Введение

Нефтегазовые промыслы являются энергоемкими производственными объектами. Нарушение электроснабжения на этих объектах может привести к сбоям процессов добычи, подготовки, транспорта и хранения нефти и газа. Использование традиционного топлива очень негативно влияет на окружающую среду. Поэтому наряду с традиционными топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР) в последние десятилетия во всем мире достаточно широко стали применяться и практически экологически чистые возобновляемые источники энергии (ВИЭ), в т. ч. и для энергоснабжения нефтегазопромысловых объектов.

Как отмечается в работе [1], в становлении сектора ВИЭ в мире уже принимают участие все крупнейшие нефтегазовые компании. Как правило, эти компании стремятся к увеличению своей устойчивости в условиях меняющегося рынка. Российские нефтегазовые компании находятся еще на начальном пути, но и для них применение ВИЭ также является стратегически важным. Это позволит сократить техническое отставание в данном направлении в долгосрочной перспективе. Кроме того, использование ВИЭ на нефтегазовых объектах придаст дополнительный импульс развитию высокотехнологичного производства в России.

В связи с тем, что бóльшая часть нефтегазовых объектов находится на территориях со слабо развитой энергетической инфраструктурой, возникает проблема повышения надежности и эффективности их энергоснабжения. Поэтому все более широкое практическое применение находят проекты энергообеспечения с использованием ВИЭ (солнечной и ветровой и др.). В условиях Восточной Сибири солнечная электрическая станция (СЭС) с накопителями энергии и резервным дизель-генераторным агрегатом (ДГА) может решить вопрос электроснабжения нефтегазовых объектов. Проектные расчеты показали, что СЭС позволяет сэкономить около 25 тыс. литров дизельного топлива ежегодно, при этом также снижается количество выбросов CO₂ на 63,5 т в год с одной установки, а срок окупаемости не превышает 15 лет [2].

В последнее время в мире наблюдается большой интерес к добыче углеводородного сырья морей и океанов, таких как нефть и природный газ. Внедрение ВИЭ для добычи углеводородного сырья позволит нефтяным морским платформам быть самогенерирующими, экологичными и не вредить при этом окружающей среде [3]. Такие ВИЭ, как солнечная, ветровая и волновая и др., могут также применяться на бытовых морских платформах [4].

Перспективными районами для внедрения ВИЭ являются Ненецкий автономный округ и Ямало-Ненецкий автономный округ, имеющие много отдаленных крупных предприятий по добыче, переработке и транспортировке нефти и газа [5]. Районы присутствия ОАО «ЛУКОЙЛ» в развитии ветроэнергетики с высоким ветроэнергетическим потенциалом – Астраханская, Волгоградская, Калининградская области, Краснодарский край и полуостров Варандей в Ненецком автономном округе. Для этих районов необходимы ветроэнергоустановки (ВЭУ) средней и большой мощности, стабильно работающие при скорости ветра от 4 до 25 м/с.

Компания «Роснефть» расширяет географию использования ВИЭ для электроснабжения удаленных объектов нефтегазодобычи. Ее специалисты определили «экономически эффективный радиус» для ряда отдельных региональных зон присутствия компании – расстояние от объекта нефтегазодобычи до ближайшего источника электроэнергии, при котором применение ВИЭ становится экономически выгодным. Применение ВИЭ в процессах нефтегазодобычи вносит вклад в достижение целей стратегии «Роснефть-2030: надежная энергия и глобальный энергетический переход». Одно из ключевых направлений – снижение углеродного следа в разведке и добыче. Внедрение ВИЭ поможет также решить задачу электроснабжения удаленных скважин, не имеющих доступа к стационарным электросетям. Солнечные панели установлены на Чутырско-Киенгопском месторождении на двух нагнетательных скважинах для энергоснабжения управляющего оборудования [6].

