Вятърна електроцентрала

**Р. Теодосиев** · Януари 21, 2006

Технология

Използването на вятъра за получаване на енергия е познато от древността. През 20-тия век освен традиционните вятърни мелници, вятърните турбини се използват и за изпомпване на вода. Технологията за извличане на енергията на вятъра при ветропомпите и при ветроелектрогенераторите е доста различна. При помпите е важно въртящият момент на роторното колело да е голям и то да се самозавърта при невисоки скорости на вятъра. При него целта е да работи по-дълго време, без да се държи особена сметка за ефективността му.

Обратно, електрогенераторите, задвижвани от вятърни турбини изискват по-високи обороти и тяхната ефективност расте с повишанато им. При тях е важно да се поддържа висока ефективност при работата им, а при по-ниски ветрови скорости те са изключени. Те при еднакви ветрови условия работят по-малко време в годишен разрез, в сравнение с ветропомпите. Тази разлика във вида на произвежданата енергия предопределя и броя на лопатите на роторното колело. Високооборотните турбини имат 2-3 лопати, а тези на ветропомпите - пет пъти повече и съответно оборотите им са няколко пъти по-ниски при еднакви ветрови скорости.

Най-разпространени ветрови турбини са тези с хоризонтални оси на въртене. Тяхната ефективност е най-висока. Турбините с вертикални оси имат ограничено приложение, защото тяхната ефективност е по-ниска и оборотите им също. Но те работят при по-ниски ветроскорости, по-лесни са за обслужване и не изискват устройства за насочване и завъртане срещу вятъра, за разлика от турбините с хоризонтални оси.

Е К О В А Т АД

Вятърна енергия за производство на електроенергия

Новото при използването на старите ресурси

Масовото използване на вятъра е най-древният и много добре познат начин за впрягането в полезна работа на безплатна природна сила. Въпреки това, през миналия век и началото на този, са направени много нови изобретения.

Ефективното прeобразуване на вятърна енергия чрез вятърни електрогенератори и турбини, работещи самостоятелно или обединени във вятърeн парк, задължително изисква професионално проектиране. Всяка малка неточност, както при ветроенергийния одит, така и при избора на подходящи турбини, може да доведе до 200 % надценка на годишната електропроизводителност. Тази чувствителност, към точността на ветроенергийния одит и избора на съответния вятърен генератор, се дължи на факта, че мощността на всяка вятърна турбина зависи от третата степен на скоростта на вятъра. - т.е. при двойно увеличение на ветроскоростта, мощността се увеличава 8 пъти, а при тройно - 27 пъти. Затова е много важен предварителният избор на място за фундиране ня всяка турбина, защото дори и над малък хълм, с височина спрямо околния терен около 50 метра, скоростта на вятъра на хълма е 2-2,5 пъти по-висока, отколкото в равнинен терен около него. Т.е. подценяването / надценяването на годищното електропроизводството на вятърен електрогенератор в разглеждания случай може да бъде в граници от 8 до 14 пъти !!!. За съжаление, у нас вече имаме няколко примера за неудамен избор на място и вятърен електрогенератор на него.

Посоченото по-горе съотношение, между скоростите на вятъра на равен терен, в сравнение със скоростта му в същия момент, но на въвишение над него, не е универсално вярно, защото зависи от редица други фактори. Те са толкова много и разнообразни, че чрез всякакви ветромодели, дори и с помощта на най-прецизните от тях, не могат да се получат достатъчно правдоподобни резултати, имайки предвид много силната чувствителност на електропроизводството от ветроскоростта. Само специални ветроизмервания на всяко конкретно място могат да дадат достоверна информация за ветроусловията и само проэесионален анализ на реално измерени данни дава вярната ветроенергийна оценка. Повече за ветроизмерванията вижте в рубриките 3D ветроизмерване и ветростатистика

Освен намирането на естествен профил, който да спомага за ускорението на ветровия поток, има и технически способи за това. Много изобретатели и конструктори на вятърни генератори фокусират работите си върху устройства, които принудително да ускоряват въздушния поток. Например чрез ветрозаборници (кофузори), които ускоряват вятъра преди попадането му върху ротора на турбината. За подобни цели се ползват и фуниеобразно разширяващи се тръби (дифузори), монтирани зад роторите на турбините. Дифузорите и кофузорите могат да увеличат мощността на турбините няколко пъти в определени режими на работата й. Но те неколкократно оскъпяват цялостната инвестиция за ветроелектрогенераторите и оперативните им разходи и затова малко се ползват в практиката.

