Ветроэнергетика XXI века

Основная тема нашей рубрики «Температура XXI века» - это новая энергетика. Нет сомнения, что именно сейчас получают развитие новые виды генераторов энергии, использующие так называемые возобновляемые источники. Мы писали много раз об эффективном использовании энергии Солнца, об энергии приливов и отливов, о самом перспективном и ожидаемом источнике – управляемом термоядерном синтезе, даже об использовании энергии людей, но как-то обошли вниманием самый быстроразвивающийся энергетический сектор – ветряные генераторы. А прогресс в их развитии действительно впечатляет. Вряд ли найдутся люди, которые в путешествии по Европе не видели огромных сооружений с вращающимися лопастями. Обширные поля ветрогенераторов можно увидеть на берегу и в море. И хотя до сих пор приходится слышать, что ветряная энергетика малоэффективна и требует дорогостоящего оборудования, она уверенно и быстро развивается. 

На рисунке: Ветрогенераторы вдоль шоссе в Голландии.

Какие достижения в этой области можно отметить и как обстоят дела с ветряными электростанциями (ВЭС) в России? Говоря о цифрах, отметить стоит, прежде всего, рост мощности ветрогенераторов. Если в 2003 г. самая мощная ветряная турбина вырабатывала только 3 МВт энергии, то ветрогенератор Enercon E-126 (Simens, Германия), вырабатывал в 2012 г. уже 7,65 МВт. Одна такая машина может снабжать электроэнергией небольшой город. Сегодня самая производительная ветровая турбина от MHI Vestas Offshore Wind (Дания) генерирует 9,5 МВт энергии. Компания Mitsubishi Heavy (Япония) разрабатывает мощную прибрежную ветровую турбину на 10 МВт и собирается представить ее уже в 2020 году. General Electric разрабатывает установку мощностью 12 МВт. Проект обойдется в $400 млн, внедрение запланировано на 2021 г. 

Впечатляют размеры ветряных турбин. Например, Vestas V164 имеет 220 метров в высоту (полторы пирамиды Хеопса) и лопасти размахом в 164 метра (более чем 50-этажный дом). Общий вес стеклопластиковых лопастей — 100 тонн. При этом ожидается дальнейший рост высоты ветряков и размаха их лопастей. Расчеты показали, что имеет смысл увеличивать размеры как минимум до высот в 300-400 метров и размаха лопастей до 300 метров.

Рис. с сайта MHI Vestas

В силу непрерывного роста размеров ветряков стоимость вырабатываемой ими энергии непрерывно падает. Действительно, еще пять лет назад, в 2012 году, стоимость киловатт-часа энергии ВЭС была более 10 центов. Однако сегодня эта цифра, как отмечает Минэнерго США, упала до 4-5 центов за киловатт-час. Даже новые морские ветряки, которые обычно дороже сухопутных, дают энергию за 6-7 центов за киловатт-час, и цена эта снижается еще быстрее, чем на суше. Причина в том, что на море можно установить лопасти любых размеров, пространства хватает всем. 

Установка ВЭС в море имеет много преимуществ. Над морем есть места, где постоянно дуют ветра, штиля практически не бывает. Однако строительство ветряных генераторов на дне требует дорогостоящих фундаментов, причем глубина установок не велика, необходимо использовать большие мелководные пространства. В 2017 году вошла в строй первая в мире ветровая плавучая электростанция, которая состоит из 6 турбин мощностью в 6 МВт каждая.  Все её ветряки заякорены, и глубины их установки достигает 800 метров. Возможно, именно данный способ установки ветряков в дальнейшем будет самым быстроразвивающимся, т.к общая площадь морей такой глубины очень велика. Потери в высоковольтных ЛЭП постоянного тока сейчас упали ниже 3 процентов на тысячу километров — то есть ветровая энергия моря может практически без потерь доставляться даже вглубь материков.

