PROBLEMS AND PROSPECTS OF WIND ENERGY SYSTEMS IN RUSSIA

DOI:https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.119.5.048

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ В РОССИИ

Обзорная статья

Горячев С.В.¹, Смолякова А.А.2, *

^1,2 Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия

^*Корреспондирующий автор (anna.smolyakova.2017[at]mail.ru)

Аннотация

Рассматриваемая тема в статье освещает актуальную на сегодняшний день проблему использования энергии ветра как основного источника питания потребителей. Ветроэнергетика в данный момент является одним из наиболее перспективных возобновляемых источников альтернативной энергии. В статье рассматривается анализ использования ветроэнергетических систем в России на территории Приволжского федерального округа в контексте состояния и перспектив развития. Исследованы основные направления повышения эффективности функционирования ветроэнергетических установок, а также целесообразность развития данной отрасли. На основе проведённого анализа можно проводить исследования по устранению той или иной проблемы ветряной энергетики. Реализация проведённых на этой базе работ может вывести ветряную энергетику на новый уровень развития.

Ключевые слова: ветроэнергетика, возобновляемые источники энергии, ресурсы, энергетические системы.

PROBLEMS AND PROSPECTS OF WIND ENERGY SYSTEMS IN RUSSIA

Review article

Goryachev S.V.¹, Smolyakova A.A.2, *

^{1, 2} Orenburg State University, Orenburg, Russia

^*Correspondent author (anna.smolyakova.2017@mail.ru)

Abstract

The topic under consideration in the article highlights the relevant problem of wind energy use as a main source of power for consumers. Wind power is currently one of the most promising renewable sources of alternative energy. The article analyzes the use of wind energy systems in Russia on the territory of the Volga Federal District in the context of its state and prospects of development. The main directions of wind power plants operations efficiency, as well as expediency of development of this industry, were studied. Based on the analysis made, research can be carried out to eliminate a particular wind energy problem. The implementation of the work done on this basis may lead the wind energy to a new level of development.

Keywords: wind energy, renewable sources of energy, resources, energy system.

Введение

Ветер может быть использован в нашей стране или в других странах мира при применении самых разных технологий. Сейчас получают все большее распространение возобновляемые источники получения энергии (ВИЭ), в том числе и в нашей стране. ВИЭ представляют на сегодня альтернативный источник энергии в сравнении с ископаемым топливом, загрязняющим атмосферу, а точнее, ее нижний слой. Использование энергии ветра позволяет исключить осуществление выброса углекислого газа -парниковых газов. Кроме того, в данном случае не производится ни одно другое загрязняющее вещество, которые могут быть связаны с ископаемым топливом.

Основная часть

ВИЭ - основной на сегодняшний день источник будущего для всех стран мира. Среди прочих существующих сейчас и относимых к числу возобновляемых источников энергии солнце, ветер, приливы. Из всех них ветер наиболее эффективен [1]. Генерация электрической энергии из возобновляемых источников в РФ сейчас увеличивается. С течением времени существующая доля возобновляемых источников энергии в энергобалансе РФ увеличилась с показателя 7,8%, по данным за 2015 г., до показателя 20,3%, по данным, полученным за 2021 г. На конец 2021 г. в нашей странев общей сложности установили порядка 3996,6 МВт мощностей, производящих возобновляемые источники энергии. При этом стоит отметить то, что сейчас на долю ветра уже приходится порядка 69% от всей мощности с установленной мощностью 2035,6 МВт. В итоге РФ оказалась сейчас пятой по величине из числа тех, кто производит энергию ветра [5, С. 27].

Существующие сейчас различные альтернативные энергетические системы очень важны для дальнейшего развития экономики. Их необходимо использовать все чаще. Это обусловлено тем, что в настоящее время отмечаются не совсем стабильные цены на энергоносители. Кроме того, стоит отметить также наблюдаемое сейчас увеличение спроса потребителей на электроэнергию, ряд экологических проблем, которые связаны с использованием привычных источников, в частности, проблема изменения климата. Сейчас ежегодно РФ потребляет всё большее и большее количество энергии, чтобы в итоге обеспечить рост экономики. Развитие сферы ветроэнергетики сейчас необходимо, чтобы начать активно применять на постоянной основе возобновляемые, а возможно, и бесконечные источники получения энергии. В настоящее время создаются все новые конструкции различных ветровых установок. При этом в них устранятся все минусы, которые были в прежних моделях.

Среди плюсов ветроэнергетики следует отметить неисчерпаемость имеющихся в наличии ресурсов (если есть атмосфера и светит солнце, происходит перемещение воздуха, используемое для того, чтобы можно было получить необходимую энергию) [3, С. 8-9]. Среди прочих плюсов следует также отметить экологичность. Это обеспечивается за счет того, что ветровые электрические станции не производят выброс в атмосферу вредных веществ. Но при этом их все же нельзя отнести к числу абсолютно экологически чистых. Причина этого в том, что подобные установки шумные, особенно это плохо ночью. Нужно отметить в числе прочего то, что деятельность электростанций на ветру важно прерывать из-за сезонного перелета птиц. Среди их плюсов создания то, что для промышленных установок требуется не более 14 суток, при этом принимают в расчет время, которое тратится на то, чтобы можно было приготовить платформу. Что касается бытовых ветрогенераторов для частных домов, то в данном случае времени затрачивается еще меньше.

