Ветроэнергетика в России

Первая ветровая электростанция на территории России была построена в бывшем СССР в 1931году, для своего времени она была самой мощной в мире. Однако жесткая ориентация на большую гидроэнергетику и угольно-ядерную стратегию надолго затормозило развитие ветроэнергетики. Выпускаемые единственным предприятием СССР “Ветроэн” ветроустановки не отвечали современным требованиям и представлениям высоких технологий ветроэнергетической индустрии. Толчком для дальнейшего продвижения и создания ветроэнергетического оборудования стала федеральная научно-техническая программа “Экологически чистая энергетика”. Для участия и получения финансирования были отобраны лучшие проекты ветроэнергетических установок различных классов по мощности. Были разработаны проекты ветроагрегатов мощностью до 30 кВт , 100 кВт, 250 кВт, и даже 1250 кВт.

Начавшаяся перестройка, развал экономики и прекращение финансирования по программе не позволила довести указанные проекты до коммерческого уровня. Почти все проекты остались на уровне опытных и макетных образцов.

В настоящее время Россия имеет малую, по сравнению с мировыми лидерами, суммарную установленную мощность ВЭС — около 13,9 МВт (Калининградская область — 5,1 МВт, Воркута — 1,5 МВт, Чукотка — 2,5 МВт, Башкирия — 2,0 МВт, Саратовская область — 0,3 МВт, о-в Беринга — 0,5 МВт, Приморье — 2,0 МВт), что в сумме составляет примерно 0,007% от всех электрогенерирующих мощностей РФ.

Проектируемые Ленинградская (75 МВт) и Балтийская (50 МВт) ВЭС, смогли бы повысить вклад ВЭС в общую электрическую мощность России примерно до 0,07%.

Сегодня возможны следующие сценарии развития ветроэнергетики в России:

закупка и монтаж зарубежных ветроагегатов;

трансферт западных технологий и организация производства в России;

кооперация с зарубежными фирмами и производство ветроагегатов в России;

организация собственного производства;

Для России предпочтительней третий сценарий, однако, он сдерживается существующим налоговым законодательством, монополией производителей электроэнергии, отсутствием инвестиций. В регионах России к 2020 планируется строительство 16 ветряных электростанций. Такие данные содержатся в схеме территориального планирования в энергетике России до 2020 года, схему утвердил премьер-министр РФ Дмитрий Медведев. Так Распоряжение Правительства Российской Федерации от 28 мая 2013 г. N 861-р г, которое гласит что Минэнерго России с участием некоммерческого партнерства "Совет рынка" до 1 января 2016 г. должно провести анализ фактических капитальных затрат на строительство генерирующих объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии, и представить в Правительство Российской Федерации предложения по изменению предельных величин капитальных затрат на возведение 1 кВт установленной мощности генерирующего объекта, предусмотренных приложением N 4 к Основным направлениям государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года, по годам и по видам генерирующих объектов, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии. (Таблица 4 в приложении) По данным таблицы становится понятно, что основной упор будет направлен на строительство новых ветропарков.

Основная цель строительства ветряных электростанций - увеличение энергетического потенциала регионов. Только в Калининградской области ВЭС планируется построить для обеспечения электроэнергией промышленных и бытовых потребителей области. Установленная мощность объектов - от 100 МВт до 1000 МВт. Ввод в эксплуатацию - начиная с 2020 года.

Большинство ветровых электростанций - пять объектов планируется построить в Южном федеральном округе. Так, в Астрахани запланировано строительство Астраханской ВЭС установленной мощностью 100 МВт. Ориентировочный срок ввода в эксплуатацию - 2030 год.

При подъеме на каждые 100 метров становится холоднее приблизительно на полградуса. Среднегодовая температура приблизительно + 4°. В октябре - ноябре в горах уже лежит снег. Зима долгая, снежная и безветренная. В горах ярко выражена смена вертикальных климатических поясов: в предгорьях теплый климат, в средней части гор - прохладный (лето короткое, а зима продолжительная и многоснежная), а в высокогорной части климат умеренно холодный.

