АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И 5ЕМ1ККОЫ

Андрей Колпаков, ведущий специалист, ООО «Мега-Электроника»;

Олег Епифанов, к.т.н., ЦНИИ «Электроприбор»

Еще в 1928 году В.И. Вернадский писал, что человечество стано-
вится «геологической силой», то есть его влияние на процессы,
происходящие на планете, соизмеримы с природными катаклиз-
мами. Состояние цивилизации зависит от решения многих проб-
лем, и в первую очередь — от решения проблемы энергетики. Вся
история цивилизации, по сути, это история энергетики.

Сегодня человечество достигло первого предела своего разви-
тия, ограниченного экологической емкостью среды обитания. Но
планета предоставляет нам, как это ни парадоксально, практиче-
ски неисчерпаемые источники энергии. Один из них — ветроэнер-
гетика. Ресурсы ветровой энергии во много раз больше, чем все за-
пасы биогенного топлива в земной коре, накопившиеся за милли-
оны лет. Мы живем на дне океана энергии. Пока на нашей планете
существует газовая оболочка, и пока ее согревает Солнце, переме-
щение воздушных масс ничто не в силах остановить.

ВЕТЕР - ЭНЕРГОНОСИТЕЛЬ
БУДУЩЕГО

В конце 2001 года суммарная мощ-
ность ветроэнергетических установок
(ВЭУ), установленных в Европе, пре-
высила 10 тыс. МВт. Согласно прог-
нозам, к 2010 году общая мощность
европейских ВЭУ достигнет 40 тыс.
МВт, а к 2020 году — 100 тыс. МВт.
По подсчетам специалистов стоимость
выработки 1 кВт мощности традици-
онной ВЭУ с ветроколесом, при усло-
вии решения определенных техниче-
ских проблем, должна быть ниже, чем
стоимость 1 кВт тепловой или атом-
ной энергии. Выигрыш оказывается
еще более существенным, если учесть
экологическую чистоту и безотход-
ность ветроэнергетики.

В 2001 г. наименьшая себестои-
мость производства электроэнергии
на ветроэнергетической установке
составила 3,61 цента США за 1 кВт-ч
при стоимости 1 кВт установленной
мощности 765 долларов США. Учи-
тывая увеличение средней мощности
ВЭУ и повышение коэффициента ис-
пользования мощности, можно ожи-
дать снижения себестоимости произ-
водства 1 кВт-ч электроэнергии к
2010 г. до 2,62 цента (при стоимости
1 кВт установленной мощности 555
долларов), а к 2020 г. — до 2,11 цен-
тов (при стоимости 1 кВт установлен-
ной мощности до 447 долларов).

В последние десятилетия ветро-
энергетика развивается весьма интен-
сивно. Общий подход к конструкци-
ям ветроагрегатов прост: чем длиннее

лопасть ветряка, тем больше ветровой
энергии она может перехватить. Чем
больше скорость ветра, тем больше
его давление на лопасти и тем боль-
шее количество энергии ветра перехо-
дит в энергию электрическую. Имен-
но поэтому конструируются все более
крупные ветродвигатели и все более
высокие башни, на которых их уста-
навливают. На рисунке 1 показан вет-
рогенератор фирмы Есо1есЬпа мощ-
ностью 1250 кВт, представленный на
выставке РОУУЕВ ЕХРО 2002. Тур-
бина генератора комплектуется рото-
ром диаметром 62, 74 или 80 м в за-
висимости от данных анализа ветро-
вой обстановки.

Что же представляет собой уста-
новка, которую принято называть
ветрогенератором или ветроэнергети-
ческой установкой? Конструктивно
она состоит из ветроколеса с лопастя-
ми, повышающего редуктора и гене-
ратора, которые устанавливаются на
мачте, а также электронного блока
(инвертора) и аккумуляторной бата-

Рис. 1. Внешний вид ветрогенератора ЕсоТесКпа 1250 и лопасть его турбины

реи. Зачастую, для большей надеж-
ности, в состав такой автономной сис-
темы электроснабжения включают
блоки солнечных батарей и бензино-
вый или дизельный электроагрегат.
Последнее касается автономных сис-
тем, не предназначенных для подклю-
чения к энергосети.