Увеличаването на мощността на турбините може да се постига по-евтино чрез увеличаване на дължината на лопатите им (тя расте с квадрата на диаметъра на ротора, но пък с увеличаването на периферната скорост се увеличават и периферните загуби). Увеличените диаметри налагат монтирането на осите на роторите високо над терена - 50-70 и повече метра, което много утежнява и съответно оскъпява цялата конструкция, въпреки че във височина скоростта на вятъра е чувствително по-висока. наред с оскъпяването на самите компоненти на ветроагрегата се оскъпява и утежнява техния монтаж и изправяне.

Въпреки казаното, още през миналия век са построени много мегаватови турбини, с диаметри над 55 м. При тях има все още редица нерешени докрай физически, технически, механични и най-вече аеродинамични проблеми с високите периферни скорости, поради големите роторни диаметри, при което и загубите на енергия са големи. Затова проектантите им намяляват обороти до няколко десетки в минута, конструктурите правят стесняващи се периферии на лопатите, за да се намаляват загубите, но и въртящият момент става по-малък. Последното може да се компенсира чрез увеличаване на мощността за сметка на ограничено повишаване на обротите, но това на свой ред увеличава периферната скорост и се връщаме обратно до изходния аеродинамичен проблем. Затова, чрез по-нататъшно увеличение на диаметъра, което е сравнително евтин начин за увеличаване на мощността на ветроагратите, не могат да се постигат многомегаватови мощности от еднороторна турбина. Едно радикално техническо решение на този проблем е двуроторният ветроагрегат.

Основен недостатък на всички хоризонтално осеви еднороторни турбини е, че те имат висока електропроизводителност при сравнително високи скорости на вятъра. Тяхната мощност спада до десетина пъти при ниски ветрови скорости. В Германия, която не е сред най-ветровитите страни, се произвежда най-много ветрова еленергия при средна скорост на вятъра около и под 5 м/с. Следва да се има предвид, че оптималните ветроскорости, за свързани към преносна мрежа еднороторни турбини, са най-често между 12 и 16 м/с. Много от тези турбини, при скорости под 4 метра в секунда, изобщо не се включват. Най-често те се включват над 4 м/с, а се изключват при максимум 25-30 м/с, за да се предпазят от разрушаване. По-модерните турбини се включват и при скорости и под 4 м/с, а вертикално осевите турбини работят и при под 2 м/с, но те във всички ветрови диапазони имат около два пъти по-нисък коефициент на полезно действие от хоризонтално осевите, но пък за райони с голяма вятърна турбуленция и при невисоки мощности те са най-подходящи.

В България средната скорост на вятъра е по-ниска от тази в Гърция, Германия, Дания, Великобритания и други държави с развита ветроенергетика, въпреки че има много места с ветроусловия, сравними с тези в посочените държави. У нас е грешка да се използват турбините, които работят добре в споменатите страни, без детайлен технически анализ за електрическата им ефективност за всяко конкретно място. Също е нецелесъобразно да се разчита на ветрови данни за проектиране на вятърни електроцентрали от националната метереологична система, защото съответните й измервателни станции са недостатъчен брой, измерванията не обхващат добре ветровите диапазони и затова данните често могат да бъдат заблуждаващи. Ветроизмерванията за целите на прогнозиране на времето са много по-различни, от тези необходими за ветроенергетиката, където се анализират ветроенергийните качества и то не изобщо, а в пряка връзка с избора на ветротур-бинните технологии. Реално у нас не е имало и още няма необходимия ветроатлас, отговарящ на изискванията за проектиране на ветроелектроцентрали.

По принцип, в българските географско-теренни и ландшафтни условия, е сравнително трудно да се състави добър ветроатлас, поради разнообразния релеф, влиянието на морето, речните долини и редица други климатични фактори. Затова сега са необходими по-детайлни ветрови анализи и релефни данни за всяко конкретно място, потенциално определено за монтаж на ветротурбини, както и околния район, обхващащ 10-20 квадратни километри, за да се минимизират рисковите от инвестиции във вятърните електроцентрали. Не по-малко важно е да се изберат подходящи турбини за съответните конкретни ветроклиматични условия. Поради липсата на български ветроатлас ние ползвахме ветростатистически данни не само от метеослужбата на БАН, на авиацията и други статистически бази ветроданни, но и наши актуални измервания. Така идентифицирахме редица подходящите места за ветроенергетика у нас, не само за единични турбини, но и за ветропаркове. С новите промени (от 2003 г.) в нормативните документи, ветроенергетиката е вече много изгоден бизнес, защото, законово и при преференциални условия и цени, се реализира 100% произведеното електричество и то при по-високи изкупни цени от тези за електричеството от ВЕЦ.

