Электростанция на бесплатном топливе
Как в России используют энергию ветра
5 августа госкорпорация «Росатом» объявила о планах построить на Дальнем Востоке 50 новых объектов ветровой генерации, призванных снизить дефицит электроэнергии. Строительство будет идти в 2026-28 годах, а мощность новых объектов составит 370 МВт. По планам основные конструкции новых объектов будут доставлять на Дальний Восток из Волгодонска – их производством займётся завод «Атоммаш».
Первым был парус
Если углубляться в историю ветрогенерации, можно вспомнить об использовании ветра на благо человека с древнейших времён, начиная от паруса и мельницы. Впервые ветряные мельницы начали использовать на Ближнем Востоке, в Европу это чудо техники того времени привезли крестоносцы.
Если же говорить о производстве электричества с помощью силы ветра, то тут история будет более скромной. Впервые ветряную турбину использовали для этих целей в 1887 году в Шотландии. Ее создал профессор Джеймс Блит. Высотой турбина была 10 метров и использовалась для обеспечения дома профессора светом. Излишки вырабатываемой энергии профессор попытался передать деревне, в которой жил, для освещения улицы, но жители от предложения отказались, сочтя электричество «энергией дьявола».
На рубеже XIX-XX веков лидером по строительству ветроэлектростанций стала Дания. Всё началось с учёного Поля Ля Кура, разработавшего ветрогенератор, который мог обеспечить постоянный поток электроэнергии. К 1908 году по всей стране было запущено 72 электрогенерирующих системы мощностью от 5 Вт до 25 Вт.
Первая ветроэлектростанция в Советском Союзе была создана в Курске в период с 1929 по 1931 годы. Изобретатель-самоучка Анатолий Уфимцев построил станцию с инерционным аккумулятором, что позволяло вырабатывать электроэнергию даже при полном отсутствии ветра. Во многих источниках эту ветроэлектростанцию называют первой в мире, хотя это не так: она первая инерционная. Мощность станции составляла 35 кВт.
С этого времени Советский Союз начал претендовать на первое место в мире по ветрогенерации. В 1931 году в Крыму, около Балаклавы, была введена в эксплуатацию ветроэлектростанция, которая работала до 1941 года. Во время боёв за Севастополь она была полностью разрушена. Опорную конструкцию ветродвигателя (мачту) построили по проекту Владимира Шухова (про градирни для электростанций, созданные по его же проекту, мы рассказывали вот тут). Ветроагрегат с колесом диаметром 30 метров и генератором в 100 кВт был на тот период самым мощным в мире. Вслед за ней в Крыму были построены десятки аналогичных установок.
После Великой Отечественной войны про ветряки вспомнили вновь. С 1950 по 1955 годы страна производила до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30 кВт. В годы освоения целины в Казахстане была сооружена первая многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт – прообраз современных европейских ветропарков и систем «ветро-дизель».
Начиная с 1960-х годов энергетическая отрасль СССР была переориентирована на строительство крупных ТЭС, ГЭС и АЭС: маломощные ветряки не выдержали конкуренции с электроэнергетическими гигантами, и в конце 1960-х годов их серийное производство было закрыто. Вернулись к этому вопросу только к началу 1990-х годов – значительно позже, чем в других странах. Бурного развития направления не случилось: на этот раз помешала общая экономическая ситуация.
Интерес государства вернулся к «ветрякам» в 2010-х годах. Был объявлен конкурс на строительство в России ветряных электростанций общей мощностью 610 МВт, который выиграла госкорпорация «Росатом». Тогда она и начала заниматься развитием ветрогенерацией электроэнергии в 2016 году. Осенью 2017 года для этих целей была создана компания «НоваВинд». Сегодня это дочерний дивизион госкорпорации «Росатом возобновляемая энергия».
Самой первой из новых в 2020 году была построена Адыгейская ветроэлектростанция (на границе Шовгеновского и Гиагинского районов Республики Адыгея) суммарной установленной мощностью 150 МВт. За 5 лет «Росатом» ввёл в эксплуатацию девять ветропарков, последний – в октябре 2023 года. В самых маленьких из них – Кармалиновской и Берестовской ветроэлектростанциях – стоит по 24 ветроустановки. В самой большой – Кочубеевской – их 84. Построены станции такого типа в Адыгее, Ставропольском крае и Ростовской области.
Как это работает?
