Ветроэнергетика ХХI века

Россия имеет самый большой в мире ветропотенциал, ресурсы ее ветровой энергии определены в 10,7 ГВт. К благоприятным зонам развития ветроэнергетики относится Северо-Запад страны (Мурманская и Ленинградская области), северные территории Урала, Курганская об-ласть, Калмыкия, Краснодарский край, Дальний Восток. В целом технический потенциал ветровой энергии России оценивается более чем в 50 000 млрд. кВтч/год, экономический потенци-ал составляет 260 млрд кВт-ч/год, т.е. около 30% производства электроэнергии всеми электростанциями страны. Реализованы эти возможности незначительно. На сегодня в России насчитывается около 13 МВт установленной мощности (0,1% всей вырабатываемой в стране энергии). Самой мощной на сегодняшний день считается ветроэлектростанция в Калининградской области, введенная в строй в 2002 году (первая установка - в 1999 г.) и состоящая из 21 установки, переданной в дар властями Дании (все ВЭУ – производства Vestas). Ее суммарная мощность составляет 5,1 МВт.

Всего в работе находятся следующие системные ВЭС:
1. Калининградская ВЭС (см. выше).
2. Воркутинская ВЭС мощностью 1,5 МВт (агрегаты НПО «Южное»).
3. Камчатская ВЭС (о. Беринга, п. Никольское) – 2 ВЭУ мощностью 250 кВт производства Micon, Дания.
4. Тюпкельды ВЭС (г. Октябрьский, Башкирия) – 4 ВЭУ мощностью 550 кВт производства HAG, Германия.
5. Ростовская ВЭС - 10 ВЭУ мощностью 30 кВт производства HSW, Германия.
6. Мурманская ВЭС – 1 ВЭУ мощностью 200 кВт, производства Micon, Дания.
7. Чукотская ВЭС – 10 ВЭУ мощностью 250 кВт производства НПО «Ветроэн».

Помимо сетевых ВЭУ, в России созданы и выпускаются небольшими партиями малые ВЭУ на приличном технологическом уровне. Среди их изготовителей: МКБ «Радуга» (8-16 кВт), ГНЦ РФ – ЦНИИ «Электоприбор» (40, 500 и 1000 Вт), НПК «Ветроток» (4 и 16 кВт), АО «Долина» (2 и 5 кВт), ООО «Спецремтекс» (1,5 кВт), НПО «Электросфера» (5 кВт). В январе 2009 г. Премьер-министром РФ В.В. Путиным подписано Постановление Правительства №1-р о доведении к 2020 г. доли ВИЭ в электрогенерации России до 20% (15,5 % должно вырабатываться большими гидростанциями, 4,5% - другими видами ВИЭ, в т.ч. и ВЭС). Суммарные цели по ВИЭ подразумевают долю ВЭС к 2020 г. – примерно 1% (17,5 млрд кВт-ч при суммарной установленной мощности ВЭС 7 ГВт).

Табл. 1. Технико-экономические показатели работы ВЭС в 2005 году (по данным ФСГС Росстата)

*) Данные за 2004 г.

**) Данные за 2008 г.

За рубежом возобновляемая энергетика начала всерьез развиваться после нефтяного кризиса середины 1970-х годов. Незадолго до этого китайский лидер Мао Цзэдун сказал по совсем другому поводу слова, под которыми сегодня охотно подпишутся энергетики: «Когда начинают дуть ветры перемен, надо успеть построить побольше ветряных мельниц». И хотя на первых порах ветроэнергетические станции (ВЭС) не давали прибыли, власти ряда стран дотировали отрасль. Сегодня мировая ветроэнергетика вышла на прибыль и существует без каких-либо дотаций, но в условиях активного госрегулирования. В настоящее время доля энергетики на ВИЭ в мировом производстве энергии – 18,2%. Есть все основания ожидать, что к 2020 году доля ветроэнергетики в мировом производстве электроэнергии достигнет 10%. Для сравнения: заявленная Россией доля энергетики на ВИЭ в общем энергобалансе - 2,5% к 2015 году и 4,5 % (без учета больших ГЭС) к 2020 году.

