CC BY
29
УДК 621.548
И.Е. Пестрикова, Е.В. Аникина, Е.С. Кириленко, А.С. Конакбаева, М.Е. Пестриков Омский государственный технический университет, г. Омск
К ВОПРОСУ О ПЕРСПЕКТИВАХ РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ
Доля традиционной топливной энергетики в мировом энергобалансе будет непрерывно сокращаться, а на смену придет нетрадиционная — альтернативная энергетика, основанная на использовании возобновляемых источников энергии. И от того, с какими темпами это произойдет в конкретной стране, зависит не только ее экономическое благополучие, но и ее независимость, ее национальная безопасность.
Ситуация с альтернативными источниками энергии в России, как и почти со всем у нас в стране, может быть названа уникальной. Запасы этих источников, поддающихся использованию уже на сегодняшнем техническом уровне, огромны. Как и в мире в целом, в России наиболее развита среди возобновляемых видов энергетики ветроэнергетика.
Таблица 1
Выработка электрической энергии в России на базе возобновляемых источников энергии в 2000-2010 гг., включая малые ГЭС, млн. кВт/ч1
№ Период 2000 г. 2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г.
1 Ветростанции 2,917 4,12 6,645 8,832 14,075 9,63 8,383 6,623 5,235 3,942 4,186
2 Геотермальные электростанции 58,2 91,2 149,1 313,1 395,1 396,4 462,6 484,7 464,6 464,0 474,9
3 Малые ГЭС 2672,7 2541,9 2421,9 2422,2 2748,8 2777,1 2548,4 2715,5 2867,7 3318,3 2846,0
4 Тепловые электростанции на биомассе 1816,9 2151,0 2444,1 2618,6 2824,1 2709,1 2910,0 2820,7 3122,7 2964,7 2995,0
ИТОГО: 4550,7 4788,2 5021,7 5362,7 5982,1 5892,2 5929,4 6027,5 6460,2 6750,9 6320,1
Производство электроэнергии на электростанциях России 877800 891300 891300 916300 931900 953100 931381 1008256 1040400 990000 1025394
Доля возобновляемых источников энергии, % 0,52 0,54 0,56 0,59 0,64 0,62 0,64 0,60 0,62 0,68 0,62
Ветроэнергетика, как сектор энергетики, присутствует более чем в 50 странах мира. К странам с наибольшей установленной мощностью относятся: Германия (18428 МВт), Испания (10027 МВт), США (9149 МВт), Индия (4430 МВт) и Дания (3122 МВт). Ряд других стран, включая Италию, Великобританию, Нидерланды, Китай, Японию и Португалию, перешли отметку в 1000 МВт.
До сих пор ветроэнергетика наиболее динамично развивалась в странах ЕС, но сегодня эта тенденция начинает меняться. Всплеск активности наблюдается в США и Канаде.
1 П.П. Безруких, д.т.н., проф., председатель комитета российского Союза Научных и инженерных обществ по проблемам использования ВИЭ (Москва) — «Технико-экономические показатели работы электростанций на основе ВИЭ на период 2000-2010 годов. Задача общественности по развитию возобновляемой энергетики России». - Режим доступа: http://www.vie-conf.ru/programm/
160
Дания к 2030 году планирует довести этот показатель до 50%. Если посмотреть европейский «разрез» по установленной мощности ветровых энергоустановок, то видно, что лидирующее положение в Европе занимает Испания (20676 МВт), затем Германия (13065
МВт), в Дании и Голландии (табл. 2), имеются мощности свыше 1 млн. КВт [1, с.9].
