Белорусская ветроэнергетика. Реалии и перспективы

С началом «ветроэнергетического  бума» в Европе цены на земельные  участки, расположенные в зонах  высокого ветропотенциала, стали расти, а участки - скупаться инвесторами. У фермеров и землевладельцев, на чьих землях уже были установлены ветроагрегаты, цена участков также возросла. Так что говорить об отрицательном воздействии ВЭУ в этом смысле почти не приходится, скорее можно говорить о положительном воздействии. В случае морального или физического старения ВЭУ она может быть демонтирована в течение нескольких дней, и на этом же месте может быть возведена новая, более мощная. Этот процесс уже идет полным ходом в Европе.Изложенное выше позволяет говорить о том, что присущие ветроэнергетике экологические проблемы хотя и нуждаются в решении, но в целом не уменьшают ее достоинств, связанных, прежде всего, с сокращением потребления ископаемых видов топлива и вредных выбросов в атмосферу. Хотелось бы,чтобы Россия заняла положенное ей самой природой место № 1 в ветроэнергетике. Пока мы стремимся как можно скорее продать и сжечь все свое ископаемое топливо, чтобы внукам не осталось. Как бы не оказались пророческими слова поэта по отношению к нашим потомкам: «Богаты мы, едва из колыбели, ошибками отцов и поздним их умом!»

И в этой ситуации развитие отечественной ветроэнергетики  зачастую наталкивается на странное сопротивление ответственных лиц, почему-то считающих Беларусь чуть ли не зоной полного штиля.[12]

4. Нужна ли нам ветроэнергетика?

Хотя вначале XX в. гидравлические и ветровые приводы механизмов были вытеснены тепловыми машинами, а затем электрическими генераторами, работающими от тех же тепловых машин или гидротурбин, в сельском хозяйстве, ввиду отсутствия достаточного количества собственных высококалорийных топливных ресурсов, мельницы и водоподъемные установки, которые использовали энергию ветра и малых рек, остались. Еще в 1960-е годы на территории современной Беларуси эксплуатировалось около 20 тыс. ВЭУ различного назначения. Ветряные мельницы, ветроводоподъемные установки и даже ветроэлектрические агрегаты были привычными деталями белорусского ландшафта. Обилие водных массивов, равнинно-холмистая местность и благоприятные для ветроэнергетики особенности климата, несмотря на большие пространства, занятые лесами и болотами, позволяли широко использовать ветроустановки.

Ситуация резко изменилась в 1960-х годах, когда была осуществлена централизация электроснабжения на всей территории СССР, включая БССР. Белорусским энергетикам больше не понадобилось думать о местных  и возобновляемых источниках энергии, за исключением тех, которые были связаны с торфом.[13]

Однако мизерные запасы ископаемых топливных ресурсов в белорусских  недрах, особенности экономических  взаимоотношений с поставщиками топлива и энергии из других стран, а также мировой опыт использования  энергии ветра требуют изменения подходов к обеспечению Беларуси топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР). Одной из важных областей энергетики в Беларуси должна стать ветроэнергетика. Ведь даже, несмотря на нестабильность ресурсных характеристик энергии ветрового потока, проявляющуюся в усилении ветра в дневное время и наличии ветроэнергетических максимумов в холодное время года (рис. 4.1 – 4.3), ветер является самым надежным источником энергии в пиковые периоды нагрузки энергосистемы.

5. Выбор вэу для эксплуатации в Беларуси

В настоящее время существуют разные типы ВЭУ с различными техническими и энергетическими характеристиками (рис. 5.1). Но, несмотря на большую гамму ветротехники, предлагаемой на мировом рынке, особенности ветровых регионов Беларуси позволяют использовать далеко не всякое ветроэнергетическое оборудование. [14]

В табл. 5.1 приведены ветротехнические показатели ветроагрегатов, рекомендуемых к внедрению в Беларуси, исходя из зональных и среднегодовых фоновых скоростей ветра. Для характеристик, приведенных во второй и третьей сверху строках табл. 5.1, рекомендуется использовать многолопастные и геликоидные ветроагрегаты, для характеристик, приведенных в нижней строке (скорости ветра выше 12 м/с), - репеллерные и геликоидные соответствующего исполнения (рис. 5.1). Проблемы с ограничениями по выбору ветротехники можно решить, если, с одной стороны, применять в системе централизованного электроснабжения импортные ВЭУ мощностью 250-1500 кВт, а с другой стороны, использовать маломощные ВЭУ (до 100 кВт), массовый выпуск которых реально организовать в течение 2-3 лет на предприятиях нашей страны. Но это осуществимо только при доскональном изучении мирового и отечественного опыта. Следует таквложение немалых финансовых средств. Так, затраты на экспериментальный образец любой ВЭУ раз в 10 превышают затраты на аналогичную серийную ВЭУ (табл. 5.2).

