Visame pasaulyje elektros energijos poreikis didėja, o tradiciniai jos gavimo būdai vis labiau kenkia gamtai. Todėl labai svarbūs tampa alternatyvieji energijos šaltiniai, kurie niekada nesibaigia ir yra praktiškai nemokami: saulės, vėjo energija ir t.t. Lieka tik šiuos išteklius „pažaboti“, pasitelkus atsinaujinančią energiją - ji patraukli, neišskiria ar beveik neišskiria teršalų ir niekada neišseks.

Energija yra žmonijos ekonominės plėtros pagrindas. Be energijos negalima pagerinti nei atskiro žmogaus, nei visuomenės gyvenimo.

Naudojant tradicinius energijos šaltinius sukuriama ekonominė priklausomybė nuo energijos išteklių tiekėjų – juos eksportuojančių šalių. O didžiausia problema yra ta, kad organinio kuro atsargos yra baigtinės ir nepaliaujamai senka.

Šioms problemoms spręsti ir visuomenės tvariam vystymuisi užtikrinti nėra kitos alternatyvos kaip mažinti energijos vartojimą ir didinti jos vartojimo efektyvumą, taip pat vis didesnę dalį iškasamo organinio kuro pakeisti alternatyviaisiais energijos šaltiniais. Tokie alternatyvūs energijos šaltiniai – tai pirmiausia atsinaujinančiosios energijos šaltiniai: saulės, vėjo ir t.t.

Iki 2050 m. turėtume pagaminti bent pusę visos šalyje suvartojamos energijos iš alternatyvios ir atsinaujinančios energijos šaltinių.

Siekiant Nacionalinėje energetinės nepriklausomybės strategijoje numatytų tikslų, kad palaipsniui vis didėtų energijos vartotojų, galinčių pasigaminti elektros energiją savo reikmėms, skaičius, svarbu sukurti tam palankią investicijų aplinką. Tuo tikslu Energetikos ministerija patvirtino paramos priemonės „Elektros energijos iš atsinaujinančių išteklių gamybos įrenginių įrengimas namų ūkiuose“ projektų finansavimo sąlygų aprašą, kuriame pateikti reikalavimai ir kriterijai šiai paramai gauti.

Nuo 2019 m. šią paramą galės gauti elektrą savo poreikiams iš saulės šviesos gaminti planuojantys individualių namų savininkai. Iš viso fiziniams asmenims laikotarpyje nuo 2019 iki 2022 metų bus skirta daugiau kaip 16 mln. eurų.

Taigi, šalyje atsiranda puikių galimybių vystyti atsinaujinančią energetiką, bet kokią ją rinktis? Paprasčiausia – saulės energija, bet mūsų šalyje tai sezoninis būdas. Žymiai pastovesnius rezultatus demonstruoja vėjo energetika.

Gerai visiems žinomi vėjo jėgainių konstrukciniai sprendimai yra suskirstyti į 2 pagrindines grupes:

• Horizontalios ašies vėjo jėgainių generatoriai (HAVJ) – tai tradicinis propelerinis tipas
• Vertikalios ašies vėjo jėgainių generatoriai (VAVJ) - Savonious, Darrieus tipai ir jų modifikacijos.

Istoriškai taip susiklostė, kad plačiausiai paplito HAVJ tiek pramoniniam, tiek buitiniam naudojimui. Pramoninės vėjo jėgainės dirba aukščiau ekrano t.y. aukščiau 50 m ir ten vėjo greičiai bei kryptys yra pastovūs kadangi kraštovaizdžio paviršiaus šiurkštumas neturi įtakos vėjo greičiui, bei krypties kitimui.

Sėkmingam horizontalios ašies vėjo jėgainių darbui būtina, kad menčių padėtis būtų statmena vėjo krypčiai, tada jėgainė absorbuoja vėjo energiją 100%.

Kintant vėjo krypčiai vėjo jėgainės menčių atžvilgiu tarp 15-90⁰ aiškiai matosi kaip mažėja generuojama vėjo energija, kol pasiekia generatoriaus atsijungimo riba. Nors vėjo jėgainė sukasi, bet elektros energijos negeneruoja. Pramoninėse vėjo jėgainėse yra sumontuotas įrenginys, orientuojantis vėjo jėgainę į vėją, kad išgautų didžiausią vėjo energijos absorbavimą. Bet tai yra aukščiau nei 50 m.