Нови технически решения

Специален проект за еднороторна турбина е разработен от наш колектив, която дава отлична енергийна ефективност при ветрови скорости в диапазона 6-8 м/с. Но, технически и икономически, е най-подходяща разработената двуроторна турбина. Тя се включва при невисоки скорости от порядъка на 3 м/с и е по-евтина от турбините с кофузори и дифузори. Вторият ротор е по-евтин от един кофузор / дифузор. Мощността на такава двойна турбина с един общ електрогенератор се увеличава с около 35% при ниски ветроскорости и с около 20% при по-високи такива, в сравнени с еднороторна турбина в същите ветроусловия.

Ефективността на двуроторната ветро технология се основава на подходящото насочване на ветровия поток от първия ротор към втория. С други думи – единият ротор е едновременно електро-генератор и въртащ се направляващ апарат за втория. При това производителността на втория ветроелектрогенаратор значи-телно се увеличава, а ветровата енергия, «загубена» при завър-тането на потока от първия ротор фактически се оползотворява чрез електрогенаратора на вала му. Допълнително се получава и имплозивен ефект, който е обяснен тук.

Благодарение на описаната технология, двуроторната турбина при еднакви ветрови условия има значително по-висока ефективност от еднороторна със същия диаметър, а заема същия терен и е на същите отстояния от съседните във ветропарковете.

Самата конструкция и форма на лопатите на турбината за по-ниски скорости на вятъра, както и автоматичната й настройка, са съществено различни от тези на масово инсталираните в райони с по-силни ветрове. Такава конструкция е разработенва от нашия екип и е представена тук.

Друго съществено предимство на двуроторната коаксиална турбина е ниският шум при работата й. Това се дължи не само на по-ниските обороти на роторите, но и на факта, че генерираните звукови вълни от лопатите на всеки ротор се срещат пряко и взаимно се неутрализират в значителна степен. Това разширява значително възможните места, където могат да бъдат инстали-рани такива турбини и ветропаркове с тях, включително и неда-леч от населени и курортни райони.

Много важни инвестиционни, експлоатационни и екологични преимущества на коаксиалните ветроенергийни технологии са, че са нискощумни и дават възможност за много по-ефективно използавне на терена на ветропарковете, както и монтажа на такива неголеми коаксиални турбини в рамките на индустриал-ните и фермерските зони около населени места. При двуротор-ната технология има няколко енергийно и екологично естествено съвпадащи положителни ефекти:

1. Увеличава се мощността на коаксиалната турбина при всички скорости на вятъра.

2. При ниски скорости тя работи достатъчно ефективно и на ниски обороти, което я прави по-малко опасна за птиците.

3. При всички скорости тя е значително по-нискошумна (колкото е по-шумна една турбина, толкова енергийните й загуби са по-големи).

4. Тя работи по-продължително в годишен план и макар, че при ниски ветрови скорости мощността й не е висока, то в рамките на годината тя има по-голяма производителност, в сраавнение с еднороторните турбини, както и по-малки амплитудни и режимни колебания на отдаваната към мрежата мощност.

5. При еднакви ветрови условия и еднаква годишна електро производителвност двуроторната турбина изисква по-ниски и по-леки стълбове и по-малки фундаменти, което я прави по-евтина и по-малко опасна за птиците.

Ветроенергийната политика в началото на 21-ви век

Основната разлика във ветровите турбини от края на миналия век и сега е в мощността им. На мястото на 150-500 киловатовите турбини вече са мегаватови с двойно и тройно по-големи ротори и носещи стълбове над 60 м. Мегаватовите турбини (до 3 MW) вече се предлагат като стандартна продукция от всички водещи световни фирми. Макар и цената на един киловат инсталирана мощност да падна през последните години, то комплектни обекти с малки единични мегаватови турбини струват над 800 хил. евро.

Производители започват да се отказват от киловатовите турбини, защото печалбите са по-ниски, отколкото при новите с много по-големи мощности, при които разходите не растат пропорционално на мощността им, а с много по-малко. Сега за инвеститорите са по-печеливши единични мегаватови турбини, защото могат да заменят старите, с неголямо разширение на необходимия за тях терен. Изгодата за инвеститорите е, че се оползотворява пространството във височина, където и скоростта на вятъра е по-голяма. Наред с това, са неизбежно необходими значително по-скъпи технологии за изграждането на такива високи и тежки съоръжения, както на сушата, така и по крайбрежията (офшорни ветропаркове) и съответната инженерна инфраструктура за тях.

