Страница 1 из 9
Введение
Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. К началу 2016 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 432 гигаватта и, таким образом, превзошла суммарную установленную мощность атомной энергетики (однако на практике использованная в среднем за год мощность ветрогенераторов (КИУМ) в несколько раз ниже установленной мощности, в то время как АЭС почти всегда работает в режиме установленной мощности). Использование энергии ветра – одно из перспективных направлений современной энергетики. Последние годы наблюдается массовое увеличение размеров и количества ветропарков во всех прогрессивных странах мира. «Ветряки» становятся выше, а их лопасти длиннее и легче, что позволяет им работать даже при небольшой силе ветра. Сооружения устанавливаются повсеместно: в лесах, полях, на побережьях, в прибрежных водах морей и океанов (оффшорные парки). Даже в густонаселенных мегаполисах архитекторы умудряются внедрить ветрогенераторы в конструкции небоскребов, переведя их на частичное само обеспечение.
Для координации усилий и быстрого реагирования на изменения запросов рынка ветровой энергии создана международная некоммерческая организация WWEA (World Wind Energy Association) со штаб-квартирой в Германии. Сегодня ассоциация объединяет интересы более чем сотни стран-участниц. Задачей WWEA является постоянный мониторинг потребностей и предложений в области возобновляемой энергетики, проведение исследований и предоставление консультаций заинтересованному сообществу. Ассоциация отслеживает развитие ветроэнергетической отрасли во всех странах и составляет рейтинг ведущих потребителей и поставщиков соответствующего оборудования. В соответствии с информацией, опубликованной на сайте организации 10 февраля 2016 года, лидерами в использовании альтернативной энергетики является следующие страны.
Китай. Суммарная выработка электроэнергии в ветропарках Китая в конце 2015 года приблизилась к 150 ГВт. При этом страна является относительно новым игроком на рынке ветроэнергетики. Но темпы роста промышленности диктуют свои условия, поэтому в ближайшие годы планируется дальнейшее наращивание ветроэнергетического потенциала страны. Заявленная страной цифра потребления ветровой энергии к 2020 году составляет 200 ГВт.
США. Развитие альтернативной энергетики, в том числе – ветровой, в Соединенных Штатах – постоянный, планомерный процесс. К началу 2016 года суммарная мощность американских ветропарков оценена в 74,35 ГВт. В силу довольно жесткой регуляторной политики, проводимой властями в энергетической области, в стране не наблюдается ярко выраженного бума строительства «ветряков», однако страна продолжает уверенно удерживать второе место.
Германия является традиционным лидером в производстве ветровых турбин. Все самое инновационное оборудование в этой отрасли производится здесь. Общая мощность собственных ветроэлектростанций Германии – на текущий момент – 45,2 ГВт, что составляет около трети суммарной производительности ветропарков всего Евросоюза. Прирост доли энергии, вырабатываемой «ветряками» в стране в 2015 году, составил почти 10%. В 2014 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 706 тераватт-часов (3 % всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2015 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 42 % всего электричества; 2014 год в Португалии-27 %; в Никарагуа-21 %; в Испании- 20 %; Ирландии-19 %; в Германии-18,8% ; в ЕС в целом -7,5 %. В настоящее время крупнейшими поставщиками электроэнергии являются следующие ветропарки:
– Ветропарк Alta Wind, Калифорния, США, производящий 1,55 ГВт чистой электроэнергии. Комплекс продолжает развиваться и уже к 2040 году планируется прирост его мощности до 4,0 ГВт.
– Ветроэнергетический комплекс Ganzu, расположенный на западе Китая и состоящий из нескольких крупных ветропарков, суммарная производительность которых составляет более 5 ГВт. В соответствии с планом развития, к 2020 году планируется наращивание мощностей до 20,0 ГВт.
– Британский оффшорный массив London Array, расположенный дельте Темзы, – крупнейший проект такого рода. В настоящее время ветропарк на воде генерирует 0,63 ГВт электроэнергии. Суммарное количество электроэнергии, вырабатываемое всеми оффшорными ветроэлектростанциями Британии, составляет 3,6 ГВт. Предполагается, что к 2020 году этот показатель будет составлять 18,0 ГВт.