Mažosios vėjo jėgainės dirba ekrano diapazone, kur yra kraštovaizdžio sukuriamas šiurkštumas - tai ne tik keičia vėjo kryptį, bet ir įtakoja vėjo greitį laiko atžvilgiu. Tačiau nei kompiuterizuoti orientavimo į vėją mechanizmai, nei mažose vėjo jėgainėse naudojamos uodegos orientacijai į vėją neišsprendžia problemos dėl vėjo krypties kitimo laike, dėl kurios vėjo jėgainė praranda galią generuodama vėjo energiją.

Kita problema, su kuria susiduria vėjo jėgainės - tai turbolencija, kuri sukuriama pačių vėjo jėgainių. O veikiančių vėjo jėgainių ekrano diapazone turbolenciją sukuria įvairūs kraštovaizdžio paviršiai (pastatai, medžiai, ir t.t.).

Propelerinės vėjo turbinos, dirbdamos sudėtingų vėjo rėžių sąlygomis, turi mažą galios panaudojimo koeficiento vertę (GPK), siekiantį 7-16 % vietoj 41.5 % lyginant su deklaruojamu techniniuose duomenyse. Žemas propelerinių vėjo jėgainių našumas pastebimas beveik visur, įskaitant jūrų vėjo jėgaines. Kai kuriais atvejais tai lemia vėjo jėgainių uždarymą – štai taip rinkoje atsiranda naudotų vėjo jėgainių pasiūla mažomis kainomis.

Viena Danijos kompanija gaminanti elektros energiją pramoniniu būdų patyrė didžiulius nuostolius neįvertinusi turbolencijos daromos žalos elektros energijos gamybai iš atsiniaujančių energijos šaltinių.   

Norėdami padidinti vėjo energijos naudojimo efektyvumą, vėjo jėgainių kūrėjai sukūrė vertikalios ašies vėjo jėgaines taip pašalindami vėjo krypties kitimo įtaką jų veikimui. Sukurta įvairių modelių siekiant pasiekti geriausių rezultatų.

Besivystant mažųjų vėjo jėgainių technologijoms buvo sukurta vertikalios ašies vėjo jėgainės koncepcija „Rotorius-Statorius“. Ši koncpecija  remiasi išsamiu vėjo kaip energijos nešiklio tyrimu atsižvelgiant į jo pagrindinius parametrus - greitį ir kryptį, taip pat nuolatiniu šių parametrų kitimu, kurie apibūdinami kaip vėjo „pulsacijos“, „gūsiai“ ir škvalai.

Tyrimai rodo, kad kiekvienas apskaičiuotas galios kilovatas iš VAVJ, esant mažam ir vidutiniam vėjo greičiui pagamina daugiau energijos nei HAVJ.

Kokia yra VAVJ efektyvumo vertė, kuri absorbuoja visų krypčių vėjus lyginant su bet kuria tos pačios galios HAVJ? Dar galima pridurti, kad jos dirba audringame sluoksnyje - taip vadinamame ekrane, kur vėjo kryptys nepastovios ir jo greičio kitimas neprognozuojamas laike.

Atsakymas. 1,2–1,8 karto daugiau lyginant su elektros energijos gamybą ir 3–4 kartus mažiau lyginant su priežiūros sąnaudomis.

Didžiojoje Lietuvos dalyje dėl mažo vėjo greičio ekonomiškai apsimoka statyti tik nedidelės galios vėjo jėgaines, kadangi didžiųjų jėgainių potencialas tiesiog bus neišnaudotas

