Original Material
Энергия из воздуха
В России создан прототип ветроустановки с повышенной эффективностью работы в расширенном диапазоне скоростей ветра, включая низкие значения – 3-6 м/с. География применения разработки – не менее 70% поверхности суши, что создает предпосылки появления нового сегмента глобального рынка ветроэнергетики. О реализации проекта рассказывает генеральный директор компании-разработчика «ВДМ-техника» Владимир Масолов.
Создатели новой высокоэффективной ветроэнергетической установки (ВЭУ), сотрудники российской компании «ВДМ-техника» («Вентильные Дисковые Моментные технологии»), более 20 лет занимаются разработкой и опытным производством электродвигателей и электрогенераторов на основе синхронных электрических машин с возбуждением постоянными магнитами, силовой и управляющей электроники.
Создание уникального ветрогенератора
В 2014 году компания становится участником кластера энергоэффективных технологий Фонда «Сколково». И в 2015–2017 гг. реализует проект, софинансируемый Фондом. «Фонд «Сколково» поддерживает проекты мирового уровня, – подчеркивает генеральный директор «ВДМ-техника». – Решение о поддержке нашего проекта было принято после положительного заключения международных экспертов». Он также отмечает финансовую, организационную, информационную поддержку, полученную компанией от «Сколково».
Проект решает проблему отсутствия электрогенераторов для ВЭУ, позволяющих эффективно использовать энергию ветра для территорий с низкой средней годовой скоростью ветра 3-6 м/с. И таким образом, «ВДМ-техника» создала принципиально новый «умный» генератор малых ветроустановок для «зеленой энергетики».
В создании ветроустановки (ветрогенератора) основное участие принимали сотрудники компании «ВДМ-техника», ведущие специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета. «В ходе реализации проекта разработаны масштабируемые технические решения, позволяющие обеспечить активное регулирование отбора мощности и преобразование энергии низкопотенциального ветрового потока, на основе которых создана ветроэнергетическая установка ВЭУ VDM», – уточняет Владимир Масолов.
В рамках проекта были разработаны: во-первых, «сердце» ВЭУ – синхронный электрический генератор со статором беспазовой конструкции, позволяющий эффективно работать как при малом, так и сильном ветре; во-вторых, «мозги» ВЭУ – электронный энергетический преобразователь, позволяющий регулировать момент на валу и использовать алгоритмы эффективного отбора мощности ветродвигателя, и, в-третьих, ветроколесо, адаптированное к низкопотенциальному ветровому потоку.
Золото Европы
В прошлом году созданная компанией «Система регулирования отбора мощности ветродвигателя» получила Золотую медаль на 44-ой Международной выставке изобретений в Женеве. По словам Владимира Масолова, победа подтвердила актуальность проблемы и принесла некоторое моральное удовлетворение.
В «Сколково» также считают, что внимание к еще разрабатываемой установке вызвано высоким спросом на высокоэффективный ветрогенератор. «Недостаточная энергетическая эффективность генераторов является фактором, который сдерживает распространение ветряков на огромных площадях в России, в Индии, в странах Африки. Именно с этим фактором связываю высокий интерес к новому генератору от ”ВДМ–техники”», – говорит Антон Скибин, руководитель направления «Электроэнергетика, накопление энергии, водородные технологии, экологический транспорт» кластера энергоэффективных технологий Фонда.
Беспрецедентные показатели
Новые технические решения, разработанные резидентом «Сколково», обеспечивают эффективную работу ВЭУ с коэффициентом использования установленной мощности (KИУМ) не менее 32% и расчетной себестоимостью производимой электроэнергии 0,15 USD/кВт-ч в условиях местности со средней годовой скоростью ветра 4 м/с и более. Значение КИУМ ВЭУ VDM для территорий со среднегодовой скоростью ветра 5-10 м/с составляет 50-60%, что является беспрецедентно высоким показателем для ветроустановок малой мощности.
Рисунок 1. Нормированная расчетная мощность ВЭУ VDM в сравнении с аналогами от ведущих мировых производителей ВЭУ.
