ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СОВРЕМЕННЫХ ВЕТРОВЫХ УСТАНОВОК НА ТЕРРИТОРИИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Кубанский государственный университет»

(ФБГОУ ВПО «КубГУ»)

Кафедра физической географии

ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ В ГАК

Заведующий кафедрой

канд. геогр. наук, профессор

____________ Ю. Я. Нагалевский

(подпись)

______________________ 2014 г.

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СОВРЕМЕННЫХ ВЕТРОВЫХ УСТАНОВОК НА ТЕРРИТОРИИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

Работу выполнил ____________________________________ П. Е. Клочков

(подпись, дата)

Факультет _______________________________________________________

Специальность ___________020401.65_______________________________

Научный руководитель

канд. геогр. наук, доцент ____________________________ М.А. Будовская

(подпись, дата)

Нормоконтролер_________________________________________________

(подпись, дата)

Краснодар 2014
Содержание

[1] Глобальные проблемы энергетики мира и пути их решения [2] История использования энергии ветра [3] Мировой опыт использования ветроэнергетики [4] Ветроэнергетика за рубежом [5] Ветроэнергетика в России [6] Физико-географические предпосылки развития ветроэнергетики [7] Географическое положение [8] Тектоника, геологическое строение, рельеф [9] Гидрографическая сеть [10] Почвенно-растительный покров [11] Климатические ресурсы ветроэнергетики [12] Ветры северо – восточной части Черного моря [13] Фундаментальные знания в ветроэнергетике [14] Виды ветроустановок [15] По конструктивному исполнению [16] По конструкции лопастей [17] По схеме работы [18] По месту размещения [18.0.1] Воздушные [19] Малые ветрогенераторы [20] Состояние Энергетики Краснодарского края, основные проблемы [21] Перспективы объединения энергосистем Краснодарского края и республики Крым [22] Предварительное исследования энергетического потенциала ветров Краснодарского края [23] Ветроэнергетический потенциал Азовского моря и водохранилищ Краснодарского края. [24] Затраты, связанные с установкой и эксплуатацией ВЭУ [25] Экологические аспекты ветроэнергетики [26] Недостатки ветроэнергетики [27] Заключение [28] Приложения

Введение

Краснодарский край является интенсивно экономически развивающимся регионом. По активности строительства жилищных и промышленных объектов он относится к лидерам в России. Одновременно край испытывает серьезнейший дефицит энергии, производимой на его территории. По энергообеспеченности Краснодарский край постоянно занимает последнее и предпоследнее места среди других регионов. Даже строительство новой ТЭС перед олимпиадой в Сочи и увеличение мощностей Краснодарской ТЭЦ не смогли изменить эту ситуацию.

Также территория Краснодарского края является рекреационной зоной, ценнейшим экологическим объектом, где строительство углеродосжигающих электростанций нежелательно, вследствие высокой степени загрязнения ими окружающей среды. Строительство АЭС тоже недопустимо из-за сейсмической активности территории. Поэтому я в своей дипломной работе решил рассмотреть возможности «альтернативных» источников электроэнергии, в частности ветровой энергии, т.к. ветроэнергетический потенциал территории края велик. Особое место в дипломной работе занял анализ ветроэнергетического потенциала водных пространств запада и северо-запада Краснодарского края, мелководья Черного и Азовского морей, акватории лиманов и водохранилищ, не используемых или слабо используемых в рекреационных и хозяйственных целях, имеющих показатели скорости и постоянства ветра, больше, чем на суше, не рассматриваемые большинством исследователей из-за непривычности места размещения.

Также за основу для сравнения успешного развития ветроэнергетики мною был взят полуостров Крым, т.к. две территории - Краснодарский край и Крым имеют много общего по своим физико-географическим характеристикам: расположению на юге территории страны, окруженности морями, наличием горной системы, силе и направлению ветров, так и состоянием электросетей (крайняя степень изношенности),высоким энергодефицитом.

Но, в развитии ВЭС Крым ушёл вперёд, там уже построены каскады ветрогенераторов, была изменена законодательная база государства Украины, в т.ч. были приняты «зеленые тарифы», способствующие развитию альтернативной энергетики. Изменение статуса Крыма и присоединение его к Российской Федерации временно приостановило развитие отрасли, т.к. она финансировалась зарубежными инвесторами. Открылись новые перспективы, пока ещё обсуждаемые - соединения энергосистем двух регионов Краснодарского края и Республики Крым в единый комплекс.

