Проблемы и перспективы развития ветроэнергетических установок в России

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16–08–00243 а

Приведены данные о развитии ветроэнергетики в Российской Федерации и в мире за последние 5 лет. Рассмотрены проблемы использования ветроэнергетических установок в России, пути их решения и перспективы дальнейшего развития. Также рассмотрены основные виды ветроэнергетических установок: горизонтально-осевые ветроустановки и вертикально-осевые ветроустановки, приведены достоинства и недостатки каждого из видов, принципы их работы, а также особенности применения в районах с различными климатическими условиями.

Ключевые слова: возобновляемая энергетика, ветроэнергетика, горизонтально-осевые ветроустановки, вертикально-осевые ветроустановки.

В России с каждым годом растет потребность в энергоресурсах. По данным министерства энергетики РФ: использование электроэнергии в стране на 2015 г. составило 1036,4 млрд. кВт∙ч и в сравнении с 2011 г. возросло на 15,3 млрд. кВт∙ч [1]. За период 2011–2015 г. потреблении электроэнергии увеличивалось уверенными темпами. Следовательно, необходимо осваивать и разрабатывать проекты на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для экологически и экономически благоприятного будущего России.

Несмотря на то, что уже многие страны обратили свое внимание на выработку альтернативной энергии (в частности использование энергии ветра), Россия же, напротив, продолжает увеличивать рост добычи и экспорта невозобновляемых источников энергии.

Из 1049,9 млрд. кВт∙ч выработанной электроэнергии в 2015 г было произведено [1]:

 626,6 млрд. кВт∙ч — ТЭС (более 59 %);

 169,9 млрд. кВт∙ч — ГЭС (около 16 %);

С использованием ВИЭ в нашей стране каждый год вырабатывается не больше 8,5 млрд. кВт∙ч электроэнергии (не считая ГЭС мощностью более 25 МВт).

Одним из первых шагов по урегулированию отрасли ВИЭ стало принятие в 2007 г. поправок к Федеральному закону «Об электроэнергетике», которые заложили основы для развития отрасли.

Одним из наиболее развивающихся направлений ВИЭ является ветроэнергетика.

В мире в среднем 1,5 % потребляемой электрической энергии вырабатывается с использованием ветроэнергетических установок. Лидирующими государствами к середине 2014 г.в мировой ветроэнергетике являются: Китай (98 588 МВт), США (61 108 МВт), Германия (36 488 МВт), Испания (22 970 МВт), Индия (21 262 МВт), Великобритания (11 180 МВт) [2].

Ведущие позиции в Европе по производству электроэнергии с использованиемветроэнергетикипринадлежат: Германии (32 %), Испании (16 %), Великобритании (9,6 %), Франции (7,3 %), Италии (6,3 %) и Польше (3,6). Другие государства ЕС, такие как: Швеция, Португалия, Дания, Нидерланды, Румыния, Ирландия, Австрия, Бельгия, Греция и Финляндия — имеют больше 1-го ГВ т установленной мощности [3].

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) используются для автономного и резервного электроснабжения. Широкое применение получили горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветроустановки. И тот и другой класс имеет свои преимущества и недостатки.

Горизонтально-осевые ветроэнергетические установки (ГО ВЭУ)

ГО ВЭУ являются наиболее простыми устройствами среди всех видов ветрогенераторов. Они представляют собой несложную конструкцию, легки в использовании и ремонте. Однако у ГО ВЭУ имеется один существенный минус — сильная зависимость от направления ветра, вследствие чего для работы этих установок требуются механизмы и системы ориентации на ветер. Для поддержания стабильной выработки энергии необходимо обеспечить постоянную параллельность оси ветроколеса и направления ветра. Системы ориентации на ветер позволяют непрерывно отслеживать ветровую обстановку, эффективно использовать ветровой потенциал, а также удерживают ветроколесо в необходимом направлении.

Рис. 1. Ветроэнергетическая установка с горизонтальной осью вращения

По конструкции различают следующие типы ВО ВЭУ: ротор Савониуса — в 1929 г., ротор Дарье был запатентован во Франции в 1925 г. и в США в 1926 г., ротор Масгроува — в 1975 г. [1].

Рис. 2.Типы вертикально-осевых установок: (а) ротор Савониуса, (б) ротор Дарье, (в) ротор Масгроува

Принцип работы ВО ВЭУ не зависит от направления ветрового потока, вследствие того, что ось вращения ветроколеса вертикальна. Следовательно, пропадает потребность в механизмах и системах ориентации на ветер. Также для ВО ВЭУ не требуется установка угловой передачи крутящего момента.

При использовании ВО ВЭУ можно получать электроэнергию даже при небольших скоростях ветра (3–5 м/c), в свою очередь ГО ВЭУ могут обеспечивать необходимую мощность, только если скорость ветра равна номинальной.

Таким образом, ГОВЭУ наиболее производительны при больших мощностях и в местности, где скорость ветра должна быть как минимум 12–15 м/c. А вертикально-осевые ветроустановки способны продуктивно работать при малой скорости ветра и небольшой мощности (до 10 кВт).