Принцип действия ветроэлектростанции намного проще, чем электростанции на сжигаемом топливе. Ветер попадает на лопасти ветрогенератора и вращает их. Кинетическая энергия воздушных масс превращается в механическую энергию лопастей, которые соединены с электрогенератором. Две основные его части – статор и ротор. Через приводы механическая энергия лопастей передаётся ротору, и он начинает вращаться. Вокруг ротора и статора намотаны провода, внутри которых есть свободные носители электрического заряда – электроны. Чтобы они упорядоченно побежали по проводнику и превратились в электрический ток, им необходима «мотивация» – электрическое поле. Части генератора сделаны из магнитных материалов, поэтому он обладает магнитным полем, параметры которого меняются при вращении ротора. По закону электромагнитной индукции переменное магнитное поле создает вокруг себя такое же переменное электрическое поле, которое и «подталкивает» свободные электроны из обмоток генератора в линии электропередач.
Главный элемент ветроэлектростанции – ветрогенератор. Он состоит из фундамента – опоры, которая обеспечивает устойчивость всей конструкции; башни, на которую крепятся ротор генератора и гондола (гондола – это специальный корпус, в котором расположены гидравлическая система и система торможения, двигатели, датчик поворота гондолы и другое оборудование); генератора, прикреплённого к гондоле, который и преобразует механическую энергию вращения в электрическую, а также регулирует обороты вращения вала и ветроколеса. Ветроколесо – это и есть тот самый узнаваемый «вентилятор», ступица и три лопасти. По сути, это как турбина в обычной электростанции, который задаёт движение вращения генератора, и генератор вырабатывает электричество.
Сегодня «Росатом» самостоятельно производит 68% оборудования для ветрогенераторов. Основной завод, оборудованный для этих целей, – «Атоммаш» в г. Волгодонск. На производстве оборудования для ВЭС трудится порядка 300 человек. Все ветрогенераторы «Росатома» стандартные и имеют одинаковые параметры: мощность – 2,5 МВт; высота башни – 96 метров; масса башни – 217 тонн; масса гондолы – 16 тонн; масса генератора – 49,5 тонны; масса ступицы – 20 тонн; длина лопасти – от 49,05 до 51 метра; масса лопасти – от 8,5 до 8,6 тонны; общий вес конструкции (с учётом башни и генератора) – порядка 324 тонн. Каждая такая установка рассчитана на работу в течение 20-25 лет.
Сейчас, в 2025 году ветроэлектростанции «Росатома» суммарно производят 889 мВт электроэнергии. К 2030 году эту цифру планируется увеличить до 5 ГВт.
Татьяна Козлова, по данным открытых источников
Мифы и правда о ветрогенерации
Миф 1. Ветрогенерация – самая экологически чистая.
Это не совсем так. Непосредственно при производстве электроэнергии СО2 не выделяется, «углеродного следа» ветроэлектростанции не оставляют, а это и считается главным признаком «зелёной» энергетики. Зато при производстве комплектующих для ветроустановки его выделяется с избытком. Есть проблема и с утилизацией отслуживших деталей. Лопасти ветряков производят из армированного стекловолокном полимера, которые пока невозможно переработать вторично, а разлагаться он будет тысячелетиями. Из плюсов можно отметить, что пластик не выделяет вредных веществ, а значит, его можно складировать или захоронить без вреда для природы. Кроме того, уже подсчитано, что углеродный след при производстве деталей с лихвой окупается последующим, абсолютно безопасным производством энергии.
Миф 2. Из-за ветряков погибают птицы.
В начале эпохи ветрогенерации это действительно было проблемой: лопасти крутились слишком быстро, птицы их не замечали и погибали при столкновении. Современные ветряки вращаются со скоростью 15 оборотов в минуту, пролетающие птицы их видят. Кроме того, современные ветроэнергетические установки оснащены специальными устройствами для отпугивания птиц. Согласно статистическим данным, в среднем на 10 тысяч погибших из-за человеческой деятельности птиц лишь в одном случае виновна ВЭС.
Миф 3. Ветряки издают шум и инфразвук, очень вредные для окружающей среды и здоровья человека.
На самом деле, самая шумная часть ветроэлектростанции – ветровая турбина, но её звук тише, чем у газовой турбины аналогичной мощности. По правилам ВЭС строят на таком расстоянии от жилых домов, чтобы даже их сравнительно слабый шум не мешал людям. Что касается различных заболеваний, начиная от бессонницы и заканчивая раком, то существует ряд исследований, которые свидетельствуют о нулевом влиянии ветровых электростанций на здоровье человека.
Миф 4. Ветряные электростанции работают только 30% времени и не производят электричество в снег и штиль.
По факту ветроэлектростанции работают даже при слабом ветре (2-3 м/с) и в дождь, а небольшой объём производимой в таких условиях энергии уравновешивается запасами, произведёнными при более благоприятных погодных условиях. Кроме того, потребителей никогда не подключают непосредственно к электростанции: вся электроэнергия уходит в единую энергосистему (как происходит с любой электростанцией, в том числе с АЭС), а значит, все снижения выработки ВЭУ компенсируются электричеством, произведённым другими станциям.