Енерегийната политика на държави като Дания и Германия финасово стимулира подмяната на съществуващите с нови по-мощни турбини и сега предлагането на работещи в момента по-малки ветрогенератори е много голямо, което сваля пазарните цени на турбините 150 - 500 kW.

Услуги

Електроенергийното оползотворяване на вятърната енергия зависи в най-голяма степен от избора на подходящо място със съответните за него вятърни турбини. Добри места за ветроенергетика има по цялото ни черноморско крайбрежие, както и в редица други планински и непланински райони на страната. Изборът на подходящо място е първата задача на ветроклиматичното ни проучване. Определянето на подходящ терен, за един или група ветрогенератори, е въпрос, който зависи от много фактори и предварително не може да се даде достатъчно точен и достоверен еднозначен отговор.

Вятърните електроцентрали са най-бързо развиващия се отрасъл в световната енергетика през последните години. Това се дължи на безплатната вятърна енергия, екологичните й предимства и намаляващите цени на вятърните електроцентрали, приведени за единица инсталирана мощност (kW). Сега и в бъдеще, себестойността и инвестициите за електричество от вятъра се очаква да бъдат най-ниски, в сравнение с всички други електропроизводства от екологичните и напълно възобновяеми енергоизточници. Конкуренция на вятърната енергетика би могла да бъде само хидроенергетиката, но при много високи водни падове и целогодишен голям воден дебит, каквито у нас вече почти няма. Подчертаната тенденция за трайно засушаване през последните десетилетия у нас контрастира на фона на увеличаващата се сила на ветровете.

Нашето технико-икономическото проучване има за цел да анализира варианти и да избере и оцени най-подходящите технология и оборудване за цялостна система за ефективно природосъобразно производство на електроенергия за локално ползване и вятърни електроцентрали, предназначени за доставка на еленергия за националната електропреносна мрежа. Целта на производителите на ветроагрегати е да продадат колкото може по-мощни машини. Но целта на инвеститора е да купи колкото може по-ефективни машини, за да може максимално възможна част от безплатната енергия на вятъра да се превърне в електричество или друг вид полезна енергия. Електрическата ефективност, при обявената от производителите мощност на турбината, е няколко пъти по-ниска от тази, с която агрегата работи през преобладаващата част от годината. Общоприето е производителите да обявават максималната мощност на турбините като номинална, което заблуждава неспециалисти, които умножават тази мощност по годишната времева използваемост на турбините, за да пресметнат годишното електропризводство. Това води до много груби грешки. За да се избегнат тези грешки следва да се знае ефективността на турбината при различните ветроскорости в целия й работен ветродиапазон. А не само максималната мощност, която е точно указана, но се отдава при силни ветрове, които по принцип духат много рядко у нас.

Повечето производители, изобщо не посочват данни за ефективността на машините си, за което има елементарна причина. При максималната (номинална) мощност ефективността на ветроагрегатите като цяло е винаги най-ниска - около 10-15%. За сравнение - ефективността на електрогенераторите им е обикновенно около и над 80%, а на трансмисиите (които имат такива) - около 95% и то при всички работни режими. Общата максималната ефективност на различните типове ветроагрегати се получава при твърде различни ветроскоростни диапазони, което е съществена причина да правим детайлен технически анализ на електрическата им мощност и произоводителност по ветроскорстни ленти, разпределение на ветроскоростите в тях, в зависимост от редица конкретни особености на мястото и от редица други фактори, за да се достигне до една реално постижима електропроизводителност за статистически представителен ветрови годишен цикъл. На такава основа техникоикономическите анализи и инвестиционни оценки имат висока степен на достоверност и са добра база за избор на инвестиционно решение.

Търговските интереси на производителите на турбини са да обявяват високи мощности на агрегатите си и да не посочват ефективността им, която силно зависи от различните скорости на вятъра. Докато, обратно, интересите на инвеститорите са да извлекат най-голяма част от вятърния потенциал на определено място, което най-много зависи не от мощността, а от други фактори като ефективността на агрегатите, аеродинамичността на роторите, оперативното им управление и т.н.. В този смисъл, по-модерна и по-скъпа турбина, не винаги е инвестиционно по-доброто решение, защото зависи доколко нейните различни технически показатели най-пълно и интегрирано съответстват на ветроусловията на конкретния терен - и разбира се от цената й.