Принцип действия ветрогенерато-
ра таков: сила ветра вращает ветроко-
лесо с лопастями, передавая крутя-
щий момент через редуктор на вал ге-
нератора. Таким образом реализуется
принцип превращения механической
энергии в электрическую. Мощность
ветрогенератора зависит от размеров
ветроколеса, скорости ветра, а также
высоты мачты. Выпускаемые в насто-
ящий момент ветрогенераторы имеют
диаметр лопастей 0,75...80 м и даже
более. Инвертор представляет собой
электронный блок, который выполня-
ет задачу формирования синусо-
идального выходного напряжения и
его стабилизацию. Аккумулятор заря-
жается при номинальном режиме ра-
боты ВЭУ и «подпитывает» инвертор
при отсутствии ветра.

В последние несколько лет (ввиду
все более обостряющегося топливно-
Рис. 2. Ветряная электростанция
в пос. Куликово

энергетического кризиса) альтерна-
тивная энергетика начала развиваться
гораздо интенсивнее. В Западно-Ев-
ропейских и Скандинавских странах,
Америке и Японии ассоциации альтер-
нативной энергетики получают ощути-
мую государственную поддержку. Там
разработаны и функционируют ветро-
энергетические установки мощностью
1,5 МВт и более. А в Бельгии и Дании
вырабатываемая ветром электроэнер-
гия составляет значительную часть об-
щего энергетического баланса страны.

Страны СНГ также заинтересова-
ны в развитии данного сектора энерге-
тики. Это, в первую очередь, Украи-
на, Кыргызстан, Белоруссия, Башкор-
тостан. Да и в России растет интерес к
ветроустановкам. В настоящий момент
в разных регионах нашей страны не
только разрабатываются серьезные
проекты создания целых систем ветро-
вой энергетики, но и запущены инвес-
тиционные проекты по развертыванию
производства ветроэнергетических ус-

Рис. 3. Асинхронный мотор/ген ера тор,
3-фазный конвертор и инвертор

Рис. 4. Схема с компенсацией потерь на
скольжение: асинхронный
мотор/генератор с токосъемниками
и фазным ротором, 3-фазный
конвертор и инвертор

тановок мощностью 0,5...10 кВт, а так-
же гелиоустановок. Осенью 2002 г.
Председатель Правления РАО «ЕЭС
России» подписал приказ «О распро-
странении опыта строительства ветро-
электростанций». Он обязывает руко-
водителей структурных подразделений
РАО «ЕЭС России» уточнить возмож-
ность размещения ветроэнергоустано-
вок, а также продолжить работу по
изучению этого рынка.

В поселке Куликово в Калинин-
градской области состоялось открытие
первой в России ветряной электростан-
ции ВЭУ-600, рассчитанной на произ-
водство 600 кВт электроэнергии при
скорости ветра 12 м/с (см. рис. 2). Бо-
лее того, многие предприятия России
уже производят ВЭУ небольшой мощ-
ности для автономного применения. В
нашей стране широко известны ветро-
генераторы, производимые петербург-
ским предприятием «Ветро-свет»
(^^^.уеЬю-зуеСзрЬ.гп). ВЭУ серии
ВГ мощностью 1, 2 и 4 кВт предназна-
чены для автономного энергоснабже-
ния объектов, удаленных от централь-
ных электросетей, а также объектов,
испытывающих перебои в электроснаб-
жении. Ветряки В Г могут использо-
ваться в районах со среднегодовыми
скоростями ветра выше 3 м/с. Меха-
ническая часть ВЭУ и генератор не
требуют технического обслуживания.
В комплект входит ветрогенератор,
контроллер заряда, термоэлектриче-
ский нагреватель, инвертор и аккуму-
ляторная батарея. Изделия рассчитаны
на эксплуатацию в течение 15 лет.

ОАО «Сафоновский Электрома-
шиностроительный Завод», извест-
ный в России производитель элек-
тродвигателей и генераторов, плани-
рует совместно с итальянской фирмой
«Ансальдо» освоить выпуск ВЭУ
мощностью более 100 кВт. Совмест-
ное предприятие «СЭЗ — Ансальдо»
собирается предлагать свои генерато-
ры и на европейском рынке.