Среди преимуществ в данном случае следует отметить бесконечность данного ресурса. К основным минусам относится то, что деятельность ветровых электрических станций является весьма зависимой от текущего времени года, а также от погоды. Ввиду таких изменений в итоге меняется скорость ветра. Поскольку его энергия кинетическая, она связана со скоростью. Чем она больше, чем в итоге ветровые установки способны произвести больше энергии. В итоге необходимо утилизировать станции и иные источники получения энергии и использовать специальные аккумуляторы, потребляющие большое количество энергии в дни, когда хорошо дует ветер, а затем возвращают энергию, когда наблюдается штиль. Ветряная электростанция не может находиться на любой территории. Необходимы только такие районы, в которых постоянно дует ветер.

Рассмотрим далее существующее климатическое распределение скорости, с которой дует ветер в ПФО [7, С.42-44]. ПФО является разнородным в физико−географическом смысле. Он расположен на возвышенности с долинами рек, в восточной части этого региона находится Уральское предгорье. В ПФО 3 разных растительные зоны, а именно - степная, лесная, а также лесостепная. Годовые ветровые потоки здесь определяются на основе структуры барического поля. Далее на рис. 1 отражены средние многолетние показатели скорость ветра.

Рис. 1 – Средняя многолетняя скорость ветра (м/с) на уровне флюгера:

слева – январь; справа – июль

Что касается существующих показателей пространственного распределения скоростей ветра, то они являются разнородными – самые большие показателиотмечены в центральнойчасти ПФО, а именно – в Чебоксарах, Саранске, Казани и т. д.Что касается максимальных показателей скорости ветра (а именно ≈ 7 м/с), то они отмечаются на ст. Арзамас (находящейся на территории Нижегородскойобласти), в северной части ПФО в зоне лесовсуществующие средние показатели скорости ветра составляют около 3 м/с, ввосточной части ПФО в РБ (Предуралье) скорость ветра уменьшается до показателя 2 м/с, при этомскорость ветра увеличивается ближе к месту расположения границы РФ (до показателя 4,5 м/с).

В РФ в настоящее время создана своя определенная энергетическая стратегия дальнейшего развития вплоть до 2030 г., В нейвнимание уделяется в том числедальнейшему развитию сферы ветроэнергетики [8]. Преимущество ветровых электростанций, в первую очередь, заключается в их экономической эффективности,в возможности достаточно быстрого ввода мощностей. Кроме того, следует отметить возможность наращивать ВЭС на основании модульной схемы. Эффективные с энергетической точки зрения ветровые зоны, где рационально применение на практике ВЭС, находятся в том числе на арктическом побережья, на Волге и на территории Д. Востока и т. д. Имеющиеся в наличии природный потенциал ветра – среднеезначение ветровой энергии перемещения воздушных масс над территорией за несколько лет. Из существующих рассуждений относительно экономического фактора можно сделать вывод о том, что в дальнейшем работать над развитием ветроэнергетикибудет более всего целесообразно лишь на территориях, на которых показатели средней скорости ветра -от 3 − 5 м/с, а лучше и больше. В случае, если показатели скорости ветра составляю 7 м/с и больше, то в таком случае отлично подойдут ветроэнергетические установки (ВЭУ), имеющие большую мощность, а также показатели производительности. Требуемые условия с целью определения площадок размещения ВЭУ отражены далее в табл. 1 [3].

Таблица 1 – Необходимые условия для определения площадки для размещения ВЭУ

Критерий	Значение
средние показатели скорости ветра	больше 5 м/с
длительность периода «рабочих» скоростей	9 - 25 м/с
показатели периодичности энергетических затиший	(меньше 3 м/с) 20 − 30%
малочисленные показатели коэффициентов вариации	меньше 0,3
малая повторяемость, либо отсутствие “буревых” скоростей ветра	не больше 20 м/с
отсутствие, либо малая повторяемость “ураганной” скорости ветра	не больше 33 м/с

С учетом этих данных, в итоге можно прийти к выводу о том, что сейчас довольно сложно прийти к однозначному выводу по поводу рациональности реализации большой доли ветроэнергетики в энергосистеме РФ [10]. Развитие альтернативных источников получения энергии сейчас во всем мире, в том числе в нашей стране является в общем-то неизбежным, так как запасы органического ископаемого топлива не являются безразмерными и все равно с течением времени полностью исчезнут. Ветроэнергетика имеет множество своих явных преимуществ, если проводить ее сравнение с существующей традиционной энергетикой. Применение на практике ветрогенераторов вызывает свои сложности, но эту проблему в будущем можно решить, занимаясь исследованием данного направления.

