CC BY
140ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА
WIND ENERGY
УДК 621.311.245
ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА -ИЗ ПРОШЛОГО ЧЕРЕЗ НАСТОЯЩЕЕ В БУДУЩЕЕ
В.В. Сыркин, В.В. Гавриленко, В.С. Шалаев
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) 644080, Омск, пр. Мира, 5 тел.: (3812) 65-11-76, e-mail: [email protected]
Представлены развернутые исторические сведения по развитию ветроэнергетики, использующей экологически безопасный, эффективный, возобновляемый и доступный источник энергии, от глубокой древности человеческой цивилизации до наших дней. Акцентировано внимание на развитии ветроэнергетики в России на фоне истории этой отрасли энергетики в других странах, отмечается интенсивное развитие отрасли и использование энергии ветра за рубежом, где доля ветроэнергетики весьма значительна и постоянно возрастает, раскрываются причины низкого уровня использования энергии ветрового потока в России.
WIND POWER ENGINEERING - FROM PAST THROUGH PRESENT INTO FUTURE
V.V. Syrkin, V.V. Gavrilenko, V.S. Shalaev
The Siberian State Automobile and Highway Academy (SibADI) 5 pr. Mira, Omsk, 644080, Russia Tel.: (3812) 65-11-76, e-mail: [email protected]
Wide range of data on the history of wind power engineering development from ancient times of our civilization to this day is presented. Wind power engineering is based on the use of environment friendly, efficient, renewable and easily available energy source. Development of wind power engineering in Russia is compared with that of foreign countries where it can be considered rather significant and permanent. Reasons of insufficient wind power utilization in Russia are revealed.
Сыркин Владимир Васильевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой прикладной механики Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ).
Гавриленко Вероника Вячеславовна, старший преподаватель кафедры прикладной механики Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ).
Шалаев Вячеслав Степанович, генеральный директор ИНТЦ СибАДИ.
Ветроэнергетика - это экологически безопасный и в то же время эффективный, достаточно мощный и доступный источник энергии, не требующий угля, газа и других дорогостоящих энергоносителей, а также сооружения протяженных линий электропередач и высококвалифицированного обслуживания.
Задача развития ветроэнергетики особенно актуальна в условиях энергетического и топливного кризисов, остроты экологической ситуации, создаваемой выбросами тепловых электростанций, нарушениями гидрологических и биологических режимов рек, перегороженных мощными гидростанциями, небезопасности атомных электростанций.
История использования человеком энергии ветра относится к глубокой древности. Впервые энергия ветра была использована для передвижения парусных судов, а позднее - также для подъема воды и размола зерна. Первые ветряные двигатели, по предположению - с вертикальной осью вращения,
были построены более двух тысяч лет назад. Вавилоняне еще до нашей эры использовали их для осушения болот. В Египте, на Ближнем Востоке, в Персии строили ветряные водоподъемники и мельницы. До настоящего времени в некоторых странах бассейна Средиземного моря можно встретить ветряные мельницы с крыльями, имеющими поперечные паруса.
В Европе, вначале во Франции, ветряные мельницы появились в XII в. В Англии работали мельницы, однотипные по принципу действия с французскими. В Германии первая мельница была построена в 1393 г. Из Германии они распространились в другие страны. В XIV столетии голландцы широко использовали ветряные мельницы для осушения болот и озер. В начале XVII в. большая часть территории осушалась с помощью ВЭУ мощностью до 30-35 кВт. В этот же период появились усовершенствованные конструкции мельниц и новые ветряные двигатели, которые
использовали для привода машин бумагоделательных фабрик, лесопилок и других устройств. В 30-х годах XVIII в. в Голландии работали 1200 ВЭУ, которые предохраняли две трети страны от обратного превращения в болота.
Первое изложение теории ветродвигателя относят к началу XVIII в. В более систематизированном виде она появилась в конце XIX в. в Америке и Европе.
Рис. 1. Ветряная мельница козлового типа Fig. 1. Gantry type windmill
Рис. 2. Ветряная мельница шатрового типа (голландская) Fig. 2. A-type windmill (Dutch)
Старинные ветряные мельницы строились двух типов: козловые (рис. 1) и шатровые (голландские) (рис. 2). У первых при установке на ветер ветроко-
леса требовалось повернуть все здание около вертикального столба; у вторых поворачивался только верх здания - шатер. Оба типа строились как для промышленных целей, так и для сельскохозяйственных работ: помол зерна, водоснабжение и осушение [1].
