Энергетика на нетрадиционных возобновляемых источниках энергии. 
Ветроэнергетика и ее будущее в России и мире

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

" НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

ИнститутЭНИН Направление подготовки Автоматика энергосистем КафедраЭЭС РЕФЕРАТ Энергетика на нетрадиционных возобновляемых источниках энергии. Ветроэнергетика и ее будущее в России и мире по дисциплине

Современные проблемы электроэнергетики Выполнил студент гр Бородин А.А.

Проверил преподаватель Ушаков В.Я.

Томск 2015 г.

• Список основных сокращений
• 1. Введение
• 2. Что такое ВИЭ?
• 3. Динамика развития ВИЭ в мире и соответственно в России
• 3.1 Развитие ВИЭ в мире
• 3.2 ВИЭ в России
• 4. Ветроэнергетика
• 4.1 Ветрогенератор
• 4.2 От агрегата к станции
• 5. Есть ли будущее у ветроэнергетики в России
• 5.1 Курганская ВЭС
• 5.2 Остров Белый
• 5.3 Другие примеры — Оренбургская, Мурманская, Ульяновская области и Алтайский край
• 5.4 Что есть сегодня?
• 6. Недостатки
• 7. Статистика по использованию энергии ветра
• 8. Заключение
• Список используемой литературы и источников

Список основных сокращений

ВИЭ — Возобновляемые источники энергии

ТЭЦ — Теплоэлектроцентраль

ГРЭС — Государственная районная электростанция

КПД — Коэффициент полезного действия

ТГК — Территориальная генерирующая компания

ОГК — Генерирующая компания оптового рынка электроэнергии

ВЭУ — Ветроэнергетическая установка

ВЭС — Ветроэнергетическая станция

1. Введение

Одной из важнейших современных задач в условиях перевода мировой экономики на низкоуглеродный и энергоэффективный путь развития является расширение использования возобновляемых источников энергии, сокращенно ВИЭ. Для снижения выбросов парниковых газов прирост выработки электроэнергии должен быть обеспечен за счет повышения КПД ТЭЦ и ГРЭС и ускоренного внедрения генерации из ВИЭ, что требует пересмотра инвестиционных программ ТГК и ОГК и пересмотра государственной энергетической стратегии.

Поворот к возобновляемым источникам энергии в мире вполне закономерен по следующим основным причинам.

Во-первых, экологические причины. В отличие от топливной энергетики (или с использованием ископаемого топлива), ВИЭ практически не выбрасывают парниковые газы, оксиды серы и азота. В отличие от ядерной, утилизация отслуживший свой срок ВИЭ технически отработана и возможна в короткий срок. В отличие от «большой» гидроэнергетики, ВИЭ не требует огромных территорий и насильственного переселения людей.

Во-вторых, неистощимость ВИЭ в сравнении с нефтью, газом, углем, сырьем для ядерной энергетики.

В-третьих, инфраструктурные преимущества близости к потребителю. Возможность децентрализованного размещения и инвестирования для большинства видов ВИЭ, а в большинстве случаев короткий инвестиционный цикл.

Еще одно пока не реализованное, но вполне вероятное последствие широкого распространения ВИЭ в ведущих индустриальных государствах — использование своего преимущества в конкурентной борьбе. США уже ввели минимальную долю электроэнергии от ВИЭ, закупаемой федеральным правительством. Вполне можно ожидать, что страны введут минимальную долю «зеленой» электроэнергии, используемую в производстве закупаемой (экспортируемой) продукции. Тогда российским экспортерам придется срочно добывать «зеленые» сертификаты на закупаемую электроэнергию или стать неконкурентоспособными на рынке.

2. Что такое ВИЭ?

Термин возобновляемые источники энергии (регенеративная или зеленая энергия) применяется по отношению к тем источникам энергии, запасы которых восполняются естественным образом, прежде всего, за счет поступающего на поверхность Земли потока энергии солнечного излучения, и в обозримой перспективе являются практически неисчерпаемыми. Это, в первую очередь, сама солнечная энергия, а также ее производные: энергия ветра, энергия растительной биомассы, энергия водных потоков и т. п. К возобновляемым источникам энергии относят также геотермальное тепло, поступающее на поверхность Земли из ее недр, низкопотенциальное тепло окружающей среды, которое можно использовать например, с помощью тепловых насосов, а также некоторые источники энергии, связанные с жизнедеятельностью человека (тепловые «отходы» жилища, органические отходы промышленных и сельскохозяйственных производств, бытовые отходы и т. п.).

Энергетический потенциал большинства из перечисленных выше ВИЭ в масштабах планеты и отдельных стран во много раз превышает современный уровень энергопотребления, и поэтому они могут рассматриваться как возможный источник производства энергии. Известные сценарии развития человечества предполагают необходимость широкого освоения ВИЭ уже в ближайшие десятилетия, как по причине неизбежного сокращения добычи и повышения стоимости нефти, газа и угля, так и по экологическим причинам (эмиссия СО₂ и другие вредные воздействия традиционной энергетики на окружающую среду). Использование ВИЭ, как правило, не оказывает серьезного негативного воздействия на окружающую среду, в большинстве своем они являются экологически чистыми и повсеместно доступными источниками энергии.

К серьезным недостаткам ВИЭ, ограничивающим их широкое применение, относятся невысокая плотность энергетических потоков и их непостоянство во времени и, как следствие этого, необходимость значительных затрат на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии.