Нашата основна задача, в процеса на проучването и оценките, е точно да изчислим най-ефективната машина за съответните ветроклиматични, релефни, ландшафтни, теренни, геоложки и инфраструктурни дадености, както и потенциалните възможности на определеното място за доставката, монтажа и печелившата експлоатация на вятърни генератори. Затова оценките ни са не само по технически, технологически и експлоатационни, но и по икономически и инвестиционни критерии.

Там, където ветроусловията са подходящи, ветроагрегатите, които са постоянно свързани към електроенергийната система, работят енергийно по-ефективно, в сравнение с тези, които произвеждат стандартна електроенергия, но не са свързани към системата. Но за някои приложения, локално работещите ветроагрегати могат да бъдат по-ефективни - например за изпомпване на вода от недълбоки сондажи или за постоянен ток или променлив с непостоянна честота и др. Единствено анализът на консумацията и целите на ветрогенерацията дават еднозначни отговори на споменатите и други подобни варианти.

Мощностите на масовите ветрогенератори са проектирани за скорост на вятъра 12 м/с - 15 м/с, каквито у нас са рядкост. Те и в редица други държави също са рядкост. Но производителите екипират турбините с мощни трансмисии и електрогенератори, независимо, че тази мощност ще се използва доста малко време в годишен план. Това не означава, че през останалото време турбините работят недобре при по-ниските ветроскорости. Но, ако електропроизводството се изчислява на база на номиналната мощност (която фактически е максимална), то грешката е много голяма и годишното електропроизводство значително се надценява (няколко пъти).

Съществено в нашите технически оценки за ефективността на ветрогенераторите е да изчислим коефициента на полезно действие на съответния вид турбина при преобразуването на разполагаемата енергия, която носи вятъра, при превръщането й в електричество. Ветроагрегатите на различните производители постигат максималната си ефективност при различни ветрови скорости. По аеродинамични, електрически и други технически причини, ефективността на всички турбогенератори при обявената мощност е по-малко от половината от максималната им елекрическа ефективност, която най-често е в тясна скоростна лента в обхвата 5-10 m/s. Точно в този диапазон и под него са средните ветрови скорости у нас. Производителите, в техните технически спецификации, рядко дават данни за ефективността при различни ветроскорости. Ние ги изчисляваме еднозначно на основание други обявени техни данни. За правилния избор на ветроагрегат предварително пресмятаме преобладаващите скорости на вятъра, в десетина тесни скоростни ленти, и сравняваме различни видове турбини пряко по електрическата им производителност за конкретното място с конкретния ротор, монтиран на различни по височина стълбове. Това е базата ни за по-нататъшния техникоикономически избор, който се основава и на всички други параметри на вариантите на проектите.

Така оценените ветроенергийни проекти, предполагат най-печелившо оползотворяване на ценния и напълно безплатен възобновяем енергиен източник, особено при действието на новия Закон за енергетиката, чиито преференции са обяснени тук. През 2003 година НЕК изкупуваше ветроелектроенергията при цена 14.4 ст. за киловатчас, която цена бързо ще нараства в бъдеще. Освен това ще се получават и чисти приходи от продажбите на зелени сертификати, за които е обяснено тук.

Нашите проекти включват специфични подходи, както в технически така и в икономическите им аспекти, основаващи се на собственото ни ноу-хау, които са специално разработени за българските ветроклиматични условия.

Главните цели на проучването включват:

• създаване на нов електроизточник, изцяло ползащ безплатна възобновяема енергия, редуцирайки зависимостта от конвенцио-нални горива

• намаляване на емисиите от парникови газове в съответствие с изискванията на рамковата конвенция на ООН по изменение на климата и продажби на редукцията на емисии по механизмите на Протокола от Киото;

• варианти на субсидирано финансиране на проекта

Нашата дейност включва четири основни етапа:

Етап 1: Извършване на предпроектно проучване за редица конкурентни варианти

Етап 2: Инвестиционен и финансов анализ на вариантите

Етап 3: Корпоративно-правен анализ и структурна оптимизация на бизнеса

Етап 4: Изпълнение или съпровождане на инженеринговата дейност до включването на ветроенергийния обект в редовна промишлена експлоатация.

Етап 1 е многовариантно предпроектното проучване и избор на адекватна система за максимално извличане на ветровата енергия, на основание анализа на ветровите данни, характера на ландшафта и релефа на мястото и района му. Алтернативите се подбират, не само съобразно ветровия потенциал, но според стойността на получаваната електроенергия при преференци-алните условия за изкупуването й, в съответствие с редица технически показатели като аеродинамичните и електрическите характеристики на ветрогенераторите от различни производители на такива съоръжения.