Конструкции первых ветряных мельниц в России были, по-видимому, заимствованы в Германии, и их называли немецкими. К началу XVIII в. число мельниц стало значительным, и их применение приобрело государственное значение. Многое для их распространения в России сделал Петр I.
В XVШ-XIX вв. мельницы сооружались практически повсеместно, и к началу Первой мировой войны в России эксплуатировалось более 200 тыс. мельниц, которые ежегодно перемалывали около двух третей всего товарного зерна.
К середине прошлого столетия в США эксплуатировалось почти 6 млн маломощных ветродвигателей для подъема воды, выработки электроэнергии и выполнения других простых работ.
В России наряду с кустарными мельницами в начале нашего столетия началось изготовление в заводских условиях (в мастерских) тихоходных многолопастных деревометаллических ветродвигателей системы инженера В.П. Давыдова, которые применяли главным образом для механизации подъема воды. Некоторое число ветродвигателей завезли из Германии, Франции и США, где их производство было налажено несколько раньше. В основном выпускались многолопастные двигатели, но они уже были снабжены системами автоматического регулирования скорости вращения и мощности, механизмами ориентации вет-роколеса по направлению потока. Суммарный годовой выпуск в основных промышленно развитых странах составлял сотни тысяч двигателей.
Позднее, в начале нашего столетия, ряд стран (США, Франция, Германия, Австралия, Великобритания и др.) начал в значительных количествах выпускать на заводах также и более совершенные по конструкции и экономичные быстроходные ВЭУ, предназначенные в первую очередь для получения электрической энергии. Их использовали для освещения небольших и удаленных объектов и зарядки аккумуляторных батарей.
Первый этап развития ветроэнергетики в нашей стране (до середины 30-х годов) характеризуется в основном теоретическими исследованиями.
Н.Е. Жуковским и его учениками Г.Х. Сабининым, В.П. Ветчинкиным и другими была разработана теория идеального и реального ветродвигателя, которой пользуются во всем мире. В тот же период созданы аэродинамические профили высокого качества для лопастей ветроколес, спроектированы опытные установки и проведены продувки моделей в трубах, изучены характеристики ветродвигателей. Проводились испытания различных конструкций ветроагрегатов и установок, совершенствовались методы их расчета и проектирования.
Параллельно велись работы по созданию новых моделей и типов ветродвигателей. Уже в 1924 г. под руководством Н.В. Красовского в отделе ветродвигателей (ОВД) ЦАГИ был разработан быстроходный двигатель мощностью до 50 л.с. с новой системой регулирования частоты вращения колеса, предложенной Г.Х. Сабининым. Она получила название ста-билизаторной. С целью расширения работ по созданию ветродвигателей и использованию энергии ветра в 1930 г. на базе ОВД ЦАГИ был организован Центральный ветроэнергетический институт (ЦВЭИ), единственная в мире в то время научно-исследовательская организация такого профиля.
В те годы удалось быстро разработать конструкции тихоходных ветродвигателей ВД-5 и ВД-8 для серийного производства. После модернизации эти двигатели, предназначенные для подъема воды, а также для работы с некоторыми сельскохозяйственными машинами (мельницами, дробилками кормов, силосорезками и др.), начали выпускать в больших количествах под марками ТВ-5 и ТВ-8. Была также создана конструкция и освоено производство быстроходного ветродвигателя Д-12 (рис. 3) со стабилизирующей системой регулирования, который использовался в сельском хозяйстве, в Арктике, на зимовках, на метеостанциях и для энергоснабжения других объектов.
7 -
а
jp
■vu
Ч
Рис. 3. Ветродвигатель ЦВЭИ Д-12 Fig. 3. Wind-powered engine ЦВЭИ Д-12
В связи с началом электрификации сельского хозяйства были организованы работы по созданию ветроэлектрических станций (ВЭС). В 1930 г. была спроектирована, а в 1931 г. сооружена в Крыму самая крупная в мире ВЭС Д-30 мощностью 100 кВт. Стан-
ция работала до 1942 г. и давала электроэнергию в сеть «Севастопольэнерго» напряжением 6300 В. Среднегодовая выработка энергии ВЭС превышала 270 МВтч. Во время Великой Отечественной войны она была разрушена. К этому же периоду относится создание в нашей стране проектов самых крупных в мире ВЭС мощностью 1000 и 5000 кВт, которые не смогли быть реализованы из-за войны.