Рисунок 1. Тенденции изменения стоимости энергии от различных ВИЭ (в центах 2000 г. /кВтч)

3. Динамика развития ВИЭ в мире и соответственно в России

3.1 Развитие ВИЭ в мире

Несмотря на то, что объем ежегодных капиталовложений за 2012 год несколько снизился, установленная мощность электростанций на базе ВИЭ продолжала расти привычно высокими темпами. За период 2004;2012 годов общая установленная мощность электростанций на базе ВИЭ без ГЭС составила 480 ГВт при среднегодовом росте к предыдущему году 27%. Установленные мощности в целом по возобновляемой энергетике по миру, группам стран и ведущим странам показаны на рис. 1. Китай стал абсолютным лидером в мире (90 ГВт), приняв 10 лет назад в качестве одного из приоритетов государственной политики развитие возобновляемой энергетики. Аналогичная государственная политика характерна и для других стран (см. рис. 2).

Рисунок 2. Установленная мощность возобновляемой энергетики в 2012 году

Основной стимул, установленный в странах — надбавки к тарифам на электроэнергию (99 стран), установленные в законах прямого действия или нормативных документах, не допускающих вольного толкования чиновниками. По отдельным видам ВИЭ ситуация различная. Лидером по установленной мощности электростанций является ветроэнергетика. Подробные данные о динамике установленной мощности и годовых вводов мощности ВЭС в мире представлены на рис. 3 и 4.

Рисунок 3. Динамика годового ввода мощности ВЭС в мире

Рисунок 4. Динамика установленной мощности ВЭС в мире

Как видно, в 2013 году годовой ввод мощности ВЭС уменьшился, по сравнению с предыдущим годом — почти на 10 ГВт, но годовой ввод установленной мощности составил прирост 12,3% к предыдущему году. А за период с 2000 по 2013 годов установленная мощность ВЭС увеличилась в 18 раз. Многие аналитики мира ожидают, что темпы роста в 2014 году и в последующем будет существенно выше.

Рисунок 5. Доля 10 ведущих стран в установленной мощности ВЭС (голуб.) и в годовом вводе мощности (фиолет.) в 2013 году

На рис. 5 представлена доля 10 ведущих стран в общей установленной мощности, которая, как видим составила в 2013 году 84,8%, и в годовом вводе мощности, которая равняется 82%. Обращает на себя внимание факт, что в десятку ведущих стран по годовому вводу мощности вошли Польша и Румыния, обеспечив ввод 894 и 695 МВт, соответственно. Ветроэнергетика в этих странах начала фактически развиваться пять-восемь лет назад.

Рисунок 6. Доля стран в установленной мощности фотоэлектрических станций

Установками на ВИЭ сегодня пользуются десятки миллионов людей. В сельских районах развивающихся стран 25 млн человек используют биогазовые и солнечные установки для приготовления пищи и освещения домов. Интересно отметить, что на развивающиеся страны приходится лишь около 40% суммарной мощности всех энергоустановок на ВИЭ, 60% установок используется в развитых странах, что свидетельствует об их достаточно высокой конкурентоспособности по отношению к другим современным энергетическим технологиям.

Суммарные государственные и частные инвестиции в развитие ВИЭ в 2007 г. превысили 100 млрд. долларов. В сфере ВИЭ в мире действуют сотни малых, средних и крупных компаний. Капитализация наиболее крупных 140 специализированных компаний в 2007 г. превысила 100 млрд. долларов. В различных сферах экономики в области ВИЭ создано более 2,5 млн. рабочих мест.

Стоимость энергии, получаемой от ВИЭ, в течение последних лет стремительно снижается (рис. 1), и в условиях противоположной тенденции роста цен на традиционные энергоресурсы многие технологии использования ВИЭ становятся все более конкурентоспособными. В первую очередь, это относится к быстро прогрессирующим технологиям использования биомассы для производства тепла и электроэнергии, солнечным водонагревателям, фотопреобразователям, мини-ГЭС и микро-ГЭС, ветроустановкам, теплонасосным системам теплоснабжения. Наивысшую конкурентоспособность они проявляют в децентрализованных системах тепло — и электроснабжения. Вместе с тем, во многих случаях ВИЭ пока еще уступают технологиям, основанным на использовании традиционных видов топлив, прежде всего, из-за сравнительно высоких начальных капитальных затрат.

Развитие ВИЭ наряду с правительствами инвестируют крупнейшие мировые энергетические компании, банки, международные организации и фонды. Для стимулирования и поддержки внедрения ВИЭ во многих странах используются различные формы правительственной поддержки:

ь льготные тарифы для продажи электроэнергии, выработанной от ВИЭ, в сеть;

ь использование для энергии, получаемой от ВИЭ, понятия «зеленая энергия», предполагающего более высокую цену ее для потребителя;

ь налоговые льготы;

ь льготные кредиты;

ь законодательно устанавливается доля ВИЭ в энергобалансе к определенному сроку и т. п.

3.2 ВИЭ в России

Россия существенно отстает от основных развитых и многих развивающихся стран, как по объему, так и по темпам освоения возобновляемых источников энергии. Суммарный вклад ВИЭ в электроэнергетический баланс России по экспертным оценкам составляет более 10%. В стране не установлены краткосрочные и долгосрочные целевые индикаторы по освоению ВИЭ, в отличие от других стран фактически отсутствует законодательная база, определяющая приоритеты и условия развития ВИЭ.

Малое внимание развитию ВИЭ в России обусловлено рядом объективных и субъективных факторов:

сложившимся в руководстве страны на основе предыдущего опыта устойчивым представлением о том, что Россия располагает практически неисчерпаемыми запасами ископаемого топлива, отсутствием надежных прогнозов социально-экономического и энергетического развития страны на длительную перспективу;

все еще существенно более низкими, чем в других странах, ценами и тарифами на электрическую и тепловую энергию в районах централизованного энергоснабжения, что снижает экономическую конкурентоспособность ВИЭ;

слабой информированностью представителей федеральных и региональных органов государственного управления, бизнес-сообщества и населения о возможностях и преимуществах использования ВИЭ;

недостаточным пока финансированием научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ и, что особенно важно для продвижения новых технологий на рынок, опытно-демонстрационных объектов в различных регионах страны.

