Освоение Арктики связано с финансовыми затратами, суровыми климатическими условиями и экологической уязвимостью. Поэтому в Арктическом регионе нельзя пользоваться устаревшими, экологически опасными и экономически затратными технологиями. Авторы статьи разработали новое уникальное устройство, удобное в эксплуатации, которое сэкономит деньги и обеспечит экологически чистой электроэнергией.
Рынок
Мировой рынок ветроэнергетики в 2019 г. увеличился на 19 % до 60 ГВт и в общей сложности составил 650 ГВт.1 Потенциальный объем рынка производства электроэнергии в мире составил 1125 млрд долларов, где 62 млрд долларов пришлосьна ветроэнергетику в 2018 г.2 Общий объем рынка производства электроэнергии в Европе составил 153 млрд долларов, из которых 43 млрд долларов приходятся на ВИЭ на 2018 год.3 Доступный объем рынка электроснабжения в 15 регионах Крайнего Севера РФ на 2019 год составил 23 млрд долларов.4
Спрос рынка электроснабжения в регионах Крайнего Севера России почти не удовлетворен. Основным направлением снижения расходов на дизельную энергетику является внедрение возобновляемых источников энергии, которое приобретает с каждым днем все большую актуальность.
Потребители Крайнего Севера
На Крайнем Севере страны сосредоточено около 80 % всей арктической нефти и практически весь газ. Таким образом, одним из приоритетных энергопотребителей являются системы, связанные с разведкой, освоением месторождений и добычей природных ресурсов.
Разрабатываемое экологичное портативное устройство для генерации электроэнергии в условиях Арктики обладает высокими перспективами среди жителей Арктического региона России, работников вне населенных пунктов, геологов, охотников и туристов.
Рыбная отрасль также является достаточно важным сегментом экономики региона. Здесь в качестве основных потребителей энергии рассматриваются верфи и порты, обслуживающие рыболовецкий флот, предприятия по первичной переработке рыбы и поселки персонала.
Оленеводство – один из основных промыслов многих кочевых народов Севера. Оно предполагает длительное пребывание семей в тундре при отсутствии централизованной сети. Эти люди должны быть обеспечены связью и освещением.
Существующие проблемы освоения и развития Арктики
Энергетическая система субъектов России в Арктической зоне, на которой проживает более 2,5 млн человек, базируется в основном на энергообеспечении посредством дизельных электростанций, и затраты на арктическое дизельное топливо очень высокие. На обеспечение всех энергетических объектов Арктической зоны России дизельным топливом ежегодно тратится огромная сумма – около 520 млрд рублей.5
Другими проблемами освоения и развития энергетического сектора Арктики являются: низкие мобильность и портативность эксплуатируемых агрегатов, сложный монтаж и обслуживание генераторов; экстремальный климат: низкие температуры могут достигать −60 °С; неразвитая транспортная инфраструктура и ограниченная логистика.
Существенными являются и экологические проблемы: использование дизельных и бензогенераторов приводит к большим выбросам вредных отходов. Общее количество вредных выбросов в атмосферу ежегодно составляет около 555 тыс. т.6
Важно отметить, что почти для всех рассмотренных мобильных сегментов важны потребности в отапливании жилых модулей, в освещении и обеспечении связью. При этом владельцы или арендаторы передвижных дизельных и бензогенераторов испытывают неудобства эксплуатации, хотят менее тяжелые и малогабаритные агрегаты. И, самое главное, рассмотренные сегменты рынка хотят экономить на электроэнергии.
Предлагаемое решение
Ветровой потенциал Арктической зоны России огромен (рис. 1). Имеются богатые ветроэнергетические ресурсы, значение средней скорости ветра может превышать 8 м/с.7
Решение проблем
Разработан легкий и компактный мобильный ветрогенератор-трансформер для автономной выработки электроэнергии на территории Арктики и Крайнего Севера, который частично решит проблемы зависимости от завоза ископаемого топлива и трудностей логистики в условиях сурового климата и неразвитой транспортной инфраструктуры, тем самым снизит высокие транспортные издержки и обеспечит экологически чистой энергией население Крайнего Севера РФ, а также мобильные группы, туристов, геологов и других.
Потенциал развития высокий. Тем более, что средняя стоимость 1 кВтч за 20 лет эксплуатации мобильного ветрогенератора-трансформера составит 4 рубля! В то время как в Арктической зоне РФ тарифы на электроэнергию достигают от 20 до 237 руб./кВт·ч.8 Или при использовании дизельных электрогенераторов напрямую в месте потребления с учетом доставки цена – более 64–69 руб. за литр арктического дизельного топлива.5
Разработка
При слабом ветре оптимальнее использовать вертикальные ветрогенераторы, при сильном ветре – горизонтальные, однако ветер переменчив, поэтому целесообразна разработка ветрогенератора, способного работать оптимально при любом ветре, способного трансформироваться в нужный режим работы.
Новизна заключается в разработке винта-трансформера и базируется на комбинировании горизонтально-осевого и вертикально-осевого исполнений винта, что обеспечивает необходимые аэродинамические характеристики винта при разных режимах работы (новизна подтверждена положительным результатом экспертизы заявки на изобретение № 2019134472 от 28.10.2019).
Устройство имеет три режима эксплуатации, тем самым повышая энергоэффективность, портативность и мобильность (портативный режим при отключении устройства и смене локации; вертикальный режим (рис. 2) при слабом ветре; горизонтальный режим (рис. 3) при сильном ветре). Также применяются полимерные композиционные материалы в компонентах винта-трансформера для повышения морозостойкости, легкости и прочности в условиях холодного климата.
Отключенное устройство имеет форму цилиндрического стержня и помещается в транспортный чехол (рис. 4).