Заключение

Если суммировать сказанное выше, то можно прийти к выводу о том, что дальнейшее развитие и: увеличение доли ветроэнергетики в российской энергосистеме является целесообразным, но в любом случае это потребует законодательной помощи, а также вложения финансов. Помощь в этом должно оказать государство. Поскольку российская экономика весьма энергоемкая и имеет высокий потенциал энергоэффективности, сейчас все большей является роль развития в ТЭК ветроэнергетики.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Списоклитературы / References

1. Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики / Г. Ф. Быстрицкий. – Москва: ИНФРА-М, 2005. –278 с.
2. Безруких П.П. Ветроэнергетика / П.П.Безруких. – Москва: Интехэнерго-Издат, 2014. – 304 с.
3. Войцех О.Г. Новые перспективные ветроэлектрогенераторы / О.Г. Войцех // Инженер. − 2005. − № 11. – С.8-9.
4. Безруких П.П.Возобновляемая       энергетика:         стратегия, ресурсы, технологии / П.П.Безруких    ,Д.С.                       Стребков             . − М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005.− 264 с.
5. Абдурашитов Ш.Р. Общая энергетика: учеб. Пособие / Ш.Р. Абдурашитов.– 2-е изд., перераб. и доп. − Уфа: УГАТУ, 2006. − 334 с.
6. Алхасов А.Б. Возобновляемая энергетика. / А.Б. Алхасов. − М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. − 256 с.
7. Бежан А.В.Развитие ветроэнергетики в мире / А.В.Бежан, В.А. Минин // Энергия: экон., техн., экол. − 2007. − № 6. − С.42-44.
8. Доклад о реализации Энергетической стратегии развития России на период до 2030 года / Министерство Энергетики РФ. – 64 с.
9. Сапохин Д. А. Перспективы развития ветроэнергетики в России / Д.А. Салопихин, Д.П. Омельченко, К.А.Чебанов // RU. – 2016. –№ 11-12 (59-60) – С. 50-54.
10. Карамян О.Ю. Технологическое развитие российского топливно-энергетического комплекса под влиянием экономических санкций / О.Ю.Карамян, К.А.Чебанов, Ж.А.Соловьева // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1. – [Электронный ресурс]. – URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=18983 (дата обращения: 09.05.2022).

Список литературы на английском языке / References in English

1. Bystritsky G. F. Osnovy energetiki [Fundamentals of energy] / G. F. Bystritsky. – Moscow: INFRA-M, 2005. – 278 p. [in Russian]
2. Bezrukikh P. P. Vetroenergetika [Wind Energy]/ P. P. Bezrukikh. – Moscow: Intehenergo-Izdat, 2014. – 304 p.[in Russian]
3. Wojciech O. G. Novyye perspektivnyye vetroelektrogeneratory [New promising wind power generators] / O. G. Voytsekh // Inzhener [Engineer]. − 2005. − No 11. – pp.8-9.[in Russian]
4. Bezrukikh P.P. Vozobnovlyayemaya energetika: strategiya. resursy. tekhnologii [Renewable energy: strategy, resources, technologies] / P. P. Bezrukikh . D. S. Strebkov. − M.: GNU RESH, 2005.− 264 p.[in Russian]
5. Abdurashitov Sh.R. Obshchaya energetika: ucheb. Posobiye [General energy: studiesstipend] / Sh. R. Abdurashitov. − 2nd ed., reprint. and add. − Ufa: UGATU, 2006. − 334 p. [in Russian]
6. Alkhasov A.B. Vozobnovlyayemaya energetika [Renewable energy] / A. B. Alkhasov. − M.: FIZMATLIT, 2010. − 256 p.[in Russian]
7. Bezhan A.V. Razvitiye vetroenergetiki v mire [Development of wind power in the world] / A. V. Bezhan. V. A. Minin // Energiya: ekon., tehn., ekol. − 2007. – No. 6. − p.42-44.[in Russian]
8. Doklad o realizatsii Energeticheskoy strategii razvitiya Rossii na period do 2030 goda [Report on the implementation of the Energy Development Strategy of Russia for the period up to 2030] /Ministerstvo Energetiki RF [Ministry of Energy of the Russian Federation].– 64 p.[in Russian]
9. Sapokhin D. A. Perspektivy razvitiya vetroenergetiki v Rossii [Prospects for the development of wind power in Russia] / D. A. Salopikhin, D. P. Omelchenko, K. A. Chebanov // Neftegaz.RU. – 2016. – № 11-12 (59-60) – pp. 50-54.[in Russian]
10. Karamyan O. Yu. Tekhnologicheskoye razvitiye rossiyskogo toplivno-energeticheskogo kompleksa pod vliyaniyem ekonomicheskikh sanktsiy [Technological development of the Russian fuel and energy complex under the influence of economic sanctions] O. Yu. Karamyan, K.A.Chebanov, Zh.A. Solovyeva // Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya [Modern problems of science and education]. – 2015. – № 1; [Electronic resource].URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=18983 (accessed: 09.05.2022).[in Russian]