С 1992 года на Украине на пред-
приятиях военно-промышленного
комплекса на основе новейших тех-
нологий освоено производство ли-
цензионных ветротурбин модели
ИЗАУ 56-100. Сегодня на украинс-
ких предприятиях выпускается 10
ветротурбин в месяц. Ветротурбины
56-100 сертифицированы Гос-
стандартом Украины. В настоящее
время на территории Украины уста-
новлено 180 турбин общей установ-
ленной мощностью около 200 МВт.
Ветротурбины объединяются в ветро-
электростанции компьютерной систе-
мой управления, способной контроли-
ровать работу 250 установок.

В 2000 г. РАО «ЕЭС России» и
датская компания 8ЕА8 Епег§1
Зегутсе А/Е подписали соглашение о
строительстве первой в России ком-
мерческой ветроэлектрической стан-
ции морского базирования. Предпо-
лагается, что в районе Приморска
Калининградской области будет
смонтировано 25 ветроэнергетических
установок общей мощностью 50 МВт.
Эти установки позволят энергосисте-
ме снизить объем покупаемого элек-
тричества, которое из России идет
транзитом через Прибалтику.

СХЕМОТЕХНИКА ВЭУ

Наиболее распространенным ти-
пом ветрогенераторов является гене-
ратор с переменной скоростью враще-
ния (У8АУТ — УапаЫе 8 реес! АУшс!
ТигЫпе). 75% ветряков, выпущенных
в 2001 г., и более 80%, выпущенных в
2002 г., используют данный принцип
преобразования энергии ветра в элек-
трическую. Современные морские
(оффшорные) ветроэлектростанции
мощностью 0,5...2 ГВт используют,
в основном, именно ветрогенераторы
с переменной скоростью вращения.

Популярность ветряков этого типа
обусловлена более высокой эффектив-
ностью преобразования энергии ветра.
Они способны вырабатывать электро-
энергию при весьма больших диапа-
зонах изменения скорости потока воз-
духа. С ростом скорости ветра выход-
ная мощность генератора возрастает.
Электронная схема инвертора, обслу-
живающего генератор У8АУТ, не-
сколько сложнее, чем для классиче-
ского генератора с постоянной ско-
ростью, но это компенсируется
прибавкой более чем 10% мощности.

На рисунке 3 показана упрощен-
ная схема преобразователя, использу-
ющего в качестве генератора асин-
хронный двигатель с короткозамкну-
тым ротором. Электронный модуль
содержит конвертор, блок конденса-
торов шины питания, инвертор и вы-
ходные индуктивности. Для того что-
бы не возникало терминологической
путаницы, условимся называть кон-
вертором преобразователь, соединен-
ный с генератором и осуществляю-
щий функции подмагничивания ро-
тора и выпрямления выходного
напряжения генератора, а инверто-
ром — преобразователь, формирую-
щий выходное напряжение, модули-
рованное по синусоидальному закону.

Схема, демонстрирующая еще
один принцип преобразования энер-
гии, приведена на рисунке 4. Алго-
ритм управления данным устрой-
ством позволяет компенсировать
потери мощности, образующиеся за
счет скольжения. В устройстве ис-
пользуется асинхронный двигатель с
фазным ротором и кольцевыми то-
косъемниками, а также электронный
блок, содержащий конвертор и инвер-
тор. Данная схема может работать в
следующих трех режимах:

1.	Статорная обмотка двигателя
подключается к сети только тогда,
когда скорость ротора близка к син-
хронной частоте вращения. Ротор
постоянно подключен к сети через
конвертор и инвертор. При низкой
скорости вращения ротора (80% от
номинальной), 20% мощности отбира-
ется ротором из сети. Такая схема
иногда называется каскадной.

2.	Статор, ротор и электронный
блок всегда соединены между собой
и отключаются от сети только в мо-
мент запуска генератора. Статорная
обмотка подключается к сети, когда
генерируемое напряжение синхрони-
зировано с сетевым. Конвертор фор-
мирует сигнал подмагничивания та-
ким образом, чтобы выходная частота
генератора была постоянной и равной
сетевой (50 Гц). При этом он работа-
ет на низкой частоте, не превышаю-
щей несколько десятков Гц. Соедине-
ние ротора с конвертором выполняет-
ся с помощью токосъемника.