В целом, для России сегодня использование ВИЭ в особо благоприятных случаях может оказаться вполне конкурентоспособным экономически. Это относится к территориям страны, не обеспеченным централизованным энергоснабжением и использующим дорогое привозное топливо. В этих случаях использование ВИЭ имеет также большое социальное значение, увеличивая надежность энергоснабжения. Начали применяться комбинированные ветро-солнечные электростанции (КВСЭС), т. к. они более надежны и стабильны, чем ветровые или солнечные электростанции в отдельности [7, 8]. Успешно прошли испытания автономные блочно-комплектные энергетические установки серии БКЭУ-ВСМ на базе ветро-солнечных модулей (БКЭУ-ВСМ-ДГА) [9, 10]. Все эти аксиальные ветроэнергоустановки (АВЭУ) и ортогональные ветроэнергоустановки (ОВЭУ) используются в основном для автономного электроснабжения небольших линейных объектов малой мощности. К ним можно отнести площадки электроприводных узлов нефте- и газопроводов, станций электрохимической защиты от коррозии, систем обнаружения утечек и др. Как правило, мощность этих установок составляет не более 20 кВт,  мощность ВЭУ в их составе 10 кВт, причем их коэффициент мощности (энергетический КПД) не превышает 0,45. 

В работе [11] авторами были предложены ОВЭУ с комбинированными роторами Н-Дарье-Савониуса (КРДС) с энергетическим КПД 0,60 с номинальной мощностью до 60 кВт. Эти ОВЭУ смогут использоваться совместно с другими энергоустановками, такими как СЭС, ДГА и газопоршневые электрогенераторы (ГПЭГ), работающие на природном и попутном газе. ДГА и ГПЭГ в настоящее время являются самыми доступными, имеют лучшее соотношение цены, надежности и качества, обладают высоким КПД, достигающим 0,40, и ресурсом около 40 тыс. моточасов до капитального ремонта [9, 10]. Однако на практике возникает потребность в применении еще более мощных ВЭУ, которые совместно с другими энергоустановками смогли бы использоваться не только в инфраструктуре промысловых объектов, но и для привода скважинных установок различных типов для добычи нефти. Поэтому достаточно актуальной представляется разработка еще более мощных и энергетически эффективных вихревых ветроэнергоустановок (ВВЭУ) и вихревых ветро-солнечных энергоустановок (ВВСЭУ) для добычи нефти.

Целью работы является разработка и оценка параметров модернизированной ВВСЭУ для добычи нефти, задачами – анализ существующих ВВЭУ
и ВВСЭУ, разработка, экспериментальное исследование основных параметров модернизированной ВВСЭУ и оценка ее параметров  для добычи нефти.

Краткая характеристика ВВЭУ и ВВСЭУ

Наряду с традиционными АВЭУ и ОВЭУ, рассмотренными в работе [11], в последние десятилетия стали применяться более мощные и энергетически эффективные ВВЭУ [12, 13].

В конструкции ВВЭУ фирмы Gumman Aerospace Corporation [12] (рис. 1) в нижней широкой части башни располагаются в кольцах для генерирования вихрей осевые ветроколеса пропеллерного типа в кольцах.

Рис. 1. ВВЭУ фирмы Gumman Aerospace Corporation  

Fig. 1. VWPP from Gumman Aerospace Corporation

Энергетический КПД таких ВВЭУ будет выше, чем у широко используемых АВЭУ и ОВЭУ, а удельная получаемая электроэнергия достигает 10 кВт/м². При этом капитальные затраты на ВВЭУ находятся в пределах 65–500 $/кВт, что сопоставимо с затратами на сооружение электростанций, использующих органическое топливо, составляющими 300 $/кВт [13].

Более эффективными представляются ВВСЭУ, в которых наряду с ветровой используется солнечная энергия. Например, в Казахстане была создана экспериментальная ВВСЭУ «Торнадо-2С» [14]. Общий вид этой установки приведен на рис. 2.

Рис. 2. Экспериментальная ВВСЭУ «Торнадо-2С»

Fig. 2. Experimental VWSPP “Tornado-2S”

При номинальной мощности 6,0 кВт выработка электроэнергии составила около 50 МВт·ч/год. Однако, как и в ранее рассмотренной ВВЭУ, в этой установке используется ветродвигатель пропеллерного типа, аналогичного по конструкции, которые используются АВЭУ. КПД этих ветродвигателей не превышает 0,45.

В ВВЭУ и ВВСЭУ возникает вихрь с углом подъема 3–5°, т. е. возникает вращательное движение воздуха, поэтому целесообразно использовать вертикально-осевые ветродвигатели, в частности, предлагаемый авторами комбинированный ветродвигатель на основе роторов Н-Дарье и Савониуса, т. е. КРДС с оригинальными вертикальными лопастями с зубцами на концах, который имеет энергетический КПД до 0,70 [15]. В этом комбинированном ветродвигателе совмещается быстроходность за счет ротора Н-Дарье и самозапуск за счет ротора Савониуса.

