2.2. Состояние ветроэнергетики в различных странах

Уровень развития ветроэнергетики в различных странах далеко не всегда определяется величиной их ветроэнергетического потенциала. Например, Ав­стралия с крупнейшими в мире запасами энергии ветра не входит даже в де­сятку мировых лидеров по установленной мощности ветроустановок. Самая обеспеченная по ветроресурсам страна в Европе — Великобритания (ее вет-ропотенциал в 28 раз превосходит таковой у Дании) существенно отстает от других стран. Соединенные Штаты Америки, у которых только в Северной Калифорнии потенциал составляет 50 000 МВт, далеки от его заметной реали­зации. Ветропотенциал Китая (253 000 МВт) в пять раз превышает энергети­ческие возможности ветра на территории Индии (45 000 МВт), а она оказалась на третьем месте среди стран мира, занимающих ведущее место по ветроэнер­гетике. Установленная мощность китайских ветроагрегатов почти в 20 раз меньше, чем индийских [45, 46].

Перспективы

Правительством Канады установлена цель к 2015 году производить 10% электроэнергии из энергии ветра.

Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить 40 000 МВт. ветрогенераторов.

В Испании к 2011 году будет установлено 20 000 МВт. ветрогенераторов.

В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 000 МВт. к 2010 году и до 30 000 МВт. к 2020 году.

Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 4 раза в сравнении с 2005 годом. К 2012 году будет построено 12 000 МВт. новых ветряных электростанций.

Новая Зеландия планирует производить из энергии ветра 20% электроэнергии.

Великобритания планирует производить из энергии ветра 10% электроэнергии к 2010 году.

Египет - к 2010 году установить 850 МВт. новых ветрогенераторов

2.4. Ветроэлектрические станции

2.4.1. Размещение на суше

В различных странах мира, где широко используется энергия ветра, соз­даны многоагрегатные ветроэлектрические станции — ВЭС. ВЭС объединяете отдельные ветроагрегаты в единый энергетический комплекс, который спосо-, бен обеспечивать электроэнергией небольшие населенные пункты или дейст-₍ вует совместно с национальной энергосистемой.

Целесообразность создания ВЭС, объединяющей десятки и сотни ветро-установок, заключается в уменьшении капитальных затрат и в стабилизации.., выработки электроэнергии. Было установлено, что строительство ВЭС из 5 аг-, регатов снижает капитальные затраты на 15%, а ее расширение до 100 ВЭУ.. позволяет уменьшить капитальные вложения на одну треть.

Повышение стабильности выработки электроэнергии на ВЭС обеспечива­ется тем, что многочисленные ветроустановки размещаются на больших тер­риториях, где климатические условия могут различаться, а потому существует ₁ большая вероятность появления ветра. Благоприятным моментом в работе

0ЭС является то, что пропадает необходимость в аккумулировании энергии, вырабатываемой индивидуальной ветротурбиной, чтобы постоянно снабжать ею потребителей.

Первые крупные ВЭС появились в американском штате Калифорния, где имеются благоприятные условия для развития ветроэнергетики. Так, ВЭС Altamont Pass достигла суммарной установленной мощности более 1000 МВт, объединяя до десяти тысяч агрегатов. Ветроэнергетический комплекс Tehach-api имеет суммарную мощность ветротурбин в 624 МВт.

Создание ветроэлектрической станции выдвигает ряд требований, которые учитываться при выборе места размещения ВЭС. Прежде всего, терри-^т°рия будущей ВЭС должна характеризоваться высокой среднегодовой скоро­стью ветра. Ведь пропорционально кубу скорости определяется мощность вет-Р°агрегатов и от нее зависит объем выработки электроэнергии. Желательны Р^аИоны с какими-либо преобладающими ветрами. Рассматриваемые участки

иметь транспортную сеть, линию электропередачи, они не должны на­биться на путях миграции птиц. При возможности под размещение ветро-

электрических комплексов следует отводить бросовые земли. Однако совр_е. менные исследования показывают, что из всей площади, занятой ВЭС, только 1-2% приходятся на собственно ветроагрегаты, а на остальной части может , осуществляться выращивание сельскохозяйственных культур, выпас животных

Объединение многих ВЭУ в единый комплекс делает необходимым д_ос. таточно надежный расчет ветропотенциала рассматриваемого района и взаи­модействие потоков воздуха после прохождения через ветротурбины. Пра­вильный выбор места основывается как на многолетних наблюдениях метео­рологов, так и на проведении достаточно длительных дополнительных специ­альных измерений скорости ветра с учетом высоты возводимых ВЭУ. В на­стоящее время датская Национальная лаборатория RISO разработала про­грамму для получения надежных результатов расчета местных потоков воз­духа. Имеются подобные разработки и в России.

