Опыт и перспективы развития ветроэнергетики в России

В 50-х годах для нужд сельского и лесного хозяйства, для охотников и геологов производилось до 10 тыс. ветродвигателей в год.

Объемы серийного производства ВЭУ в СССР по годам за 1934 - 1987 гг. приведены в табл. 2.

Всего в СССР по данным Госплана с 1934 по 1987 г. было выпущено около 60 тыс. ВЭУ общей установленной мощностью до 150 МВт.

В 1954 г. правительство СССР приняло ряд дополнительных мер по развитию ветроэнергетики в виде специальных постановлений, определяющих задания по разработке новых конструкций ВЭУ и их производству, в первую очередь в интересах сельского хозяйства страны. В соответствии с постановлениями были созданы Центральная научно-исследовательская лаборатория по ветродвигателям (ЦНИЛВ) и специализированные ветроэнергетические лаборатории в ряде республиканских НИИ, активизировались разработки по аэродинамике и регулированию

 

ветродвигателей, повышению их надежности и снабжения: "Вихрь", "Беркут", УВЭУ 4 и 6 и эффективности, а также исследования ветровых   ВБ-3Т, работающих с электронасосами высокой

ресурсов и систем аккумулирования.

В результате принятых мер в середине 50-х годов был существенно увеличен выпуск ВЭУ различных типов (только в 1956 г. их было произведено = 9000 ед.).

В 1960 г. ЦК КПСС и Совет министров СССР приняли постановление о производстве ветро-насосных установок на 1961 - 1965 гг. в количестве 68 тыс. штук общей мощностью около 70 МВт с распределением по годам (табл. 3).

производительности и надежности (рис 6, 7).

 

К этому времени относится разработка высокоэффективных быстроходных ветроагрега-тов нового поколения для пастбищного водо-

Технические характеристики ветродвигателей, разработанных в СССР в 60-е годы приведены в таблице 4.

 

 

Однако запланированные рубежи оказались недостаточными для народного хозяйства страны и в 1961 г. технико-экономическим Советом Государственного Комитета по автоматизации и машиностроению Совета Министров СССР был разработан перспективный план развития ветроэнергетики до 1980 г. [14], в соответствии с которым были определены ориентиры развития отечественной ветроэнергетики (табл. 5).

В соответствии с приведенным планом суммарная установленная мощность ВЭУ к 1980 г. должна была превысить 7 ГВт при ежегодном наращивании после 1976 г. = 550 МВт. Эта мощность, не являясь определяющей для страны в целом, обеспечивала бы необходимой энергией потребителей в тех местах, где ее получение за счет других энергоисточников было невозможно или экономически нецелесообразно. При планируемых темпах развития к 80-м годам прошлого века, когда во всем мире возрос интерес к данной энергетической отрасли, СССР, несомненно, оказался бы одним из лидеров мировой ветроэнергетики.

Однако к концу 60-х годов в СССР был взят курс на ускоренное развитие "большой" энергетики на базе мощных гидравлических и атомных электростанций и создание на их основе единой энергетической системы страны. Новый курс сопровождался потерями налаженных производственных связей промышленных предприятий, введением новых хозяйственных и рыночных отношений, сменой тематик НИИ и КБ, переориентацией заводов на выпуск иной продукции и, как следствие, уходом из ветроэнергетики большинства ученых и квалифицированных специалистов. В результате этого в период с 1967 по 1977 г. развитие отечественной ветроэнергетики существенно затормозилось, крупносерийное производство ВЭУ автономного типа было практически прекращено.

Свернуты были и масштабы соответствующих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, продолжавшихся в этот период в основном в направлении доводки и совершенствования выпускавшихся ранее ВЭУ при отсутствии их последующего массового серийного производства. К редким исключениям относились разработки нового ветронасосного ВЭУ "Вихрь" с пневматическим насосом и ветроэлектрической установки "Сокол" и УВЭУ-8-16-12 мощностью 15 кВт, доведенные до опытных образцов и небольших опытных партий.

Знания и традиции отечественной ветроэнергетики за период с конца 60-х и до средины 80-х годов исключительно благодаря энтузиастам в той или иной степени и сумели сохранить лишь немногие организации, среди которых следует отметить ЦАГИ, ВИЭСХ, "ВЕТРОЭН", Гидропроект.

Наиболее существенной причиной бурного развития мировой ветроэнергетики в конце прошлого столетия явился мировой энергетический кризис 1973-74-х годов, приведший к активным исследовательским и конструкторским разработкам и организации в 80-х годах крупного серийного производства ветроэнергетической техники в индустриально развитых странах: США, Англии, Германии, Дании.

В СССР и России осознание важности возобновляемой энергетики пришло примерно с 10-летним опозданием. Лишь на рубеже 1980- 90-х годов, упустив стартовый технический рывок упомянутых стран, к разработкам и опыт

 

ному производству ВЭУ на современном этапе приступили крупные отечественные, в том числе оборонные, предприятия.