Поэтому в 2022 г. была предложена более совершенная схема модернизированной ВВСЭУ (рис. 3) с цилиндрической вихревой трубой (ЦВТ), КРДС, солнечной водонагревательной установкой (СВУ) и фотоэлектрической панелью (ФЭП) [16].

Рис. 3. Cхема модернизированной ВВСЭУ

Fig. 3. Scheme of the modernized VWSPP

В ЦВТ 1 располагаются КРДС 3 для привода электрогенератора, завихритель потока воздуха 4, окна 5 для ветрового потока. Под ЦВТ располагается конфузор 6 с отверстиями для поступления воздуха В. Под конфузором располагается тепловой аккумулятор 7 с теплоаккумулирующим материалом фазового перехода (ТАМФП) 8, например, парафином. Для подогрева и плавления ТАМФП используется СВУ, состоящая из погружного трубчатого подогревателя 9, коллектора солнечной энергии (КСЭ) 11 и циркуляционного насоса 10 с приводом от ФЭП 12.

Поступающий через отверстия в конфузоре воздух В поступает внутрь теплового аккумулятора и нагревается от поверхности ТАМФП. Подогретый воздух ПВ поступает в ЦВТ, поднимается вверх и смешивается с воздушным потоком, поступающим через окна 5, и завихряясь с помощью завихрителя потока воздуха 4 поднимается вверх по ЦВТ 1, вращает КРДС 2 с электрогенератором 3. Таким образом, предлагаемая ВВСЭУ, используя ветровую и солнечную энергию (ВЭ) и (СЭ), позволяет вырабатывать электроэнергию (ЭЭ). Предлагаемая ВВСЭУ по сравнению с ВСВЭУ «Торнадо-2С» с пропеллерным ветродвигателем и воздушным солнечным коллектором обладает существенными преимуществами: более высоким КПД ротора
и СВУ жидкостного типа, а тепловой аккумулятор с ТАМФП обеспечивает более равномерную выработку электроэнергии при соответствующей емкости теплового аккумулятора.

Экспериментальные исследования параметров ВВТЭУ

Для проведения экпериментальных исследований была применена цилиндрическая вихревая труба с гораздо более развитой площадью завихрителей, позволяющая направить ветровой поток на все сечение ротора. Следует также отметить, что КРДС (см. рис. 3) заменен на оригинальный ротор Н-Дарье с закрылками, имеющие зигзагообразные элементы треугольной формы. Это связано с тем, что, как показали предварительные эксперименты, ротор Савониуса в вихревом потоке препятствовал раскручиванию и дальнейшей работе КРДС.

Для экспериментальных исследований основных параметров модернизированных ВВСЭУ была разработана лабораторная вихревая ветротепловая энергоустановка (ВВТЭУ) с усовершенствованным ротором Н-Дарье [17]. Лабораторная ВВТЭУ показана на рис. 4.

а                                                                                                      б

Рис. 4. Лабораторная ВВТЭУ с ротором Н-Дарье и плоским теплоэлектронагревателем:
а – общий вид; б – измерительная схема

Fig. 4. Laboratory VWTPP with an H-Daria rotor and a flat thermal electric heater:
a – general view; б – measuring circuit

Ветер в лабораторной установке моделировался потоком воздуха от осевого промышленного вентилятора 1, а солнечный водонагреватель для подогрева воздуха в нижней части вихревой трубы имитировался с помощью плоского цилиндрического теплоэлектронагревателя (ТЭН). Установка состоит из параболоидного конфузора 8 диаметром 280 мм, короткого конического диффузора 7 и цилиндрической вихревой трубы 6 диаметром 350 мм и высотой 500 мм с квадратным окном 320 × 320 мм для завихрителя воздушного потока 4. В цилиндрической части вихревой трубы располагается оригинальный ротор Н-Дарье 3 диаметром 320 мм, высотой 300 мм с закрылками с треугольными зубцами. Под вихревой трубой располагается плоский ТЭН 9, в качестве которого используется электроплитка с нагревательным элементом в форме диска диаметром 190 мм. На этой установке были исследованы вихревые потоки, возникающие над плоским ТЭН 9 и поднимающиеся через параболоиный конфузор 8 и конический диффузор 7 в вихревую трубу 6, и в ней взаимодействуют с ротором Н-Дарье 3.