10 лидеров по УМ, МВт
Прочие Китай
Германия
/о _____США
20%
Испания \ Индия
10% 14%
Таблица 2
Страна МВт %
Китай 44733 20%
США 40180 20%
Индия 27214 14%
Испания 20676 10%
Германия 13065 7%
Франция 5797 3%
Великобритания 5660 3%
Италия 5204 3%
Канада 4009 2%
Швеция 3752 2%
Прочие 26749 14%
Всего 10 лидеров 170 290 86%
ВСЕГО МИР 197 039 100%
Россия имеет давнюю историю развития ветроэнергетики, начиная от теории ветроко-леса и до конкретного внедрения ветроэнергетических установок. В СССР массовое производство ветродвигателей ВД-5 (ТВ-5) и ВД-8 (ТВ-8) было развернуто на Херсонском заводе им. Петровского еще в 1934 г. В Крыму работала Балаклавская ветростанция Д-30 с трехлопастным ветроколесом мощностью около 100 кВт, которая при скорости ветра 8 м/с развивала мощность 75 кВт. В конце 50-х и 60-х гг. прошлого века в СССР выпускалось значительное количество ветроэнергетических установок различного назначения - среди них были как водоподъемные устройства, столь необходимые для сельского хозяйства, так и электрогенерирующие установки. Бурное развитие единой энергосистемы СССР и электрификация сельского хозяйства вытеснили ветроэнергетические системы, которые не обеспечивали потребителей механической и электрической энергией при отсутствии ветра [2].
В настоящее время установленная мощность ветроэлектростанций в России составляет около 13 МВт (табл. 3). Самой мощной на сегодняшний день считается ветроэлектростанция
161
в Калининградской области, введенная в строй в 2002 году (первая установка - в 1999 г.) и состоящая из 21 установки, переданной в дар властями Дании. Ее суммарная мощность составляет 5,1 МВт.
Технико-экономические показатели ветроэлектростанций за 2000-2010 гг.
Таблица 3
Год Количество работающих ВЭС Установленная мощность, кВт Располагаемая мощность, кВт Выработано энергии, тыс. кВт ч Расход на собственные нужды, тыс. кВт ч Число часов использования установленной мощности
2000 6 7000 6750 2917 50 417
2001 6 7000 6750 4120 60,7 588
2002 7 7100 6100 6645 73 936
2003 8 10750 8170 8832 75 821
2004 10 13275 10570 14075 131 1060
2005 10 12000 11875 9629 60 802
2006 10 13275 12795 8383 150 631
2007 8 11775 9070 6623 56,8 562
2008 8 11775 9245 5235 80,3 445
2009 7 11750 9220 3942 46,8 335
2010 4 13000 12220 4186 - 411
Всего - (8000) (8000) 74587 619,3 -
Сегодня Россия занимает 56 место по установленной мощности ВЭС в мире. Суммарная выработка ВЭС в РФ за 2010 год составила 15,4 МВт.
Рейтинг стран по УМ, 2010 год
Таблица 4
№ п/п Страна Мощность на конец 2010 года Прирост, МВт Темп прироста %
46 Швейцария 42 24,4 138,6
47 Никарагуа 40 0
48 Филиппины 33 0
49 Латвия 31 2 7
50 Вьетнам 31 22,3 254,3
51 Уругвай 30,5 10 48,8
52 Ямайка 29,7 0 0
53 Антильские о-ва 24,3 0 0
54 Г ваделупа 20,5 0 0
55 Колумбия 20 0 0
56 Россия 15,4 1,2 8,6
57 Гвинея 13,5 0 0
2 П.П. Безруких, д.т.н., проф., председатель комитета российского Союза Научных и инженерных обществ по проблемам использования ВИЭ (Москва) — «Технико-экономические показатели работы электростанций на основе ВИЭ на период 2000-2010 годов. Задача общественности по развитию возобновляемой энергетики России». - Режим доступа: http://www.vie-conf.ru/programm/
162
Ветроэлектростанции Российской Федерации, 2010 год
Таблица 5
Наименование Установленная мощность,
ВЭС кВт
Заленоградская ВЭС (Куликово поле) 5100
ВЭС, Воркутинские электросети 1250
Марпосадская ВЭС 200
ВЭС Тюпкильды, г. Октябрьский 2200
ВЭС Южных сетей, с. Никольское 500
ВЭС г. Элиста 1000
ВЭС - 300 300
ВЭС - 200 г. Аппатиты 200
Чукотская ВЭС 2500
ВЭС ООО «Красное» 170
Калмыцкая ВЭС 2400
За рубежом нетрадиционная энергетика начала всерьез развиваться после нефтяного кризиса середины 1970-х годов. 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 госрегу-лирования.
