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.

Содержание

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

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:

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

ü  использование для энергии, получаемой от ВИЭ, понятия "зеленая энергия", предполагающего более высокую цену ее для потребителя;

ü  налоговые льготы;

ü  льготные кредиты;

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

.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.

. 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.

. 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.

. 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.

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

. 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:

электро- и 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 дизель- и 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 <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F> ветрового потока <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D0%B5%D1%80> в механическую энергию вращения ротора <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80_(%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0)> с последующим её преобразованием в электрическую энергию <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F>.

Рисунок 7. Устройство ветрогенератора

Состоит из:

.        Фундамент

2.      Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления

.        Башня

.        Лестница

.        Поворотный механизм

.        Гондола

7.      Электрический генератор <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80>

.        Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80>)

.        Тормозная система <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0>

.        Трансмиссия <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F>

.        Лопасти <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D1%82>

.        Система изменения угла атаки <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B0%D0%B3_%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B0> лопасти

.        Обтекатель <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B1%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C>

·              Система пожаротушения <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B6%D0%B0%D1%80%D0%BE%D1%82%D1%83%D1%88%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5>

·              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

. Ветрогенератор

. Контроллер заряда

. Аккумулятор

. Инвертор

. Распределительная система

. Сеть

. 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.

 <#"872324.files/image014.gif"> <#"872324.files/image015.gif">

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.