3.	Режим, аналогичный предыду-
щему. Двигатель без токосъемника, но
со статором, имеющим две 3-фазные
обмотки. Одна статорная обмотка
подключается к сети, другая соедине-
на с конвертором и инвертором. Пере-
дача энергии от ротора к дополни-
тельной статорной обмотке осущест-
вляется за счет трансформаторной
связи. Разделение энергии, выраба-

тываемой ротором и поступающей на
ротор, может быть осуществлено за
счет использования инвертора на раз-
ных частотах. Основным преимуще-
ством данной схемы является отсут-
ствие токосъемников, недостатком —
необходимость применения статора
с двумя обмотками.

При использовании в качестве ге-
нератора синхронного электродвига-
теля отпадает нужда в конверторе,
в этом случае можно использовать
обычный 3-фазный выпрямительный
мост. Синхронный двигатель имеет
внешнее возбуждение, следовательно,
не нужен источник реактивной мощ-
ности, как в предыдущих случаях.
В отличие от асинхронных машин,
синхронный генератор имеет меньшее
выходное напряжение при малых час-
тотах вращения, поэтому после вы-
прямительного моста необходимо ус-
тановить повышающий ВС/ВС-
преобразователь, как показано на
рисунке 5. В данном случае возмож-
но использование синхронного двига-
теля с постоянными магнитами. При
низкой скорости вращения турбины
повышающий преобразователь выра-
батывает напряжение, необходимое
для питания выходного инвертора.
Существует вариант применения
синхронного генератора без повыша-
ющего конвертора, в этом случае
формирование требуемого напряже-
ния осуществляется за счет управле-
ния напряжением возбуждения. В
описанной схеме может быть исполь-
зован низкоскоростной многополюс-
ный генератор без редуктора, что яв-
ляется несомненным преимуществом,
т.к. повышающий редуктор, как не-
отъемлемая часть ветрогенератора,

Рис. 5. Синхронный мотор/генератор
с выпрямительным мостом,
повышающим конвертором
и выходным инвертором

создает дополнительные потери и
снижает срок службы изделия.

Основные особенности различных
вариантов ВЭУ приведены в таблице 1.
Среди описанных схем наиболее эф-
фективной и широко применяемой
является схема с асинхронным гене-
ратором и компенсацией потерь на
скольжение. Более 50% работающих
сегодня ветряков используют этот
принцип работы.

Одной из самых серьезных проб-
лем ВЭУ является обеспечение ее ста-
бильной работы при сбоях и авариях
в энергосистеме. Токи короткого за-
мыкания (КЗ), ограниченные выход-
ным импедансом источников электро-
энергии и распределенными парамет-
рами сети, могут во много раз
превышать номинальные значения.
Таким образом, в случае КЗ напряже-
ние в сети падает до значения, опре-
деляемого выходным сопротивлением
генератора и удалением до точки КЗ.
Для предотвращения резкого падения
напряжения источник питания дол-
жен иметь возможность развивать
большие пиковые токи на время, пока
идет отключение аварийных цепей.

Таблица 1. Особенности различных типов ВЭУ

Тип преобразователя	Преимущества	Недостатки
Асинхронный генератор, 3-фазный конвертор и инвертор	Простой асинхронный двигатель;  Нет ограничен ия по скорости вращения;  Выходное напряжение и мощность пропорциональны скорости вращения; Продолжительная работа при сбоях в энергосистеме;  Возможно уп равление выходной мощностью.	- Два последовательных 3-фазных преобразователя;  Высокое значение с!у/сК на обмотках генератора;  Потери до 3% от выходной мощности.
Асинхронный мотор/генератор с токосъемниками и фазным ротором, 3-фазный конвертор и инвертор	Потери мощности на электронном блоке не превышают 1% от выходной мощности; Инвертор и конвертор установлены в цепи ротора, передающей не более 30% выходной мощности;  Возможно уп равление выходной мощностью.	Нестандартный двигатель с токосъемниками {или 2 статорными обмотками) и фазным ротором; Ограниченная рабочая частота вращения турбины {80... 120%);  - Конвертор работает на низкой частоте;  Высокое значение ск/сК на обмотках генератора; Сложный процесс запуска.
Синхронный мотор/генератор, выпрямитель, повышающий  ОС/ОСп реобразовател ь и 3-фазный инвертор	Нет ограничен ия по скорости;  Выходное напряжение и мощность растут при увеличении скорости;  Продолжительная работа при сбоях в энергосистеме;  Возможна работа без редуктора;  Возможно уп равление выходной мощностью.	Три последовательных каскада преобразования; Потери до 3% от выходной мощности.