С 1936 г. основные проектные и исследовательские работы по использованию энергии ветра, в первую очередь для нужд села, были переданы Всесоюзному НИИ механизации сельского хозяйства (ВИМ). В 1938 г. в составе Всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственного машиностроения (ВНИИСХМ) было организовано конструкторское бюро по серийным ветродвигателям. Ряду предприятий поручили выпуск установок. За четыре предвоенных года только в колхозах и совхозах было построено более 8000 ветросиловых установок, с помощью которых механизировали трудоемкие процессы на фермах, в первую очередь водоснабжение животных.
В годы Великой Отечественной войны, когда не хватало топлива, в деревне широко развернулось строительство ветряных мельниц. Сразу после окончания войны было организовано промышленное производство модернизированных ветродвигателей типов ТВ-5, ТВ-8, УНДИМ-Д-10, электрических зарядных ветроагрегатов небольшой мощности и других установок, созданы и выпущены опытными партиями ветроэлектрические станции Д-18 и 1Д-18 ЦАГИ мощностью 30 кВт.
В годы, предшествовавшие Второй мировой войне, и вплоть до середины 50-х годов во многих странах наряду с расширением масштабов производства и применения ветродвигателей небольшой и средней мощности большое внимание начали уделять созданию и строительству крупных ВЭС. Так, в начале 1941 г. в США была построена станция 1,25 МВт с двухлопастным ветроколесом. Несколько лет она успешно работала, вырабатывая энергию, которая поступала в местную электрическую сеть. В марте 1945 г. ее эксплуатация была прекращена вследствие повреждения одной из лопастей, вызванного вибрацией.
После войны датчане создали три типа ВЭС мощностью 12, 45 и 200 кВт для работы на электрическую сеть. Великобритания построила для испытаний несколько демонстрационных 100-киловаттных ветроэлектростанций, в том числе одну установку принципиально нового типа системы Андро с пневматической передачей мощности от ветроколеса генератору, установленному вместе с воздушной турбиной в нижней части машины (рис. 4).
Под руководством проф. У. Хюттера в Германии был осуществлен ряд усовершенствований ВЭС. Самая крупная из них имела расчетную мощность 100 кВт. Наряду с этим выпускались ветроагрегаты мощностью до 10 кВт. Наиболее совершенными из них были установки фирмы А1^а1ег (рис. 5).
Рис. 4. Схема ветроэлектрической станции системы Андро с пневматической передачей: 1 - поворотная головка; 2 - турбина; 3 - генератор; 4 - аппарат управления; 5 - башня; 6 - ветроколесо с каналами Fig. 4. Andro pneumatic wind power plant layout: 1 - swivel workhead; 2 - turbine; 3 - generator; 4 - control unit; 5 - tower; 6 - windwheel with ducts
Рис. 5. Головка агрегата «Алгайер»: 1 - ветроколесо; 2 - главный вал; 3 - корпус; 4 - регулятор;
5 - редуктор; 6 - генератор; 7 - опора головки Fig. 5. «Algair» plant head: 1 - windwheel; 2 - mainshaft;
3 - body; 4 - controller; 5 - reducer; 6 - generator;
7 - head support
Французские ученые и конструкторы создали несколько ветроэлектрических станций мощностью от 130 до 800 кВт с синхронными и асинхронными генераторами (рис. 6) [2]. Они работали на электрические сети совместно с другими, в основном тепловыми, электростанциями. В этот же период велись работы в области ветроэнергетики в Швеции, Австралии, Канаде, Нидерландах, Аргентине, Мексике и в ряде других стран.
Рис. 6. Французская ветроэлектрическая станция мощностью 650 кВт Fig. 6. French wind power plant (650 kW)
В нашей стране 50-е годы явились новым этапом дальнейшего расширения работ в области использования энергии ветра. В августе 1954 г. было принято постановление о дальнейшем развитии ветроэнергетики и расширении масштабов использования ресурсов ветра. Была создана Центральная научно-исследовательская лаборатория по ветродвигателям (ЦНИЛВ), группы или лаборатории ветроэнергетики в ряде республиканских научно-исследовательских и проектных институтов. Основное внимание в этот период уделялось использованию энергии ветра в сельскохозяйственном производстве.
