Экономическое обоснование использования вертикально-осевой ветроэнергетической установки в условиях ветрового режима России

Цель - экономически обосновать эффективность использования вертикально-осевых ветроэнергетических установок, использующих принцип дифференциального лобового сопротивления лопастей, в условиях малых природных скоростей ветра от 1 до 15 м/с. Сметная стоимость определена ресурсно-индексным методом. Расчеты выполнены в два этапа: 1 - составлена ведомость, в которой определен расход ресурсов на проектный объем работ по сборникам государственных элементных сметных норм; 2 – составлена локальная ресурсная смета, расход ресурсов в натуральных измерителях переведен в стоимостные (в ценах 2000 г.). Локальные сметные расчеты составлены с помощью программного комплекса ГРАНД-СМЕТА. Все расходы на материалы для изготовления ветротурбины и поддерживающей конструкции принимались по коммерческой стоимости, которая переводилась с помощью дефляторов на бюджетную стоимость октября 2019 г. К стоимости материалов и эксплуатации машин (без оплаты труда машинистов), к сумме оплаты труда рабочих монтажников и машинистов использовались индексы перехода от цен 2000 г. к ценам 2019 г. Стоимость комплекта установки, рассчитанной по прочности на природную скорость 20 м/с, составила 1643,591 тыс. руб., что позволило определить стоимость 1 кВт·ч, зависящую от срока эксплуатации и среднегодовой скорости ветра. При скорости ветра 4 м/с стоимость составила 7,12 руб/кВт·ч; при скорости ветра 8 м/с – 2,19 руб/кВт·ч, соответственно. При скоростях ветра от 5 м/с до 11 м/с при равных промежутках времени воздействия средняя стоимость 1 кВт·ч будет в пределах 3,14 руб/кВт·ч. Проведенные исследования подтвердили эффективное использование предлагаемой вертикально - осевой ветроэнергетической установки в условиях малых природных скоростей ветра (являющейся конкурентоспособной в сравнении с традиционными способами выработки энергии) на территории России.

1. Driss Z., Mlayah O., Driss S., Maaloul M., Abid M. S. Study of a small incurved savonius wind rotor: experimental validation // International Journal of Mechanics and Applications. 2015. Vol. 5. № 2. С. 31–36. https://doi.org/10.5923/j.mechanics.20150502.01

2. Wahyudi B., Soeparman S., Hoeijmakers H.W.M. Optimization design of Savonius diffuser blade with moving deflector for hydrokınetıc cross flow turbıne rotor // Energy Procedia. 2015. № 68. С. 244–253. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.03.253

3. Driss Z., Mlayeh O., Driss S., Maaloul M., Abid M.S. Numerical study of an unconventional Savonius wind rotor with a 75° bucket arc angle // American Journal of Mechanical Engineering. 2015. Vol. 3. No. 3A. Р. 15–21. https://doi.org/10.12691/ajme-3-3A-3

4. Tian Wenlong, Song Baowei, Van Zwieten J.H., Pyakurel P. Computational fluid dynamics prediction of a modified Savonius wind turbine with novel blade shapes // Energies. 2015. Vol. 8. No. 8. Р. 7915–7929. https://doi.org/10.3390/en8087915

5. Al-Faruk А., Sharifian A. Geometrical optimization of a swirling Savonius wind turbine using an open jet wind tunnel // Alexandria Engineering Journal. 2016. Vol. 55. Issue 3. Р. 2055–2064. https://doi.org/10.1016/j.aej.2016.07.005

6. Kludzinska K., Tesch K., Doerffer P. Investigation of the aerodynamics of an innovative vertical-axis wind turbine // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Vol. 530. No. 4. Р. 739–754. https://doi.org/10.1088/1742-6596/530/1/012007

7. Моди Ф. Характеристики ветродвигателя Савониуса // Современное машиностроение. 1989. № 10. С. 139–148.

8. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии / пер. с англ. Под ред. В.А. Коробкова. М.: Энергоатомиздат, 1990. 392 с.

9. Горелов Д.Н. Экспериментальное исследование энергетических характеристик двухъярусного ротора Савониуса // Теплофизика и аэромеханика. 2005. Т. 12. № 4. С. 693–696.

10. Стребков. Д.С., Харитонов В.П., Муругов В.П., Сокольский А.К. Ветроэнергетика России // Сельский механизатор. 1996. № 2. С. 21–22.

11. Редчиц Д.А. Аэродинамика трехлопастного ротора Савониуса // Вестник двигателестроения. 2009. № 3. С. 71–76.

12. Поляков П.Ю., Васильчук Д.Ф. Экспериментальное исследование и разработка математической модели ветродвигателя с вертикальной осью вращения // Альтернативная энергия и экология. 2008. № 9. С. 53–58.

13. Сабинин Г.Х. Теория идеального ветряка // Труды Центрального АэроГидродинамического Института. Вып. 32. М.: Типо-Литография В.Т.У. им. Т. Дунаева, 1927. 27 с.

14. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. М.: Энергоатомиздат,1983. 200 с.

15. Хозяинов Б.П. Пути достижения лидерства в ветроэнергетике // Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 22-24. С. 59–67. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.059-067

16. Хозяинов Б.П. Экспериментальные и аналитические исследования вертикально-осевой ветроэнергетической установки // Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 22-24. С. 51–58. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.051-058

17. Хозяинов Б.П. Анализ влияния массы вертикальноосевой ветротурбины на эффективность ее работы // Промышленная энергетика. 2020. № 2. С. 60–65. https://doi.org/10.34831/EP.2020.99.69.008

18. Хозяинов Б.П. Влияние геометрических параметров на эффективность работы вертикально-осевой ветроэнергетической установки // Промышленная энергетика. 2020. № 1. С. 44–50. https://doi.org/10.34831/EP.2020.39.11.008

19. Пат. № 2502893, Российская Федерация, МПК F03D 3/04. Способ регулирования величины вращающего момента, угловой скорости вращения вертикально-осевой ветротурбины / Б.П. Хозяинов, Д.Б. Хозяинов, М.Б. Лобанова. № 2012137350; заявитель и правообладатель Б.П. Хозяинов. Заявл. 31.08.2012; опубл. 27.12.2013. Бюл. № 36.

20. Пат. 2722792, Российская Федерация, МПК F03D 3/00. Ветротурбина с воздухонесущими конструкциями и изменяющимися габаритами лопастей / Б.П. Хозяинов, Д.Б. Хозяинов, М.Б. Лобанова; заявитель и правообладатель Б.П. Хозяинов. № 2019129662. Заявл. 19.09.2019; опубл. 03.06.2020. Бюл. № 16.