Необходимость ускоренного развития ВИЭ в стране обусловлена объективными факторами.

1. Рост цен на все виды топлива и электроэнергию, а также наличие во многих регионах страны ограничений на подключение к электрическим и газовым сетям вызвали в последние годы стихийное развитие в стране малой электрогенерации. Так рынок реагирует на изменение ценовых факторов и появление инфраструктурных ограничений. В условиях отсутствия на отечественном рынке конкурентоспособных технологий, использующих ВИЭ, потребители применяют малые электрогенерирующие установки на основе дорогостоящих жидких топлив. При этом ускоренными темпами растет импорт таких установок. Доля (по мощности) реализованных на рынке малых установок отечественного производства сократилась с 80% в 2001 г. до 28% в 2007 г. Финансовые потери отечественных товаропроизводителей исчисляются сотнями миллионов долларов.

2. В России газифицировано всего лишь около 52% населенных пунктов (село — 31%, город — 59%). Нарастают объемы поставок природного газа за границу, что в условиях истощения эксплуатируемых месторождений и медленного освоения новых негативно сказывается на темпах газификации населенных пунктов в нашей стране и обостряет проблемы эффективного энергоснабжения.

3. Неуклонно и быстро растут тарифы и цены на энергоресурсы. Особенно остры эти проблемы для отдаленных потребителей, жизнеобеспечение которых осуществляется за счет привозного топлива. Так, в Якутии в ряде населенных пунктов, энергоснабжение которых обеспечивается дизельными энергоустановками малой мощности (до 100 кВт), стоимость генерируемой электроэнергии в 2007 г. превышала 25 руб. /кВтч.

4. Во многих регионах нарастают экологические проблемы, в решение которых могли бы внести существенный вклад возобновляемые источники энергии.

5. Следует также иметь в виду, что освоение и внедрение в широких масштабах новых энергетических технологий в связи с высокой инерционностью энергетического хозяйства требует значительного времени, как правило, десятилетия. Нужна заблаговременная подготовка к изменению структуры энергетического хозяйства.

При сложившейся в стране энергетической и экономической конъюнктуре возобновляемые источники энергии в ближайшей перспективе вряд ли смогут составить серьезную конкуренцию традиционной энергетике в районах России с развитыми системами централизованного энергоснабжения. Вместе с тем, очевидно, что уже сегодня возобновляемые источники энергии могли бы внести в России существенный вклад в решение обостряющихся проблем жизнеобеспечения в отдаленных районах, не имеющих централизованных систем энергоснабжения. В частности, на основе более широкого использования ВИЭ могли бы эффективно решаться многие актуальные задачи:

электрои теплоснабжение автономных потребителей, расположенных вне систем централизованного энергоснабжения;

сокращение завоза жидкого топлива в труднодоступные районы и на Крайний Север при одновременном повышении надежности энергоснабжения потребителей;

повышение надежности энергоснабжения населения и производства, особенно сельскохозяйственного, в зонах централизованного энергоснабжения, главным образом в дефицитных и тупиковых энергосистемах;

сокращение вредных выбросов от традиционных энергетических установок в отдельных городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в туристско-рекреационных зонах и местах массового отдыха населения.

Примеры эффективного применения возобновляемых источников энергии для решения локальных и даже региональных энергетических проблем в различных районах России есть. Создание Верхне-Мутновской и Мутновской геотермальных электростанций на Камчатке существенно повысило надежность энергоснабжения региона и обеспечило сокращение завоза дорогого топлива для дизельных электростанций. На северо-западе страны бурными темпами развивается промышленность энергетической переработки древесных отходов с получением древесных брикетов и пеллеток, объем производства, которых в России уже превысил 400 тыс. тонн в год (преимущественно для экспорта в европейские страны). Положительный опыт использования энергии ветра имеется на Чукотке и в Калининградской области, мини — и микро-ГЭС — в Башкирии, Дагестане и Тыве, солнечной энергии — для горячего водоснабжения объектов санаторно-курортного комплекса Краснодарского края, жилых домов и промышленных предприятий в Бурятии, высокогорных объектов Специальной астрофизической обсерватории РАН в Карачаево-Черкесии и др.

Существенно возрастает бюджетное финансирование проектов, направленных на эффективное использование ВИЭ в различных секторах экономики, в том числе в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007;2012 годы», реализуемой Федеральным агентством по науке и инновациям. Амбициозная программа создания в России сетевых ветроэлектрических станций и малых ГЭС разрабатывается ОАО «РусГидро». Открываются хорошие перспективы для эффективного использования ВИЭ в рамках особых туристско-рекреационных зон, решение о создании которых в различных регионах страны уже принято. Применялись также современные энергосберегающие и экологически чистые энергетические технологии при строительстве олимпийских объектов в Сочи. Привлекательность этих объектов для широкого эффективного использования ВИЭ обусловлена не только экономическими причинами, но и жесткими экологическими требованиями. Выполненные предварительные проработки показывают высокую эффективность комбинированного использования солнечной энергии, энергии ветра, геотермальной энергии, энергии биомассы, микро-ГЭС на территории прибайкальских рекреационных зон, зон на Северном Кавказе (район Сочи, Кабардино-Балкария, Карачаево-Черкесия), в Приморском крае. Обнадеживает повышающийся интерес российских и зарубежных энергетических компаний к созданию на территории России ряда крупных геотермальных энергоустановок, ветровых ферм, мини-ГЭС. Растет спрос на автономные энергоустановки, в том числе для энергоснабжения телекоммуникационных систем, станций мониторинга на газо — и нефтепроводах, железных дорогах, горных баз и поселений, где малые солнечные, ветровые или комбинированные солнечно-ветровые установки уже сегодня могут составить конкуренцию традиционным дизельи бензо-генераторам или эффективно дополнять друг друга.