Уже в середине 50-х годов резко возрос выпуск ветроэнергетического оборудования различных типов: только в 1956 г. было произведено 9 тыс. ветродвигателей. Одновременно во Всесоюзном НИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) расширились исследования в области эксплуатации вет-роустановок, их агрегатирования с рабочими машинами и генераторами; по вопросам аэродинамики расширились работы в ЦАГИ. Разработками ветроэнергетического кадастра, вопросов аккумулирования энергии, новых методов расчета конструкций и оптимизации сфер применения, исследованиями в области повышения надежности и эффективности эксплуатации был занят ряд центральных и республиканских институтов и организаций. Были изобретены новые системы регулирования ветродвигателей, разработаны эффективные методы использования ВЭС, конструкции ветроагрегатов различного назначения, в том числе для пастбищного водоснабжения: «Беркут» с электронасосом повышенной частоты (рис. 7), УВЭУ-(1-4)-6 (ныне АВЭУ-6) (рис. 8), снабженный погружным электронасосом с двигателем промышленной частоты, ВБ-ЗТ (рис. 9) с насосом вибрационного типа и ряд других. В Казахстане была сооружена многоагрегатная ВЭС мощностью 400 кВт, построены и испытаны образцы агрегатов и станций мощностью от 0,2 до 30 кВт.
74
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 4 (72) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
Ш
Рис. 7. Ветроэлектрический агрегат «Беркут-3»: 1 - лопасть;
2 - редуктор; 3 - генератор; 4 - виндроза; 5 - башня; 6 - опорная рама; 7 - щит управления; 8 - напорная труба; 9 - насос; 10 - кабель; 11 - рукоятка пуска-останова Fig. 7. Wind power plant «Berkut-З»: 1 - blade; 2 - reducer; 3 - generator; 4 - windrose; 5 - tower; 6 - supporting frame; 7 - control desk; 8 - pressure tube; 9 - pump; 10 - cable; 11 - start-stop lever
Рис. 9. Быстроходный насосный ветроагрегат ВБ-3Т:
1 - ветроколесо; 2 - головка; 3 - хвост; 4 - башня; 5 - водоподъемник; 6 - механизм ручного управления
Fig. 9. High-speed pump wind plant ВБ-3Т: 1 - windwheel; 2 - head; 3 - neck; 4 - tower; 5 - water-lifting mechanism; 6 - manual control
Рис. 8. Устройство электрического агрегата АВЭУ-6:
1 - ветроколесо; 2 - двухступенчатый редуктор; 3 - генератор;
4 - механизм ориентации; 5 - механизм пуска-останова;
6 - трубчатая башня; 7 - станции управления Fig. 8. Power plant АВЭУ-6 structure: 1 - windwheel;
2 - double-stage reducer; 3 - generator; 4 - orientation mechanism;
5 - start-stop mechanism; 6 - tube tower; 7 - control stations
Рис. 10. Устройство ветроэлектрического агрегата «Сокол»: 1 - ветроколесо; 2 - моментный регулятор; 3 - головка; 4 -виндроза; 5 - железобетонная трубчатая мачта; 6 - лебедка; 7 - щит управления и автоматики; 8 - погружной электронасос Fig. 10. Wind power plant "Sokol" structure: 1 - windwheel; 2 - torque regulator; 3 - head; 4 - windrosa; 5 - reinforced concrete tubular mast; 6 - winch; 7 - control and automation desk; 8 - submerged electrical pump
JJ.
75
В 1971 г. на ряде заводов был организован выпуск опытных партий агрегатов четырех типов и проведена их эксплуатационная проверка на пастбищах Черноземья и Кизлярских степей, в Казахстане и Туркмении, в других зонах страны.
Продолжались работы над созданием ветроагрега-та «Вихрь» с пневматическим насосом, электрических агрегатов «Сокол» (рис. 10) и УВЭУ-(8-16)-12 мощностью 15 кВт, а также разрабатывались проекты более мощных экспериментальных ВЭС (до 100 кВт), предназначенных для комплексного использования и для работы в мелиоративных системах.
По неполным данным ЮНЕСКО, в 1960 г. в мире насчитывалось более 1 млн ветроустановок различных типов и назначения, в том числе около полумиллиона быстроходных ветроэлектрических агрегатов. Большинство ветродвигателей использовалось в системах сельскохозяйственного водоснабжения, для зарядки аккумуляторных батарей и питания энергией небольших объектов, на линиях радиорелейной связи и для других целей в районах с благоприятным ветровым режимом, удаленных от источников централизованного энергоснабжения. В 1968 г. только в Австралии эксплуатировалось почти 250 тыс. ветро-установок.
В годы «энергетического кризиса» (начало 70-х годов), вызванного увеличением во всем мире потребления энергии, постепенным сокращением запасов традиционных энергоресурсов и ростом цен на жидкое топливо, во многих странах резко расширились работы по использованию возобновляющихся источников энергии, в первую очередь Солнца, ветра, теплоты недр Земли и др. В соответствии с национальными энергетическими программами созданы новые, более эффективные ветроус-тановки и станции с единичной мощностью до 23 МВт, ведутся разработки новых конструкций и поиск экономичных технологий преобразования энергии ветра в электрическую, химическую энергию и теплоту.