Рис. 6. Изменение напряжения
в 3-фазной сети в условиях короткого
замыкания. 1)пе1 — напряжение в сети,
11пот — номинальное напряжение,
1: — время (0 — момент КЗ)

Рис. 7. Сборка 5ЕМ15ТАСК -

4- квадра нтны й ин вертор/кон вертор

Рис. 8. Зависимость максимальной
выходной мощности модуля 5ЕМ15ТАСК
от частоты ШИМ

Классические источники питания,
синхронные генераторы, обычно
удовлетворяют данному требованию.
В том случае, когда «запас» по току
источника энергии невелик, в энерго-
системе возможны серьезные аварии.

Если ветроэнергетические установ-
ки обеспечивают небольшую часть от
общей энергии системы, то их пере-
грузочная способность не особо суще-
ственна для безопасной работы сети.
В этом случае при аварии в энергосис-
теме ВЭУ должны отключаться при
падении напряжения до 90% от номи-
нального значения в точке соединения
ветряка и общей сети. Проблема ста-
новится гораздо серьезнее, когда
вклад энергии ветрогенератора доста-
точно велик или когда энергосистема
имеет очень распределенный харак-
тер, как, например, в Австралии.

Сегодня даже крупнейшая сеть
11СТЕ (Стоп Гог 1Ье СоопНпаНоп о!
Тгапзпйззюп о! Е1ес±псйу) не в состо-
янии оценить резерв тока ВЭУ, номи-
нальный вклад которых составляет
примерно 3000 МВт, в случае коротко-
го замыкания. Организация 11СТЕ
представляет интересы операторов ма-
гистральных систем электропередачи в
20 европейских странах и ее основной
задачей является безопасное функцио-
нирование объединенных энергосис-
тем. Ежегодное потребление электро-
энергии в сетях ИС ТЕ составляет око-
ло 2100 ТВт-ч. Данной организацией
выработаны специальные требования
к режимам работы ветряков и, начи-
ная с 01.01.2002 ни одна ВЭУ, не
удовлетворяющая данным требовани-
ям, не может быть подключена к сети.

Трехфазные ветрогенераторы долж-
ны соответствовать следующим требо-
ваниям в случае перегрузки по току:

— ВЭУ не должна автоматически
отключаться от сети при сетевом напря-
жении, превышающем значения, огра-
ниченные красной линией на рисунке 6;

— запас по мощности ВЭУ в ре-
жиме КЗ должен обеспечивать напря-

жение в сети в соответствии с заштри-
хованной областью на рисунке 6;

— ветрогенератор должен обеспе-
чивать максимально возможный ток
перегрузки (значения указаны в стан-
дарте ОШ ЕЙ 60387).

Фирма 8ЕМ1КК.СЖ является од-
ним из ведущих мировых производи-
телей электронных компонентов для
мощных применений. Кроме выпуска
широкой номенклатуры силовых мо-
дулей для производства преобразова-
тельной техники 8ЕМ1КК.СШ предла-
гает готовые решения — сборки
8ЕМ18ТАСК для различных облас-
тей применения: электротранспорта,
источников питания, сварочного
оборудования и т.д. Без внимания
не осталась и ветроэнергетика: на
фирме 8ЕМ1КК.СШ разработан мо-
дуль, предназначенный для исполь-
зования с асинхронными и синхрон-
ными генераторами в диапазоне
мощности 300 кВт — 2 МВт. Сбор-
ки 8ЕМ18ТАСК включают в себя мо-
дули 16ВТ, соединенные в определен-
ной конфигурации с помощью много-
слойной шины и установленные на
теплоотводе, блок электролитических
конденсаторов шины питания, плату
управления со встроенными схемами
защиты и мониторинга. В зависимости
от рассеиваемой мощности модули мо-
гут иметь естественное, принудитель-
ное воздушное или жидкостное охлаж-
дение. Сборки, рассчитанные на пита-
ющую сеть с напряжением до 480 В,
содержат ЮВТ-транзисторы с рабо-
чим напряжением 1200 В; для ис-
пользования в сети 690 В устанавли-
ваются транзисторы с рабочим напря-
жением 1700 В. Все готовые модули
8ЕМ18ТАСК проходят полный цикл
сертификационных испытаний.