Ветроэнергетика как сектор энергетики присутствует в более чем 50 странах мира.
Страны с наибольшей установленной мощностью:
- Германия (18 428 МВт),
- Испания (10 027 МВт),
- США (9 149 МВт),
- Индия (4 430 МВт)
- Дания (3 122 МВт)
Ряд других стран, включая Италию, Великобританию, Нидерланды, Китай, Японию и Португалию, перешли отметку в 1 000 МВт. Так, в Германии в настоящее время около 3% всей энергии вырабатывается ветровыми электростанциями. В течение 2005 года более чем в 30 странах было введено в совокупности 11 531 МВт новых мощностей. Таким образом, среднегодовой рост увеличился на 40,5%, а общая установленная мощность выросла на 24%. На конец 2005 года суммарная установленная мощность ветровой энергетики составила 59 084 МВт.

До сих пор ветроэнергетика наиболее динамично развивалась в странах ЕС, но сегодня эта тенденция начинает меняться. Всплеск активности наблюдается в США и Канаде, в то время как в Азии и Южной Америке возникают новые рынки. В Азии, как в Индии, так и в Китае, в 2005 году зарегистрирован рекордный уровень роста. С целью экономии земельных площадей и достижения большей силы начато перемещение ветроустановок большой мощности на морские оффшорные платформы, которые, как ожидается, смогут производить 27% всей ветровой энергии в Евросоюзе. Ветроэнергетический рынок – один из самых динамично развивающихся в мире. Его рост за 2009 год – 31%. Доля России в этом рынке – 0,013%. При этом потенциальная емкость российского ветроэнергетического рынка составляет: 135 млрд. руб. - к 2013 году, 315 млрд. руб. – к 2015. Для сравнения: объем мирового рынка ветроэнергетики составил в 2009 году 2 250 млрд. руб. Прирост мощности ВЭС в 2009 г. составил 38.103 МВт, вплотную приблизившись в суммарным 160.000 МВт. Это означает прирост 35% мощности за год. Китай стал самым крупным рынком по новым установленным мощностям ветроагрегатов с показателем за 2009 г. 13.750 МВт. США установили почти 10.000 МВт, Европа – 10.738 МВт.

Начиная с 1980 года установленная мощность ветровых турбин в ЕС выросла в 290 раз, а стоимость генерации за тот же период снизилась на 80%.

Как действует ветроэнергетика

В Большой Советской Энциклопедии ветроэнергетика определяется как «отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования энергии ветра для получения механической, электрической и тепловой энергии и определяющая области и масштабы целесообразного использования ветровой энергии в народном хозяйстве».

Ветроэнергетика состоит из двух основных частей: ветротехники, разрабатывающей теоретические основы и практические приёмы проектирования технических средств (агрегатов и установок), и ветроиспользования, включающего теоретические и практические вопросы оптимального использования энергии ветра, рациональной эксплуатации установок и их технико-экономических показателей, обобщение опыта применения установок в народном хозяйстве.

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Источник: German Wind Energy Association (BWE).

Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. На-пример, турбины мощностью 3 МВт производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высота башни 70 метров, диаметр лопастей 90 метров. Самые большие в мире ветрогенераторы выпускает немецкая компания REpower (REpower Systems). Диаметр ротора этой турбины 126 метров. Мощность таких установок доходит до 6 МВт, вес гондолы - 200 тонн, высота башни - 120 м.
Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя ло-пастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где еще встречаются и двухлопастные. Бы-ли попытки построить ветрогенераторы так называемой ортогональной конструкции, т.е. с вер-тикальным расположением оси вращения. Считается, что они имеют преимущество в виде очень малой скорости ветра, необходимой для начала работы ветрогенератора. Главная про-блема таких генераторов - механизм торможения. В силу этой и некоторых других технических проблем ортогональные ветроагрегаты не получили практического распространения в ветро-энергетике.
Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше) строятся офшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.
Ветроэнергетика использует результаты аэрологических исследований, на базе которых разрабатывается ветроэнергетический кадастр. По его данным выявляют районы с благоприятным ветровым режимом, устанавливают виды работ, где применение ветровой энергии целесообразно и экономически выгодно по сравнению с другими энергоисточниками.