Общая установленная мощность (УМ) в мире, МВт
Потенциал ветроэнергетики распределен по территории России неравномерно. Атлас ветров России указывает, что существует множество районов, где среднегодовая скорость ветра превышает 6,0 м/с. На рис. 1 показаны ветроэнергетические ресурсы на высоте 50 метров над уровнем земли для пяти различных топографических условий местности. Цвета в первой колонке таблицы соответствуют цветам на рисунке. Наивысшие средние скорости ветра обнаруживаются вдоль берегов Баренцева, Карского, Берингова и Охотского морей. Другие районы с относительно высокой скоростью ветра (5-6 м/с) включают побережья Восточно-Сибирского, Чукотского морей и моря Лаптевых на севере и Японского моря на востоке. Несколько меньшие скорости ветра (3,5-5 м/с) обнаруживаются на берегах Черного, Азовского и Каспийского морей на юге и Белого моря на северо-западе. Значительные ре-
163
сурсы находятся также в районах Среднего и Нижнего Поволжья, на Урале, в степных районах Западной Сибири, на Байкале. Самые низкие значения средней скорости ветра наблюдаются над Восточной Сибирью в районе Ленско-Колымского ядра Азиатского антициклона.
Рисунок 1. Ветровые ресурсы
. ш
Холмы И ГО0Ш
v!z №т
>11,5 >iew Ю П,5 12OO-1SQ0
8,5 10.0 700 l?00
7,0 в,5 ад 700 <7,0 <400
]1« очник: ЛЛ. Старков, J1. Ллмджрз'. ПП-Бефугвд \1 М. Жплчгвфдррфросаш/Russian 1-Vij?i/Лг/lI.v, Нпцмяшьиля
лййчритирй RisD и РнХ-Скмскч'Дип ищ институт jurpi оффецнян«ти
Над большей частью территории России скорость ветра в дневное время выше, чем ночью, причем эти различия существенно менее выражены зимой. Годовой ход средней скорости ветра (т.е. разница между максимумом и минимумом среднесуточных скоростей) в большинстве районов России незначителен и варьируется в пределах от 1 до 4 м/с, составляя в среднем 2-3 м/с. Более высокие амплитуды наблюдаются в центре Европейской части России, в Восточной Сибири, в Западной Сибири (за исключением северных районов) и особенно на Дальнем Востоке, где они достигают 4 м/с. Годовые амплитуды менее 2 м/с наблюда-
ются над юго-востоком и юго-западом Европейской части России и над Центральной Сибирью. Зимой и осенью скорость ветра выше над большей частью России, за исключением южной части Центральной Сибири, где максимум скорости ветра приходится на теплые месяцы. Наивысшие скорости ветра над Якутией и Забайкальем наблюдаются в апреле-мае. Анализ ветроэнергетического потенциала Россия показывает, что около 30% сконцентрировано на Дальнем Востоке, около 16% - в Западной Сибири и еще 16% - в Восточной Сибири. Центр «Эко-Согласие» полагает, что 37 % совокупного потенциала расположено в Европейской части России и 63 % в Сибири и на Дальнем Востоке (табл. 6) [3].