В Етап 2 се прави детайлен финансово-инвестиционен анализ на подходящите варианти, избрани по технически критерии в Етап 1. Описва се последователността на инвестиционния процес рли изграждане на метроенергийни проекти. За всички подходящи варианти се прави инвестиционна оценка за рентабилността на вложенията, доходността им, времето за обратно изкупуване на инвестициите, себестойността на произвежданото електричество, годишните нетни парични потоци, съобразно ежегодните разходи, различните видове стопански, технически и парични рискове. Според проучванията, разработките на вериантите и анализите на резултатите в Етап 1 и Етап 2 се дадат конкретни препоръки за най-целесъобразно оползотворяване на ветровата енергия и перспективни възможности. Приоритетна задача за реализацията на Етап 2 е оценката на възможностите за субсидирано кредити-ране на необходимите инвестиции за изграждане и пускане в действие на инсталациите.

В Етап 3 се прави правен анализ на съществуващата фирмена структура и нейното съответствие с:

• препоръчаната система;

• възможностите за привличане на субсидирано финансиране по национални и/или международни програми;

• възможностите за привличане на кредитно и/или капиталово финансиране от кредитни институции и фондове за капиталово участие;

• данъчния режим на инвестицията и опериране на дейността и възможностите за оптимизирането му

В зависимост от предходните изводи, при необходимост ще се дадат предложения за алтернативни варианти за оптимизиране на споменатите съотвествия, чрез усъвършенстване на фир-мената структура. Последното може да включва, както подоб-ряване на параметрите на съществуващата структура, така и предложения за допълването и с новосъздадени субекти (фирми), в които да се диференцират определени дейностти.

Посочените по-горе етапи, могат да се изпълняват поотделно, но те са свързани много тясно по между си. Последователността «техническо проучване (Eтап 1) – инвестиционни параметри (Eтап 2) – корпоративна структура (Eтап 3)» е условна, защото за всеки инвестиционен и бизнес план са много важни техническите и финансовите му измерения. Но без предварително дефинирани бизнес структури със съответните: парични потоци; разходната част; амортизационните схеми; рисковете, рентабилността; възвръщаемостта и други подобни, бизнес параметрите на плана не могат да бъдат конкретизирани. А без това е невъзможно кредитното и данъчното програмиране в краткосрочен и средносрочен план.

Извън гореказаното, по предварителни дании, от анализа на ветростатистически рузултати, събирани от различни източници, и на основание на наши ветроизмервания можем да предложим определини райони у нас с висок ветроенергиен потенциал. При тях инвестициите във вятърната енергетика се възвръщат най-бързо, себестойността на произведената електроенергия е най-висока, и съответно печалбата е най-голяма в условията на 100% гарантиран пазар на електроенергия при преференциални изкупни цени.

Е К О В А Т АД

Оценка на вятърна енергия за производство на електричество

3 D измерване на скорост на вятъра и локален ветроатлас за вятърен парк

Ветроенергийният бизнес през последната година се развива много бързо в България благодарение на редица благоприятни бизнес условия за него, дефинирани в Закона за енергетиката от 2003 г., както и неговата перспектива за ежегодно увеличение на доходите от продажба на електричество, заложени в закона. Не всички ветротурбини у нас са съобразени с ветровите условия на местата, където са монтирани. За това има две основни причини. Първата е липсата на детайлен ветроенергиен атлас на България и втората е купуването на турбини на принципа "Колкото по-евтино - толкова по-изгодно". Не винаги евтината турбина е неправилен избор, а най-скъпата - най-добрият. Изборът на турбини следва да бъде направен, както е посочено тук. А конкретните ветроусловия са решаващият фактор за правилният избор на ветроагрегат. На едно и също място, предназначено за вятърна електроцентрала може да се произвежда различно количество електроенергия с турбини, които неспециалист външно трудно ще ги различи, защото те имат подобни размери. Такива разлики достигат до 2 пъти. Ето защо, ветроенергийният одит, за разлика от ветроодита, се прави не въобще, а винаги е за конкретни вятърни турбини за конкретно място. Ветроенергийният одит отчита и взаимното влияние между турбините, когато те са повече от една за вятърна електроцентрала.