Примерно с 1989 г. разработки и организацию производства системных ВЭУ мощностью 250, 315 и 1000 кВт почти одновременно начали МКБ «Радуга» (при поддержке и финансировании РАО «ЕЭС России»), НПО «Ветроэн» и НПО «Южное» (Украина), а также ПО «Подъем-трансмаш» (Ленинград), финансируемое АО «СОСТЭК-холдинг», Ассоциацией «Энергобаланс» и Миннауки России.

К 1994 г. НПО «Ветроэн» совместно с НПО «Южное» осуществили разработку, производство (Павлоградский машиностроительный завод), монтаж, испытания и сдачу в опытную эксплуатацию 45 АВЭ-250 мощностью 200 кВт (из них 24 — на Украине и в Крыму, 16 — на территории РФ).

В 1991-92 гг. были смонтированы и проведены пробные пуски установок АВЭ-250 на полигонах РАО «ЕЭС России», на полигоне ОАО «ВНИИГ» и ЭБНЭ в пос. Дубки (Чиркейская ГЭС в Дагестане), в Иван-городе и на полигоне НПО «Ветроэн» в Геленджике. Большинство установленных АВЭ-250 проработало в энергосистеме до года и более.

В ходе испытаний головных образцов АВЭ-250, в том числе на холостом ходу и на автономную нагрузку, был выявлен ряд неизбежных при выпуске новой техники недостатков — в гидросистеме, редукторе, виндрозном механизме, при устранении которых АВЭ-250 становилась вполне надежной и современной ВЭУ. Однако в силу технических и финансовых причин их доводку в полной мере осуществить не удалось.

В 1993 г. АО «Комиэнерго» и НПО «Ветроэн» в Воркуте была установлена первая в мире большая заполярная ВЭС на базе 6 установок АВЭ-250, прошедших испытания и сданных в опытную эксплуатацию (рис. 8). Часть из них более 10 лет находятся в опытно-промышленной эксплуатации, в результате чего накоплен уникальный для мировой практики опыт использования ВЭС в суровых ветроклиматических условиях Заполярья, использованный позднее при проектировании и строительстве Заполярной ВЭС в Анадыре.

В том же 1993 г. в Новороссийске были осуществлены пробные пуски экспериментального образца ГП-250, разработанного под эгидой ассоциации «СОВЭНА» с участием КБ Миля, ВНИИЭ и АО «Гидропроект» и изготовленного АО «Подъемтрансмаш». В ходе испытаний были выявлены недостатки конструкции, пре пятствующие надежной и безопасной эксплуатации ВЭУ в сети, и установка была отправлена на завод для доработки и дополнительных заводских испытаний, но по финансовым причинам юаботы по ней далее не возобновлялись.

Многообещающим для становления отечественной ветроэнергетики в случае реализации мог бы стать совместный проект РАО «ЕЭС России» — МКБ «Радуга», 1990 г., по разработке и организации производства ВЭУ серии Р («Радуга») нескольких типов мощностей 1, 8, 100, 250, 330 и 1000 кВт, планировавшиеся объемы производства которых приведены в табл. 6. [17].

 

Установки Р-250 и Р-1000 (как и АВЭ-250 НПО «ВЕТРОЭН») проектировались как для параллельной работы с энергосистемой, так и для работы на изолированную нагрузку в составе автономных ВЭС (не связанных с энергосистемой) без аккумулирования энергии.

Однако создание ВЭУ Р-250 кВт впоследствии было отложено на неопределенный срок с возможным перепроектированием ее на мощность 300 -330 кВт, а намеченные на 1992 г. изготовление и поставка для 20 мегаваттной ВЭС в Элисте головных образцов ВЭУ Р-1000 «Радуга-1» мощностью 1 МВт производства Тушинского ММЗ была реализована в виде сигнального образца лишь в конце 1994 г. Поставка и ввод второй и третьей установок повторно планировались соответственно на 1995 и 1996 гг., однако по ряду причин проект Р-1000 также не получил своего развития.

В 80-е годы были также разработаны проекты сетевых ВЭУ с вертикальной осью вращения и ветроколесом с нерегулируемыми лопастями ВТО-1250 мощностью 1 МВт и более в двух вариантах: с размещением опорно-трансмиссионной системы и основного оборудования наверху (в головке башни) и на поверхности земли.

РАО «ЕЭС России» осуществляло финансирование и управление проектами (разработка АО «Институт СамараГидропроект» и АО ВНИИЭ) комбинированных (гибридных) систем, состоящих из двух или более видов НВИЭ с аккумулирующими и теплонасосными установками, обеспечивающими гарантированное энергоснабжение потребителей независимо от природных колебаний энергоносителей, например солнечной и ветровой энергии.

Все указанные ВЭУ разрабатывались в расчете на любые, в том числе на суровые климатические условия, полностью автоматизированными и требующими минимального обслуживающего персонала.