– Крупнейший ветропарк Индии, Jaisalmer, генерирующий более 1 ГВт электроэнергии. Владелец ветропарка, компания Suzlon Energy, также является и производителем оборудования, занимающая на мировом рынке ветровых турбин около 7%.
До недавнего времени лидерами в производстве «ветряков» считались европейские страны Германия и Дания, а также Соединенные Штаты Америки. Наиболее востребованные ветрогенерационные установки выпускались под марками Vestas (Дания) и Enercon (Германия). Эти компании занимаются выпуском турбин мощностью от 0,8 до 7,5 МВт. Американские ветрогенераторы General Electric имеют максимальную мощность 3,6 МВт.
В последний год рекордную прибыль показали китайские производители. В частности, чистая прибыль компании Goldwind за 2015 год выросла почти на 56%, достигнув показателя 436 млн. USD. Общая мощность реализованных за год ветрогенераторов Goldwind составляет 7,8 ГВт. Однако утверждать, что традиционному доминированию Vestas и GE на мировом рынке положен конец нельзя, так как своим блестящим результатам Goldwind обязан, прежде всего, внутреннему рынку Китая. Общая мощность установленных турбин Vestas в 2015 году составила 7,3 ГВт. Для американцев GE этот показатель равен 5,9 ГВт. Немецкий производитель Enercon занимает в рейтинге четвертое место. Помимо Goldwind в десятку крупнейших производителей «ветряков» в 2015 году вошли еще 4 компании из Китая.
Возможности России в генерации ветровой энергии (которые в настоящее время практически не используются) оцениваются в 30% от общего электроэнергетического потенциала страны. Суммарный показатель мощности ветропарков России, который планируется достигнуть к 2020 году составляет 3 ГВт.
В настоящее время крупнейшие ветропарки России расположены в Крыму (общей мощностью около 60 МВт), в Калининградской области (5 МВт), на Чукотке и в Башкортостане (по 2,2 МВт). В различной степени готовности находятся проекты ветроэлектростанций мощностью от 30 до 70 МВт в Ленинградской, Калининградской областях, в Краснодарском крае, в Карелии, на Алтае и Камчатке. В самом ближайшем будущем планируется строительство ветропарка мощностью 35 МВт в Ульяновске.
Мировая ветроэнергетика за 10 последних лет в разы увеличила свои мощности. Это можно объяснить несколькими факторами.
С появлением персональных компьютеров появились и соответствующие программы, стандартизирующие и упрощающие учёт многих факторов, влияющих на скорость ветрового потока на месте. Обладая данными программами, навыками работы с ними, а также достоверной исходной информацией можно, посчитать прогнозируемую выработку ветроэлектрической станции (ВЭС) любой мощности, сложности и конфигурации. Законодателями в этой области компьютерного моделирования стали программы WAsP и WindPro. Для всех крупных регионов уже давно построены вероятностные характеристики, с большой степенью точности, показывающие вероятность присутствия того или иного значения скорости ветрового потока. В качестве исходной информации по значениям скорости ветрового потока уже давно нет необходимости иметь многолетние наблюдения за скоростью ветра.
Глава 1. Ветер как источник энергии
Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании кинетической энергии ветрового потока. Ветер представляет собой движение воздуха в атмосфере, возникающее под действием различных факторов. Прежде всего он возникает от разности давлений у поверхности Земли и границы атмосферы. Возникает также разность давлений в горизонтальной плоскости – барический градиент, который вынуждает воздух перемещаться в горизонтальном направлении. Неравномерный нагрев атмосферы, земной поверхности и мирового океана из-за солнечной радиации, вращение Земли и связанное с ним действие сил Кориолиса также оказывают воздействие на поток воздуха. В области экватора воздух нагревается и поднимается вверх. Верхние слои движутся в направлении полюсов, там охлаждаются и опускаются к Земле. Вместе с тем, существуют зоны стабильных ветров – пассатов, которые находятся в области, лежащей между 25 и 30 северной и южной широтами соответственно. Постоянный западный ветер дует с запада на восток в полосе от 40 до 60 южной широты. Постоянно дующими ветрами являются муссоны в Индийском океане.