4. Ветроэнергетика

В данном реферате будет подробнее рассмотрен возобновляемый источник энергии — ветер, а точнее ветроэнергетика.

Что такое ветроэнергетика? Ветроэнергетика — это отрасль энергетики, которая специализируется на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую или в любую другую форму энергии. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (механическая энергия) и самый простой пример это — парус (использование в транспорте).

Энергию ветра относят к ВИЭ, так как она является следствием деятельности Солнца, неравномерное нагревание солнцем земной поверхности. Земная поверхность неоднородна: суша, океаны, гора, леса обуславливают различное нагревание поверхности под одной и той же широтой. Вращение Земли также вызывает отклонения воздушных течений. Все эти причины осложняют общую циркуляцию атмосферы. Возникает ряд отдельных циркуляций, в той или иной степени связанных друг с другом.

4.1 Ветрогенератор

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.

Рисунок 7. Устройство ветрогенератора

Состоит из:

1. Фундамент

2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления

3. Башня

4. Лестница

5. Поворотный механизм

6. Гондола

7. Электрический генератор

8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)

9. Тормозная система

10. Трансмиссия

11. Лопасти

12. Система изменения угла атаки лопасти

13. Обтекатель

· Система пожаротушения

· Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора

· Система молниезащиты

Поясню некоторые части ветрогенератора, который изображен на рисунке 7.

Электрический генератор — устройство, в котором неэлектрические виды энергии преобразуются в электрический вид энергии. Анемометр — прибор, который предназначен для слежения направления и скорости ветра, тормозная система предназначена для снижения скорости движения и/или остановки механизма. Трансмиссия — совокупность агрегатов, соединяющих мотор с рабочими органами. Обтекатель — специальная конструкция, облегчающая обтекание объекта потоком воздуха, что ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления движения.

4.2 От агрегата к станции

Один ветряк, конечно, не способен внести значительного вклада в общую картину мировой энергетики. Сегодня все большее распространение получают ветроэнергетические станции (ВЭС). Основным типом используемых на станциях ВЭУ является трехлопастное ветроколесо с горизонтальной осью вращения (99% ветроагрегатов). Некоторые ВЭУ функционируют с переменной скоростью или вообще не используют редуктор и работают по методу прямого привода. В настоящее время одна стандартная турбина может обеспечить производство 5 и более МВт электроэнергии, что в десять раз больше, чем было 20 лет назад. Самые крупные коммерчески используемые ВЭУ имеют мощность в 5 МВт. Этого достаточно для обеспечения электроэнергией поселка из 1600 современных домов. Такие агрегаты имеют диаметр лопастей, равный 120 м, и высоту башни в 150−190 метров. В настоящее время разрабатываются турбины мощностью от 3 до 5 МВт. В 2002 г. немецкая компания Enercon завершила создание прототипа ВЭУ на 4,5 МВт с диаметром ротора в 112 м. В октябре 2004 года этот ветроагрегат был включен в рабочий режим в земле Шлезвиг-Гольштейн (Германия). Потенциал использования энергии ветра достаточно велик — подсчитано, что длительность действия энергетического потока ветра составляет от 2000 до 5000 часов в год в зависимости от места положения, диаметра ветрового колеса и высоты его оси над землей. Ветроэнергетика достаточно активно развивается в ряде стран Западной Европы, Азии и США. За период с 1995 по 2004 гг. мировой рынок ветровых энергетических турбин рос ежегодно в среднем на 40%. В 2001 г. генерирующие мощности в мире выросли почти на 30%. Из крупных энергетических компаний интерес к подобным установкам проявляет «Шелл» .

Рисунок 8. Схема распределения энергии ветрогенератора

1. Ветрогенератор

2. Контроллер заряда

3. Аккумулятор

4. Инвертор

5. Распределительная система

6. Сеть

7. Потребитель

Ветер, как источник энергии, характеризируется, прежде всего, скоростью. Скорость ветра в данном месте очень непостоянная величина. Для нее характерны быстрые изменения. Поэтому район предполагаемого строительства ВЭУ характеризируют среднегодовой скоростью ветра.

Кинетическая энергия потока воздуха определяется по формуле:

Мощность ветрового потока N, проходящего через площадь S, определяется по формуле:

Для S=1 м² получаем значение удельной мощности ветрового потока со скоростью w:

Обычно в ветроэнергетике используется рабочий диапазон скоростей ветра, не превышающих 25 м/с. Эта скорость соответствует 9-балльному ветру (шторму) по 12-балльной шкале Бофорта. Ниже для указанного рабочего диапазона скоростей ветра приведены значения удельной мощности N_уд:

Таблица 1. Значения удельной мощности для указанной скорости ветра

Также с учетом коэффициента мощности можно определить мощность ветротурбины:

5. Есть ли будущее у ветроэнергетики в России

Энергия ветра людьми используется с давних времен. Достаточно привести в пример парусный флот или ветряные мельницы, которых в досоветские времена только в России было четверть миллиона. Желание человечества «запрячь ветер в упряжку» и заставить его вырабатывать электрический ток вполне очевидно и понятно, ведь ветер есть везде, он дует, и зимой, и весной, и летом, и днем, и ночью. Можно предположить, что раз ветер дует бесплатно, то и электроэнергия от этого источника должна быть недорогой. Но это предположение не имеет ничего общего с действительностью. В реальности строительство ветроагрегатов требует больших затрат, которые в конечном итоге вкладываются в стоимость производимой ими энергии. Специалисты подсчитали, что капиталовложения для АЭС в 6 раз меньше затрат для ветроустановки. Так как ветер дует неравномерно, для того чтобы выровнять отдачу тока, нужно применять аккумуляторы, а это — дополнительные дорогостоящие издержки. Есть еще одна немаловажная проблема в этой сфере. Дело в том, что размещать ветроагрегаты близко друг к другу нельзя, потому что они будут создавать взаимные помехи и «отбирать» ветер один у другого. Утроенная высота ветряка — это минимальное расстояние, которое должно быть между ними. Если мощность ВЭС, допустим, 4 млн. кВт., представьте, какая площадь нужна для ее размещения. Кроме этого, работой ветряков нарушается естественный образ жизни птиц и зверей, также большое скопление ветроагрегатов может исказить движение воздушных потоков, последствия чего непредсказуемы. Но, несмотря на эти очевидные минусы, ученые считают, что за возобновляемыми источниками энергии будущее. По исследованиям Международного энергетического агентства энергопотребление на Земле удваивается каждые 10 лет. При таком росте угля человечеству хватит на 250 лет, нефти — на 40, а природного газа — на 65. Быстрее всего мы лишимся нефтяных запасов, потому что на земном шаре ежегодно нефти потребляется столько, сколько образуется в природных условиях за 2 миллиона лет. Что касается России, то тут удачнее дела обстоят с газом, так как она владеет почти 40% мировых разведанных запасов. Но, нужно помнить, что газ из легкодоступных месторождений иссякает, приходится разрабатывать более сложные удаленные районы, что увеличивает себестоимость сырья. В связи с надвигающимся дефицитом традиционных топливных ресурсов во многих странах ветроэнергетика стала сегодня одним из важнейших направлений в энергетике и бизнесе. За последние 10 лет мощность мировой ветровой генерации выросла почти в 10 раз. Мировой оборот в этой области оценивается в 10 млрд долл. Ветроэнергетический бум, наблюдается в таких странах, как США (5216 МВт новых мощностей), Испания (3515 МВт) и Китай (3313 МВт). Германия в этой сфере удерживает позицию «страны-лидера». Немцы знают, как использовать энергию ветра. По всей стране насчитывается более 20 тысяч ветряных генераторов. Их производство здесь поставлено на конвейер. 70 процентов немецких ветряков идут на экспорт.

Рисунок 9. Камчатка — регион России, где активно развивается ветроэнергетика. Ветродизельный комплекс на Командорских островах, открытый в 2013 году

Как же на этом фоне обстоят дела у России? Многие из иностранных журналистов считают, что наша страна — это спящий великан возобновляемой энергетики. Но на сегодняшний день Россия занимает лишь 64 место по объему общей электрической мощности ветропарков в мире. Один только Китай ежегодно строит ветряков больше, чем за всю историю смогла построить Россия. Проще говоря, соревнование с нефтью и атомом, возобновляемые источники энергии у нас проигрывают. Причина этому, как уже отмечалось выше, большие денежные затраты в строительстве объектов для альтернативной энергетики. Например, себестоимость 1 кВт/ч `ветряного электричества' с учетом расходов на покупку, установку и эксплуатацию соответствующего оборудования в России составляет от 6 до 18 рублей. Для сравнения, государственная энергетика продает 1 кВт/ч за 2 — 4 рублей. Основа энергетики России — ископаемые источники энергии: нефть и газ. Поэтому, имея эту модель, страна будет не спеша подходить к реализации программы по ВИЭ. Эксперты уже давно определили, что Россия обладает самым большим мировым ветропотенциалом. Ресурсы в этой отрасли определены в 10,7 ГВт, а технический потенциал ветровых электростанций оценивается в 2 469,4 млрд. кВтч в год. Энергетические ветровые зоны в России расположены в основном на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, на побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей, в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале. На 70% территории нашей страны единственными источниками энергии являются дизельные или бензиновые электростанции. Например, на Крайнем Севере ежегодный расход топлива — 6−8 млн. тонн. Себестоимость вырабатываемой электроэнергии составляет 10 — 12 руб. за кВт/час. Ученые подсчитали, что при использовании здесь ветродизельных установок расход топлива можно сократить в два-три раза, что, соответственно, и снизит стоимость электроэнергии. Ветровые установки будут также выгодны и для регионов, где люди проживают в удаленных деревнях и хуторах, где транспортировка сильно увеличивает цены на топливо. Некоторые удаленные регионы Восточной Сибири тратят на него больше половины бюджета.

Рисунок 10. Приморье, еще один регион сделавший ставку на ветроэнергетику. Село Пертычиха, Приморский край

Понимая актуальность проблемы и необходимость развития отрасли, правительство РФ на заседании 23 мая 2013 одобрило нормативные акты, стимулирующие использование возобновляемых источников энергии и локализующих на территории страны производство оборудования для такой генерации. Был одобрен проект дополнений, касающийся целевых показателей установленной мощности по годам и видам ВИЭ с целью заключения долгосрочных договоров о предоставлении мощности и определения предельных капитальных затрат для проведения конкурсного отбора инвестиционных проектов. Также правительством был одобрен проект постановления, определяющий ценовые параметры торговли мощностью объектов генерации на основе ВИЭ, и проект изменений, касающийся установления требований по локализации для объектов такой генерации. В целом все аналитики сошлись на том, что это благотворно скажется на развитии отрасли, привлечет новые инвестиции и увеличит мощность энергетического парка ВИЭ (до 2020 г. предусматривается ввод 6,2 ГВт генерации на основе ВИЭ, что позволит увеличить долю такой генерации в текущем энергобалансе до 2,5%, из них доля ветровых электростанций составит порядка 1%).

С ростом популярности инвестирования средств в ветроэнергетику в мире растет и количество проектов по строительству ветропарков в России. По некоторым данным, озвученным на форуме «Атомэкспо-2012», на середину 2012 года в России существовало проектов ветроэлектростанций суммарной мощностью порядка 10 ГВт.