(Vadovaujantis statybos techniniu reglamentu STR 1.01.07:2010 nedidelės galios vėjo jėgainės priskiriamos prie nesudėtingų statinių, kurių aukštis pagal 7 techninius parametrus priskiriamos 1 grupei iki 10 m. bei I grupei priskiriamos nuo 0,5 iki 10 kW galingumo vėjo jėgainės. 2 grupei iki 15 m. aukščio grupei priskiriamos nuo 10 iki 30 kW galingumo vėjo jėgainės. Kai vėjo jėgainės įrengiamos ant kitų statinių, konstrukcijų aukštis matuojamas nuo žemės paviršiaus. Vėjo jėgainė turi būti statoma ne mažesniu kaip jos aukštis (įskaitant sparnų ilgį) atstumu iki sklypo ribos. Šis atstumas gali būti sumažintas, jei gautas gretimo žemės sklypo savininko (naudotojo) sutikimas raštu. Vėjo jėgainių, kurių statybinės konstrukcijos yra iki 2,2 m aukščio, nelaikomi nesudėtingais statiniais ir joms netaikomas Statybos įstatymas. Vėjo jėgainėms, aukštesnėms kaip 10 m (aukštis matuojamas įskaitant sparnų ilgį) ar turinčioms 2 ar daugiau turbinų, atliekama atranka dėl poveikio aplinkai vertinimo).

Lietuvos sąlygomis tokios jėgainės labiau atsiperka, kadangi jų efektyvumas didesnis esant nedideliam vėjo greičiui. Šių jėgainių pagaminta elektros energija galima kaupti akumuliatoriuose ar atiduoti į elektros tinklus saugoti. Efektyviausia tokias jėgaines įrengti kartu su saulės baterijų moduliais.

Lietuvoje dažniausiai montuojamos 5-10kW galingumo Saulės elektrinės su dvipuse apskaita. Taip vartotojas gali perteklinę elektros energiją atiduoti į tinklą ‘pasaugoti’, o naktį ar kai elektros poreikis didesnis už gamybą, tą elektrą išsipirkti iš tinklo už pasaugojimo mokestį. Saulės elektrinės atsiperka per 7-10 metų priklausomai nuo pasirinkto sprendimo ir elektros sąnaudų. Galimybė gauti valstybės paramą ir sutaupyti iki 323 eurų už kiekvieną instaliuotą kilovatą.

Siekiant įsitikinti VAVJ „Rotorius-Statorius“ ir jų pagrindu sukurtų integruotų vėjo ir saulės sistemų veiksmingumu, jos buvo ilgą laiką eksploatuojamos įvairiomis eksploatacinėmis sąlygomis. Buvo pasirinktos ekstremalios eksploatacijos vietos: Jenisėjaus įlanka (vidutinis metinis vėjo greitis 10 m/s, -50 C), Dzhungarsky vartai (vėjo greitis (uraganai) iki 47 m/s), Suomijos įlankos salos (vėjo greitis 30 m/s, drėgnas oras esant žemoms temperatūroms).

Šiai dienai perspektyvi eksploatavimo ir ekonominės veiklos kryptis yra energijos kompleksai su įdiegta alternatyvios vėjo ir saulės energijos konvertavimu į elektrą galia iki 100 kW (Asmeninio naudojimo jėgainių galia Lietuvoje siekia nuo 0,1 kW iki 50 kW).

Taikymo sritis kaip energijos šaltinio - telekomunikacijų įrangos, švyturių, hidrometeorologinių tarnybų,  miesto ir nuotolinių autonominių lauko skelbimų, reklamos lentų, autonominių automobilių įkrovimo stotelių (visiškai nepriklausomos elektromobilių įkrovimo stotelės, kurios įrengiamos miesto teritorijose ar visiškai atokiose vietose, siekiant padidinti judėjimo laisvę),  techninės kontrolės punktų maitinimas elektros energija.

„Rotorius-Statorius“ VAVJ sėkmingai išbandyta Pietų Korėjos aerokosmoso institute KARI parodė, kad yra viena efektyviausių energijos gamybos sistemų turinčių savarankišką „orientavimą į vėją“, neribotą rotoriaus darbą su visų krypčių vėjais, įskaitant štorminius.

Pasinaudojus unikaliu „Rotorius-Statorius“ sistemos sprendimu vėjo kinetinė energija verčiama į mechaninę 39–42% lygiu, o mechaninė energija verčiama į elektros 90–94% lygiu. Modulinė konstrukcija leidžia sumontuoti vartotojui reikalingą galią, atsižvelgiant į vėjo savybes montavimo vietoje. Kitas VAVJ vėjo jėgainių pranašumas yra generatoriaus, elektros grandinės ir baterijų vieta žemės lygyje. Tai leidžia laiku, lengvai ir ekonomiškai prižiūrėti VAVJ. Dėl to yra maža kWh elektros energijos kaina ir paprastas naudojimas.