В настоящей работе представлены лишь некоторые новые результаты, полученные в 2024 г., по определению основных энергетических параметров. Были проведены эксперименты по измерению частоты вращения ротора Н-Дарье n с помощью лазерного тахометра Victor DM 6234 P 2 с абсолютной погрешностью 1 об/мин, дающего гораздо более точные результаты по сравнению с ранее использовавшимися механическими тахометрами. Напряжение электротока, подаваемого в ТЭН 9, измерялось с помощью вольтметра 10 и лабораторного автотрансформатора (ЛАТ) 11. Температура воздуха в вихревой трубе t измерялась с помощью цифровых термометров 12. Средняя скорость воздушного потока v = v_L в каждом из сечений на расстоянии L от вентилятора определялась на основе осреднения скоростей потока в девяти точках с помощью цифрового анемометра 5 с погрешностью не более 0,1 м/с. Для сопоставления полученных результатов с ранее полученными при исследовании ротора Н-Дарье [18] был построены графики (рис. 5) зависимости частоты вращения ротора Н-Дарье n₁, n₂ и n₃ от скорости горизонтального воздушного потока (кривая 1), от скорости воздушного потока в вихревой трубе (кривая 2) и от скорости воздушного потока в вихревой трубе с подогревом (кривая 3).

Рис. 5. Графики зависимости скорости вращения ротора Н-Дарье:
1 – n₁ от скорости горизонтального воздушного потока; 2 – n₂ от скорости воздушного потока в вихревой трубе;
3 – n₃ от скорости воздушного потока с подогревом

Fig. 5. Graphs of the rotation speed of the H-Daria rotor:
1 – n₁ on the speed of the horizontal air flow; 2 – n₂ on the air flow speed in the vortex tube;
3 – n₃ from the air flow speed with heating

При проведении экспериментов гипотетически предполагалось, что фактическая измеренная средняя скорость горизонтального воздушного потока на входе в завихрители была практически равна окружной скорости в вихревой трубе. Однако эта гипотеза требует проверки путем непосредственного измерения скорости практически кругового течения в вихревой трубе. Как видно из рис. 5, все три графики частот вращения n₁, n₂ и n₃ с помощью лазерного тахометра Victor DM 6234 P имеют единообразный вид параболических зависимостей в отличие от ранее полученных в 2023 г. линейных зависимостей в вихревой трубе и в вихревой трубе с подогревом.

Из рис. 5 также видно, что при повышении скорости воздушного потока от 4,1 до 6,3 м/c частота вращения модернизированного ротора Н-Дарье с оптимальным углом установки лопастей и закрылками с треугольными зубьями при ортогональном ветровом потоке увеличилась с 130 до 310 об/мин, т. е. в 2,4 раза. При повышении окружной скорости воздушного потока в вихревой трубе, практически равной скорости воздушного потока снаружи вихревой трубы, в  диапазоне скоростей от 2,0 до 5,2 м/c частота вращения ротора Н-Дарье увеличилась с 140 до 370 об/мин, а при тех же условиях с дополнительным подогревом потока снизу частота вращения ротора Н-Дарье увеличилась с 220 до 420 об/мин. Вращение ротора Н-Дарье начиналось лишь при скорости 4,1 м/c, а в круговом потоке в вихревой трубе – с 2,0 м/c, а при подогреве – с 1,5 м/c. В диапазоне скорости воздушного потока от 4,1 до 5,2 м/c частота вращения ротора Н-Дарье в вихревой трубе будет в 1,61–1,71 раза, в среднем в 1,66 раза больше, а частота вращения ротора Н-Дарье в вихревой трубе с подогревом в 1,91–2,46 раза, в среднем в 2,14 раза больше, чем для ротора Н-Дарье в горизонтальном воздушном потоке. Можно сделать вывод, что наиболее эффективно использование ротора Н-Дарье в вихревой трубе при малых скоростях. Это объясняется тем, что в вихревой трубе возникает вихревой, почти круговой, поток воздуха, в котором все лопасти ротора Н-Дарье все время находятся в воздушном набегающем потоке. Поэтому для раскрутки ротора Н-Дарье не требуется ротор Савониуса, как это было использовано в КРДС при горизонтальном воздушном потоке [15].