На высоте более 3500 метров лежат вечные снега. Теперь поговорим о климате Краснодарского побережья Черного моря. Здесь высокие Кавказские горы задерживают холодные потоки воздуха, идущие с севера. Море оказывает смягчающее влияние на климат прибрежных районов, который определяется движением воздушных масс (циклонов и антициклонов) над морем, характером берегов и рельефом суши. Климат на побережье мягкий, теплый. Два антициклона оказывают преимущественное влияние на климат побережья: Сибирский (зимний) и Азорский (летний). Они приносят устойчивую ясную погоду зимой и теплую сухую летом. Циклоны с Атлантики и Средиземного моря приносят дождливую неустойчивую погоду. Сибирский (или азиатский) антициклон создаёт над Черным морем устойчивые северо-восточные ветры, знаменитые черноморские норд-осты. Особенно сильный ветер наблюдается в Новороссийске и прилегающих районах - так называемая бора. При боре скорость ветра обычно достигает 40 м/сек, а при порывах - до 80 м/сек. Если учесть, что скорость ветра свыше 34 м/сек уже считается ураганной, то можно приблизительно оценить мощь боры. А если принять во внимание еще и быстрые колебания скорости ветра (от 10 до 60 м/сек в течение минуты), то не будет неожиданностью принять факт, что бывали случаи, когда порывы ветра опрокидывали железнодорожные вагоны. Наблюдается бора как правило, зимой.

В это время температура воздуха может опуститься до минус 20°C при обильном снегопаде. Бора бывает в Новороссийске 40-50 дней в году, хотя не всегда, к счастью, достигает сокрушительной силы. Воздействие циклонов на погоду побережья происходит следующим образом: вначале дуют сильные, но непродолжительные южные ветры; температура растёт и время от времени идут дожди. Затем южные ветры сменяются сильными западными с осадками. Наконец, начинают дуть неустойчивые, иногда сильные, северо-западные и северные ветры при ясной погоде и падении температуры воздуха. Рельеф суши береговой полосы сильно влияет на распределение осадков: на Краснодарском побережье циклоны встречают на своём пути горы и происходит выпадение осадков. Для сравнения: равнинное крымское побережье, расположенное на том же пути циклонических масс воздуха, остается без дождей. Для морского побережья Краснодарского края естественны морские бризы, которые приносят приятную прохладу и чувствуются даже на расстоянии 20-30 км от берега: днем они дуют с моря на сушу, а ночью - с суши на море. Также на горном побережье развиваются так называемые фёны: теплые, сухие ветра, дующие с гор.

В Сочи, например, при фёне относительная влажность воздуха падает до 10-12%. Если обычно к вечеру бывает прохладнее и свежее, то при фёне с гор тянет теплом и ощущается недостаток влаги. Обычно действие фёнов заметно весной, реже осенью и зимой (в октябре - декабре). Продолжительность их 1-2 дня, редко неделя. Иногда над морем проносятся смерчи, чаще всего осенью. Обычно смерчи появляются над морем при грозе, когда по небу ползут черные тучи. Если смерч выходит на берег, то. как правило, он поднимается вверх по долине реки, впадающей в море, и, пройдя несколько километров, разрушается. Заключенные в смерче огромные массы воды падают на землю и река разливается. Ветры северо – восточной части Черного моря Северо-восточная часть Черного (СВЧЧМ) моря является одной из энергонесущих зон Азово-Черноморского бассейна и по отношению к другим районам Черного моря характеризуется наиболее интенсивной штормовой деятельностью, что необходимо учитывать при строительстве оффшорных и береговых ВЭС Большие скорости ветра отмечаются практически во всех частях побережья и во все сезоны года. Тем не менее, выделяются зоны повышенной ветровой активности, где среднемноголетние значения скорости ветра превышают 5 м/с (Мысовое, Тамань, Анапа). Самые сильные ветры наблюдаются над открытой частью моря, а также в районах Новороссийска ("бора") и в Керченском проливе. Скорость ветра имеет хорошо выраженный годовой ход с максимумом в холодный период и минимумом в теплый. Зимой в прибрежной зоне СВЧЧМ диапазон значений средней скорости ветра изменяется от 2,7-2,8 м/с на ЮБК до 6-7 м/с в районах Керченского пролива. Летом скорость ветра уменьшается до 1,9-2,4 м/с и 3,3-5,3 м/с соответственно.

Скорость ветра в районе каждой станции зависит не только от времени года, но и от рельефа побережья. Поэтому на таких открытых станциях, как Тамань и Анапа в наиболее ветреные годы среднемесячные скорости ветра зимой достигают 9-13 м/с, а в Новороссийске (Цемесская бухта) 15 м/с, т.е. в холодный период ветры штормовой силы могут действовать на протяжении всего месяца. Максимальные среднемесячные скорости ветра чаще всего наблюдаются в ноябре-марте. Полученные по срочным наблюдениям максимальные скорости ветра в районах Анапы и Новороссийска достигали 35-40 м/с. Среднее число дней с сильным ветром (≥15 м/с) изменяется от 22-25 дней у восточного побережья Крыма до 55 дней в районе Новороссийска. Наряду со средними и максимальными величинами скорости ветра практический интерес представляют сведения о повторяемости различных градаций скорости. Кривые распределения повторяемости скорости ветра (Рис.1), рассчитанные по рядам среднесуточных значений с интервалом в 1 м/с, показывают, что наибольшая повторяемость слабых ветров (0-5 м/с) отмечена на восточном берегу Крыма (Ялта – 90%, Феодосия – 78%) и в южной части Керченского пролива (Заветное – 71%). Значительно реже слабые ветры наблюдаются в северной части Керченского пролива (54%), у Кавказского побережья (54%) и в открытой части шельфа (46-52%), где повторяемость сильных (>10) ветров максимальна. Например, в центральной части северо-восточного шельфа у Анапы она достигает 16% от всего количества наблюдений.

