Генераторы работают по обратной схеме. На их роторы также устанавливают внешние силовые резисторы и систему управления ими. Одной из основных проблем управления такой системой силовой электроники является способ передачи команд по регулированию величины скольжения генератора. Это осуществляется с помощью волоконной оптики, устанавливаемой в генератор и используемой для передачи сигналов управления ротором генератора. Если используется генератор с переменной величиной скольжения, то вы можете начать увеличение этого параметра в случае приближения скорости ветра и выработки к номинальным значениям мощности ветроагрегата. Наиболее популярная схема регулирования, впервые предложенная датскими производителями, предполагает установление половины от максимального значения скольжения генератора ветроагрегата при его работе на скоростях, обеспечивающих выработку, близкую к номинальной мощности агрегата. Когда происходит порыв ветра, то система управления даёт команду на увеличение скольжения генератора, чтобы позволить ротору вращение с большей скоростью, а в это же время механизм регулирования поворота лопастей начинает их поворот под ветер, чтобы лопасти могли справиться с этим порывом ветра тоже.
После того как механизм регулирования поворота лопастей выполнил свою работу, механизм регулирования величины скольжения генератора возвращает его значение к прежнему (например, половина от максимума). Если вдруг ветер падает, то схема работает в обратном порядке. Даже приведенное выше краткое описание используемых механизмов адаптации изменения скоростей ветра и работы генератора показывают, что современные ветроагрегаты могут справляться с переменчивым ветром в достаточно большом диапазоне. Внимательный читатель спросит: «А что если ветер совсем перестанет дуть в некоторый момент?» На такой вопрос мне обычно хочется ответить встречным вопросом: «А что если ваша угольная паровая турбина или её генератор, или система управления, или система подачи топлива (специалисты легко продолжат этот список) выйдет из строя?» Использование более совершенных электрических схем работы и управления ветроагрегатом для гармонизации участия ВЭС в энергосистемах на основе использования в ветроагрегатах прямого привода на вал генератора, групповых, а не индивидуальных инверторов и трансформаторов, тонкая опережающая подстройка углов атаки лопастей под находящий поток и проч. позволяют современным ветроагрегатам вполне комфортно работать в составе энергосистем.
Подтверждением этому служат реальные ситуации, когда вся или львиная доля вырабатываемой электроэнергии в большой энергосистеме обеспечивается ВЭС.36 В энергосистемах стран-членов ЕС уже несколько лет действует принцип технологической нейтральности при принятии решений о допуске того или иного генерирующего объекта в систему. На практике это означает, что вне зависимости от используемой технологии производства электроэнергии, агрегат или генерирующий объект должен обеспечивать те же условия и требования по своей надёжной и безопасной работе в системе, что и остальные генерирующие объекты. Целью этих требований, которые обычно включены в так называемые сетевые кодексы стран, является обеспечение бесперебойного функционирования энергосистемы. В случае ветровых технологий эти требования направлены на улучшение и стабилизацию работу ветроагрегатов, снижение объёма потерь ветровой энергии вследствие аварий в системе, и наличие у ветровых электростанций эксплуатационных характеристик, максимально приближенных к характеристикам традиционных электростанций.
Принятые эксплуатационные характеристики ВЭС для современных энергосистем:
• способность поддержания непрерывного энергоснабжения при сбоях (СПН)
• выработка и подача реактивной мощности по команде диспетчеров при сбоях в энергосистеме
• способность регулировать реактивную мощность, уровень мощности и вырабатываемое напряжение
• возможность регулирования активной мощности ВЭС и контроль вырабатываемого напряжения
• регулирование активной мощности по командам диспетчеров
• способность надёжного обмена информацией с СО
• общие требования к защитному оборудованию и настройкам ВЭС
• нормативное регулирование (положение) предоставления системных услуг.
