Ветряная электростанция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Прибрежная ветровая электростанция Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в мире

Ветровая электростанция[1] (ВЭС) — это несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть. Крупные ветровые электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветровые электростанции называют «ветряными парками» (ветропарками).

История[править | править код]

Первая ветровая электростанция — «мельница» англичанина Блита диаметром 9 метров — была построена в 1887 году на даче Блита в Мэрикирке (Великобритания)[2] Блит предложил избыточную электроэнергию со своей «мельницы» жителям Мэрикирка для освещения главной улицы, но получил отказ, так как те считали, что электроэнергия — это «работа дьявола»[3]. В дальнейшем Блит построил ветровую турбину для подачи аварийного питания в местную больницу, сумасшедший дом и амбулаторию[4], однако технологию Блита сочли экономически нежизнеспособной и следующая ветроэлектростанция появилась в Великобритании только в 1951 году[4].
Первая автоматически управляемая ветровая установка американца Чарльза Браша появилась в 1888 году и имела диаметр ротора 17 метров[4].

Современная ветряная электроэнергетика начала своё развитие в 1980-е гг. с турбин мощностью всего около полусотни кВт[5].

В СССР в начале 1980х годов был разработан план строительства ветровых электростанций для обеспечения энергией автономных объектов на Крайнем Севере (постройкой которых должны были заниматься военные строители)[6]

Типы ветровых электростанций[править | править код]

Наземная[править | править код]

Наземная ветровая электростанция в Испании. Построена по вершинам холмов.
Наземная ветровая электростанция возле Айнажи, Латвия.

Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более.

Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Ганьсу, расположенная в провинции Ганьсу в городском округе Цзюцюань, КНР. Полная мощность — 7965 МВт.

Прибрежная[править | править код]

Строительство прибрежной электростанции в Германии.

Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Шельфовая[править | править код]

Шельфовые ветровые электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт[7]. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания) с установленной мощностью 630 МВт[8]. 6 сентября 2018 года в 19 км от берегов Великобритании в Ирландском море на северо-западе Англии запущена в эксплуатацию оффшорная ветровая электростанция Walney Extension. Суммарная мощность её ветряков составляет 659 МВт[9]. В 2020 году планируется завершить строительство ветровых электростанции East Anglia One мощностью 714 МВт и Hornsea Project One мощностью 1,2 ГВт, в 2022 году — электростанции Hornsea Project Two мощностью 1,4 ГВт[10].

Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.

Плавающая[править | править код]

Строительство первой плавающей электростанции. Норвегия. Май 2009 года.

Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года[11]. Турбина под названием Hywind весит 5300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Компания в 2017 году довела мощность турбины до 6 МВт, а диаметр ротора — до 154 метра[12].

Парящая[править | править код]

Парящей называют ветровые турбины, размещённые высоко над землёй, для использования более сильного и стойкого ветра[13][14]. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым[15].

Текущим рекордсменом считается Vestas V164-8.0-MW.[источник не указан 2403 дня] Этот прототип совсем недавно[когда?] был установлен в Датском национальном центре тестирования больших турбин (Danish National Test Center for Large Wind Turbines) в Остерильде (Østerild).[источник не указан 2403 дня] Высота расположения оси Vestas 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту более 720 футов (220 метров).[источник не указан 2403 дня]

Горная[править | править код]

Кордайская ВЭС на юго-востоке Казахстана

Первая горная ВЭС на постсоветском пространстве мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году.

Планирование[править | править код]

Исследование скорости ветра[править | править код]

Ветровые электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.

Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветровых электростанций, так как эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады.
В 2005 году Программа развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.

Высота[править | править код]

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.

Преимущества и недостатки[править | править код]

Экологический эффект[править | править код]

При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветроустановки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Современные ветровые электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.

В 2021 г. Верховный суд Норвегии постановил, что две ветряные электростанции на полуострове Фосен наносят вред оленеводам из числа саамов, ограничивая доступ к их пастбищам, 151 турбина ВЭС может быть отключена[16][17].