Современная экономика России базируется на использовании невозобновляемых углеводородных топливно-энергетических ресурсов. Удельный вес нефти, природного газа и угля суммарно составляет более 90 процентов, причем в последнее десятилетие наблюдаетсяопережающее увеличение доли одного источника – природного газа.

В ближайшие годы будет продолжаться тенденция ухудшения горно-геологических условий добычи углеводородных ресурсов и ужесточения экологических стандартов при сжигании традиционного топлива во всех отраслях национальной экономики. Одновременно по мере научно-технического прогресса будет возрастать конкурентоспособность альтернативных источников энергии, среди которых наиболее важную роль будут играть нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

Одним из видов нетрадиционных возобновляемых источников энергии является энергия ветра. Энергия ветра на земле неисчерпаема, а в последние 15 - 20 лет бурно развивалось ее использование для производства. Многие столетия человек пытается использовать энергию ветра себе во благо, строя ветростанции, выполняющие различные функции: мельницы, водяные и нефтяные насосы, электростанции.

В связи с постоянными выбросами промышленных газов в атмосферу и другими факторами возрастает контраст температур на земной поверхности. Это является одним из основных факторов, который приводит к увеличению ветровой активности во многих регионах нашей планеты и, соответственно, актуальности строительства ветростанций.

Как показали практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, поскольку, во-первых, стоимость ветра равна нулю, а во-вторых, электроэнергия получается из энергии ветра, а не за счет сжигания углеводородного топлива, продукты горения которого известны своим опасным воздействием на человека.

Специфика и условия работы ветроэлектростанций в нашей стране значительно отличаются от зарубежных. Работа автономных систем энергоснабжения в условиях потребления энергии небольшой мощности не позволяет использовать те преимущества, которые имеет ветроэнергетика за рубежом. Большие расстояния между населенными пунктами делают перспективным направлением развития ветроэнергетики в России совершенствование ВЭУ малой мощности (от 10 кВт) в условиях их изолированности от крупных энергосистем.

Россия располагает значительными ресурсами ветровой энергии, в том числе и в тех районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Побережье Северного Ледовитого океана, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Якутия, а также побережье Финского залива, Черного и Каспийского морей имеют высокие среднегодовые скорости ветра (рис. 1).

География распределения ветроэнергетических ресурсов позволяет рационально их использовать как автономными ветроэнергетическими установками, так и при работе ВЭУ в составе местных энергетических систем. Валовой ветровой потенциал России оценивается в 80*1015 кВт/ч/ год, экономический – 40*109 кВт/ч/год (рис. 2). Анализ векового хода скорости ветра на европейской территории России показывает, что вековые вариации ветроэнергетических характеристик могут достигать значительных величин (30-50 процентов для среднемесячных и 15-25 процентов - для среднегодовых скоростей ветра), учет которых необходим при решении практических задач ветроэнергетики.

Для стремительного развития ветроэнегетики в России необходимо следующее:

– во-первых, масштабное внедрение ветроустановок в состав «большой энергетики», особенно с учетом неизбежного снижения цен на ветроустановки и роста цен на традиционное топливо (нефть, уголь и т.д.);

– во-вторых, создание ВЭУ как большой, так и малой мощности для решения проблем энергообеспечения удаленных и изолированных районов, которые недостаточно обеспечены электроэнергией и практически не имеют другой, экономически выгодной альтернативы, как строительство ветроэлектростанций;

– в-третьих, внедрение стимулирующих механизмов: налоговые льготы; предоставление кредитов на продолжительный срок под льготный процент с отсрочкой платежей до окончания строительства; введение экологического налога; установление местных тарифов, которые позволят обеспечить возвращение капитальных вложений в ветроэнергетику; субсидирование пользователей ВЭУ; создание информационной сети, системы образования, стажировок и т.д.

В перспективе «альтернативная энергетика», в том числе ветроэнергетика, может стать безальтернативной. Это связано с тем, что запасы нефти и газа в мире ограниченны, а защита окружающей среды рано или поздно станет приоритетом человечества. Мировой бизнес будет реагировать на этот вызов и искать наиболее оптимальные и конкурентные решения. Именно эти соображения должны лечь в основу энергетической стратегии России.