164
Потенциал ветровой энергии в России (ТВт/ч в год)
Таблица 6
Совокупный Технический
Европейская часть России 29600 2308
в том числе экономические районы:
Северный 11040 860
Северо-Западный 1280 100
Центральный 2560 200
Волго-Вятский 2080 160
місіюсть Открыта* мЄЄТи&ЄІ ь Морсюї побереж DC Огчйніос глзре
Vi/c Bt№: м/с BiTjm (At Вт/МІ м.'с
■ >4,0 >7jS >500 >flj5 >700 >P,0 >S00
■ 5,0 4,0 150- 250 6,5 7,5 300- 500 7,0 8,5 *00 - 7DD 3,0 P.D 600 ■ BOD
Ш 4,5 5,0 100-150 5r5 6.5 ЇОО-ЗОО 6,0 7,0 350-400 7,0 e.O 400 600
я 3,5 4,5 50-100 4,5 5r5 100 - 200 5,0 4,0 150 ■ Ї50 5,5 7,0 tto ■ 40П
т <3,5 <50 <4,5 <100 <5,0 <150 <5,5 <200
Центрально-Черноземный 1040 80
Поволжский 4160 325
Северо-Кавказский 2560 200
Уральский 4880 383
Сибирь и Дальний Восток 50400 3910
Всего 80000 6218
Ветровая энергия может использоваться во многих районах России, включая Архангельскую, Астраханскую, Волгоградскую, Калининградскую, Магаданскую, Новосибирскую, Пермскую, Ростовскую, Тюменскую области, Краснодарский, Красноярский, Приморский края, Дагестан, Калмыкию и Карелию. Большая часть потенциала приходится на территории, где плотность населения ниже одного человека на 1 км2. Таким образом, во многих ветреных местах ветровая энергия может быть использована в качестве источника энергии для малых изолированных потребителей. В некоторых районах возможны также и крупномасштабные применения ветровой энергии.
Сравнение альтернативных и традиционных источников электрической энергии
Таблица 7
Источники тока Альтернативные Традиционные
Характеристика Ветро- генератор Солнечные батареи Биогаз Дизель/ бензиновый генератор Газовый генератор
Экологичность ***** ***** **** * **
Шум ** - * ***** ****
Загрязнение воз- * ***** ***
духа
Расход топлива - - * ***** *****
Стоимость
Капитальные за- * ** *** * **
траты
Эксплуатация * * * ***** ****
Существует устойчивое заблуждение, что применение ветроустановок в средней полосе России не эффективно. Более 2/3 территории России находится вне систем централизованного энергоснабжения. В этих районах проживает около 20 млн. человек. Энергоснабжение та-
165
ких потребителей происходит за счет привозного топлива и использования дизельных и бензогенераторов и становится все более и более затратным. В некоторых местах, например в Якутии, себестоимость электроэнергии от дизель-генераторов мощностью до 100 кВт превышает 25 руб. кВт/ч.
Расширяется применение ветродизельных энергоустановок, сочетающих в едином комплексе дизельную и ветровую установки. Такое решение позволяет существенно сократить потребление привозного топлива, однако не снимает проблему завоза топлива и охраны окружающей среды от вредных выбросов.
При известных параметрах потребителя номинальная мощность ветроустановки и емкости аккумуляторной батареи выбираются исходя из ветровых условий места предполагаемой эксплуатации установки. Балластное сопротивление рассчитывается на возможность максимальной вырабатываемой ветроустановкой электрической мощности.
Анализ показывает, что практически в любой географической точке за счет наращивания мощности ветроустановки и увеличения емкости аккумуляторной батареи, с помощью рассматриваемой установки можно добиться гарантированного электроснабжения небольшого автономного потребителя. Однако в районах с недостаточно интенсивными ветровыми потоками или с длительным сезонным ветровым затишьем требуется применение фотоэлектрических панелей для компенсации потерянной на безверии выработки электроэнергии.
В средней полосе России среднегодовые значения скорости ветра находятся в диапазоне 3-6 м/с. Эти значения дают нам возможность сделать вывод, что применение малых вет-роустановок вполне оправдано. Однако следует учитывать, что к выбору места установки в данном районе выдвигаются дополнительные требования: возвышенность, открытость и/или непосредственная близость к водоему [4].
