На значительное увеличение доли электроэнергии, производимой установками на основе ВИЭ, нацелена Энергетическая стратегия России до 2020 г. Технический потенциал ветровой энергии в стране оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч/год, экономический – примерно 260 млрд кВт·ч/год. Анатолий Сокольский, к.т.н., Всероссийский НИИ электрификации сельского хозяйства, оценивает потребность в ветроустановках в 1320 МВт их суммарной мощности.

В мире известны два типа ветроагрегатов – с горизонтальной (крыльчатые) и вертикальной (лопастные – карусельные и ортогональные) осью вращения ротора. Более 95% – с горизонтальным ротором. При некотором негативном влиянии (шум, помехи средствам связи, телевизорам, ионизация воздуха, инфразвук) они не производят загрязнения воздуха, не требуют воды для охлаждения, не вызывают теплового загрязнения и не потребляют топлива.

Мощные ветроустановки эффективны там, где ветровой поток имеет стабильные режимы: горизонтальный и постоянный, как по направлению, так и по величине – в среднем от 9 до 18 м/сек. Такой режим ветрового потока характерен для 15–20% мировой суши. В России среднемесячные скорости ветра в европейской части всего 3–4 м/с, на тихоокеанском побережье – 7–8, на побережье Северного Ледовитого океана, на Северном Кавказе, Северо-Западе – 5-6 м/с, в Восточной Сибири – 3 м/с, в центре – 1м/с (рис. 1).

Поэтому, в отличие от европейских стран, в России пока всего пять больших ветроэлектростанций, подключенных к центральной энергосистеме: калининградская (Куликово) – 5,1 МВт, башкирская (Тюпкильды) – 2,2 МВт, Калмыцкая – 1 МВт, Воркутинская – 1,5 МВт, Ростовская ВЭС – 0,3 МВт.

Более широкое распространение находят малые ВЭУ (мощностью до 100 кВт), особенно для автономного питания потребителей: водоснабжение (подъем воды из колодцев и скважин, ирригация), производство электроэнергии на удаленных хуторах и фермерских хозяйствах. Сейчас в России выпускают в основном малые ветроустановки мощностью 500 Вт – 16 кВт, впрочем, разработаны и эксплуатируются в северных регионах ВЭУ на 100 и 250 кВт, в Калмыкии идут испытания ВЭУ мегаваттного класса. Вместе с тем отставание России от ведущих европейских стран как в области разработок, так и в практическом применении ВЭУ разительно.

Среди отечественных предприятий и организаций, работающих в области малой ветроэнергетики, можно выделить следующие: Всероссийский НИИ электрификации сельского хозяйства (Москва); машиностроительное КБ “Радуга” (Дубна, Московская обл.) – единичные образцы ВЭУ мощностью 1 и 8 кВт.; научный центр РФ – ФГУП ЦНИИ “Электроприбор” (С.-Петербург) и дочернее предприятие завод “Азимут Электроприбор” – малые серии ВЭУ мощностью 0,04; 0,2; 0,3; 0,5 кВт.; НПК “Ветроток” (Екатеринбург) – единичные образцы ВЭУ мощностью 4,2 и 16 кВт, тепловые аккумуляторы, электрические электродные котлы; ЗАО “Элмотрон” (Новосибирск) – единичные образцы ВЭУ мощностью 1 и 2 кВт, и некоторые другие предприятия.

Серийно выпускает ВЭУ в России только ФГУП ЦНИИ “Электроприбор”. Здесь разработаны установки двух классов. УВЭ-500М массой комплекта до 60 кг. Используются как переносные, не требуют фундаментов и при средней скорости ветра 5 м/с дают до 100 кВт·ч в месяц. УВЭ-1000/1500 массой более 150 кг – стационарные, с фундаментом – обеспечивают выработку до 150 кВт·ч. Всего “Электроприбор” поставил около 3000 установок, в т.ч. 40% на экспорт, а способен выпускать до 500 в год с удельной себестоимостью $1,2/Вт, что существенно ниже стоимости зарубежных аналогов.

На практике часто используются комбинированные (гибридные) ветро-солнечные и ветро-дизельные установки, позволяющие обеспечивать более равномерную выработку электроэнергии, поскольку при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной – наоборот, усиливается. Гибридные ветро-дизельные системы мощностью от 2 до 500 кВт различных конструкций и назначения разрабатываются в рамках Федеральной программы энергоснабжения удаленных территорий Крайнего Севера.

Ветряной поток воздуха, проходящий через сечение 100 кв. м со скоростью 10 м/с, содержит порядка 48,5 кВт в виде кинетической энергии. Наиболее распространенный тип ВЭУ – ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей – чаще всего 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, которая находится на верху мачты.

Андрей Титов, директор по продажам ЗАО “Ветряные установки” (С.-Петербург):

– Ветрогенераторы нашего производства мощностью от 0,2 до 10кВт актуальны для коттеджей, фермерских, рыбных хозяйств, складов и востребованы во многих регионах. В последнее время ветроустановками заинтересовались операторы сотовой связи: ряд поставок были сделаны для “Енисей-Телеком”, Хабаровский край. Ветрогенераторы установлены для энергообеспечения комплексов сотовых вышек в отдаленных регионах, на побережье, где нет возможности проведения сетей. Активное развитие получает сегмент небольших ветропарков для обеспечения электроэнергии малонаселенных труднодоступных поселений.

Фирма “Сапсан” (С.-Петербург) предлагает систему бесперебойного электроснабжения, состоящую из ВЭУ “Сапсан-1” мощностью 1 кВт, генератора с приводом от ДВС (на пропан-бутановой смеси) и аккумуляторной батареи. Даже при неблагоприятных ветровых условиях ВЭУ способна вырабатывать около 100 кВт·ч в месяц.

Энергопотребление одного сельского дома с учетом освещения, холодильника, погружного насоса, электрочайника и телевизора находится на уровне 6–7 кВт·ч в сутки. Максимальная потребляемая мощность – 4 кВт. При среднегодовой скорости ветра 6 м/с “Сапсан-1” производит до 8 кВт·ч в сутки, а избыточная электроэнергия накапливается в аккумуляторной батарее, что создает запас энергии на случай безветрия.

ООО “ГРЦ-Вертикаль” (Челябинская обл.) выпускает ВЭУ мощностью до 100 кВт с вертикальной осью вращения. “Ортогональный” тип ветрогенераторов мало распространен, однако имеет бесспорное преимущество в виде очень малой скорости ветра, необходимой для начала работы установки. Разработки ООО “ГРЦ-Вертикаль” ведутся совместно с Национальной Лабораторией Беркли (США). В результате создана оптимальная форма лопасти, защищенная патентами России и США. Установка обеспечивает реальный КПД до 38% (планируется до 45%) при любом направлении ветра. Оригинальная конструкция ветро-ротора (ветроколеса) делает возможной самораскрутку на скорости ветра 3,5 м/сек, плавную работу за счет смещения верхних лопастей относительно нижних на 60 градусов, оптимальный угол атаки лопастей. Одно из основных его достоинств – способность “ловить” порывы ветра: т.е. при 1 или даже 0,1 м/сек по анемометру ротор будет крутиться так, как будто скорость ветра 6 м/сек. При усилении ветра скорость стабилизируется за счет т. н. “аэродинамических тормозов”. Генератор ВЭУ выпускается в нескольких модификациях и выдает 24, 48 или 96 В постоянного тока. Аккумуляторы – обычные автомобильные на 12 В.