Для всех типов ветрогенераторов с
переменной скоростью вращения,
описанных выше и использующих
асинхронные и синхронные двигате-
ли, фирмой 8ЕМ1КК.СШ разработан

электронный блок с максимальной вы-
ходной мощностью более 1500 кВА,
внешний вид которого представлен на
рисунке 7. Блок содержит конвертор
и инвертор на интеллектуальных си-
ловых модулях 8КпР2403С-В172 с
транзисторами ТгепсЬ 1С-ВТ с рабо-
чим напряжением 1700 В, установ-
ленных на теплоотвод с жидкостным
охлаждением, а также блок конденса-
торов 2 х [Зх (4х 3 последователь-
но)] емкостью 3300 мкФ. Модуль мо-
жет использоваться как с асинхрон-
ным ветрогенератором с фазным
ротором, так и с синхронным генера-
тором мощностью до 1 МВт.

Интеллектуальные модули 8КНР,
использованные в сборке, имеют
встроенную схему управления, осу-
ществляющую также функции мони-
торинга и защиты от перегрузки по
напряжению, току и температуре. Ог-
раничения электрических режимов,
определяющие алгоритм работы схе-
мы защиты, рассчитаны для всех ус-
ловий эксплуатации, включая аварий-
ные, при которых температура крис-
таллов силовых транзисторов не
превышает 125° С.

Электронный блок имеет следую-
щие характеристики:

—	выходная мощность номиналь-
ная — 500 кВт (Езда = 3,5 кГц);

—	выходная мощность максималь-
ная — 1000 кВт (Езда = 3,5 кГц);

—	выходное напряжение макси-
мальное — 3 х 690 В;

—	коэффициент мощности —
0,975;

—	допустимая перегрузка — 150%
в течение 30 с;

—	температура окружающей сре-
ды — 45°С (температура охлаждаю-
щей жидкости — 60°С, скорость пото-
ка — 8 л/мин);

—	напряжение шины питания мак-
симальное — 1050 В.

На рисунке 8 приведена зависи-
мость максимальной выходной мощ-
ности блока РЕОАО (соответствующая
'ои(> ^ои(
1,5 -	______________

0,5

0	<• с

0 10 20 30 40 50 60 70 80

1

РЮВТ> РОЮОЕ> рт
2000 I----------------------------------

1500

1000 —-	-	__________-г

500

0	<1, С

0 10 20 30 40 50 60 70 80

2

Т16ВТ> Т(Э1СЮЕ> Тнз, “С

11 0 м!

о-----------------------------------------*, с

О 10 20 30 40 50 60 70 80

3

Рис. 9. Тепловые режимы кристаллов при перегрузке по току

температуре кристаллов 16-ВТ в
125°С) от рабочей частоты Езда.

Как было указано выше, режимы
работы модуля 8ЕМ18ТАСК рассчи-
таны из условия ограничения темпе-
ратуры силовых кристаллов на уров-
не 125°С. Для того, чтобы соответ-
ственно рассчитать предельные
режимы работы, необходимо учиты-
вать множество факторов, таких как
энергия динамических потерь, уро-
вень потерь проводимости, значения
тепловых сопротивлений силовых
кристаллов и элементов конструк-
ции, осуществляющих теплопереда-
чу. Необходимо также знать зависи-
мость энергии потерь от напряжения,
тока и температуры. Расчет суммар-
ной мощности рассеяния представля-
ет собой сложный процесс, требую-
щий не только множества итераций
при вычислении, но и хорошего по-
нимания происходящих физических
процессов. Для максимального упро-
щения процесса анализа тепловых
режимов специалистами фирмы
8ЕМ1КК.СЖ разработана программа
автоматизированного теплового рас-
чета 8ЕМ18ЕЕ [5], позволяющая так-
же осуществлять выбор оптимально-
го компонента для конкретного при-
менения. Для повышения точности
расчета были созданы 3-мерные теп-
ловые модели всех модулей, выпус-
каемых фирмой, учитывающие дина-
мику распространения тепла во всех
элементах конструкции и на всех
направлениях.

На графиках, показанных на ри-
сунках 9.1, 9.2 и 9.3, приведены ре-
зультаты расчетов и моделирования
процессов, происходящих при 150%
перегрузке силового модуля инверто-
ра (ток — красный, напряжение —
черный график на рисунке 9.1). Со-
ответствующие изменения мощности,
рассеиваемой I СВ Т-транзистором
Р1ОВТ (красный график) и его антипа-
раллельным диодом Роюэе (синий
график), показаны на рисунке 9.2, а
на рисунке 9.3 можно увидеть, как
при перегрузке изменяется темпера-
тура кристалла транзистора Т1СВТ, ди-
ода ТП1ОЕ>Е и теплоотвода Тнз (сирене-
вый график).