Анализ эффективности экспериментальных ВВТЭУ

Рассмотрим энергетическую эффективность лабораторных экспериментальных ВВТЭУ. Зависимость мощности ротора Н-Дарье от скорости воздушного потока показана на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость мощности ротора Н-Дарье от скорости воздушного потока:
1 – в свободном потоке; 2 – в вихревой трубе; 3 – в вихревой трубе с подогревом

Fig. 6. Dependence of H-Darier rotor power on air flow speed:
1 – in free flow; 2 – in a vortex tube; 3 – in a heated vortex tube

Графики зависимости мощности ротора Н-Дарье в свободном потоке 1, вихревой трубе 2 и вихревой трубе с подогревом 3 имеют параболический характер. Анализ полученных значений показывает, что мощности ротора Н-Дарье в вихревой трубе и в вихревой трубе с подогревом будут соответственно в среднем 3,76 и 4,97 раза больше мощностей ротора Н-Дарье в свободном воздушном потоке за счет больших частот вращения ротора. Такой мультипликативный эффект можно объяснить особенностями аэродинамики и энергетики роторов Н-Дарье, помещенных в круговой поток в вихревой трубе. Наблюдается постоянное пребывание крыловидных лопастей роторов Н-Дарье в почти вращающихся потоках, в отличие от периодического пересекающего ротора Н-Дарье свободного горизонтального прямолинейного потока, как это было показано в работе Д. Н. Горелова [13]. Нагретый ТЭНом воздух, поступающий снизу в вихревую трубу, приносит дополнительный импульс за счет дополнительной массы воздуха, а также за счет прямого превращения тепловой энергии в механическую, как было показано Н. К. Надировым, В. М. Низовкиным в работе [14]. В конечном итоге это приводит к существенному росту скорости вихревого потока и соответственно его мощности, что наблюдается в природных торнадо и вихревых установках других авторов [12, 14, 19].

Таким образом, мощности ротора Н-Дарье в вихревой трубе и в вихревой трубе с подогревом будут соответственно в 3,76 и 4,97 раза больше мощностей ротора Н-Дарье в свободном воздушном потоке за счет больших частот вращения ротора. Это объясняется особенностями аэродинамики и энергетики роторов Н-Дарье, помещенных в круговой поток, возникающий в вихревой трубе с постоянным пребыванием в нем крыловидных лопастей роторов Н-Дарье.

Выполним оценку основных параметров предлагаемой ВВСЭУ в соответствии с методикой, приведенной в работе [14]. Определим подводимую мощность энергии атмосферы N, как сумму ветровой N_В и тепловой (главным образом за счет солнечной энергии) мощности N_Т. Далее определим полезную мощность торнадо, кВт:

                                 N_ПТ = η_кN,                              (1)

где η_к – КПД выхода кинетической энергии, можно принять η_к = 0,714.

С учетом КПД ветродвигателя и электрогенератора электрическая мощность ВВСЭУ, кВт, составит:

                             N_ЭТ  = N_ПТ η_ВД η_Э,                         (2)

где η_ВД – КПД ветродвигателя, принимаем для аксиального пропеллерного ветродвигателя η_АПВ = = 0,45 [14], для ротора Н-Дарье η_РД = 0,72 [15]; η_Э – КПД электрогенератора, принимается η_Э = 0,95.

Оценка мощности ВВСЭУ по формуле (2) с аксиальным пропеллерным ветродвигателем N_АПВ и ротором Н-Дарье N_РД в зависимости от его основных геометрических размеров (диаметра D и высоты H) вихревой трубы приведена в таблице.

Оценка мощности ВВСЭУ с аксиальным пропеллерным ветродвигателем и ротором Н-Дарье
в зависимости от диаметра D ротора и высоты H вихревой трубы, кВт

Evaluation of the VWSPP power with an axial propeller wind turbine and an H-Darye rotor
depending on the diameter D of the rotor and the height H of the vortex tube, kW

Согласно таблице, с увеличением диаметра вихревой трубы D_ВТ от 1,0 до 5,0 м, т. е. в 5 раз, мощность установки с пропеллерным ветродвигателем увеличивается с 6,08 до 133,8 кВт, для установки с ротором Н-Дарье – с 9,72 до 214,08 кВт, т. е. в 22 раза. Расчетное значение полезной мощности установки Торнадо при диаметре вихревой трубы 1,0 м N_АПВ = 6,08 кВт практически совпадает с полученным в работе [14] экспериментальным значением 6,0 кВт.

