Эколого-экономические характеристики ветровой энергетики

Ветер относят к возобновляемым, или альтернативным, источникам энергии. Общие запасы энергии ветра в мире примерно оцениваются в 170 трлн. кВт·ч, или 170 тыс. тераватт-часов (ТВт·ч), в год, что в восемь раз превышает нынешнее мировое потребление электроэнергии [1].

Ветроэнергетика – это не только традиционные ветряки, но и любые технологии преобразования ветра (кинетической энергии воздушных масс) в механическую, тепловую и электрическую энергию.

Чтобы уменьшить отрицательное влияние на природу и использовать возобновляемые источники энергии в разных странах строят ветровые и солнечные электростанции. Среди всех видов альтернативных источников энергии ветроэнергетика занимает ведущее место в сравнении с солнечными батареями по нескольким причинам: стоимость одного ветряка оценивается в 3 раза ниже, чем точно такой же мощности солнечной установки; ветер дует днём и ночью, зимой и летом, в дождь и снег, а солнце светит реже, особенно в северных регионах России; во время затяжных дождей и пасмурной погоды солнечные установки теряют свою мощность в 5-ти кратном размере; КПД солнечных установок с каждым годом эксплуатации уменьшается [2].

Ветровая энергетика не потребляет ископаемое топливо, не использует воду для охлаждения и не вызывает теплового загрязнения водоемов, не загрязняет атмосферу. И, тем не менее, ветровые электрогенераторы имеют широкий спектр отрицательных экологических последствий, выявленных только после того, как в 1970 годы начался период возрождения ветровой энергетики.

Главные недостатки ветровой энергетики – низкая энергетическая плотность, сильная изменчивость в зависимости от погодных условий, ярко выраженная географическая неравномерность распределения ветровой энергии. Обычно рабочий диапазон скоростей ветра крупных ветровых установок составляет от 5 до 15 м/с. При скорости ветра меньшей 5 м/с эффективность работы установки падает, при скоростях ветра больших 15 м/с велика вероятность поломки конструкции, прежде всего лопастей. Размещение генераторов на больших высотах (там, где больше скорость) выдвигает повышенные требования к прочности конструкции высотных мачт, которые должны обеспечивать удержание при мощной ветровой нагрузке ротора, коробки передач и генератора. Разработка и создание более надежных конструкций значительно удорожает стоимость ветровых установок, хотя себестоимость ветровой электроэнергии примерно в 1,5-2 раза ниже себестоимости электроэнергии, полученной в фотоэлектрических преобразователях [3].

Каждый ветряк высотой 10-20 метров с лопастями длиной около 3 метров может при среднем ветре производить около 1-1,5 кВт электроэнергии. Исходя из аэродинамики работы ветряков и их размеров, расстояние до ближайшего ветряка должно быть около 50 метров. Таким образом, даже если мы поставим ветряки в поле с данной плотностью, то получим около 380 ветряков на один квадратный километр. Это в среднем около 450 кВт выработки электроэнергии в режиме реального времени. То есть, достаточно для проживания 200 человек. Для сравнения, одна средняя тепловая электростанция (ТЭС) занимает так же около 1 квадратного километра и производит 0,8-1,0 миллион киловатт электроэнергии, что в 1700 раз больше. При этом вред экологии на порядки выше и ТЭС необходимо топливо [4].

Еще одной важной проблемой использования ветровых генераторов являются сильные вибрации их несущих частей, которые передаются в грунт. Значительная часть звуковой энергии приходится на инфразвуковой диапазон, для которого характерно отрицательное воздействие на организм человека и многих животных [5].

Ветряные электростанции оптимальны при их небольшом размере и применении на территории крупных, малозаселенных площадей иного назначения. Например, электроснабжения деревоперерабатывающей промышленности, сельского хозяйства, тепличных комплексов, предприятий с большой площадью защитной территории (заводы ферросплавов, алюминиевые заводы, производство соединений тяжелых металлов, урановые рудники и пр.). Ветряные электростанции могут покрыть около 30% потребностей в электроэнергии небольших населенных пунктов, и до 60% потребности в электроэнергии ряда выше указанных предприятий. Неоспоримым преимуществом использования ветряных электростанций является возможность их размещения в непосредственной близости от потребителя (0,5 – 10 км). Это снижает потери на сопротивление и индукцию проводников, как следствие, и вред экологии от электромагнитных полей. Наиболее перспективным является развитие ветроэнергетики на территориях, прилегающих к морским побережьям, что позволит приблизиться по рентабельности к традиционным источникам энергии.

В настоящее время суммарные установленные мощности ветроэнергоустановок в России не превышают нескольких десятков мегаватт, а доля ветроэнергетики в общем объёме производства электроэнергии ничтожна. В то же время реализуются несколько крупных проектов, прежде всего в степных районах юга страны и прибрежных зонах. Вероятно, в ближайшие годы ситуация с ветроэнергетикой может заметно измениться.