В случае работы ветрогенератора
в сети наиболее сложным режимом
является режим короткого замыка-
ния, при котором необходимо не
только защитить силовые компонен-
ты, но и выполнить изложенные вы-
ше требования по обеспечению ста-
бильной работы в режиме КЗ. Основ-
ная проблема заключается в том, что
перед наступлением состояния пере-
грузки преобразователь может рабо-
тать в режиме максимальной нагруз-
ки, при котором температура крис-
таллов близка к предельной.

На рисунке 9.4 показано, как мо-
гут изменяться ток и напряжение при
коротком замыкании в сети. На гра-
фике также приведена эпюра измене-
ния коэффициента мощности (тонкая
сиреневая линия). На графиках ри-
сунка 9.5 показаны уровни рассеива-

емой мощности, на графиках рисунка
9.6 — соответствующие эпюры изме-
нения температуры кристаллов тран-
зистора и диода, а также температура
радиатора. Предельная температура
кристалла 1С-ВТ на эпюре 9.6 состав-
ляет 125°С, при этой температуре
должна сработать термозащита, соот-
ветственно, по графику 9.4 можно оп-
ределить, что «вклад» выходного то-
ка преобразователя в общий ток КЗ
может составлять не более 2,5 от но-
минального тока модуля, составляю-
щего 430 А при частоте коммутации
3,5 кГц. Если требуется больший за-
пас по току перегрузки, то необходи-
мо ограничивать выходной ток преоб-
разователя в номинальном режиме,
т.е. «недоиспользовать» его по мощ-
ности, что, конечно, крайне невыгод-
но с экономической точки зрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В сентябре 2002 года в городе Са-
рагоса (Испания) прошла международ-
ная выставка РОУЕК ЕХРО 2002, в
которой приняли участие 304 компа-
нии из 16 стран мира. Основной те-
мой выставки стали ветроэнергетика
и новейшие технологии, использую-
щиеся в ветроэнергетике.

Сегодня к мировым энергосисте-
мам постоянно подключаются все но-
вые и новые ветротурбины. Каждый
месяц прирост суммарной мощности за
счет ВЭУ составляет более 200 МВт-ч.
Постоянно растут инвестиции в вет-
роэнергетику, прорыв в технологии
композитных материалов позволил за
последнее десятилетие увеличить
мощность ветротурбин в 50 раз. Ми-
нимальная мощность современных
ветрогенераторов составляет 1 МВт,
с 2002 года началась установка ветро-
генераторов мощностью 5 МВт. Выго-
да от вложений в ветроэнергетику
намного превосходит иные энергети-
ческие проекты. Динамика роста
мощности ВЭУ в различных странах
показана в таблице 2.

По оценкам специалистов, общий
объем электроэнергии, который Евро-
па может выработать только за счет
ветровых электростанций, в 5 раз
превышает имеющиеся сегодня по-
требности. При этом ветроэнергетика
не требует расходов на утилизацию
отработанного топлива и не загрязня-
ет окружающую среду.

Энергия ветра в течение длительно-
го времени рассматривается в качестве
экологически чистого неисчерпаемого
источника энергии. Распространивша-
яся в 70-х гг. прошлого века угроза
сокращения невозобновляемых источ-
ников энергии и рост зависимости от
импортируемого топлива привели к
активизации исследований, направ-
ленных на расширение возможности
преобразования ветра в пригодный
для использования вид энергии.

Однако до того как энергия ветра
сможет принести значительную
пользу, должны быть решены мно-
гие технические задачи. Наиболь-
шие препятствия для использования
ветроэнергетических установок соз-
дает их высокая стоимость. Но если
ВЭУ смогут конкурировать по стои-
мости вырабатываемой энергии с ус-
тановками, использующими тради-
ционные источники энергии, этот их
недостаток перестанет играть суще-
ственную роль.

