В 1925 г. профессор Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в ЦАГИ. Тогда авиация и ветроэнергетика шли «нога в ногу».
Для авиатора родная стихия – небо, воздушный океан. Но движение воздуха – ветер, это, скорее, для моряка. Самолеты под парусами не летают, и любой летчик или штурман воспринимает сильный боковой ветер как серьезную помеху при взлете либо посадке. Вместе с тем, ветер – это сокровищница энергетики.
Энергия ветра на земном шаре оценивается приблизительно в 200 тыс ТВт/час в год, что в 2,7 раза больше суммарного расхода энергии на планете, в десятки раз выше, чем запасы гидроэнергии всех рек мира. По оценкам специалистов, в качестве источника энергии может быть использовано до 10% этой величины (остальное, в основном, ветропотоки больших – 7-14 тыс. м – высот).
Технический потенциал ветровой энергетики России оценочно превышает 50 000 млрд кВт. час в год. Экономический потенциал составляет, примерно, 260 млрд кВт/год, что составляет треть электроэнергии, производимой всеми электростанциями России.
Все цифры носят, конечно, оценочный характер, и всегда можно найти исследование, в котором какая-либо из приведенных выше ставится под сомнение (мы привели те, которыми в практической деятельности руководствуется Международная ассоциация производителей оборудования для альтернативных источников энергии «РеЭнергетика»). Однако огромность энергетического потенциала ветровых потоков никто из специалистов под сомнение не ставит.
Как же используется этот потенциал? В Европе и Америке – неплохо. В Дании первая ветроэлектростанция была построена в 1890 (!) году, а в 1908 эта страна располагала уже 72 станциями мощностью от 5 до 25 кВт. В настоящее время в Дании совокупная мощность действующих ветроэнергетических установок составляет свыше 3500 МВт, что является девятым результатом в мире.
Последний раз детализированный сбор информации (с проверкой заявленных мощностей) проводился в 2008 году, тогда десятка лидирующих в этом направлении стран выглядела так:
 |
| Мощность действующих ветроэнергетических установок |
| Источник: Авиапанорама |
В 2009 году прирост мощностей ветроэнергетических установок составил в мире 38 104 МВт, что означало увеличение на 35%. Лидером по новым установленным мощностям стал Китай, за год установивший ветроэнергетических установок на 13 750 МВт, США установили почти 10 000 МВт, Европа – 10 738 МВт. В планах правительства Канады стоит довести к 2015 году долю электрической энергии, производимой из энергии ветра, в общем объеме электроэнергии до 10%. А Германия намеревается к 2020 году довести эту долю до 20%.
А как обстоят с этим дела у нас, в России?
В начале ХХ века ветряные установки использовались исключительно для помола зерна. Хотя в 1913 году их было более 270 тысяч, электроэнергию они, естественно, не производили. Но в 1925 г. профессор Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в ЦАГИ. Тогда авиация и ветроэнергетика «шли нога в ногу». В 1931 г. в Крыму у Балаклавы заработала крупнейшая на тот момент в мире сетевая ветроэнергетическая установка. Опорная конструкция (мачта ветродвигателя), построенная по проекту В.Т.Шухова, держала ветроагрегат с диаметром колеса 30 м, а синхронный двигатель установки имел мощность 100 кВт. Для примера интересно знать, что самые мощные на тот момент в мире ветроустановки (работавшие в Германии и Дании) имели диаметр колеса до 24 м и мощность двигателя до 70 кВт.
В первой половине 1930-х годов на юге СССР были установлены десятки ветрогенераторов (все до одного – отечественного производства). Советский Союз стал мировым лидером в этой сфере энергетики.
В 1938 г. в Крыму развернулось строительство ветростанции мощностью 5 МВт. С 1950 по 1955 годы страна производила (и в первую очередь усилиями авиационной промышленности) до 9 тысяч ветроустановок в год, мощностью до 30 кВт. Однако в конце 1960-х годов серийное производство ветроэнергетических установок было закрыто.
