбін системи теплопостачання при середньодобовій тривалості вітру 10 годин змінюється а межах А_WPP = 93300…559800 м² Потужність втрат тепла одиницею площі приміщення будівлі фактично компенсується теплом, яке забезпечується кінетичною енергією потоку повітря, що проходить через одиницю площі поперечного перерізу цього потоку. Кількість вітроенергетичних установок у складі вітрової теплоелектростанції визначається потужністю складових ВЕУ та сумарною потужністю ВЕС. Теплоємність акумулятора тепла визначається питомою теплоємністю теплоносія та/або ентальпією фазового переходу, а також середньодобовими втратами тепла опалюваними приміщеннями. Використання вітротурбінних систем теплопостачання дозволяє в значній мірі відмовитись від використання органічного палива та знизити викиди парникових газів.

Багатосекційна вітротурбінна система теплопостачання мікрорайону

Вітряна теплоелектростанція з комбінованим підземним та наземним розташуванням акумуляторів тепла забезпечує тепловою енергією житловий мікрорайон або невелике місто. Акумулятор тепла — обов'язковий атрибут вітрових теплоелектростанцій. При його створенні слід знайти раціональне співвідношення централізованих та децентралізованих резервів тепла. У разі використання в якості теплоносія звичайної води добовий резерв тепла для опалювання приміщень площею забезпечується тепловим акумулятором об'ємом, для опалювання приміщень загальною площею об'єм  акумулятора має складати .(об'єм здвоєної залізничної цистерни), в той же час, для опалювання приміщень будівель площею об'єм теплового водяного акумулятора має складати — це циліндрична ємність висотою 10 і діаметром 40 метрів. Для того, аби визначитись, багато це, чи мало, спроектуємо отримані результати на конкретний населений пункт, наприклад, м. Полтаву, чисельність населення якої складало станом на 2015 рік 295 тисяч осіб, територія міста — 112 км². Житловий фонд, який утримується ОСББ та управлінням житлово-комунального господарства, становить 1994 будинки загальною площею . Всього квартир у будинках міста — 73466, загальна площа однієї квартири в середньому складає . У місті також налічується 144 житлово-будівельні кооперативи. Структурні показники житлового фонду по матеріалах стін і поверховості будинків наступні: цегляних — 1685; панельних — 173; блочних — 94; до 5 поверхів — 1332; 5…16 поверхів — 226.

Пропри те, що втрати води і теплової енергії у зв'язку з технічним зносом інженерних мереж постійно зростають, а питомі витрати енергоресурсів у житлово-комунальній сфері і наданні послуг майже вдвічі перевищують європейські, тільки 142 будинки в місті обладнані приладами обліку теплової енергії. Згідно цим статистичним даним, у житловому фонді загальною площею проживає близько 75 тисяч осіб, або четверта частина всього населення обласного центру, тож, розміри теплового акумулятора, який забезпечує потреби суттєвої частини житлового фонду міста в опалюванні, вже не здаються надмірними. А якщо прийняти до уваги обов'язкову децентралізацію резервного тепла, то використання теплових акумуляторів і зовсім буде виправданим. Розосереджений акумулятор з теплоносієм-водою об'ємом забезпечує акумулювання протягом доби 3456 ГДж (823 Гкал) теплової енергії.

Протягом 10 років експлуатації вітрова система теплопостачання середньодобовою потужністю 40 МВт і потужністю вітроагрегатів 96 МВт дозволяє заощаджувати ~ 211 мільйонів кубічних метрів природного газу загальною вартістю ~ US$105,5 млн. Таким чином, вартість вітрової системи не має перевищувати US$105,5 млн. Якщо врахувати те, що ВЕС використовується для теплопостачання лише протягом 6 місяців опалювального сезону, іншу половину року вона застосовується виключно для електропостачання, тож, загальна вартість вітрової електростанції може складати US$211 млн. На сьогоднішній день вартість одиниці встановленої потужності вітроагрегатів та електричних адаптерів, які разом складають у загальній вартості вітрової теплоелектростанції левову частку ~ 70 %, становить приблизно 2000 US$/кВт, виходить, що вітроелектростанція потужністю 96 МВт буде коштувати US$192 млн. Іншими словами, бажані і доцільні екологічні цілі є цілком досяжними, особливо, при умові, що до виробництва теплової енергії та її збереження ми будемо відноситися з тим же пієтетом, як і до універсальної електричної енергії. Та ж біомаса, яка спеціально культивується для заміщення викопного органічного палива, є далеко не сміттєвим ресурсом, її зрощування виснажує ґрунт. Ідеологам використання культивованої біомаси в якості відновлюваного ресурсу потрібно пам'ятати історією острова Пасхи.

Теплопостачання будівель та споруд сьогодні може бути наряду з виробництвом електричної енергії ефективним напрямком використання енергії вітру. Вітрові теплоелектростанції дозволяють, зокрема, перевести на автономне екологічне теплопостачання окремі будинки, мікрорайони і населені пункти, знизити витрати органічних енергоресурсів, усунути втрати теплової енергії при її транспортуванні.

Відповідно до законів України «Про енергозбереження» та «Про теплопостачання» робота державних органів має бути спрямована на організацію серійного виробництва енергетичного обладнання, машин, механізмів, які забезпечують підвищення ефективності використання та економії паливно-енергетичних ресурсів з використанням нетрадиційних відновлюваних джерел енергії, вторинних  енергетичних ресурсів, процесів заміщення дефіцитних видів палива. Стимулювання розвитку технологій теплопостачання має здійснюватись наданням податкових пільг підприємствам — виробникам енергозберігаючого обладнання, техніки і матеріалів; підприємствам-користувачам устаткування, яке працює на відновлюваних джерелах енергії. 

Багатосекційна вітротурбінна система теплопостачання мікрорайону, яка комбінована з сонячною системою теплопостачання

Ефективність вітрових теплоелектростанцій значно підвищується у разі їх комбінування з іншими, зокрема, сонячними системами відновлюваної енергетики. Один з варіантів реалізації багатосекційної вітротурбінної системи теплопостачання мікрорайону — комбінування її із сонячною системою теплопостачання. Комбінована багатосекційна вітротурбінна система теплопостачання мікрорайону включає вітротурбінні системи теплопостачання WTТS1 та WTТS2; вітрові електростанції WРР1 та WРР1, будівлі та споруди BDG1 та BDG2, електричні адаптери EA, електричну мережу EN, підземний та наземний акумулятори тепла вітротурбінних систем теплопостачання TS3 та TS4, електричні нагрівачі ЕH, теплообмінники ТE, концентраторні сонячні системи теплопостачання CSPP1, CSPP2; підземні акумулятори концентраторних сонячних систем теплопостачання TS1, TS2. На схемі використані наступні позначення: AF — потік повітря; EE — електрична енергія; EС — електричний струм; SR — сонячне випромінювання; ТНE — теплова енергія.