5.1 Курганская ВЭС

Один из последних проектов — план строительства самого большого в России на сегодняшний день ветропарка в Курганской области вблизи степей Казахстана. Планируемая мощность ветропарка составляет 50 МВт. На сегодняшний день проводятся необходимые ветроизмерения, а в январе 2012 года было подписано соглашение о создании российско-германского предприятия ООО «Курганская ВЭС». Тем не менее, проектные документы с государственными органами пока не согласованы, а земельный участок под строительство еще не выделен. В пресс-релизах компании сроки введения новой ВЭС в эксплуатацию сознательно не упоминают, помня о рисках ведения бизнеса в России и множества начатых, но так и не реализованных проектов в сфере альтернативной энергетики за последние несколько десятилетий.

5.2 Остров Белый

Еще более амбициозный проект в сфере развития ветроэнергетики был в Санкт-Петербурге. С 2007 года говорили о строительстве ветропарка вдоль дамбы общей мощностью по разным данным от 100 до 300 МВт. Предлагалось несколько участков для строительства, среди которых назывался остров Белый, акватория вблизи острова Котлин, побережье Ладожского озера, устье Невы, берег Финского залива. В 2010 году компания «РусГидро» подписала соглашение с губернатором Санкт-Петербурга о намерениях реализации этого крупного проекта. Но уже в следующем 2011 году стало понятно, что согласование выделения земельного участка для строительства ветропарка с городской администрацией является непреодолимым барьером на пути реализации проекта. В итоге не сегодняшний день этот проект застрял на стадии обсуждения наилучшего из возможных мест расположения ветропарка.

5.3 Другие примеры — Оренбургская, Мурманская, Ульяновская области и Алтайский край

В 2011 году были анонсированы проекты по строительству ветропарков и в других областях России. Компания ООО «Вент Рус» начала обсуждение с правительством Оренбургской области о возможности установки трех ветропарков общей мощностью 150 МВт. В 2009 году там были проведены ветроизмерительные исследования, которые позволили сделать вывод о благоприятных метеорологических условиях для использования энергии ветра. На сегодняшний день реализация проекта находится на стадии переговоров представителей компании с правительством области. Подобный проект был предложен ООО «Вент Рус» в 2010 году правительству Алтайского края. Тогда планировалось построить два ветропарка в разных районах области мощностью по 50 МВт каждый. Сообщалось, что подготовительные работы и необходимые изменерения уже ведутся. О ходе реализации проекта на сегодняшний день ничего не известно. В 2011 году был анонсирован еще один крупный проект. На этот раз инициатором выступала структура Росатома «Атомэнергомаш», которая хотела выкупить контрольный пакет акций российской «дочки» голландской компании Windlife Energy, планировавшей строительство ветропарка в Мурманской области общей мощностью 200 МВт. Сделка пока не состоялась, а строительство ветропарка, начало которого анонсировалось на май 2012 года, так и не стартовало. Другой проект строительства ветропарка планируется в Ульяновской области. О нем стало известно со слов директора компании ВИНДЭК в апреле 2011 года. Мощность планируемого ветропарка — 25 МВт. В прошлом году говорилось, что землеотвод для его строительства уже оформлен, и прошла стадия подготовки технико-экономического обоснования. На сегодняшний день информации о ходе реализации проекта нет, но на сайте правительства Ульяновской области выложен проект региональной программы «Стимулирование экономической активности Ульяновской области на 2012;2017 годы», в котором упоминается план по строительству ветропарка, но мощностью уже всего 180 кВт. Утвердят ли эту программу, и как будет продвигаться развитие ветроэнергетики в Ульяновской области пока неизвестно. О своих планах по развитию ветроэнергетики в России в 2011 году сообщал и немецкий концерн Сименс. Несмотря на то, что конкретных проектов нет, концерн рассматривает возможности по строительству ветропарков в Краснодарском и Алтайском краях, Волгоградской и Оренбургской областях. Территории этих регионов были признаны наиболее перспективными для ветроэнергетики. Мощность таких ветропарков планируется быть на уровне 100−150 МВт. В Волгоградской области в проект вовлечены также правительство области и ГК «Ростехнологии». Между тем, никаких новостей о ходе реализации этих проектов нет, зато Сименс подписал соглашение о стратегическом партнерстве с ОАО «Газпром» в целях развития совместных проектов в таких областях, как транспортировка, подземное хранение и использование газа, добыча газа, газового конденсата, нефти, сжиженного природного газа и т. д.

5.4 Что есть сегодня?

В России есть работающие ветропарки, введенные в эксплуатацию довольно давно. Самый крупный из них — это ветропарк «Куликово» в Калининградской области мощностью 5,1 МВт. Первые ветроустановки были поставлены там в 1998 году, затем в 2002 году администрация Калининградской области совместно с Минэнерго РФ и Министерством экологии и энергетики Дании достроили еще несколько ветроустановок, сделав тем самым Куликовскую ВЭС самым крупным ветропарком в России. В июне 2012 года было анонсировано намерение модернизировать ветропарк в Калининграде, увеличив его мощность до 20 МВт. Кроме этого, включены в единую сеть и работают ВЭС Тюпкильды в Башкортостане (мощность 2,2 МВт), Калмыцкая ВЭС (мощность 1 МВт) и Марпосадская ВЭС в республике Чувашия (мощность 0,2 Мвт). Не включены в сеть Анадырская ВЭС в Чукотском автономном округе (мощность 2,5 МВт), Заполярная ВЭС в республике Коми (мощность 1,5 МВт), Никольская ВЭС на о. Беринга в Камчатском крае (мощность 1,2 МВт), Маркинская ВЭС в Ростовской области (мощность 0,3 МВт). Большинство из них были установлены в конце 90-ых годов или начале 2000;ых. Небольшие ветроустановки, в основном обеспечивающие собственные нужды предприятий, расположены также в Мурманской, Ленинградской, Архангельской, Саратовской, Астраханской областях. Таким образом, не считая мелких частных ветроустановок, общая мощность электростанций, вырабатывающих энергию с помощью ветра составляет около 14 МВт. Каждый из новых проектов в разы больше, чем суммарная мощность ВЭС на сегодняшний день, так что реализация хотя бы одного из них позволит России значительно продвинуться вперед в развитии ветроэнергетики. Однако темпы реализации проектов не позволяют с большим оптимизмом смотреть в будущее ветроэнергетической отрасли в России, по крайней мере в ближайшей перспективе. Серьезными трудностями остаются согласование и приобретение земельных участков под строительство ветропарков и сложности при привлечении инвестиций в отсутствии каких-либо форм государственной поддержки альтернативной энергетики.