«ВЭУ VDM обладает уникальными конкурентными преимуществами в сегменте «малых» ветров. Для местности с низкой среднегодовой скоростью ветра 3-4 м/с (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Екатеринбург, Новосибирск, Дели, Атланта, Сиэтл, Торонто и др.) коэффициент использования установленной мощности в 3 раза выше, а себестоимость электроэнергии в 3 раза ниже, чем у аналогов-конкурентов. Успешно применяемые в мире при средних годовых скоростях ветра 7,5-10 м/с ветроустановки, в условиях России работают неэффективно, а на большей части территории (средняя годовая скорость ветра 3-4 м/с) не работают вовсе», – описывает преимущества разработки Владимир Масолов.
Таблица. Сравнительные данные ВЭУ с ЭМГ мощностью 2 кВт и аналогов
Также, адаптированные к холодному климату новые ветроустановки могут успешно применяться в составе гибридных систем электроснабжения для объектов и поселений удаленных и труднодоступных территорий.
В рамках проекта на созданной испытательной площадке в г. Санкт-Петербург выполнен ветромониторинг (ГОСТ Р 54418.2, IEC 61400-2) и проведены натурные испытания ВЭУ (ГОСТ Р 54418.12.1, IEC 61400-12-1) с применением аппаратно-программного комплекса, включающего ветроизмерительный комплекс. В настоящее время ведется онлайн-трансляция работы ВЭУ VDM.
«По требованию Фонда впервые в России были проведены натурные испытания ВЭУ в соответствии с международными стандартами на созданном ветрополигоне. Международная экспертиза проекта выполнена DNV GL – крупнейшим европейским органом по сертификации энергетического оборудования», – подчеркивает участие «Сколково» в работе компании Владимир Масолов.
Рисунок 2. Зависимость КИУМ для ВЭУ VDM.
Кроме того, разработки в области активного регулирования отбора мощности и преобразования энергии ветрового потока оформлены международными заявками PCT/RU2015/000918 и PCT/RU2016/000868 на выдачу патентов на изобретение. По словам генерального директора «ВДМ-техника», уже получено положительное решение Международного поискового органа (PCT) в отношении новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости по сравнению с аналогичными разработками в России и мире.
Конкурентную среду разработки резидента комментирует Марат Халимов, проектный менеджер кластера энергоэффективных технологий Фонда «Сколково»: «На рынке малых ВЭУ доля американских компаний составляет около 50%, быстрыми темпами развиваются производители малых ВЭУ из Китая. Однако отличием ВЭУ с ЭМГ ООО «ВДМ-техника» от существующих решений на рынке является достаточно высокий коэффициент использования установленной мощности (КИУМ)».
Планы на будущее
В компании планируют развивать проект ВЭУ VDM в двух направлениях. Первое направление – внедрение инновационных ветроэнергетических установок: разработка коммерческой линейки ВЭУ, организация опытного производства, организация продаж. Второе направление заключается в создании автономных гибридных систем электроснабжения с высоким уровнем замещения топлива на основе возобновляемых источников энергии для объектов и поселений удаленных и труднодоступных территорий.
В Фонде «Сколково» не сомневаются в перспективности и востребованности разработок «ВДМ-техника». Марат Халимов приводит оценку WWEA: рынок ВЭУ малой мощности будет устойчиво расти на 20% с 2015 по 2020 год, прогнозируется, что ежегодно вводимая установленная мощность достигнет 240 МВт, а суммарная установленная мощность превысит 1,75 ГВт к 2020 году.
«С учетом тенденций развития рынка наиболее востребованными для домашних хозяйств можно считать ВЭУ мощностью 0,5-5 кВт, для индустриальных и коммерческих потребителей востребованы малые ВЭУ мощностью 5-15 кВт. «ВДМ-техника» на текущий момент ориентирована на данный целевой сегмент и занимается разработкой коммерческих версий ВЭУ (5-15 кВт). Надеемся, что компания сможет обеспечить вышеуказанные конкурентные преимущества при масштабировании разработок», – говорит Марат Халимов.