Время заставило вернуться к ветроэнергетике. Постановлением Совета Министров СССР «Об ускоренном развитии ветроэнергетической техники в 1988-1995 годах» предполагалось ввести к 1995 г. 57 000 ветроустановок (в том числе в 1988-1990 гг. – 14,3 тысячи). Однако головная в этом вопросе организация – «Ветроэн» – оказалась не способной выполнить задачу, и программа была сорвана.
«Ветроэн» существует и сегодня, однако масштабы его деятельности довольно скромны. Самым удачным из реализованных проектов следует, вероятно, считать Чукотскую ВЭС (ветроэнергетическую станцию), состоящую из 10 ВЭУ (ветроэнергетических установок) мощностью по 250 кВт. Эти ВЭУ – продукция самого НПО «Ветроэн». Но это, скорее, исключение. Почти все введенные за последние 20 лет ветроэнергетические станции используют импортные ветроэнергетические установки. Да и станций, и установок этих немного – все вместе взятые они едва дают 0,1% производимой в стране энергии.
По критерию «цена/качество» отечественные сетевые установки в настоящее время, к сожалению, значительно уступают зарубежным. На неплохом техническом уровне находились производимые отдельными отечественными
предприятиями (МКБ «Радуга», ЦНИИ «Электроприбор», НПО «Электросфера») малые ВЭУ. Но и мощность их невысока – от 40 Вт до 16 кВт (и лишь иногда – несколько больше), и главное – они выпускались настолько малыми партиями, что производство их с большим трудом можно назвать мелкосерийным.
Вообще, в производстве ветроэнергетических установок у нас в стране есть проблема, нами же самими для себя и созданная. Ее хорошо иллюстрирует пример с Московским машиностроительным заводом «Вперед». Он выпускал хорошие ВЭУ – «Жаворонок» и «Форвард». Однако 2 года назад их производство было прекращено. В условиях отсутствия государственного заказа для отечественной энергетики производство велось мелкими партиями, и себестоимость изделия была слишком высока. Высокая же стоимость еще более снижает количество заказов; условно постоянные расходы раскладываются на еще меньшее количество изделий; себестоимость еще растет… Такой вот замкнутый круг. Ориентируясь на импорт, энергетики лишают себя возможности и в будущем приобретать качественное отечественное оборудование. Впрочем, считают ли энергетики это «минусом» – вопрос.
Сегодня об экономической эффективности применения отечественных ВЭУ в большинстве случаев речь не идет. Недаром в определённых кругах закрепилось о них ошибочное (но вполне объяснимое) мнение как об «игрушках» или как о «дани пришедшей с Запада моде».
Но действительно ли это игрушки, не нужные нашей энергетике? Конечно же, нет. В отдаленных районах, куда технически сложно и экономически невыгодно тянуть линии электропередач, ветер – бесплатный заменитель издалека привезённого и крайне дорогого, поэтому, дизельного топлива. А постоянно дующих сильных ветров во многих из этих районов как раз немало. Но развитие ветроэнергетики полезно не только энергетике как таковой. В не меньшей, а то и в большей степени оно полезно… промышленности, и в первую очередь авиационной. В чём и как? А для ответа на эти вопросы давайте присмотримся к тому, в чём именно мы отстаём, когда речь идёт о современных мощных сетевых ветроэнергетических установках.
Начнём с внешнего, с корпуса. Западноевропейские ВЭУ стоят на композитных мачтах (по сути, высоких башнях из кремнийорганических соединений). Из композитных же материалов сделаны и лопасти. У нас для этого используется сталь. Но разве способность создать 20 метровую лопасть из композитных материалов важна только для ветроэнергетики? А в авиастроении эта технология не пригодится? Отнюдь. Вложенные в техническое и технологическое решение данной проблемы средства породят технологии, способные найти и иное применение. Они вполне могут пригодиться, скажем, в ЗАО «АэроКомпозит».
Второе слабое звено – редуктор. Но разве удачно найденные там решения будут бесполезны для вертолётостроения?