ВЭУ имели системы: автоматического управления запуском, эксплуатацией и остановом; измерения параметров ветра; охлаждения и кондиционирования воздуха ( Р-250 и Р-1000); пожаротушения и грозовой защиты; устройства связи и заземления, а также монтажные, грузоподъемные и обслуживающие средства (вплоть до обмыва лопастей) и пр.

Таким образом, создававшиеся в то время ВЭУ охватывали практически весь оптимальный для использования диапазон средних и крупных ВЭУ и имели высокий технический уровень. Основные технические данные перечисленных установок приведены в табл.7.

Разработка ВЭУ, организация их производства и решение научно-технических вопросов эксплуатации осуществлялись в 90-е годы в соответствии с научно-техническими программами:

Государственной научно-технической (ГНТП) «Топливо и энергия»;

ГНТП «Экологически чистая энергетика;

отраслевыми РАО «ЕЭС России», Минсель-хоза России, РАО «Газпром»;

региональных акционерных обществ электроэнергетики.

На всех этапах программ, от их разработки до реализации конкретных проектов, были задействованы многие предприятия и объединения, научно-исследовательские и проектно-конструк-торские организации федерального и местного подчинения, Российской Академии наук, военно-промышленного комплекса, включая зарубежные фирмы и организации, отобранные для выполнения проектов на конкурсной основе.

Практическая реализация принимавшихся программ предусматривала большой народнохозяйственный эффект. За счет использования энергии ветра в России планировалось замещение органического топлива в 1995 г. в объеме примерно 300 тыс. т (требуемая для этого суммарная установленная мощность Р_ВЭУ : Р_ВЭУ> 0,5 ГВт), в 2000 г. — 800 тыс. т (Р_ВЭУ >1,3 ГВт) и в 2005 г. — до 1,3 млн. т (Р_ВЭУ > 1,8 ГВт). Только в 1991 - 1995 гг. предполагалось выпустить > 28 тыс. автономных ВЭУ мощностью до 100 кВт и ~ 500 системных мощностью по 250 - 1000 кВт. Работа этих ВЭУ позволила бы за период 1991 -1995 гг. сэкономить 0,7 - 0,8 млн. т у.т.

В 90-е годы планировалось возведение ряда крупных ВЭС. Так, НИИ «Самарагидропроект» выполнил ТЭО Калмыцкой, Дагестанской ВЭС, а экспериментальный центр ВИЭН в пос. Дубки (Дагестан, Чиркейская ГЭС), включающий полигон отработки солнечных технологий и оборудования, — малые ГЭС и ВЭС мощностью 5 МВт, состоящую из ВЭУ мощностью 30, 100, 250 и 1000 кВт.

АО «Ленгидропроект» прорабатывало ТЭО Приморской и Ленинградской ВЭС, а также крупных ВЭС в Карелии, на Кольском полуострове, Магаданской и Калининградской областях. Общая планируемая мощность этих ВЭС составляла более 300 МВт (табл. 8).

При достижении запланированных рубежей СССР и Россия прочно заняли бы лидирующее положение в мировой ветроэнергетике.

Однако на 2005 год в России действуют ВЭС суммарной установленной мощности всего

 

лишь около 14 МВт (Воркутинская 1,5 МВт, Анадырьская 2,5 МВт, Куликовская 5,1 МВт, ВЭС на о-ве Беринга 2 МВт, Башкирская 2,2 МВт, Саратовская 0,3 МВт), что составляет менее 1% от планировавшихся.

Принятые программы и планы 90-х годов не были реализованы прежде всего из-за нехватки и неэффективного использования выделяемых средств для завершения разработок и организации серийного производства и внедрения ВЭУ и ВЭС, из-за неэффективного руководства проектами в условиях отсутствия в стране строгой государственной установки на развитие ветроэнергетики и необходимой для этого законодательной и нормативной базы, а также экономическим фактором -высокой стоимостью ВЭУ.

Крайне медленное и трудное развитие отечественной ветроэнергетики в последние годы, помимо тех же причин, связано также с нарастающим дефицитом в ней квалифицированных специалистов и энтузиастов.

Тем не менее, авторы убеждены в неизбежности и больших перспективах широкомасштабного развития и использования ВЭС в России, обусловленных объективными факторами:

огромными запасами ВЭР;

острой необходимостью замены и развития устаревающей энергетической базы страны;

лучшими эксплуатационными и экономическими показателями ВЭУ (себестоимость энергии, окупаемость, время строительства) в сравнении с источниками на углеводородном топливе;

экологическими факторами, значимость которых будет нарастать в связи с ратификацией Россией Киотского протокола.

В последнее время наметились положительные практические подвижки в данном направлении. Так, на стадии проектирования находятся три больших ВЭС: Балтийская морского базирования мощностью 50 МВт, Ленинградская мощностью 75 МВт и Черноморская мощностью до 40 МВт. Отечественными учеными раз-

 

работаны, апробированы и внедрены новые весьма эффективные методики определения ветроэнергетического потенциала и эффективности ВЭУ с учетом привязки к конкретному месту, потребностям пользователя и физико-климатическим условиям [18].