Предлагаемые ВВСЭУ могут быть использованы для энергоснабжения нефтегазопромысловых объектов, как на суше, так и на море, в т. ч. на нефтедобывающих платформах. Полученные результаты будут использоваться в дальнейших исследованиях по детальному изучению КПД ВВСЭУ с модернизированным ротором Н-Дарье с большими габаритными размерами в натурных условиях. После оптимизации ряда конструктивных и технологических параметров они могут быть применены при проектировании, сооружении и эксплуатации этих энергоустановок.

Для нефтегазопромысловых объектов в южных регионах, располагающих значительным потенциалом ветровой и солнечной энергии, могут кроме ВВСЭУ использоваться и СЭС на основе ФЭП.
В качестве примера на рис. 7 приведена энерготехнологическая схема применения модернизированной ВВСЭУ для добычи нефти.

Рис. 7. Энерготехнологическая схема применения модернизированной ВВСЭУ для добычи нефти:
ВП – вихревой поток; СЭ – солнечная энергия; ВЭ – ветровая энергия; ПВ – поток воздуха;
ЭЭ – электроэнергия; ДГ – дымовые газы; ОГ – очищенный газ;
ПГ – попутный газ; ПС – пластовая смесь; Н – нефть

Fig. 7. Energy and technological scheme for using the modernized VWSPP for oil production:
ВП – vortex flow; СЭ – solar energy; ВЭ – wind energy; ПВ – air flow; ЭЭ – electricity energy;
ДГ – flue gases; ОГ – purified gas; ПГ – associated gas; ПС – reservoir mixture; Н – oil

Согласно рис. 7, наряду с модернизированной ВВСЭУ (позиции 1–12) с ротором Н-Дарье 2 для энергоснабжения привода насосов для скважин 20 через коммутирующее устройство 14, через блок электропитания и управления 21 на скважинные насосы поступает электроэнергия ЭЭ. Выработка электроэнергии осуществляется также СЭС 13 на основе ФЭП, а также дизель-электрогенератор (ДЭГ) 15. Для отделения попутного газа ПГ от нефти Н используется нефтегазосепаратор 19, для очистки попутного газа ПГ фильтр 18, а для компремирования очищенного газа ОГ компрессор 17. Для снижения колебаний давления очищенного газа перед поступлением его в ДГА 15 применяется ресивер 16.

При недостаточном уровне получаемой от модернизированной ВВСЭУ и СЭС электроэнергии запускается газовый ДЭГ. Предварительные оценки показывают, что ВВСЭУ позволяет выработать до 30 % необходимой электроэнергии для добычи нефти из группы скважин, СЭС – до 20 %, а оставшиеся 50 % вырабатывает газовый ДЭГ. Таким образом, за счет использования модернизированной ВВСЭУ и СЭС затраты традиционных энергоисточников на добычу нефти можно сократить в 2 раза. Максимальные значения коэффициента мощности (энергетического КПД) усовершенствованного ротора Н-Дарье достигает 0,72, что практически в 1,6–2,1 раза выше, чем у серийно выпускаемых ВЭУ, имеющих коэффициент мощности не более 0,35–0,45. Мощность ВВСЭУ за счет применения усовершенствованного ротора Н-Дарье и за счет вихревого эффекта при диаметре ротора 5,0 м может достигать 214 кВт, т. е. на порядок выше, чем на уже применяемых на промысловых объектах серийно выпускаемых АВЭУ и ОВЭУ. Предлагаемые модернизированные ВВСЭУ совместно с другими энергоустановками могут использоваться не только в инфраструктуре нефтегазопромысловых объектов, но и для добычи нефти на суше и на море. В дальнейшем они могут обеспечить работу интеллектуальных скважин, а в перспективе и полностью автономное энергоснабжение интеллектуальных месторождений.

Заключение

1. Предложены усовершенствованные ВВСЭУ на основе модернизированных КРДС с лопастями, имеющими зубчатые закрылки, ЦВТ, СВУ и ФЭП. В ЦВТ располагаются ротор Н-Дарье для привода электрогенератора, завихритель потока воздуха и окна для ветрового потока. Под ЦВТ располагается конфузор с отверстиями для поступления воздуха, под которым имеется тепловой аккумулятор с ТАМФП. Для подогрева и плавления ТАМФП используется СВУ.