В России насчитывается несколь-
ко десятков предприятий, имеющих
огромный опыт производства двигате-
лей и мотор-генераторов большой
мощности. Многие из них способны
производить ВЭУ с характеристика-
ми, не уступающими лучшим запад-
ным образцам. При этом более 70%
территории России и 30% населения в

Таблица 2. Темпы развития ветроэнергетики в Европе

Страна	Мощность ВЭУ (конец 2000 года), МВт	Мощность ВЭУ (конец 2001 года), МВт
Европейский союз		
Германия	6,113	8,754
Испания	2,235	3,337
Дания	2,300	2,417
Италия	427	697
Нидерланды	446	493
Великобритания	406	474
Швеция	231	290
Греция	189	272
Португалия	100	125
Ирландия	118	125
Австрия	77	94
Франция	66	78
Финляндия	38	39
Бельгия	13	31
Люксембург	10	15
Всего по ЕС	12,709	17,241
Другие страны		
Польша	5	22
Турция	19	19
Норвегия	13	17
Чехия	12	12
Швейцария	3	7
Румыния	1	1
Всего	12,822	17,319

настоящее время не имеют централи-
зованного энергоснабжения, и для ре-
шения этой проблемы наиболее целе-
сообразным является применение во-
зобновляемых источников энергии, в
частности, энергии ветра.

В отношении ветроресурсов Рос-
сия вряд ли уступит, например, Да-
нии или Испании, где ветростанции
производят 15...25% электроэнергии,
потребляемой в стране. Россия с
трех сторон омывается океанами, а
районы побережья считаются иде-
альными с точки зрения использова-
ния энергии ветра. Около 30% потен-
циала ветроэнергетики России сосре-
доточено на Дальнем Востоке,
16% — в Сибири, 14% — в районах
Севера и менее чем 25% — в осталь-
ных регионах (в районах Нижней и
Средней Волги и Каспийского моря,
Карелии, Алтая и пр.). Валовой вет-
ровой потенциал России оценивается
в 80x1015 кВт-ч/год, экономиче-
ский — в 40 х 109 кВт-ч/год.

Для дальнейшего развития ветро-
энергетики в России необходимо:

—	масштабное внедрение ВЭУ в
состав «большой энергетики», особен-
но с учетом неизбежного снижения
цен на ветроустановки и роста цен на
традиционное топливо;

—	создание ВЭУ малой мощности
для решения проблем энергообеспече-
ния удаленных и изолированных
районов;

—	применение ВЭУ в районах с
автономным энергообеспечением.

В перспективе т.н. «альтернатив-
ная энергетика», в том числе ветро-
энергетика, может стать безальтерна-
тивной. Это связано с тем, что запа-
сы нефти и газа в мире ограничены,
а защита окружающей среды рано
или поздно войдет в приоритетные
задачи человечества. Естественно,
мировой бизнес отреагирует на этот
вызов и начнет искать наиболее опти-
мальные и конкурентные решения.
Именно эти соображения должны
лечь в основу энергетической страте-
гии нашей страны, особенно с учетом
начавшегося реформирования рос-
сийской энергетики.

Основной проблемой для произво-
дства отечественных мощных ВЭУ яв-
ляется создание надежного, компакт-
ного и эффективного инвертора. Раз-
работка специализированных силовых
модулей, таких, как описанный в дан-
ной статье модуль 8ЕМ1КК.ОК, упро-
щает российским разработчикам соз-
дание собственных конструкций
ВЭУ, что позволит сделать важный
шаг на пути развития ветроэнергети-
ки в нашей стране.

ЛИТЕРАТУРА

1.	к11р:/ / гаоге/огт. е1ек1га. г и/ гаоге-
/огт.

2.	Соболь Эммануил. Наш агрегат в
потоке воздуха. кНр://уоиг-есо1оду.
пагод.. г и/ агИс1еб. к1т1.

3.	Литвиненко А. М. Пособие по изго-
товлению ветроагрегатов. к11р://ъогпд-
5 7. пагод, г и.

4.	РАО «ЕЭС России» материалы
сайта ъоъоъо.гао-еез.ги.

5.	ЕскгегЬег Не]ап. АррНед Пезгдпз
о/ УапаЫе Ереед УУгпд ТигЫпез Апд
Неъо Арргоаскез. ЕЕМ1ККОК 1п1егпа-
Иопа1.

6.	Колпаков А. И. Программа тепло-
вого расчета ЕЕМ1ЕЕЕ. «Компоненты и
технологии» №9 Москва, 2002 г.