В США, Франции, Великобритании, Дании, Нидерландах, Австралии, Греции, Аргентине, Мексике, Новой Зеландии и в ряде других стран наращиваются мощности и растет выпуск ветроагрегатов мощностью до 10-15 кВт. Крупным фирмам выдают заказы на изготовление и строительство ВЭУ с ветроколе-сами диаметром 60 м и более, разработку схем и оборудования для совместного использования ветровой и солнечной энергии.
Начиная примерно с 1975 г. количество эксплуатируемых установок во многих странах вновь стало расти.
На рубеже последней четверти XX в. ветроуста-новки более широко начали применять в США, Австралии и Новой Зеландии, Латинской Америке и Греции, в Испании и странах африканского континента, в Индии и других странах. Серийно выпускают насосные и электрические ветроагрегаты фирмы США, Франции, Великобритании, Австралии, Ар-
гентины, Мексики, Голландии, Индии. Проводятся значительные исследования, конструкторские и технологические разработки в области ветроэнергетики, ведется строительство и испытания демонстрационных установок.
У нас в это время продолжается выпуск быстроходных электрических ветроагрегатов АВЭУ-2 для питания радиоузлов и метеостанций, на астраханском заводе «Ветроэнергомаш» организовано производство небольших опытных партий насосных установок АВЭУ-6 мощностью 2 и 4 кВт, завершается доводка и подготовка к выпуску агрегатов типов «Ветерок» и «Чайка» (рис. 11).
Рис. 11. Тихоходный насосный ветроагрегат «Чайка-3»: 1 - ветроколесо; 2 - хвост; 3 - головка; 4 - башня;
5 - рама; 6 - насос; 7 - механизм ручного управления;
8 - ручной привод Fig. 11. Low-speed pump wind plant "Chaika-3":
1 - windwheel; 2 - neck; 3 - head; 4 - tower; 5 - frame;
6 - pump; 7 - manual control; 8 - hand drive
Проектирование более мощных установок (до 30 кВт) ведет НПО «Ветроэн».
К обоснованию новых схем ВЭС мощностью более 100 кВт приступил с 1981 г. Гидропроект имени С.Я. Жука Минэнерго СССР (рис. 12). В некоторых этапах работ, связанных с разработкой технических требований, испытаниями, принимает участие ряд
НИИ других министерств и ведомств (ВИЭСХ, ЦАГИ, Кольский филиал АН СССР, институты республиканских академий наук и министерств сельского хозяйства) [3].
Рис. 12. Общий вид ВЭС большой мощности (4-20 МВт) с двухлопастным двухъярусным ротором (институт «Гидропроект») Fig. 12. General view of high capacity wind power plant (4-20 MW) with a two-bladed rotor ("Hydroproekt" institute)
За последние годы ветроэнергетика стала одной из самых быстроразвивающихся энергетических отраслей. По оценкам Американской ассоциации энергетики ветра AWEA, в 1999 г. суммарная мощность мировой ветроэнергетики увеличилась на 3600 МВт, или 36%. Теперь мировое ветроэнергетическое производство составляет более 14000 МВт. Прогноз на 2010 г. - около 74000 МВт.
В мировом производстве ВЭУ доминирует сравнительно небольшое количество компаний. Согласно датской консалтинговой компании BTM Consult ApS, первые 11 производителей ВЭУ занимают 98% мирового ветротурбинного рынка. 90% производителей ВЭУ - европейские компании.
С точки зрения проданных в 1998 г. ВЭУ четверка крупнейших производителей такова:
- датская компания NEG Micron AS, занимающая 23,4% рынка;
- американская фирма Enron Wind Corp (16,3%);
- датская Vestas Wind Systems AS (14,8%);
- немецкая компания Enercon (12,8%).
Испанская компания Gamesa, а также Bonus
Energy AS и Nordex из Дании заполняют остальную часть рынка. С точки зрения общего количества выработанной установками энергии, первые три места занимают NEG, Vestas и Enercon.
Значения суммарной мощности ветроэлектро-станций (ВЭС), а также ее прирост в 2000 г. для ведущих стран мира представлены на рис. 13, 14.