Tam, kad objektyviai galėtume įvertinti VAVJ ir HAVJ charakteristikas yra naudojama „lyginamoji galia“. Tai yra vėjo energijos galia vėjo jėgainės darbiniam plotui W/m².

Lyginamosios HAVJ ir VAVJ jėgainių charakteristikos buvo vykdomos toje pačioje geografinėje vietoje, Centrinėje Azijoje.

Paradoksas: vidutinė vėjo greičių reikšmė kubiniais metrais, esant įvairiems greičiams, yra visada kubu didesnė už vidutinį vėjo greitį.

Šio reiškinio priežastis yra ta, kad vidutinis vėjo greičio vidurkis nepaiso vėjo energijos, kuri yra proporcinga vėjo greičio kubui.

Gebėjimas absorbuoti bet kurios krypties vėjo energiją tokioje pačioje kubinėje priklausomybėje yra „Rotorius-Statorius“ vėjo jėgainės kertinis akmuo.

Todėl verta rinktis mažus ir vidutinius vėjo jėgainių parkus - jie galėtų tiekti elektrą į autonominį įrenginį praktiškai bet kurioje vietoje. Be to, dažnai vietiniai elektros tinklai yra per silpni ir nėra skirti prijungti didelė galios kintamos elektros gamybos vėjo elektrinę.

„Rotorius-Statorius“ turbina yra modulinė sistema ta prasme, kad jos našumą galima padidinti keičiant aukštį (pridedant standartinius modulius). Sprendimas leidžia veikti daug platesniame vėjo greičių diapazone nei HAVJ, be to, jos energijos efektyvumas taip pat yra didesnis. Kitas pateikto sprendimo pranašumas yra tas, kad generatorius, pavarų dėžė ir kt. yra pastatyti ant žemės. Dėl konstrukcijos paprastumo priežiūros išlaidų santykis yra daug mažesnis nei HAVJ.

Gebėjimas absorbuoti bet kurios krypties vėjo energiją su ta pačia kubine priklausomybe yra ENECSIS vėjo jėgainės kertinis akmuo.

Vienas populiariausių pasaulyje „Rotorius-Statorius“ technologinių sprendimų yra „Windrotor Bolotov“ vertikalios ašies vėjo jėgainės. Šie VAVJ moduliniai sprendimai reikalauja mažos priežiūros išlaidų,  kinetinė vėjo energija verčiama į mechaninę 42% lygiu, o į elektros energija 92 – 94% lygiu.

Vertikalios ašies vėjo jėgainę „Rotorius – Statorius“ arba „Windrotor Bolotov“ galima charakterizuoti pagal šiuos parametrus:

• Turbina turi du laisvai kintančius konstrukcinius parametrus –diametras ir aukštis, kurie leidžia sumontuoti kompaktiškus įvairaus galingumo įrenginius;
• Montuojama iš atskirų modulių, kas leidžia bandymų keliu nustatyti tinkamiausias dinamines ir energetines daugiamodulinės vėjo turbinos charakteristikas;
• Turi nukreipimo įrenginį padidinantį vėjo energijos koncentraciją ir optimalų jo patekimą ant rotoriaus mentelių;
• Modulių turbinos gali suktis skirtingomis kryptimis, kurios sujungtos su generatoriaus rotoriumi ir statoriumi leidžia jiems suktis skirtingomis kryptimis išgaunant didelį našumą esant mažiems vėjo greičiams;
• Galimybė modulius montuoti telekomunikacijų bokštuose, laivuose ir t.t.;
• Neteršia kraštovaizdžio;
• Mažos medžiagų sąnaudos; 
• Mažos eksploatacinės išlaidos;
• Ilgaamžės.

Autoriai: Saulius Tamokaitis, Sergej Bolotov

Šaltinis: https://www.windrotor-bolotov.com 

Komentarai (7)