2. Для исследования параметров ВВСЭУ была разработана лабораторная ВВТЭУ. В этой установке ветер имитировался потоком воздуха от вентилятора, а СВУ для подогрева воздуха в нижней части вихревой трубы имитировался плоским ТЭН. В диапазоне скорости воздушного потока от 4,1 до 5,2 м/c частота вращения ротора Н-Дарье в вихревой трубе будет в среднем в 1,66 раза больше, а частота вращения ротора Н-Дарье в вихревой трубе с подогревом в среднем в 2,14 раза больше, чем для ротора Н-Дарье в горизонтальном воздушном потоке.

3. За счет больших частот вращения ротора
Н-Дарье в вихревой трубе с подогревом мощность будет в среднем в 4,97 раза больше мощности ротора Н-Дарье в свободном воздушном потоке. Это объясняется особенностями аэродинамики и энергетики роторов Н-Дарье, помещенных в практически круговой поток в вихревой трубе. Это приводит к существенному росту скорости вихревого потока и соответственно его мощности, что наблюдается в природных торнадо  и вихревых установках других авторов. С увеличением диаметра вихревой трубы от 1,0 до 5,0 м мощность ВВСЭУ увеличивается с 9,72 до 214,08 кВт, т. е. в 22 раза.

4. Рассмотрена энерготехнологическая схема применения ВВСЭУ для добычи нефти. При недостаточном уровне получаемой от ВВСЭУ и СЭС электроэнергии запускается ДЭГ, работающий на очищенном попутном газе. ВВСЭУ позволяет выработать до 30 % необходимой электроэнергии для добычи нефти из группы скважин, СЭС – до 20 %, а оставшиеся 50 % вырабатывает ДЭГ. За счет использования ВВСЭУ и СЭС затраты традиционных энергоресурсов на добычу нефти можно сократить в 2 раза. Мощность ВВСЭУ за счет вихревого эффекта и применения усовершенствованного ротора Н-Дарье и при диаметре ротора 5 м может достигать 214 кВт, т. е. на порядок выше, чем у применяемых ВЭУ различных типов.

1. Babicheva L. K., Neprinceva E. V., Shubin S. A. Riski razvitija VIJe v neftegazovoj otrasli v uslovijah COVID-19 [Risks of renewable energy development in the oil and gas industry in the context of COVID-19]. Strategicheskie reshenija i risk-menedzhment, 2020, T. 11, no. 4, pp. 412-419. DOI:https://doi.org/10.17747/2618-947X-2020-4-412-419.

2. Fomin R. Ju., Mingaleeva R. D., Bessel' V. V. Pov-yshenie jeffektivnosti jenergosnabzhenija neftegazovyh ob#ektov za schjot ispol'zovanija vozobnovljaemyh isto-chnikov jenergii [Improving the efficiency of energy supply to oil and gas facilities through the use of renewable energy sources]. Santehnika, otoplenie, kondicionirovanie, 2023, no. 10, pp. 76-79. Available at: https://www.c-o-k.ru/articles/povyshenie-effektivnosti-energosnabzheniya-neftegazovyh-obektov-za-schet-ispolzovaniya-vie (accessed: 24.04.2024).

3. Urusov T., Cheban A. Primenenie VIJe na morskih neftedobyvajushhih platformah [The use of VWP on off-shore oil production platforms]. Zdanija vysokih tehnologij, 2019, no. 2, pp. 46-53. Available at: http://zvt.abok.ru/articles/610/Primenenie_VIE_na_morskih_neftedobivayuchshih_platformah (accessed: 24.04.2024).

4. Shishkin N. D., Baltan'jazov I. V., Gerlov V. N. Ispol'zovanie vozobnovljaemyh istochnikov jenergii dlja jenergosnabzhenija neftedobyvajushhih morskih platform [The use of renewable energy sources for the energy supply of oil-producing offshore platforms]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Morskaia tekhnika i tekhnologiia, 2009, no. 2, pp. 193-197.

5. «Rosneft'» rasshirjaet geografiju ispol'zovanija vozobnovljaemyh istochnikov jenergii [Rosneft expands the geography of the use of renewable energy sources]. Available at: https://nangs.org/news/renewables/rosnefty-rasshiryaetge-grafiyu-ispolyzovaniya-vozobnovlyaemyh-istochnikov-energii (accessed: 24.04.2024).

6. «Gazprom neft'» zapustila pervuju vetro-solnechnuju jelektrostanciju na poluostrove Jamal [Gazprom Neft has launched the first wind and solar power plant on the Yamal Peninsula]. Available at: https://tass.ru/ekonomika/4322527 (accessed: 24.04.2024).