За всеки ветроенергиен проект, както за единична вятърна турбина, така и за вятърен парк, са нужни продължителни измервания на вятъра и други климатични характеристики. Използваният от нас метод на дифернцирано измерване на скоростта на вятъра и другите характеристики позволява чрез използването на математически модел да се комбинират метеорологичните данни с измерваните по долуописания метод. Целта на комбинираното използване на статистическите метеоданни и измерените по 3D-метода е многократно по-бързо да се получат достатъчно достоверни резултати за ветроенергийния одит.

Метереологичните данни за вятъра се характеризират с една посока и сила в едно измерение. Тази начин на измерване на скорост на вятъра е напълно достатъчен, за да се анализира макродвижението на въздушни маси над дадена страна и континент, с оглед метереологичните прогнози. Но такива данни са недостатъчни, за да се разбере детайлно енергийният характер на вятъра и да може в крайна сметка да се получи пълната обемна картина на движението на въздуха за точно определено място, където се проучват възможностите за ветроенергийно производство. Скоростта на вятъра в приземния въздушен слой, където работят ветротурбините, никога не е хоризонтална и въздушният поток никога не е ламинарен. Той е толкова по-променлив и турбулентен, колокото е по-неравна и пресечена местността и колкото ландшафтът е по-разнообразен. В България, където топографският профил и ландшафтът са разнообразни, задължително следва да се прилагат специфични методи за ветроизмерване и ветроодит. В равнините на Дания, Холандия и Германия, където работят над 13 000 ветротурбини, не винаги е задължително необходимо използаването на специални методи и апаратура за 3D мерене. Често там е достатъчно да се измерва само хоризонталния вятър.

Контролното 3D ветроизмерване, което правим на всяко одитирано място, има за цел да уточни редица важни особености на енергийните характеристики на въздушния поток. Заснемането на ветроданните не е за статистически цели. Подобна многогодишна статистика съществува и ние ползваме данни от нея, които допълваме с получените на място, но не за количествено увеличаване на статистиката, а като установени характерни за мястото качества на вятъра. Причината за това е, че конвенционалните метереологични измерителни средства и методи не отчитат напълно ветродинамиката и съответните качества на вятъра като турбуленция, вертикална компонента, изменението на посочените и други характеристики във височина над терена, както и частта от кинетичната енергия, която може да се трансформира в електрическа от различните видове ветроелектрогенератори. За да получим интересуващите ни резултати ние използваме специален метод на измерване и съответния софтуер, чрез който отчитаме ветродинамиката във всички пространствени направления и оценяваме потенциала на всяко място за използването му за ветроенергетика, съобразно техническите възможности на турбините да преобразуват вятърната енергия в електрическа .

Общоприетата система за тримерен ветродинамичен анализ на движещи се флуиди (в т.ч. и въздуха) в аеродинамиката е тримерната координатна система на Декарт. В нея вятърният вектор V се проектира върху двойка взаимно перпендикулярни оси х и у в хоризонтална равнина. А във вертикална посока проекцията на V е по ос z. Тази добре позната триосева координатна система е ориентирана с оста си х на север. А посоката на вятъра се дефинира с ъгъла между проекцията му Vx и северното направление. Vy и Vz са останалите две проекции на вектора на вятъра V. При така дефинираната система, резултантният (действителният) вятър V е векторна сума от проекциите си по трите оси, а хоризонталният вятър - векторен сбор от Vx и Vy. Такъв диференциран анализ е необходим за правилния избор на всяка еднороторна хоризонтално осева ветротурбина, която работи самостоятелно, защото хоризонталните компононенти на вятъра са ветроенергозначими, а не вертикалните, които имат нежелано въздействие върху електропроизводството на ветроагрегатите. Вертикално осевите турбини имат съществено различни характеристики от тези на хоризонтално осевите и тук не се спираме на тях, защото те имат приложение в специфични случаи. Покомпонентната оценка на ветроскоростта има съществено заначение, за да се отсее кинетичната енергия на вятъра, която може да бъде трансформирана в електрическа от различните видове турбини и тази част от ветровия кинетимен потенциал, която се губи.

Когато става въпрос за двуроторен хоризонтално осев ветроагрегат, тогава ветродинамичният анализ се прави не за един, а за двойката контравъртящи се ротори. При това имат значение не само геометричините и аеродинамичните параметри на роторите, но и разстоянието между тях, защото задължително се отчита и интереференцията по-между им, с оглед максималното енергопроизводство на двуроторния агрегат като цяло, а не за отделно взет ротор.

Ние разполагаме с необходимата апаратура и софтуер за диференцирано измерване и анализиране на тримерните характеристики на вятъра в мястото на монтиране на ветротурбините, което има решаващо значение за техния избор с оглед ефективното електропроизводство десетки години след това.