Таблица 2. Информация о реализованных и планируемых проектах строительства ветропарков и ветродизельных комплексов в России

Рисунок 11. Распределение значений среднегодовых скоростей ветра на высоте 50 м по территории России ветроэнергетика возобновляемый источник энергия

6. Недостатки

Основным недостатком ветроэнергетических станций является изъятие под их строительство больших площадей земельных ресурсов. Под мощные промышленные ветроэнергетические станции необходима площадь из расчета от 5 до 15 км²/МВт в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Максимальная мощность, которая может быть получена с км² площади меняется в зависимости от района использования, типа станций и технологических особенностей конструкции. Среднее значение находится в диапазоне 10 МВт. Для ВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь 70−200 км², хотя частично эти земли могут использоваться для сельскохозяйственных нужд, что в большей мере зависит от шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. Например, у больших ВЭУ лопасть при поломках и отрыве может быть отброшена на 400−800 метров.

Наиболее важный фактор влияния ВЭУ на окружающую среду — это акустическое воздействие. Шумовые эффекты от ВЭУ имеют различную природу и подразделяются на механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия, которые, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16−20 Гц) и высокочастотными (от 20 до нескольких кГц). Эти воздействия вызваны в основном вращением рабочего колеса. Шумовой эффект в непосредственной близости ВЭС достигает 50−80 дБ. Отдельную экологическую проблему составляют шумовые воздействия установок мощностью более 250 кВт, когда на концах лопаток ветроколес большого диаметра скорости сверхзвуковые. При этом возникает инфразвуковой эффект, отрицательно воздействующий на биологические субъекты и человека. Примеры: установка мощностью 2 МВт с лопастью пропеллера 60 м производит такой шум, что ее нужно отключать в ночное время. Необходимо подчеркнуть, что помимо основных экологических факторов воздействия ветроэнергетики на окружающую среду (блокировка земельных территорий, шумовые эффекты, металлоемкость ветроустановок), они требуют предварительного цикла добычи, переработки металлов, что оказывает косвенное влияние на окружающую среду.

Размещение ветровых парков влияет на миграцию птиц и рыб (для акваториальных ВЭС). Наконец, серьезным негативным экологическим последствием использования энергии ветра является то, что в местах работы ветряков значительно ослабевает сила воздушных потоков, что может оказать влияние на климат, а также ограничить «проветривание» близлежащих промышленных районов. Еще одной негативной чертой ветроустановок являются производимые ими помехи для воздушного сообщения и для распространения радиои телеволн, а также оптическое загрязнение ими ландшафта, что приводит к оттоку туристов из мест расположения ВЭС. Вследствие этого может сложиться ситуация, когда ущерб от уменьшения количества туристов может превысить экономическую выгоду от использования ВЭУ, что имеет место, например, в некоторых районах на побережье ФРГ.

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.

Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20−25% от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.

Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередачи и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими.

Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляемую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередачи оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.

Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 метров является сложным и дорогостоящим мероприятием.

Эти все недостатки могут перечеркнуть всего несколько плюсов: это экономия, ведь ветрогенераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тысяч тонн угля или 92 тысяч баррелей нефти. И также экологичность, нет выбросов вредных веществ в атмосферу, поэтому ВИЭ и называют «зелёной» энергетикой.

7. Статистика по использованию энергии ветра

В 2010 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 196,6 ГВт. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов. В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44% установленных ветроэлектростанций, в Азии — 31%, в Северной Америке — 22%.

В то же время, по данным European Wind Energy Association, суммарная вырабатываемая мощность ветряной энергии в России за 2010 год составила 9 МВт, что приблизительно соответствует показателям Вьетнама (31 МВт), Уругвая (30,5 МВт), Ямайки (29,7 МВт), Гваделупы (20,5 МВт), Колумбии (20 МВт), Гайаны (13,5 МВт) и Кубы (11,7 МВт).

В 2007 году ветряные электростанции Германии произвели 6,2% от всей произведённой в Германии электроэнергии. В 2009 году 19,3% электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра. В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3% суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80−100 ГВт.

Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20% электроэнергии.22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8% всей электроэнергии страны

Таблица 3. Суммарные установленные мощности, МВт, в некоторых странах мира 2005;2010 г.

7.1 Интересные факты

Также можно привести интересную информацию о ветроэнергетике на данный момент. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. К началу 2015 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 369 гигаватт. В 2010 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5% всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2014 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 39% всего электричества; на 2013 год — в Португалии — 23%; на 2011 год — в Ирландии — 14%, в Испании — 16% и в Германии — 8%. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

Технический уровень новых разработок в России соответствует зарубежным образцам 80 годов. Ветроагрегат «Радуга» (головной разработчик МКБ «Радуга») мощностью 1 МВт создавался с 1988 года. До сих пор не завершена его экспериментальная отработка, единственный экспериментальный образец установленный в Калмыкии, фактически разрушился в 2002 году.