Основными показателями технического уровня ВЭУ являются коэффициент  использования энергии ветра и быстроходность ветроротора. ВЭУ с горизонтальной осью вращения ветроротора, широко используемые за рубежом в климатических условиях, аналогичных белорусским, имеют коэффициент использования энергии ветра 0,40-0,42 при рабочих скоростях ветра 13-15 м/с и стартовой скорости ветра 4,5 м/с. Более дешевые ортогональные ВЭУ с вертикальной осью вращения ветроротора имеют коэффициент использования энергии ветра 0,32-0,35 при рабочих скоростях ветра более 14 м/с. Старт такой ветроустановки - принудительный, то есть с приводом от электросети или другой ВЭУ. По всем показателям такая ветротехника для наших условий не годится.

В Беларуси ведется посильный поиск путей удешевления и повышения энергетических показателей ветротехники, в том числе новых типов. К сожалению, часто эти работы выполняются в условиях отсутствия необходимой научно-производственной базы без достаточных знаний и опыта.

Так, в 1990 г. минскому НПО "Комплекс" было предписано изготовить ортогональный ветроагрегат мощностью 20 кВт по проекту Московского  авиационного института (автор В.И.Александров). Несмотря на отрицательное экспертное заключение НПО "Ветроэн" и его  предложение разработать ВЭУ с гарантированно лучшими технико-энергетическими показателями на основе геликоидного ветроротора, к производству был принят ветроагрегат МАИ. Затраченная на изготовление этого опытного образца сумма оказалась на порядок выше той, которая могла бы быть израсходована при правильной организации дела. Вследствие выявленной при испытаниях неэффективности образец МАИ был передан на доработку НПГП "Ветромаш", где его вместе с затратами просто списали [15].

В 1997-1998 гг., вновь  по проекту москвичей, НПО "Комплекс", в состав которого к этому времени вошло НПГП "Ветромаш", было поручено создать вихревую горизонтально-осевую ВЭУ. В результате 3/4 затрат себя не оправдали, а на оставшуюся сумму был наспех разработан ветроаг-регат мощностью 16 кВт с геликоидным ветро-ротором по макетному образцу специалистов Международной академии экологии и кафедры "ЮНЕСКО" БГПА (теперь БИТУ) [16]. Поскольку эта работа целенаправленно и в полном объеме профинансирована не была, то логического завершения не получила, несмотря на положительные результаты при испытании макетов и экспериментального образца ВЭУ на базе вертолетных лопастей, оснащенных геликоидами.

Коэффициент использования  энергии ветра при испытаниях различных вариантов макетов  ге-ликоидных ветророторов составил 0,45-0,51, а стартовая скорость ветра для опытного образца 1,5-2 м/с. Номинальная мощность 16 кВт при пробных пусках в принудительном режиме на полигоне в г. Заславле опытного образца геликоидной ветроустановки с вертолетными лопастями БВ-309 (НПГП "Ветромаш") была достигнута при рабочей скорости ветра 8 м/с. Использование в аналогичных ВЭУ списанных лопастей весьма перспективно, так как снижает себестоимость ВЭУ ориентировочно на 25%. На основе этих лопастей можно успешно изготавливать ВЭУ мощностью от 100 до 250 кВт (на армейских складах хранится около 3 тыс. отработавших ресурс лопастей и около 2 тыс. не нашедших применения и конструктивно устаревших вертолетных винтов в сборе).

Чрезвычайно высокая  экологическая безопасность геликоидной  ветротехники допускает ее эксплуатацию вблизи жилых зданий, а некоторые типы геликоидных ВЭУ можно устанавливать даже на крышах жилых, общественных, производственных и сельскохозяйственных зданий и сооружений (гаражей, цехов, элеваторов, водонапорных башен и т.д.). Отсутствие низкочастотных вибраций и шума в инфразвуковом диапазоне, укороченный шлейфовый след допускают применение геликоидных ВЭУ и с высокой плотностью расположения ветророторов. Перспективность этого направления очевидна. Технические решения геликоидных ветророторов для различных видов ВЭУ, которые запатентованы и патентуются, позволяют находить совершенно новые архитектурно-строительные энергосберегающие решения зданий и сооружений.

Однако (из-за отсутствия финансирования) продолжения работ  в этой области белорусской ветроэнергетики не намечается. Проект задания на создание геликоидных ветроагрегатов мощностью 20 и 100 кВт кочует между Госкомитетом по науке и технологиям и Комитетом по энергосбережению и энергетическому надзору уже 6-й год.[17]

6. Ветроэнергетический потенциал Беларуси.