В России ветроэнергетика развита незначительно. По полученным данным EWEA, итоговая производимая мощность ветроэнергии в России за 2015 г.составила всего лишь15,4МВт [3], причем за последние пять лет новых мощностей практически не вводилось.

Данная ситуация связана с наличием многих факторов, которые препятствуют развитию ветроэнергетики в нашем государстве.

Во-первых, наличие больших запасов традиционных источников энергии (нефть, уголь, газ) предоставляет возможность отложить развитие не только ветроэнергетики, а альтернативной энергетики в целом, и также формирует у власти, людей, общественности взгляд на развитие энергетики на основе нетрадиционных источников энергии как на крайне долгосрочную перспективу.

Во-вторых, недостаток информации и неправильное представление о возможностях ветроэнергетики (неосуществимость применения ВЭУ в природных условиях России, малые мощности ветроустановок) ограничивает понимание данного вида отрасли.

Существует еще много факторов, препятствующих прогрессу в области ветроэнергетики, но, несмотря на приведенные данные, можно привести множество аргументов в пользу развития ВЭУ в нашей стране, например:

 ветроэнергетические установки не причиняют вред окружающей среде и климату. Ветрогенератор мощностью 1 МВт уменьшает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота [4];

 70 % территории, где живет 10 % населения, находится в зоне, где электроснабжение потребителя от источника не имеет связи с энергетической системой (децентрализованное электроснабжение) и нуждается в использовании автономных энергоисточников. Зона децентрализованного электроснабжения практически совпадает с зоной потенциальных ветроресурсов (Бурятия, Таймыр, Чукотка, Сахалин и др.);

 в крупных промышленных городах (Омск, Екатеринбург, Новосибирск), где годовая скорость ветра не превышает 3–5 м/с, есть возможность применения ветроустановок малой мощности с вертикальной осью вращения, что значительно улучшит экологию городов;

 строительство ВЭУ не требует больших капитальных вложений и осуществляется за короткий срок. Ветроэнергетическая установка на суше, мощностью 10 МВт может быть построена за 2 месяца. Причем стоит отметить, что основное время уходит на строительство фундамента и «выдержку» бетона. Монтаж установки длится всего около 3х дней. А установка мощностью 50 МВт может быть построена за 18 или 24 месяца. Этот срок включает в себя измерение скорости ветра на территории в течение как минимум полгода. Само же строительство ВЭУ занимает около 6 месяцев [5].

Несмотря на медленное развитие ветроэнергетики в нашей стране, мероприятия для стимулирования этой отрасли все же проводятся. Правительство России поставило цель: к 2020 году привести объем производства и использования энергии, вырабатываемой альтернативными источниками энергии, до 4,5 % от общего объема. На основании этого было введено в действие ряд нормативных актов, которые должны поспособствовать созданию комфортных условий для возобновляемой энергетики и простимулировать рост инвестиций в генерирующие объекты.

Так, на основании Постановления Правительства РФ от 28.05.2013 г. № 449 (ред. от 10.11.2015) «О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности» уже было реализовано несколько инвестиционных проектов на розничных рынках электроэнергии, в том числе в районах с децентрализованным электроснабжением.

Например, в сентябре 2015 г. на Дальнем Востоке был открыт ветроэнергетический комплекс в п. Усть-Камчатск. Комплекс содержит три ВЭУ суммарной мощностью 900 кВт. По прогнозам, после сдачи в коммерческую эксплуатацию данный комплекс будет каждый год производить больше 2 млн. кВт∙ч, частично заместив выработку дизельной электростанции поселка, что позволит экономить более 550 тонн топлива. В скором времени планируется построить еще 7 ВЭУ, вследствие чего мощность объекта достигнет около 3 МВт [1].

Таким образом, развитие ветроэнергетики в России, несомненно, принесет большой вклад в экономику государства, а также улучшит экологию нашей страны. Для этого необходимо проводить различные мероприятия по стимулированию данного вида отрасли: финансовая поддержка государства; инвестиционные субсидии (гранты, налоговые льготы, ссуды); установка ускоренной амортизации на оборудование, необходимое для ветроэнергетики и др.

Литература:

1. Министерство энергетики Российской Федерации. [Электронный ресурс] — URL: http://minenergo.gov.ru/node/489 (дата обращения: 16.09.2016).
2. The World Wind Energy Association. Half — yearreport 2014. [Электронный ресурс] — URL: http://www.wwindea.org/webimages/WWEA_half_year_report_2014.pdf (дата обращения: 16.09.2016).
3. Wind in power. 2015 Europeanstatistics. [Электронныйресурс] — URL: https://windeurope.org/wp-content/uploads/files/about-wind/statistics/EWEA-Annual-Statistics-2015.pdf (датаобращения: 16.09.2016).
4. Wind Energy and Wildlife: The Three C’s — 2013. [Электронный ресурс] — URL: http://web.archive.org/web/20060131235116/http://www.awea.org/pubs/factsheets/050629-ThreeC'sFactSheet.pdf (дата обращения: 16.09.2016).
5. Безруких П. П., Безруких П. П. (младший). Ветроэнергетика. Вымыслы и факты. Ответы на 100 вопросов// М.: Институт устойчивого развития Общественной палаты Российской Федерации, Центр экологической политики России, 2011. – 20 с.