Третий момент. Отечественные (впрочем, не только отечественные) мощные генераторы слишком тяжелы для того, чтобы быть помещёнными в верхней части мачты ВЭУ. При размещении же их внизу имеют место большие потери. В ряде стран ведутся работы по созданию генераторов с использованием принципа сверхпроводимости. Такие генераторы бесценны для ветроэнергетики, т.к. в расчёте на единицу мощности они в десятки раз легче обычных. И здесь, благодаря работам, осуществляемым, главным образом, в МАИ, мы опять можем оказаться на самых передовых рубежах.
Какие же выводы можно сделать из всего вышеизложенного? И, главное, что же из этих выводов можно извлечь практически полезного?
Самый главный, по нашему мнению, такой: не будем вдаваться в анализ особенностей нашей экономики, приведшим к столь интересному факту, но отметим, что в отличие от Западной Европы, где ветроэнергетику двигают, главным образом, специализирующиеся на этом фирмы, у нас ветроэнергетика успешно развивалась, занимала лидирующие в мире позиции тогда, когда двигалась, в первую очередь, авиастроением. И потеря в конце 1960-х гг. авиационной промышленностью интереса к ветроэнергетике (по каким причинам – чего уж сейчас разбираться…) привела сначала к утере лидирующих позиций, а затем – и к серьезному отставанию.
Мы говорим именно об отрасли в целом, т.к. усилия ее отдельных компонентов (ЦАГИ, ММЗ «Вперед» и др.) желаемых результатов не дают.
И что же из такого вывода следует практического? А то, что сейчас поворот авиационной промышленности опять «лицом к ветроэнергетике» будет взаимно полезен для обеих отраслей. Одни и те же финансовые средства могут «поработать» дважды. Вложенные в создание автономной ветроэнергетической системы там, где сейчас производство электрической энергии обеспечивается привозным дизельным топливом, они послужат укреплению энергетической безопасности страны. А если условием создания такой системы будет оснащение ее обязательно отечественным оборудованием, то те же средства послужат еще и развитию промышленности и прикладной науки.
Как это должно практически осуществляться? Поскольку авиапромышленность больше не представляет из себя единого организационного целого, необходима структура, концентрирующая усилия отдельных субъектов отрасли на этом, не вполне профильном для них направлении.
Очевидно, что самым простым и результативным способом будет партнерство государства с фирмами, чья основная деятельность соответствует технологиям, применяемым при создании ВЭУ (композитное производство, производство вертолётных редукторов и т.д.). Т.е. создается ЗАО с названием, скажем, «АэроЭнергия», учредителями которого являются фирмы и (возможно, хотя и не обязательно) государство. ЗАО «АэроЭнергия» получает от государства заказ на создание на «северах», Дальнем Востоке, в других энергодефицитных районах автономных ветроэнергетических систем, использующих отечественное оборудование. «АэроЭнергия» размещает заказы на проектирование, затем – на производство оборудования, подбирает генерального подрядчика на монтаж системы, принимает у него работу и сдает систему «под ключ» инвестору (государству, местным органам управления, а возможно – если работы производились на их средства – коммерческим структурам). «АэроЭнергия» не имеет собственной проектной и, тем более, производственной базы. Ее роль – выполнять функции заказчика на всех стадиях процесса, полностью отвечать за проект от начала и до конца. Кстати, сказанное не означает, что эта фирма в каждый момент времени ведёт только один проект, – рациональная работа ЗАО должна предполагать, что «АэроЭнергия» одновременно осуществляет значительное количество проектов, находящихся на разных стадиях.
Всю практическую рутинную работу по созданию ЗАО «АэроЭнергия» журнал «Авиапанорама» готов взять на себя. Для начала нам хотелось бы знать позицию по этому вопросу тех авиастроительных (возможно, и не только авиастроительных) предприятий и фирм, которых данное предложение заинтересовало и которых мы хотели бы видеть среди учредителей данной структуры.
Александр Рубцов, редактор журнала «Авиапанорама», кандидат экономических наук, доцент
Опубликовано в журнале «Авиапанорама» №1-2014