Галерея[править | править код]

ВЭС в мире[править | править код]

Ветроэнергетика: общемировая годовая динамика установленной мощности ВЭС[18].

ВЭС на полуострове Фосен на западе Норвегии состоит из 151 турбины, строительство которых было завершено в 2020 году, являются частью крупнейшей береговой ветряной электростанции в Европе.

в России[править | править код]

Ветрогенератор А. Г. Уфимцева и В. П. Ветчинкина, Курск

В 1931 году в г. Курске была построена Ветроэлектростанция Уфимцева — первая в мире ветроэлектрическая станция с инерционным аккумулятором[19], изобретатель А. Г. Уфимцев.

Вторая в СССР ветроэлектрическая станция была построена в 1931 году в Балаклаве на Караньских высотах. Мощностью 100 кВт[20], она на момент строительства являлась самой большой в Европе. Экспериментальный ветроагрегат был разработан под руководством изобретателя Ю. В. Кондратюка. До войны он вырабатывал электроэнергию для трамвайной линии Балаклава — Севастополь. Во время Великой отечественной войны был разрушен.[21]

После войны советская промышленность освоила выпуск серии различных ветроустановок мощностью по 3-4 киловатта, востребованными в сельской местности. На период с 1950 по 1955 годы в СССР пришёлся пик по производству ветрогенераторов — до 9 тысяч штук в год единичной мощностью до 30 кВт. Однако с развитием крупных ТЭС и ГЭС, появления АЭС серийное производство ветроустановок было прекращено. Лишь в 1987 году была принята программа «Экологически чистая энергетика», по которой планировалось к 1995 году построить 57 тысяч ветроустановок за счёт государственного финансирования. Однако из-за долгой паузы в разработке и строительстве ВЭС отрасль оказалась не готова к развитию практически с нуля, и после наступившего вскоре падения советской экономики программа была свёрнута.

В постсоветской России развитие ветроэнергетики происходит только с появлением иностранных держателей современных технологий, при этом производится локализация производства оборудования. Высокая конкуренция на рынке ветроэнергетики и последовательное замещение импортных комплектующих уже привело к уменьшению себестоимости строительства ВЭС ниже среднемировых значений.[22]

На 2020 год общая мощность ВЭС в стране исчисляется 905 МВт[23].

Самая крупная ветровая электростанция в России построена госкорпорацией «Росатом» в Ставропольском крае, её установленная мощность составляет 210 МВт.

Крупнейший комплекс ветровых электростанций — Сулинская, Каменская, Гуковская и первая очередь Казачьей ВЭС находится в Ростовской области, суммарная мощность составляет 350 МВт.

Мощность Анадырской ВЭС составляет 2,5 МВт.

Мощность ВЭС Тюпкильды (Башкортостан) составляет 1,65 МВт.

Заполярная ВЭС, находящаяся около города Воркута в Коми, имеет мощность 1,5 МВт, построена в 1993 году. Состоит из шести установок АВЭ-250 российско-украинского производства мощностью 250 кВт каждая.

Около Мурманска строится опытная демонстрационная ВЭУ мощностью 250 кВт[24]. В селе Пялица, в мае 2014 года, открыта первая в Мурманской области ветровая электростанция. Так же до 2016 года предусматривается дальнейшее введение ветропарков в Ловозерском и Терском районах области[25].

в Казахстане[править | править код]

Первая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году[26]. Высота площадки — 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International» мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт[27].

В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветровых электростанций.

на Украине[править | править код]

В феврале 2015 года в Восточных Карпатах у города Старый Самбор запущена в работу первая в Западной Украине горная ВЭС «Старый Самбор 1» мощностью в 13,2 МВт (общая мощность 79,2 МВт). Состоит из ветротурбин VESTAS V-112 датского производства, номинальной мощностью 6,6 МВт[28]. Высота площадки 500—600 м над уровнем моря, среднегодовая скорость ветра 6,3 м/сек[29].

