Большая часть территорий Земли, населенных людьми, расположена в регионах с холодным или полярным климатом. Крайний север Азии, Европы, Северной Америки, горные районы всего мира, крайний юг Патагонии, Антарктида полностью относятся к такими территориями.

Общая особенность климата данных регионов – зима продолжительностью до 300 дней в году, с морозами и снегом, морозы здесь достигают -35-50°С. За короткий летний период температура только иногда достигает +20°С. На этих территориях дуют устойчивые и сильные ветра, тем более зимой и в переходные времена – весной и осенью. Здесь отмечается интенсивное потребление электрической и тепловой энергии населением и объектами промышленности. На заполярных территориях во время продолжительного периода наблюдается темнота в течение суток – во время полярной ночи, а во время полярного дня - круглосуточное сияние солнца.

Мировая статистика демонстрирует то, что в таких районах сконцентрирован большой ветроэнергетический потенциал. Но практически использовать можно лишь его небольшую часть. Главная причина этого - малая плотность населения (в среднем менее 0,1 человека на 1 км²), а также низкое потребление энергии, в абсолютных показателях. Следующая важная причина – малое количество, а иногда отсутствие в данных регионах крупных промышленных потребителей. Инфраструктура недостаточно развита (высоковольтные линии электропередач, дороги). Основная часть населения этих районов проживает в деревнях, поселках, небольших городах. Главным источником электроэнергии здесь являются дизельные электростанции (ДЭС). Тепло генерируется на мелких котельных или бойлерами, дома отапливаются обычными печами на дровах или угле.

Рассредоточенное расположение малых потребителей и удаленность их от ключевых баз топливоснабжения приводит к значительным транспортным расходам и большой итоговой цене топлива у потребителя. Иногда дизельное топливо привозится потребителям даже самолетами! Поэтому большой рост цен на топливо здесь неизбежен. Цена электрической энергии, которая получается на базе дорогостоящего топлива, тоже высока.

Даже в России, где правительство старается сдерживать цены на топливо субсидированием топливно-энергетического комплекса в таких регионах, стоимость электрической энергии в далеких рыболовецких деревнях, находящихся на берегах Северного Ледовитого океана, приравнивается к 30-50 центов США за киловатт-час. Такая цена на электрическую энергию делает ее генерирование ветроэнергетическими установками (ВЭУ) конкурентоспособным в сравнении с получением электроэнергии на основе дизель-генераторов.

• Ветроэнергетика и ветроэнергетические установки в условиях Заполярья. Часть 2
• Японцы будут на Камчатке тестировать арктические ВЭС
• Якутия переходит на альтернативную энергетику
• Уникальная электростанция была открыта на Байкале
• СП «Энергия арктического ветра» создаст в Приморье ветряной парк
• Солнечная ветряная электростанция будет запущена в Иркутской области
• Перспективы ветроэнергетики в России
• Осенью на Курилах появится ветродизельная электростанция

Но приобрести новую ВЭУ, тем более для работы в роли автономного источника энергии или для применения его в гибридной схеме электроснабжения для коммунального или частного потребителя пока еще очень дорого. Сегодня нет никакого экономического или административного механизма, который бы поддерживал развитие ВЭУ в России.

Направления развития ветроэнергетики в условиях Заполярья

Как говорилось выше, население территорий Севера проживает в малых населенных пунктах. Здесь есть специфические объекты, такие как маяки, пограничные заставы, метеорологические станции, объекты специального назначения, характеризующиеся небольшим потреблением энергии и топлива, но при этом нуждающиеся в высокой надежности снабжения энергией. Такие потребители заинтересованы во внедрении ветроэнергетики в виде маломасштабных ветроэнергетических установок с разной степенью надежности.

Для рыболовецких деревень и аналогичных потребителей степень надежности энергоснабжения может быть не самой высокой, для них подойдут гибридные системы ветроэнергетических установок + ДЭС без аккумуляторных батарей. Но для систем навигации, связи и военных объектов источник питания электроэнергией должен быть очень надежным, и здесь необходимо применять одну или две ветроэнергетических установок одновременно с двумя дизельными генераторами и системой аккумулирования энергии.

Первым направлением развития ветряной энергетики в условиях Крайнего Севера и Заполярья является внедрение децентрализованных потребителей малых ВЭУ (отдельных и в составе гибридных схем с ДЭС и аккумуляторными батареями или с дизельными генераторами) в схемы энергоснабжения. Самым большим препятствием на дороге развития малой ветряной энергетики является большая стоимость ветряных установок. Удельная стоимость ВЭУ, мощность которой до 50 кВт, достигает 2000-3000 долларов за 1 кВт установленной мощности.

Следующее направление развития ветроэнергетики – применение ВЭУ в составе развитой электросети. Оно в большой степени зависит от промышленного развития региона в целом. Часто территории, находящиеся в областях с полярным или холодным климатом, имеют богатые запасы минеральных ресурсов, и поэтому промышленными объектами здесь в основном являются шахты, рудники, заводы по производству черных и цветных металлов. Металлургия – энергоемкая отрасль, поэтому вокруг таких образований промышленности имеются высоковольтные электросети, вспомогательные предприятия, дороги, т.е. вся необходимая инфраструктура.

В большинстве стран (США, Канаде, Норвегии, Швеции, Финляндии, России, Аргентине и других) в качестве первых источников энергии исторически использовались гидроэнергетические ресурсы. Сегодня присутствие в таких энергосистемах большей доли генерирующих мощностей ГЭС, тем более с крупными водохранилищами, может компенсировать нестабильное во времени генерирование электрической энергии на ветроэнергетических установках. Например, на Кольском полуострове в России 1500 МВт установленной мощности гидроэлектростанций компенсируют выработку ветряных парков суммарной мощностью минимум 500 МВт, а учитывая возможную реконструкцию и расширение ГЭС – еще больше. Такие площадки эффективны больше для крупномасштабного использования ветряной энергии в областях с холодным климатом.

Преимущества использования ветроэнергетических установок в холодных климатических и заполярных условиях

Использование энергии ветра в холодных климатических условиях имеет три положительных стороны.

Во-первых, у холодного воздуха плотность больше, чем у теплого, поэтому при той же скорости здесь выработка энергии выше.

При снижении температуры воздуха с +15 до -15°С мощность ВЭУ увеличивается на 11%. Снижение же атмосферного давления с 770 до730 ммртутного столба уменьшает мощность ветроэнергетической установки на 6%. Это значит, что получить в нестабильных климатических условиях Севера дополнительную мощность будет сложно.

Во-вторых, регионам с холодным климатом свойственно высокое удельное потребление электроэнергии и тепла.

В-третьих, в этих регионах высокие цены на тепло и электроэнергию, вырабатываемые в котельных и на электростанциях с применением угля, дизельного топлива или мазута в качестве топлива.

Перечисленные предпосылки являются стимулом для внедрения энергии ветра в энергетические системы потребителей Севера. Нужно помнить о том, что в регионах с суровым климатом повышение качества условий жизни имеет значение намного больше для населения, чем, например, в средней полосе России.