7 000
6 113
495 2 481
2 301
Германия
Дания
Италия
Рис. 13. Суммарная мощность ВЭС Fig. 13. Total power of wind power plant
Рис. 14. Прирост мощности ВЭС за 2000 г. Fig. 14. Power increase in 2000
I ;*5
№
J '<:<
77
В Мадриде в 2003 г. прошла очередная конференция Европейской ветроэнергетической ассоциации (EWEA), в работе которой приняли участие представители практически всех стран, развивающих ветроэнергетику.
По итогам этой работы в странах Евросоюза в 2002 г. были введены в эксплуатацию ВЭУ суммарной мощностью 5871 МВт, что на 31% больше, чем в 2001 г., когда было введено 4493 МВт. Инвестиции в ветроэнергетику Европы в 2002 г. превысили 5,8 млрд евро.
Лидерство в использовании энергии ветра по европейскому континенту принадлежит Германии, Испании и Дании (таблица) [4].
Использование энергии ветра в странах Евросоюза Wind energy usage in European Union countries
Страна Евросоюза Мощность, МВт
Германия 12001
Испания 4830
Дания 2880
Италия 785
Нидерланды 688
Англия 552
Швеция 328
Греция 276
Португалия 194
Франция 145
Австрия 139
Ирландия 137
Норвегия 97
Бельгия 44
Украина 44
Финляндия 41
Польша 27
Латвия 24
Турция 19
Люксембург 16
Россия 7
Чехия 7
Швейцария 5
Венгрия 2
Эстония 2
Румыния 1
США долгое время занимали ведущее место в мире по использованию энергии ветра.
К 1996 г. в США было установлено 1770 МВт ветроэнергетических мощностей, что составляет около 40% мощностей ВЭС всего остального мира. Более 1600 МВт мощностей сосредоточено в Калифорнии, остальные разбросаны по всей стране. На втором месте штат Техас, где установленная мощность составляет 42 МВт и планируется ее увеличение в ближайшее время до 225 МВт.
Германия сегодня занимает ведущее место в развитии ветроэнергетики. Коммерческие ВЭУ мощностью до 1,5 МВт в этой стране производят около 20 фирм, а ветроэнергетикой занимаются до 10 институтов и организаций во всех федеральных землях.
Значительное развитие ветроэнергетики Германии в удаленных от моря землях является следствием точной оценки возможного числа часов использования установленной мощности для определения потенциальной среднегодовой выработки электроэнергии.
Доля ВЭУ малой и средней мощности в Германии постоянно падает, а преобладающими становятся ВЭУ единичной мощности 400-750 кВт. В дальнейшем прогнозируется преобладание ВЭУ мощностью свыше 750 кВт, т. к. все большее число производителей таких ВЭУ выходит на рынок.
Наиболее успешно на рынке установленной мощности, по статистическим данным, с 1982 г. действует фирма Enercon GmbH. Второе место занимает фирма Tacke Windtechnik GmbH & Co.KG [5].
В Испании общие мощности ВЭУ за период с 1993 по 1998 г. выросли почти в семь раз и достигли 330 МВт. На начало нынешнего столетия в стране запланировано восьмикратное увеличение мощностей по производству энергии с помощью ветра.
Дания стала лидером по использованию ветровой энергии для производства электроэнергии к 1980 г. Только за 1995 г. Дания ввела 75 МВт новых мощностей. Шесть ведущих производителей ветровых турбин - Vestas, Bonus, GET, Wind World, Net Wind, Nordtank доминируют не только на внутреннем рынке, но и во всем мире. Создаются коммерческие ВЭУ мегаваттного класса.
В Дании производство электроэнергии на ВЭС уже сейчас составляет 3,5% от общего энергопотребления.
В соответствии с отчетом Датской ассоциации производителей ветровых турбин, в производстве, на монтаже и обслуживании занято 8500 чел. внутри страны и 4000 чел. - на шеф-монтаже и обслуживании экспортных ВЭУ за рубежом.
В 1991 г. впервые в мире в Дании была введена в действие морская электростанция Vindeby. В ее составе 11 ВЭУ Bonus мощностью по 450 кВт с диаметром ветроколеса 37 м. По производству электроэнергии эта ВЭС превосходит ВЭС аналогичной мощности на материке.
В 90-е гг. ветроэнергетика динамично развивалась в азиатских странах, особенно в Индии, где на начало 1999 г. были установлены ветроэнергетические установки общей мощностью 550 МВт.
С декабря 1995 г. в Нидерландах начали проводить новую энергетическую политику, цель которой - широкое использование НВИЭ и получение к 2020 г. от них 10% общего производства электроэнергии.