Беларусь не располагает собственными топливно-энергетическими  ресурсами (ТЭР). Лишь 15% собственных  ТЭР покрывают потребности страны, остальные 85% импортируются — в  основном из России. В последние  годы наблюдается постоянный рост цен на топливо и импортируемую электроэнергию. Этот рост будет иметь место и далее до достижения мировых цен. В связи с этим для Беларуси чрезвычайно важно включать в топливно-энергетический баланс вторичные энергоресурсы и возобновляемые источники энергии, одним из которых является ветер.[18]

Ветроэнергетика, как и любая отрасль хозяйствования, должна обладать тремя обязательными  компонентами, обеспечивающими ее функционирование:

1. ветроэнергетическими ресурсами,
2. ветроэнергетическим оборудованием,
3. развитой ветротехнической инфраструктурой.[19]

Далее эти –  же пункты более подробно:

1. Для ветроэнергетики  Беларуси энергетический ресурс  ветра практически неограничен.  В стране имеется развитая  централизованная электросеть и  большое количество свободных  площадей, не занятых субъектами хозяйственной деятельности. Поэтому размещение ветроэнергетических установок (ВЭУ) и ветроэлектрических станций (ВЭС) обусловливается только грамотным размещением ветроэнергетической техники на пригодных для этого площадях.

2. Возможности приобретения зарубежной ветротехники весьма ограничены вследствие отсутствия достаточного выбора именно того оборудования для ВЭУ и ВЭС, которое соответствует климатическим условиям Беларуси, а также мощного противодействия ответственных административных работников от официальной энергетики.

3. Отсутствие  инфраструктуры по проектированию, внедрению и эксплуатации ветротехники  и, соответственно, практического  опыта и квалифицированных кадров  можно преодолеть только в  ходе активного сотрудничества с представителями развитой ветроэнергетической инфраструктуры зарубежья.

Темпы увеличения суммарной мощности ВЭУ и ВЭС  в мире имеют тенденцию к быстрому росту. Так, суммарная мощность всех ВЭС планеты в 2001 г. составила 24,35 ГВт, а к концу 2006 г. — уже более 74 ГВт и продолжает иметь неуклонную тенденцию к увеличению. Европейская ассоциация ветроэнергетики (EWEA) пересмотрела планы роста установленных ветроэнергетических мощностей в Европе к 2010 г. от прежней цифры в 40 ГВт до 60 ГВт. На Европу приходится около 70% мировых ветровых мощностей, наибольшая часть которых расположена в Германии, Испании и Дании. В странах Европы в зависимости от ветровых потоков ветроэнергетические мощности имеют следующее базирование:

• внутриконтинентальное (ВЭС и единичные ВЭУ размещаются внутри континента);
• прибрежное (ВЭС размещаются вблизи или вдоль морского берега);
• морское (ВЭС размещаются в открытом море неподалеку от побережья).[20]

Поскольку характеристики ветра внутри континента отличаются от характеристик ветра прибрежных зон и вблизи побережья, характеристики соответствующих ВЭУ (начальная скорость вращения, скорость достижения номинальной мощности и др.) также разнятся. Так, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации ВЭУ внутриконтинентального базирования ряда немецких фирм начинают работу со скоростей ветра 3,0-4,0 м/с и достигают номинальной мощности при скоростях 10-13 м/с. Следовательно, освоение ветроэнергетики в Беларуси необходимо вести, ориентируясь на ВЭУ зарубежного производства внутриконтинентального базирования. Карта зонального распределения среднегодовых фоновых скоростей ветра в Беларуси приведена на рисунке6.1.

Сведения о  ветроэнергетических ресурсах Беларуси изложены в отчетах по

научно-исследовательским  работам и в публикациях, использованных при формировании Ветроэнергетического кадастра, который включает:

• информационный банк данных о ветроэнергетических характеристиках на территории Беларуси;
• информационную базу данных с программным обеспечением для расчетов ветроэнергоресурсов на территориях и оценки ветроэнергетического потенциала конкретной ВЭУ в конкретном месте ее внедрения;
• Ветроэнергетический атлас, содержащий набор карт размещения ветротехники В12 и В14 континентального базирования на отдельных территориях Беларуси и паспорта точек (площадок) преимущественного внедрения ветротехники;
• временные руководящие документы по применению, созданию, сертификации, строительству и эксплуатации ветротехники;
• временное руководство по оценке ветровых режимов по требованиям ветроэнергетики на период 2005-2020 гг.[21]

Гарантированная выработка утилизируемой энергии  ветра с 7% территории Беларуси составит 14,65 млрд. кВт(ч. Использование же зон  с повышенной активностью ветра  гарантирует выработку энергии  ВЭУ до 6,5-7,5 млрд. кВт(ч с окупаемостью затрат в течение 5-7 лет. Абстрактные сведения о территориальном распределении ветроэнергоресурсов, способствующие планированию развития ветроэнергетики в Беларуси, дополнены разработкой комплекта карт и паспортизацией возвышений.