По принцип, колкото по-продължителни са ветроизмерванията, толкова по-обективни са получените резултати. Най-продължителни са метереологичните ветроизмервания у нас и по света. У нас има климатична статистика от много десетилетия. Тя показва значителни разлики в годините, които надхвърлят 40% за ветрохарактеристиките, поради което при всяко конкретно продължително ветроизмерване, дори и едногодишно, очакваната грешка е значителна. Затова статистическите бази данни (от най-различни източници) носят по-точна информация, макар и да нямат необходимата диференциация, която е задължителна за всеки ветроенергиен одит. Статистиките, получени от недиференцирано измерени данни са стартова база за нашите ветроенергийни анализи. Но тя не е достатъчна, най-малкото защото ветроизмерителните станции не са гъсто разположени на територията на страната и статистиката е от едномерни измервания. Получените резултати от диференцираното измерване имат смисъл само за определено място, защото са строго специфични и зависят от околния ландшафт и топографския микро и макропрофил. За да бъде ветроодита достатъчно точен, данните от ветростатистиките задължително се прецизират за всяко конкретно място с дифернцирани измервания по гореописания 3D метод. Неговото комбинирано използване със статистическата ветроклиматична информация е най-подходящият подход за извършване на ветроодит на място за сравнително непродължително време. Следва да се има предвид, че през последните десетилетия има определена тенденция за усилване на ветровете у нас, което е по различни причини, но глобалното затопляне и засушаването имат съществено влияние върху тези процеси. Затова ветростатистическите данни следва да се приемат като такива с известно занижение на ветроскоростите, с оглед на бъдещите прогнози, тъй като глобалното затопляне има очевидна тенденция към засилване, поне през следващото десетилетие.

Благодарение на комбинираното използване на наши 3D измервания и ветростатистики, включително и корелирана ветростатистика, базирана на различни източници, като БАН, авиацията, речния и морския флот и други ние вече сме разработили подробни ветроатласи за редица области у нас, които са най-подходящи за ветроенергетика. По този начин, на основание контролни замервания на опредзелени конкретни места, ние можем да направим ветроенергиен одит за сравнително късо време. Тези измервания позволяват да се оцени енергията на въздушния поток, който е енергийно оползотворим от ветроагрегатите, а не изобщо. По принцип ефективността на ветроагрегатите е невисока. Тя много съществено зависи от преобладаващите ветроскорости на местата, определени за ветротурбините. Затова само оценката на енергията на въздушния поток е недостатъчна за правилното проектиране на вятърна електроцентрала. И точно по тази причина ние извършваме и оценка на вятърната енергия, която турбините могат да преобразуват в електрическа. В резултат на този конкретен подход се постига много по-голяма точност на крайните енрего-технически, а след това и на инвестиционно-икономическите оценки.

Използвайки описания по-горе начин за ветроенергийно одитиране ние сме изготвили локални ветроатласи на специфични райони у нас, които са изгодни за ивестиции във вятърни електроцентрали.

Ветроенергийният одит посредством 3D измерванията, освен че дава тримерната картина на въздушното движение е и начин за оценка на турбуленцията на въздушния поток това е особено важно да се знае, тъй като турбулентните загуби на кинетичната енергия на вятъра може да надхвърли 20%. Но дори и в идеален случай с нулеви турбулентни загуби всички ветроагрегати без изключения (като енергийни машини) не работят и не могат да работят със 100% ефективност (к.п.д.). Нещо повече, за разлика от парните, водните турбини и други подобни машини, които работят с к.п.д. около и над 90%, ветроагрегатите, дори и при най-благоприятните условия, достигат около половината от ефективността на посочените други енергийни машини. Този известен факт се дължи на обстоятелството, че при разглежданите машини първичните източници на енергия (пара, напорна вода) се контролират така, че техните параметри да съответстват на оптималните режими за работа на съответните турбини. За съжаление, при конвенционалните масови ветроагрегати вятърът не може да се контролира и затова ефективността на последните е двойно и тройно по-ниска, а теоретично тя не може да надхвърли 59,3%, съгласно модела на Ланчестър-Бетц. Именно тази съществена разлика, между ветроагрегатите и всички други енергийни машини, изисква детайлно проучване на вятърните условия (ветроенергиен одит), което ние постигаме с диференцирано 3D измерване, последвано от внимателен обективен избор на най-подходящите за тези условия ветроагрегати, както е посочено тук.