В Китае с 1980 г. использование ветровой энергии стало одной из частей программы электрификации сельской местности.
В целом можно сказать, что ветроэнергетика за рубежом уже существует как значимая отрасль электроэнергетики, вносящая в отдельных районах мира ощутимую долю в производство электроэнергии.
Причиной этому послужило следующее.
В США различные мероприятия по стимулированию использования возобновляемых источников энергии стали проводиться с начала 80-х гг. как на федеральном уровне, так и на уровне штатов. В некоторых штатах, например, действуют законы, обязывающие энергогенерирующие компании производить определенную часть электроэнергии за счет возобновляемых источников. Законом об энергетической политике США 1992 г. энергосберегающим компаниям было предоставлено временное освобождение от налогов в объеме 1,5 цента за 1 кВт/ч. Владельцам ветроэнергетических станций, которые эксплуатируют их и передают электрическую энергию потребителям через собственную сеть или через сети энергосистемы, было дано временное освобождение от налога [1].
В Германии, к примеру, принятый в 1991 г. закон об электроснабжении разрешает оплату электроэнергии, произведенной за счет использования возобновляемых источников, в пределах 90% средней стоимости. А в 1993 г. была принята программа «Эльдорадо Ветер», которая предполагала прямые государственные инвестиции в производство ВЭУ. Это в совокупности с налоговыми льготами привлекло и частный капитал, причем в объеме, на порядок превышающем правительственные инвестиции. В результате программа «Эльдорадо Ветер» была не только выполнена, но и перевыполнена, и к концу 90-х гг. общая мощность ВЭУ увеличилась с 280 МВт почти до 1600 МВт [6].
В Дании еще с 1980 г. правительственные субсидии составили до 30% общих инвестиций в проекты ВЭС, используются также различные механизмы поощрения рынка в области ветровой энергетики.
С 1989 г. основным направлением правительственной ценовой политики Дании стало стремление к снижению цен на производимую на ВЭС электроэнергию и улучшение качества производства ВЭУ.
Для индивидуальных и кооперативных инвесторов в качестве поддержания интереса было заключено соглашение о сохранении цены на электроэнергию в течение нескольких лет. Акционерные электрические
компании могут продавать электроэнергию за 85% от местного тарифа и, кроме того, получают процент в качестве государственных субсидий.
В Индии в 23 местах девяти штатов были осуществлены демонстрационные проекты ВЭС суммарной мощностью 50 МВт. Финансирование этих проектов на 70-90% осуществлялось Центральным правительством, а остальное - правительством штатов.
Индийское правительство ввело несколько законов, стимулирующих развитие ветроэнергетики: освобождение от налогов на 5 лет, 100%-ю ускоренную амортизацию, льготные таможенные пошлины на отдельные компоненты и скидку в размере 25% на всю ветроустановку. Кроме того, правительством штатов было рекомендовано установить дотации на электроэнергию, вырабатываемую на ВЭС [6].
С 1987 г. при Министерстве нетрадиционных источников энергии в Индии начало функционировать индийское агентство по развитию возобновляемой энергии (IREDA). В настоящее время IREDA является фирмой, постоянно наращивающей инвестиции в проекты нетрадиционной энергетики.
Основным достоинством использования ветровой энергии в Нидерландах традиционно считается снижение вредных выбросов СО2 в атмосферу.
Техническую политику в области нетрадиционной энергетики, в том числе и ветроэнергетики, в Нидерландах координирует Министерство экономики. Проблемами ветроэнергетики занимаются Голландский научный энергетический центр (ESN) в г. Петтене, университет в г. Твенте и технический университет, г. Эйндховен. Вопросы безопасности ВЭУ курирует Инспекция электротехнического оборудования (КЕМА) в г. Арнеме.
НИОКР в области ветроэнергетики в Нидерландах направлены на создание ВЭУ нового поколения, стоимость которых в производстве в начале третьего тысячелетия была бы снижена на 30%.
Ветроэнергетика в Нидерландах продолжает успешно развиваться при финансовой поддержке государства и инноваций коммерческих компаний [5].
Программа развития ветроэнергетики в Китае осуществляется при полной поддержке государства.
Из вышесказанного можно сделать следующий вывод. В ведущих зарубежных странах интенсивное развитие ветроэнергетика получила ввиду целенаправленной поддержки государства, которая осуществлялась различными способами:
- прямыми государственными инвестициями;
- налоговыми льготами;
- снижением цен на 1 кВт электроэнергии, производимой ВЭУ.
