Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2008 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 120 гигаватт, увеличившись вшестеро с 2000 года.

История использования энергии ветра

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»).

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо — Глочестер — Лондон — Париж — 1608 г., и др. В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Первая в мире современная ветроэлектростанция с горизонтальной осью мощностью 100 кВт была построена в 1931 году в Крыму.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Были попытки построить ветрогенераторы так называемой ортогональной конструкции, то есть с вертикальным расположением оси вращения. Считается, что они имеют преимущество в виде очень малой скорости ветра, необходимой для начала работы ветрогенератора. Главная проблема таких генераторов — механизм торможения. В силу этой и некоторых других технических проблем ортогональные ветроагрегаты не получили практического распространения в ветроэнергетике.

Ветроэнергетика Китая

К концу 2008 года в Китае работало 12210 МВт ветряных электростанций, что составляет 10% от ветряных мощностей всего мира. Китай вышел на четвёртое место в мире по размеру установленных ветряных электростанций. За 2008 год было построено 6300 МВт новых ветряных электростанций.

В 2007 году Китай инвестировал около 16 миллиардов юаней (более $2,0 млрд) в ветряную энергетику. В Китае построено более 60 крупных ветряных электростанций, на которых ведётся обучение специалистов.

В феврале 2005 года Китай принял закон Возобновляемой Энергетики. В 2005 году Китай вырабатывал из энергии ветра 0,17% электроэнергии, в 2008 году — 1,3%.

За годы 10-й пятилетки (2000 год—2005 год) ветряная энергетика росла в среднем на 30% в год — с 350 МВт в 2000 году до 1260 МВт в 2005 году.

По оценкам Китайского института научных исследований климата (China Climate Science Research Institute) потенциал ветряной энергетики Китая составляет 3,22 млн МВт. Технический потенциал оценивается в 1 млн МВт, из них 253 тыс. МВт наземных электростанций и 750 тыс. МВт офшорных.

Наибольшим потенциалом для развития ветроэнергетики обладает провинция Внутренняя Монголия. Около 40% ветряных мощностей Китая могут быть расположены во Внутренней Монголии. К 2010 году там планируется построить 5 тыс. МВт ветряных электростанций.

Второе место по потенциалу занимает Турфанская котловина (Синьцзян-Уйгурский автономный район). Её ресурсы оцениваются в 1 млрд кВт·ч в год с площади 1000 кв. км.

По оценкам EER Wind Research к 2011 году Китай станет крупнейшим в мире рынком сбыта ветрогенераторов.

Офшорная энергетика

Китай обладает протяженной береговой линией, что способствует развитию офшорной ветроэнергетики.

Первая китайская оффшорная ветровая электростанция «Juwuba» будет построена в 2009 году в Шанхае. Ветрогенераторы будут установлены по обе стороны Большого Дунхайского моста более чем в километре от него. Установленная мощность электростанции составит 100 МВт. По проекту электростанция будет вырабатывать ежегодно 260 млн кВт·ч электроэнергии. Первая турбина мощностью 3,0 МВт. производства компании была построена в 20 марта 2009 года. Всего на электростанции «Juwuba» будет установлено 34 ветрогенератора мощностью 3,0 МВт. каждый.

В конце 2005 года в Китае было установлено 320 тыс. малых ветряных генераторов суммарной мощностью 65 МВт.

Тарифы

Средняя цена ветряного электричества в Китае в 2006 году составляла $0,063—$0,08 за кВт·ч. Государственные производители продавали ветряную электроэнергию по ценам от $0,046 до $0,065.

По подсчётам китайских экспертов, если 70% оборудования будут иметь китайское происхождение, цена электроэнергии снизится до 0,375 юаней за кВт.ч ( примерно $0,054). Если 100% оборудования ветряных электростанций будет китайского производства, то цена электроэнергии снизится до 0,332 юаней за кВт.ч (примерно $0,048).

Все крупнейшие мировые производители оборудования для ветроэнергетики имеют в Китае свои производства или совместные предприятия. Например, германская компания Nordex в 2007 году занимала 3% рынка ветряных турбин Китая.

В 2007 году в Китае 40 компаний производили оборудование для ветроэнергетики. Их суммарные мощности составляли 8000 МВт. в год. В 2008 году 67 копаний в Китае производили оборудование для ветроэнергетики, из них 27 команий — государственные. По законам Китая 70% оборудования любой ветряной электростанции должно иметь китайское происхождение.

К 2012 году в Китае будет производиться ветрогенераторов суммарной мощностью около 12 000 МВт.

Крупнейшие китайские производители оборудования — компании Jin Feng (Golden Wind) и Hua Rui планируют начать экспорт ветрогенераторов в 2009 году и 2010 годах.

Крупнейший владелец ветряных электростанций — компания China Longyuan Electric Power Group Corp. В 2006 году компания управляла 32 ветряными электростанциями суммарной мощностью 780 МВт.

Планы

Во время 11-й пятилетки Китай построит около 30 крупных ветряных электростанций мощностью по 100 МВт и более. Согласно национальному плану развития, установленные мощности Китая должны вырасти до 30 тыс. МВт к 2020 году.

Ветроэнергетика в России

В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за:

• Высокой стоимости инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ~ 220В 50Гц (и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в параллель))
• Высокой стоимости аккумуляторных батарей — около 25 % стоимости установки (используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети)
• Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительной величины у основной массы производств по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются:

• Необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (требуется применение инвертора)
• Необходимость автономной работы в течение некоторого времени (требуется применение аккумуляторов)
• Необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (требуется применение дизель-генератора)

В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощю ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько преимуществ:

• Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.
• Схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается.
• Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле.
• В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.
• Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности: температуру воздуха в помещении можно поддерживать в широких диапазонах 19—25 C, а в бойлерах горячего водоснабжения 40—97 C без ущерба для потребителей.

В 2008 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 120 ГВт. Ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд кВт·ч, что составляет примерно 1,3 % мирового потребления электроэнергии. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов.

В 2007 году в Европе было сконцентрировано 61 % установленных ветряных электростанций, в Северной Америке 20 %, Азии 17 %.

Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.

Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.

В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт·ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами.

Олег Истомин

«Golden willow trading Co., Ltd»