См. также[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Литература[править | править код]

  • Методы разработки ветроэнергетического кадастра. — АН СССР, ГЛАВНИИ при Госэкономсовете Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского. Изд-во АН СССР, 1963.
  • В. Н. Андрианов, Д. Н. Быстрицкий, К. П. Вашкевич, В. Р. Секторов. Ветроэлектрические станции / под редакцией В. Н. Андрианова. — М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1960. — 320 с. — 2000 экз.
  • В. Ляхтер. Второе пришествие ветряка // Наука и жизнь. — 1991. — № 5. — С. 88−91. — ISSN 0028-1263.
  • А. Понятов. Вступив в эпоху электричества // Наука и жизнь. — 2020. — № 1. — С. 16−17. — ISSN 0028-1263.

Примечания[править | править код]

  1. ГОСТ Р 51237-98. docs.cntd.ru. Дата обращения: 18 декабря 2020.
  2. Понятов, 2020, с. 16.
  3. Понятов, 2020, с. 16−17.
  4. 1 2 3 Понятов, 2020, с. 17.
  5. The Great California Wind Rush // drømstørre.dk
  6. В. Сидоров, В. Павлов. Энергию ветра - в дело // журнал "Тыл и снабжение советских вооруженных сил". № 12, 1983.
  7. Wind Installations Continue To Break Records Across the Globe. www.renewableenergyworld.com. Дата обращения: 26 марта 2020.
  8. Крупнейшая в мире морская ветровая электростанция начала работу в Англии. euro-pulse.ru. Дата обращения: 26 марта 2020.
  9. У берегов Великобритании заработала крупнейшая в мире ветряная электростанция. hi-news.ru. Дата обращения: 26 марта 2020.
  10. В Англии запущена крупнейшая оффшорная ветряная электростанция мощностью 659 МВт. www.ixbt.com. Дата обращения: 26 марта 2020.
  11. В Норвегии запустят плавучую прибрежную ветровую турбину (недоступная ссылка). Дата обращения: 4 октября 2009. Архивировано 16 сентября 2009 года.
  12. Statoil Statoil to build the world’s first floating wind farm: Hywind Scotland (англ.). www.statoil.com. Дата обращения: 26 марта 2020.
  13. Ляхтер, 1991, с. 91.
  14. Парящая ветряная турбина бьёт мировой рекорд на Аляске. Facepla.net экологический дайджест. facepla.net. Дата обращения: 26 марта 2020.
  15. Летающая электростанция // «Бурят-Монгольская Правда», № 276, 2 декабря 1938 года
  16. Суд Норвегии: ветряные электростанции наносят ущерб саамским оленеводам [1] // 11 октября 2021
  17. Суд Норвегии поддержал коренные народы и запретил ветряные электростанции // РГ № 233(8584), 12.10.2021
  18.  (англ.) GWEC, Global Wind Report Annual Market Update. www.gwec.net. Дата обращения: 26 марта 2020.
  19. Ветроэлектрическая станция // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  20. Ляхтер, 1991, с. 89.
  21. История ветроэнергетики в Крыму. crimeanblog.blogspot.com. Дата обращения: 26 марта 2020.
  22. Б. Марцинкевич. Развитие ВИЭ энергетики в России. Геоэнергетика.ru (27 сентября 2019). Дата обращения: 26 марта 2020.
  23. Российская ассоциация ветроиндустрии. АО «СО ЕЭС». Дата обращения: 18 декабря 2020.
  24. Ветроэнергетика в регионах СЗФО. Cleandex (недоступная ссылка). Дата обращения: 28 мая 2011. Архивировано 13 мая 2012 года.
  25. Ввод Ветряных электростанций в Мурманской области. murman.tv. Дата обращения: 26 марта 2020.
  26. В Жамбылской области запущена Кордайская ветроэлектростанция (недоступная ссылка). news.gazeta.kz. Дата обращения: 26 марта 2020. Архивировано 31 июля 2013 года.
  27. Кордайская ветроэлектростанция расширила свою мощность до 9 МВт в год. www.inform.kz. Дата обращения: 26 марта 2020.
  28. Первая горная ВЭС в Украине введена в эксплуатацию. news.truba.ua. Дата обращения: 26 марта 2020.
  29. Проект «Ветер Карпат». www.uself.com.ua. Дата обращения: 26 марта 2020.