Это способствовало проведению многочисленных научных исследований по отработке новых материалов и конструкций, а также резкому увеличению производства ВЭУ.
В последние годы в России уделяется повышенное внимание вопросам рационального использования топливно-энергетических ресурсов.
3
Ж
•и: -
79
В 1993 г. была создана рабочая группа Минтопэнерго России для разработки «Концепции развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России», оценившая технический потенциал ветровой энергии более чем в 6000 млрд кВт/ч и определившая наиболее перспективные районы по применению ВЭУ. Этими районами оказались северные районы страны, Дальний Восток, некоторые районы Сибири и центральных областей и юга России, т.е. именно те, которые находятся в зонах децентрализованных, а также дефицитных энергосистем, подверженных ограничительным или аварийным отключениям.
Фактором, способствующим развитию нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), в том числе и энергии ветра, является начавшееся в России создание законодательной базы использования НВИЭ. Так, законом «Об энергосбережении» (1996 г.) установлена правовая основа применения электрогенерирующих установок на НВИЭ, состоящая в праве независимых производителей этой электроэнергии на подсоединение к сетям энергоснабжающих организаций.
В целях создания благоприятных предпосылок для приоритетного использования НВИЭ проводится работа по подготовке к принятию Федерального закона «О государственной политике в использовании нетрадиционных возобновляемых источников энергии». Этот правовой акт устанавливает минимально допустимые в современных условиях экономические и организационные основы развития.
Также ведется работа по реализации федеральной программы использования НВИЭ, основной целью которой должно являться вовлечение как можно большей части экономического ветрового потенциала в технико-экономический комплекс России.
В настоящее время в России смонтированы две ВЭУ отечественного производства мощностью по 1 МВт (разработчик - МКБ «Радуга», г. Дубна) в качестве начала строительства Калмыцкой ВЭС проектной мощностью 22 МВт [7]. В разных регионах страны эксплуатируется до десяти отечественных ВЭУ мощностью 250 кВт и несколько более мощных ВЭУ зарубежного изготовления (среди них две ВЭУ по 250 кВт на острове Беринга и ВЭУ мощностью 525 кВт на Куликовской ВЭС датского производства).
В 2002 г. Россия ввела суммарную мощность ВЭУ, равную 7 МВт (Куликовская ВЭС ОАО «Ян-тарьэнерго» и Анадырская ГРЭС на Чукотке).
В России производством автономных ВЭУ мощностью от 0,1 кВт до нескольких десятков киловатт занимаются около 10 различных предприятий и фирм.
К ним относятся следующие:
- ВЭУ мощностью 0,16; 0,5; 1 и 8 кВт Рыбинского завода приборостроения;
- ВЭУ 0,25 и 1 кВт московского МП «Молинос»;
- ВЭУ 1 и 8 кВт МКБ «Радуга»;
- ВЭУ 15 кВт петербургского АО «Арсенал»;
- ВЭУ 4 и 16 кВт фирмы «Ветроток» (г. Екатеринбург) и др.
Продолжается производство АВЭУ-6 мощностью 4 кВт на Астраханском заводе «Ветроэн». В г. Хабаровске создано совместное производство с фирмой ЬМУ (Нидерланды) и производятся ВЭУ мощностью 1 и 10 кВт [2].
Около 20 КБ в России занимаются разработками и проводят НИОКР по ВЭУ различного конструктивного исполнения.
И все же, несмотря на относительные успехи в развитии ветроэнергетики, на фоне достижений зарубежных стран заметно, что в России это направление развито слабо в силу недостаточной финансовой поддержки со стороны государства, которая проводится в основном в виде формальных мероприятий. Именно поэтому Россия сегодня находится на одном из последних уровней в списке стран, использующих ветровую энергию.
Список литературы
1. Фатеев Е.М. Ветродвигатели. М.: Госэнергоиз-дат, 1946.
2. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. М.: Энергоатомиздат, 1983.
3. Шефтер Я.И. Ветроэнергетические агрегаты. М.: Машиностроение, 1972.
4. Перминов Э. М. Развитие ветроэнергетики в европейских странах // Энергетик. 2004. № 6. С. 30.
5. Современное состояние и перспективы развития ветроэнергетики. М: АО «Информэнерго», 2000.
6. Прохорова А. Ветер перемен // Оборудование: рынок, предложения, цены. 2001. № 1. С. 54-56.
7. Тарнижевский Б.В. Состояние и перспективы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии в России // Промышленная энергетика. 2002. № 1. С. 52-56.