На рис: доставка турбины на место локации

Сегодня ветроэнергетика мира производит более триллиона киловатт-часов в год — больше, чем вся энергетика России. Больше всего ветряных станций в настоящее время строит Китай. 

Как известно, на просторах нашей страны много полей и степей, много прибрежных участков, дуют порой очень сильные ветра. Но, к сожалению, конкурировать с энергетиками мира в плане внедрения электрогенераторов, использующих  возобновляемую энергию ветра, мы не можем. Хотя исторически именно СССР был лидером в ветроэнергетике. В 1931 году под Балаклавой был построен самый мощный в мире ветрогенератор мощностью 100 киловатт (ветряки в Германии давали в то время только 70 кВт). В 1941 году во время Великой отечественной войны обстрел врага вывел крупнейший ветряк планеты из строя. Но уже в 1950—1955 годах в СССР производилось 9 000 ветроустановок в год — мощностью до сотен киловатт. Стояла задача обеспечить энергией целину и север. 

Советскую ветровую энергетику убил послевоенный бум дешевого жидкого топлива. Ветряные электростанции стали не выгодны. Кроме того, когда в мире их стали активно развивать, в России появилось много экспертов из энергетической отрасли, которые считали, что «место для ветряков в Европе кончилось» и Европа вынуждена будет строить атомные и тепловые станции.  Прогнозы не оправдались. Правда такова, что мир постепенно отказывается от атомной энергетики. Например, в 2017 году 37% выработанной в Германии электроэнергии было получено из возобновляемых источников. В 2022 году перестанет работать последняя немецкая АЭС, тогда же долю электроэнергии, полученной на ВИЭ, планируется довести уже до 50%. 

Хотя наша страна сильно отстала в технологии строительства ВЭС, «Росатом» планирует в ближайшем будущем наладить производство ветрогенераторов в России, используя опыт и поддержку ведущих в этой отрасли стран. В сентябре 2017 г. была создана компания АО «НоваВинд», которая  объединила все ветроэнергетические активы Росатома и отвечает за реализацию стратегии по направлению «ветроэнергетика». АО «НоваВинд» является равноправным акционером совместного предприятия Red Wind B.V., созданного совместно с голландским технологическим партнёром - компанией Lagerwey. Lagerwey обеспечит трансфер технологий производства ветроустановок мощностью 2,5 МВт и 4,5 МВт российскому партнёру, а также поделится компетенциями в области создания ветропарков. Голландский партнёр также окажет содействие АО «НоваВинд» в обучении персонала, необходимого для производства ВЭУ и эксплуатации ветропарков. Lagerwey также будет поставлять комплектующие на первые 60 ветроустановок. Затем появятся и ветряки отечественного производства. 

Сейчас уже многие люди осознали важность перехода на альтернативные источники энергии, которые не дают вредных выбросов в атмосферу. Можно ли лично принять участие в движении и установить ветрогенераторы для своих нужд в личных домах и хозяйствах? На сколько это доступно и выгодно? Надо сказать, что сейчас на рынке довольно много бытовых ветряных генераторов электроэнергии. В Интернете можно заказать ветротурбину мощностью 400 Вт китайского производства даже за 10 тыс. руб. На сколько надежны эти приборы, сказать трудно. Отзывы разные. Но для наших северных широт предложение заманчивое. Понятно, что у нас значительно больше надежды на ветер, чем на Солнце.

Статьи об энергетике на сайте Temperatures.ru:

 Тепло океанских вод как источник энергии

Проект 21 века - всемирная энергетическая сеть, подобная Интернету

Двигатель, нарушающий законы физики

Можно ли использовать энергию вращения Земли?

Можно ли использовать энергию людей?

Ядерный синтез вместо расщепления (путь спасения для человечества?)

Фотосинтез – загадка на 122 миллиона

Новая технология производства батарей для электромобилей

Как сконцентрировать излучение Солнца

Подземное хранилище энергии в Супермаркете Sainsbury's

Человеческая сила