Многочисленные экспериментальные обдувки моделей ветроколес в аэ­родинамических трубах и наблюдения на местности в действующих ВЭС по­зволили установить оптимальные расстояния между ВЭУ, при которых воз­душный поток успевает восстановиться перед следующей ветротурбиной. Считают, что отдельные ветродвигатели должны располагаться в шахматном порядке по фронту и в глубину с расстоянием между ними, равным 7-10 диа­метрам ветроколеса, хотя, например, в США (штат Миннесота) мощные уста­новки по 750 кВт с диаметром ротора 48 м в системе ВЭС размещены на уда­лении всего 170 м друг от друга.

Первоначально ВЭС формировались из различных по единичной мощно­сти турбин. Стремление полнее использовать имеющийся потенциал ветра над занятой территорией привело к тому, что маломощные установки постепенно были заменены значительно более крупными ветротурбинами.

Из приведенных ранее примеров ВЭС следует, что при возведении новых энергетических комплексов преимущество отдается ветроагрегатам мощно­стью 600-750 кВт и даже большим до 1000-2500 кВт. Это оправдано и в эко­номическом плане.

2.4.2. Размещение на морском шельфе

Необходимость отчуждения больших земельных площадей для сооружения , ВЭС, изменение окружающего ландшафта, ограничения по эмиссии шума, ин-'-

тенсивный поиск районов с благоприятным ветропотенциалом привели к идее ' размещения многоагретных ВЭС на береговой отмели в прибрежных водах.

Особенно привлекательной такая возможность оказалась для некоторых европейских стран: Дании, Нидерландов, Швеции, Германии, Великобрита­нии, государств Средиземноморья, а также США.

Специально проведенные исследования выявили общую закономерность заметного увеличения среднегодовых скоростей ветра по мере удаления от берега. Наблюдения проходили в районах, расположенных на расстоянии от 30 до 300 км от берега. Показано, что энергия ветрового потока над прибреж­ными водами шириной 5,5 км вдвое больше, чем над прилегающими к берегу участками суши той же ширины. Для Великобритании, например, над сушей ветропотенциал составляет 45 ТВт- ч в год, тогда как над прибрежными во­дами он увеличивается более чем втрое, достигая 145 ТВт- ч/год.

Меньшая турбулизация потока над морскими водами позволяет снизить высоту башни до уровня, определяемого высотой волн и прилива. Размещение ветроустановок в море требует их адаптации к новым условиям и, следова­тельно, ведет к изменениям конструкции. Морское базирование снимает огра­ничение по уровню производимого шума. Если создаваемый шум вынуждает снижать скорость конца лопасти в европейских турбинах меньше 65 м/с, то для ветроколес на агрегатах, установленных в море, этот предел можно под­нять до 100 м/с и таким образом снизить стоимость ветротурбины. При рас­чете опорной конструкции необходимо учитывать дополнительно к ветровой нагрузке влияние морских волн.

Необходимость усиления фундаментов для морских ветроагрегатов, за-Щиты от воздействия соли и повышенной влажности, сложность в прокладке силового кабеля по морскому дну, создание причальных систем для обслужи­вания ветроустановок повышают капитальные затраты при их возведении. Оп­ределенная компенсация таких затрат может быть получена за счет увеличения ^еДиничной мощности ветротурбин. Эта тенденция заметна при анализе компо­новки действующих и проектируемых шельфовых ВЭС (таблица 2.2) [48, 57].

В реализованных проектах глубина моря в местах установки ВЭС дости-^гэла 5-6 м, а удаление от берега составляло 3-6 км. Великобритания испытала ветровую турбину Р =1, 4 МВт, заякоренную на плавучих бетонных оболочках ^в 15 км от берега на глубинах до 100 м.