7. Turovin O. A., Ognev E. N., Kochnev A. E. Primen-imost' vetro-solnechnoj jenergetiki v kachestve al'ternativnogo istochnika jelektrosnabzhenija neftjanyh ob'ektov kompanii [The applicability of wind and solar energy as an alternative source of electricity supply to the company's oil facilities]. PRONEFT''. Professional'no o nefti, 2017, no. 2 (4), pp. 69-74.

8. Golubev S. V. Vozobnovljaemye istochniki jenergii v jenergetike gazovoj otrasli. Perspektivy i aspekty primenenija VIJe na ob'ektah PAO «Gazprom» [Renewable energy sources in the energy sector of the gas industry. Prospects and aspects of the use of renewable energy at the facilities of PJSC]. Gazovaja promyshlennost', 2016, no. 12 (746), pp. 72-76.

9. Golubev S. V. Primenenie jenergoustanovok i jener-gokompleksov na baze vozobnovljaemyh i al'ternativnyh istochnikov jenergii dlja ob#ektov gazovogo kompleksa [The use of power plants and energy complexes based on renewable and alternative energy sources for gas facilities]. Gazovaja promyshlennost', 2017, no. 5, pp. 2-6.

10. Avtonomnye blochno-komplektnye jenergeticheskie ustanovki [Autonomous block-complete power plants]. Available at: https://nipom.ru/blog/news/massmedia/avtonomnye-blochno-komplektnye-energeticheskie-ustanovki-bkeu-vsm (accessed: 25.09.2023).

11. Shishkin N. D., Marysheva M. A. Ortogonal'nye vetrojenergoustanovki dlja neftegazopromyslovyh ob'ektov na sushe i na more [Orthogonal wind turbines for oil and gas field facilities on land and at sea]. Neftegazovye tehnologii i jekologicheskaja bezopasnost'. 2023, no. 4, pp. 45-53. Available at: https://doi.org/10.24143/1812-9498-2023-4-45-53.

12. Serebrjakov R. A., Kalinichenko A. B. Vihrevaja vetrojenergetika [Vortex wind energy]. Available at: http://www.sovstroymat.ru/2001_11_14.php (accessed: 29.04.2021).

13. Gorelov D. N. Ajerodinamika vetrokoles s vertikal'noj os'ju vrashhenija [Aerodynamics of wind wheels with a vertical axis of rotation]. Omsk, Poligraf. centr KAN, 2012. 66 p.

14. Nadirov N. K., Nizovkin V. M. Koncentracija solnechno-vetrovoj jenergii atmosfery i sozdanie jel-ektrostancii tipa «Tornado» [Concentration of solar and wind energy of the atmosphere and creation of a Tornado-type power plant]. Neft' i gaz, 2015, no 1 (85), pp. 107-119.

15. Shishkin N. D., Ilyin R. A. The energy efficiency research of combined H-Darier-Savonius rotors for autonomous power supply of objects on land and at sea. Journal of Physics: Conference Series, 2020. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=45122488&pff=1 (accessed: 12.11.2020).

16. Shishkin N. D., Pahalev A. D. Razrabotka konstrukcii kombinirovannoj solnechno-vetrovoj ustanovki [Design development of a combined solar-wind installation]. Integracija nauki, obshhestva, proizvodstva i promyshlennosti: sbornik statej po itogam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Sterlitamak, AMI Publ., 2021. Pp. 174-180.

17. Shishkin N. D., Il'in R. A. Vihrevye vertikal'no-osevye vetrovye jenergeticheskie ustanovki dlja avtonom-nogo jenergosnabzhenija [Vortex vertical-axial wind power plants for autonomous power supply]. Jenergobezopasnost' i jenergosberezhenie, 2022, no. 1, pp. 32-37.

18. Shishkin N. D., Ilyin R. A. The design, estimation of the parameters of the vertical-axial wind-mill electric generating unit for the self-generated power supply of the objects. Journal of Physics: Conference Series, 2018, vol. 1111, p. 012055.

19. Birjuk V. V., Gorjainov S. B., Uglanov D. A. Vihrevaja jenergetika [Vortex energy]. Sovremennaja nauka: issledovanija, idei, rezul'taty, tehnologii, 2011, no. 2 (7), pp. 220-225.