Сегодня следует констатировать, что развитие ветроэнергетики в России не носит системного характера. Во многих регионах России, в которых ВЭУ могли бы решить и энергетические, и социальные, и экологические проблемы, развитие ветроэнергетики не происходит. Если обратиться к мировому опыту и задать вопрос, почему развитие ветроэнергетики и в целом ВИЭ в мире происходит опережающими темпами в различных странах, независимо от их размеров, географического положения, экономического состояния и ресурсной базы энергетики, а у нас нет? Здесь можно выделить три движущих силы этого процесса:
• экологические преимущества источников возобновляемой энергии и постоянно развивающиеся технологии повышения экологической безопасности установок на основе ВИЭ, отсутствие эмиссии парниковых газов, что становится особенно важным после подписания Россией Киотского Протокола и фактического начала его функционирования с апреля будущего года;
• выравнивание стоимости энергии традиционных источников и ВИЭ, прежде всего в связи с ужесточением экологических требований, повышением стоимости энергии традиционных электрических станций, особенно угольных, и непрерывным снижением стоимости оборудования возобновляемой энергетики за счет технологического совершенства;
• наличие четкой, аргументированной и полноценной нормативно-правовой базы в области ВИЭ и энергосбережения.
Осознание необходимости решения задач, вытекающих из реализации этих движущих сил, позволит и нам войти в число стран, лидирующих по внедрению ветроэнергетики [2].
Таким образом, исходя из вышеизложенного, следует отметить следующее:
1. Ветроэнергетика как часть нетрадиционной энергетики. Глобальные ресурсы энергии ветра оценивались в разные величины в разное время, но всегда и при всех оценках они превышали современное энергопотребление человечества. Они распределены по земному шару достаточно равномерно по всем континентам и при каждой новой оценке величина
166
их всё возрастает. В настоящее время, согласно самой умеренной оценке, технические ресурсы энергии ветра составляют 53 000 ТВт/ч, что в два раза выше прогнозируемого глобального электропотребления к 2020 году. Таким образом, даже только в одном секторе возобновляемой энергетики (ветроэнергетике) ресурсная сторона не является ограничением.
2. Ветроэнергетика из маргинальной отрасли энергетики, признаваемой ранее только как источник энергии для удаленных и изолированных потребителей, превратилась за последние 25 лет в полноценное энергетическое направление. Если сравнить её развитие за последние 10 лет, то быстрее ветроэнергетики развивается только рынок телекоммуникаций.
3. Удельная стоимость ветроэнергетических установок за последние 20 лет умень-
шилась в 5 раз. Только за последние 5 лет стоимость производства электроэнергии от ВЭУ уменьшилась в среднем на 20 %. Энергия ветра в настоящее время конкурентоспособна с вновь строящимися угольными электростанциями, а на некоторых площадках - и с новыми газовыми электростанциями.
4. Многие страны Европы, Азии и Америки приняли национальные цели по развитию ветроэнергетики до 2020 года, наиболее популярной является величина в 12 % энергобаланса. Даже такие ярые сторонники атомной энергетики, как Франция и Япония активно развивают ветроэнергетику.
5. Для достижения своих национальных целей странами разрабатывается и внедряется соответствующим образом ориентированная энергетическая политика [5].
Мировой опыт развития возобновляемой энергетики и ветроэнергетики в том числе, свидетельствуют об острой необходимости поддержки возобновляемой энергетики со стороны государственных и региональных органов власти.
Актуальность и необходимость развития ветровой энергетики в России определяется ее ролью в решении следующих проблем:
• обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территориях. Объем завоза топлива в эти районы составляет около 7 млн. тонн нефтепродуктов и свыше 23 млн. тонн угля;
• обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений;
• снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.
Библиографический список
1. Перспективы мировой ветроэнергетики // GWEC, Greenpeace. - 2006. - Sept. - Р. 9.
2. Елистратов, В. В. Использование энергии ветра на северо-западе России [Электронный ресурс] / В. В. Елистратов. - Режим доступа: http://www.baltfriends.ru/node/64
3. Возобновляемая энергия в России [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://lib.rosenergoservis.ru/2011-07-20-04-56-55.html?start=2
4. Ветрогенераторы [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://altetech.fo.ru/wiki/44980
5. Дмитриев, Г. С. Мировая ветроэнергетика и место в ней России [Электронный ресурс] / Г. С. Дмитриев. - Режим доступа: http://www.leadnet.ru/s2006/dmitriev.htm
