Ветроэнергетика

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА, область науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования энергии ветра. Основные разделы ветроэнергетики: ветротехника - разработка и проектирование технических средств (ветроагрегатов и установок), ветроиспользование - теоретические и практические вопросы оптимального использования энергии ветра, технико-экономическая рационализация эксплуатации установок.

Ветер - один из видов возобновляемых источников энергии (общий энергетический потенциал 2,66?10¹⁶ кВт?ч). Структура ветра переменчива, но описывается чёткими математическими законами для каждого отдельного участка земли. Выбор месторасположения для бесперебойной и оптимальной работы ветроэнергетической установки (ВЭУ) определяется следующими параметрами: среднегодовой скоростью ветра (в соответствии с данными ветроэнергетического кадастра), классом открытости местности, отсутствием высоких препятствий с подветренной стороны, наличием водных пространств (вблизи рек поток ветра направлен вдоль русла, а близ озёр и морей - перпендикулярно береговой линии). При среднегодовой скорости ветра 5 м/с годовая выработка электроэнергии на 1 км² площади составляет до 1 ГВтч. В областях, где среднегодовая скорость ветра 3,5-4 м/с, оптимальны небольшие ветроэлектрические станции (ВЭС), а при 6 м/с и более - станции большой мощности (в России эти зоны расположены в основном на Крайнем Севере, вдоль берегов Ледовитого океана, где потребности в энергии минимальны).

Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте, близ города Александрия, сохранились остатки каменных ветряных мельниц (ВМ) барабанного типа, построенных ещё в 2-1 веках до нашей эры. В 7 веке нашей эры в Персии применялись ВМ с вертикальной осью вращения (конструкция, повторно изобретённая уже в 19 веке). На Руси и в Европе ВМ появились в 8-9 веках. В Голландии ВМ служили не только для размола зерна, но и для откачивания воды из обвалованных понижений - польдеров, что давало возможность для занятия земледелием. В 1850-е годы в США изобретён новый тип ВМ - многолопастный ветряк, получивший позднее широкое распространение. В 1930-е годы в США существовало около 6 млн. многолопастных ВЭУ. В России уже в конце 19 века в мукомольном производстве использовалось свыше 200 тысяч ВМ, перемалывающих до 2/3 объёма товарного зерна страны (до 34 миллионов тонн). Существенный толчок развитию ветроэнергетики в России дала разработка Н. Е. Жуковским теоретических основ ветродвигателя (1920-е годы). К разработкам привлекались ЦАГИ, Всесоюзный институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), Центральный ветроэнергетический институт (ЦВЭИ), НПО «ВЕТРОЭН» и др. В 1930-60-е годы СССР становится мировым лидером ветроэнергетики, одним из крупнейших производителей ВЭУ с суммарной установленной мощностью более 100 МВт (конец 1950-х годов). Наиболее крупными сериями выпускались тихоходные водоподъёмные агрегаты типа ВД-5-ВД-8 мощностью 1,8-4 кВт, быстроходные ВЭС Д-12 (12,75 кВт) и Д-18 (30 кВт). В 1958 году в районе города Акмолинск введена в эксплуатацию первая в мире многоагрегатная ВЭС-400 (на базе 12 агрегатов Д-18), позволившая получить ценный опыт организации совместной работы нескольких ВЭУ. Однако дальнейшее развитие ветроэнергетики было практически остановлено из-за курса на создание Единой энергетической системы страны на базе мощных гидро- и атомных электростанций, взятого СССР в конце 1960-х годов.

В России интерес к ветроэнергетике возродился лишь в начале 1990-х годов. К наиболее значимым разработкам относятся установки АВЭ-250 мощностью 200 кВт (НПО «ВЕТРОЭН» совместно с НПО «Южное», Украина) и ВЭУ Р-1000 мощностью 1000 кВт (МКБ «Радуга»). На базе 6 установок АВЭ-250 построена Воркутинская ВЭС (1993). ВЭУ Р-1000 установлена в качестве первого агрегата Калмыцкой ВЭС близ города Элиста в 1994 году. В режиме опытной эксплуатации на Чукотском полуострове находится Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт из 10 модернизированных АВЭ-250М. Кроме того, созданы и работают такие станции, как Куликовская ВЭС (мощность 5,1 МВт), ВЭС на острове Беринга (0,5 МВт), Башкирская ВЭС (2,2 МВт), Саратовская ВЭС (0,3 МВт). Суммарная установленная мощность ВЭУ, подключённых к электрическим сетям России, составляет (2005) до 10 МВт.

В развитии мировой ветроэнергетики решающую роль сыграл энергетический кризис 1973-74 годов, после которого индустриально развитые страны активизировали исследовательские и конструкторские разработки, что привело к организации в 1980-е годы крупного серийного производства ветроэнергетической техники. По оценкам различных экспертов, перспективный ветроэнергетический потенциал Земли равен 1200 ТВт, однако возможности использования этого вида энергии в различных её районах неодинаковы. К 1985 году общая мощность ВЭС в мире составила 1097 МВт, где на долю США приходилось 1039 МВт. К 2003 году общая установленная мощность возросла до 39 ГВт; при этом на 1-е место вышла Германия с общей установленной мощностью ВЭУ - 14,6 ГВт, затем США - 6,37 ГВт, Испания - 6,2 ГВт, Дания - 3,11 ГВт, Индия - 2,1 ГВт. В этих государствах ветроэнергетика превратилась в самостоятельную и важную отрасль электроэнергетики. Стоимость электроэнергии от ВЭС снизилась до значений, сопоставимых с энергией тепловых станций. Среднегодовой прирост установленной мощности достигает 30%. Россия также обладает богатыми ветроэнергетическими ресурсами. Крайний Север, Юг России и Дальний Восток - территории, где использование энергии ветра экономически выгодно. Перспективный потенциал ветровой энергии России в целом составляет свыше 50 000 миллиардов кВтч/год. Этот показатель более чем в 60 раз превышает общее реальное электропотребление страны, а технический потенциал составляет примерно 260 миллиардов кВтч/год, то есть около 30% производства электроэнергии всеми электростанциями России. К 2020 году (по декларации конференции «Генеральный план развития возобновляемых источников энергии в Европе», принятой в 1994 в Мадриде) запланировано довести потребление электроэнергии, вырабатываемой ветром, до 10% от общего потребления электроэнергии в мире. При этом использованным окажется порядка 1% технического ресурса ветровой энергии. К 2030 году Дания и Германия за счёт ветроэнергетики планируют отказаться от атомных станций (для замены одной АЭС мощностью 4?10⁶ кВт потребуется соорудить около 4000 мегаваттных ВЭС). Экологический аспект использования ветроэнергетики смотри в статье Возобновляемые источники энергии.

Лит.: Красовский Н. В., Сабинин Г. Х. Проблемы использования энергии ветра: В 3 т. М., 1923-1926; Красовский Н. В. Как использовать энергию ветра. М.; Л., 1936; Сидоров В. В. Ветроэнергетические установки и системы. М., 1990; Логинов В. Б., Новак Ю. И. Высокоэффективные ветроэнергетические установки // Проблемы машиностроения и автоматизации. 1995. №1-8; Безруких П. П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики // Энергия: Экономика, техника, экология. 1995. №8; Лаврус В. С. Источники энергии. К., 1997; Толмачев В. Н. Эффективное использование энергии ветра в системах автономного обеспечения. М., 2002.