Некоторые специалисты утверждают, что именно это требование является основным препятствием расширения использования китайских ветроагрегатов в Европе и США. Базовые конфигурации этих ветряков стоят много дешевле европейских или американских. Но если заказчик требует дооборудования ветряков до уровня, требуемого безопасностью и надёжностью европейской (американской) энергосистемы, то стоимость такого китайского ветряка уже становится сопоставимой с другими производителями.37
РАЗВИТИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЁРДОЙ БИОМАССЫ
На первый взгляд (Рис. 10) доля твёрдой биомассы по сравнению с ее потенциалом создает впечатление низкого уровня эффективности, при наличии нескольких исключений (к примеру, Финляндия, Швеция и Голландия).
В то же время следует отметить, что твёрдая биомасса является на сегодняшний день самым большим по объёму источником энергии на основе ВИЭ, но только для тепловой энергии, занимая, тем не менее, около 9% в суммарном глобальном топливном балансе, что превышает долю всех остальных видов ВИЭ вместе взятых за исключением гидроресурсов.
Рисунок 10. Доля биомассы, среднесрочный потенциал и ФТ
(В Голландии предусмотрена надбавка, корректируемая в соответствии с рыночными ценами на электроэнергию.)
Таким образом речь в настоящее время идёт о расширении использования биомассы как источника энергии в её наиболее современных видах и формах, а не только как древесины для отопления.
В то же время сравнительный анализ уровня использования биомассы следует проводить осторожно, т.к. в отличие от других технологий ВИЭ, к примеру, ветровой, технологии с использованием твёрдой биомассы также разнообразны, как и различные формы используемой в качестве топлива биомассы. Кроме того, с технологиями использования биомассы связано несколько проблем экономического характера, которые можно сформулировать в общем как отсутствие корректного «рынка биомассы», который бы обеспечивал необходимые ценовые сигналы для развития технологии.38 К этому следует добавить тот факт, что, как и для любой другой традиционной технологии, генерирующим компаниям, чтобы получить гарантию достаточного количества топлива для генерации энергии по установленной цене, требуется заключение долгосрочных договоров с поставщиками биомассы39. Эти обстоятельства могут объяснить, почему, несмотря на наличие высоких фиксированных тарифов, во многих странах, к примеру, в Германии и Испании, развитие данной технологии оставалось на достаточно низком уровне вплоть до 2004 г., даже несмотря на заметное улучшение тенденции на протяжении последних нескольких лет.
Два исключения в использовании биомассы – Финляндия и Швеция: в обоих случаях механизмы поддержки стимулируют развитие рентабельных проектов (освобождение от налогообложения в Финляндии, «зелёные» сертификаты в Швеции), и рынок демонстрирует соответствующую реакцию на данные сигналы.
Любопытно отметить, что в период с 1994 по 2008 гг. импорт вторичных древесных ресурсов, т.е. по сути древесных отходов, увеличился с 2,4 до 6 млрд. долл. или на 150%40, что с очевидностью свидетельствует и о расширении вовлечения в оборот этого вида ресурса, и о росте цен на них, превращении отходов в обычный сырьевой товар. Также заслуживает внимания тот факт, что активными импортёрами этого ресурса кроме Японии (около 50% импорта, что легко объяснимо скромностью собственных лесных ресурсов) стали как раз страны, сами располагающие существенными лесными ресурсами и активно их использующими в деревообработке. Это уже упоминавшиеся Финляндия, Швеция и Канада, США, что, с нашей точки зрения, позволяет говорить уже об эффекте расширенного саморазвития отрасли древесного биотоплива, начиная с определённой ступени, когда крупным производителям изделий из древесины настолько выгодно становится перерабатывать его отходы в условиях сложившейся системы поддержки, что они готовы их импортировать дополнительно к собственным объёмам.
Особое место в составе задачи расширения использования твёрдой биомассы занимают твёрдые бытовые отходы (ТБО). Процессы его использования состоят из нескольких взаимосвязанных ступеней, отличающихся степенью эффективного использования либо с точки зрения повторного использования, либо с точки зрения производства энергии из него.