Ветроагрегат «Жаворонок» (Головной исполнитель Институт теплотехники) мощностью 30 кВт разрабатывался с 1989 года. В настоящее время создан опытный образец, однако его технико-экономические показатели уступают зарубежным почти в полтора-два раза.

Крупнейшие производители

Таблица 4.10 крупнейших производителей промышленных ветрогенераторов в 2010 году, МВт.

В 2014 году суммарные мощности производителей турбин достигли 71 тысячи МВт.

Цены

Компания Bloomberg New Energy Finance производит расчёт ценового индекса ветрогенераторов (Wind Turbine Price Index). С 2008 года до 2010 года средние цены на ветрогенераторы снизились на 15%. В 2008 году средняя цена ветрогенератора составляла 1,22 млн евро за 1 МВт мощности. В августе 2010 года средняя цена одного МВт ветрогенератора составляла 1,04 млн евро.

Самый большой парк ветрогенераторов в мире

На берегу английского графства Кент одним из крупнейших концернов Vattenfall был торжественно открыт самы большой оффшорный ветровой парк. Мощность турбин составляет 300 МВт, при оптимальном ветровом режиме этого хватит для обеспечения электроэнергией 200 000 домов. Это заметно меньше, чем могла бы обеспечить атомная электростанция, но у представителей этой области экономики все же ощущение праздника. Теперь Великобритания производит больше всего в мире оффшорной ветровой энергии.

8. Заключение

Для того, чтобы обеспечить стабильное устойчивое развитие в России производства ветроэнергетического оборудования и создать необходимую инфраструктуру необходимо разработать и осуществить программу сооружения демонстрационно-промышленных ветроэнергетических станций в различных регионах страны, для отработки хозяйственных и организационных механизмов развития ветроэнергетики. Такой путь прошли все страны, успешно развивающие отрасль ветроэнергетики, разработав и необходимые механизмы снижения рисков инвестиций в отрасль, и механизмы первоначальной компенсации повышенных издержек, связанных с развитием отрасли.

Россия обладает огромными ресурсами возобновляемой энергии. Однако в настоящее время этот потенциал почти не используется (за исключением гидроэнергии, степень использования которой составляет около 23%).

С другой стороны, Россия обладает передовыми технологиями практически во всех отраслях возобновляемой энергетики (за исключением ветроэнергетики). Имеется также и промышленный потенциал, способный обеспечить многократное увеличение объемов использования ВИЭ.

В то же время для широкомасштабного развития возобновляемой энергетики необходимо преодолеть ряд институциональных и экономических барьеров.

Мировой опыт развития возобновляемой энергетики свидетельствует о настоятельной необходимости поддержки возобновляемой энергетики со стороны государственных и региональных органов власти. Экономические рычаги формирования и развития рынка оборудования возобновляемой энергетики должны быть направлены на:

устранение барьеров при подключении установок возобновляемой энергетики к сетям общего пользования и создание условий, обеспечивающих максимально возможную выработку электрической и тепловой энергии на установках возобновляемой энергетики, установление тарифов, обеспечивающих окупаемость сооружения установок в срок до 5 лет;

внедрение механизмов экономического стимулирования использования ВИЭ (специальные тарифы, квоты и обязательства);

устранение барьеров при экспорте отечественного оборудования и импорта оборудования, которое не выпускается в России.

Важную роль также играет международное сотрудничество в области передачи технологий и обмена опытом, особенно между Европой и Россией. Необходимо более интенсивно использовать механизмы Энергодиалога Россия-ЕС для поддержки и стимулирования развития возобновляемой энергетики России. По признанию российских и западных экспертов у России есть все шансы выйти на лидерские позиции на рынке ветроэнергетики. Но пока эта сфера в нашей стране будет, скорее всего, развиваться несколько по иной модели, нежели в Европе, в силу большой территории, специфики расселения людей и расположения различных отраслей промышленности. Возможно, делать ставку на ветровую генерацию при развитии большой энергетики нужно в отдаленном будущем, но на сегодняшний день это совершенно нереально.

Список используемой литературы и источников

1. Алхасов А. Б. Возобновляемая энергетика. 2-е издание перераб. и доп. — М.: ФИЗМАЛИТ, 2012 г. — 256 стр.

2. Шкардюк И. Э. Тенденции развития возобновляемых источников энергии в России и в мире. М.: 2010 г. WWF России — 88 стр.

3. Безруких П. П. и др. Роль возобновляемых источников энергии в энергетической стратегии России — Материалы международного конгресса «Бизнес и инвестиции в области возобновляемых источников энергии в России», Москва, 1999.

4. Перминов E., Перфилов О., Технико-экономические показатели ветровых электростанций и возможности их финансирования. — Материалы международного конгресса «Бизнес и инвестиции в области возобновляемых источников энергии в России», Москва, 1999.

5. Губин В. Е., Матвеева А. А., Матвеев А. С. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. ТПУ 2011 г. 215 стр.

6. http://www.windsolardiy.com/fabrichnie-vetrogeneratori/samiy-bolshoy-park-vetrogeneratorov-v-mire.html

7. http://wwf.ru/resources/news/article/3525

8. http://www.ibl.ru/konf/61 212/obzor-mirovogo-rynka-vozobnovljaemyh-istochnikov-jenergii.html

9. http://www.greenpeace.org/russia/ru/campaigns/nuclear/accidents/chernobyl/25yrs/renewable-energy/

10. http://www.c-o-k.ru/articles/sostoyanie-i-perspektivy-ispol-zovaniya-vozobnovlyaemyh-istochnikov-energii-v-mire