Целью моей дипломной работы является комплексное исследование возможности размещения ветроэнергетических электростанций на территории Краснодарского края, а также дальнейших перспектив развития ветроэнергетики на Кубани.

Задачи:

1. Проанализировать розу ветров Краснодарского края (оценить скорость ветра в разные сезоны, порывистость), выделить наиболее оптимальные зоны для размещения ВЭС, расположенные как на суше, так и в акваториях водных бассейнов;

2. Изучить виды ВЭС, мировой опыт строительства и эксплуатации и возможности перенесения его применительно к условиям Краснодарского края;

3. Исследовать экологическое воздействие ветрогенераторов на окружающую среду;

4. Рассмотреть состояние энергетического комплекса Краснодарского края;

5. Изучить энергетическое законодательство и комфортность законов для строительства «зеленых ЭС», а также их экономическую рентабельность;

1. Глобальные проблемы энергетики мира и пути их решения

В современном мире активно добываются топливные полезные ископаемые, строятся новые и новые электростанции, мировая экономика развивается невиданными темпами, народное хозяйство требует все больше сырья и топлива. Один энергетический кризис сменяет другой. Миллиарды долларов вкладываются в фантастические проекты по добыче топлива на Луне. Идет борьба за шельфовые зоны Северного Ледовитого океана. Энергетическая проблема остается одной из самых острых.

Это объясняется, во-первых, растущим разрывом между высокими темпами развития энергоемких производств развитых (а в ближайшей перспективе и развивающихся) стран и запасами невозобновимых энергоресурсов (нефть, газ, уголь); во-вторых, негативными экологическими последствиями развития энергетики при сохранении традиционной структуры топливно-энергетического баланса (ТЭБ), при резком преобладании загрязняющих видов топлива (около 85% ТЭБ). Оба эти аспекта тесно взаимосвязаны, так как применение возобновимых источников энергии могло бы значительно облегчить и ресурсную и экологическую напряженность в мире.

Мировое сообщество пугает перспектива истощения топливных ресурсов. Некоторые страны, такие как Китай, США законсервировали на будущее свои основные запасы и экспортируют топливо в третьих странах. Подсчитано, что при современных (не увеличивающихся) объемах энергопотребления, разведанных запасов органического топлива, на Земле хватит примерно на 150 лет, в том числе нефти — на 30, газа — на 50 и угля — на 410 лет (точка отсчета — 2000г.). Иногда эти прогнозы, высказываемые различными учеными, несколько не совпадают между собой, но разница в прогнозах составляет около 20 лет. Таким образом, ограниченность природных запасов углеводородного сырья составляют сегодня главный стержень глобальной энергетической проблемы.

Конечно, по мере расширения поисковых работ достоверные запасы нефти, газа, угля, сланцев возрастают, но растет и энергопотребление. Во всем мире переходят к разработке месторождений сырья, менее продуктивных или расположенных в труднодоступных районах со сложными природными условиями, что сильно удорожает добычу. Так, эксплуатация нефти с буровых платформ на шельфе Мирового океана обходится гораздо дороже, чем на богатейших месторождениях Ближнего Востока. Во многих странах массовое бурение на нефть и газ ведется уже на глубинах 5—6 км. Истощение ресурсов заставило ведущие страны мира начать вырабатывать новую ресурсосберегающую политику, но она, на сегодняшний момент не является хорошо разработанной и эффективной.

Впервые об энергетической проблеме заговорили в середине 70х годов, когда на Западе разразился экономический кризис. В течение многих лет нефть оставалась самым дешевым и доступным видом топлива. Благодаря ее дешевизне стоимость энергии долгое время не изменялась, хотя ее потребление нарастало очень быстро. Арабские нефтедобывающие страны воспользовались продажей нефти как «политическим оружием» в борьбе за свои права и резко повысили на нее цены. Таким образом, основу энергетического кризиса составляли причины не только экономические, но и политические, социальные. Кризис знаменовал собой конец эпохи дешевых источников энергии. Было поставлено под сомнение использование нефти и газа в качестве энергетических ресурсов будущего. Нельзя забывать, что эти ресурсы — ценнейшее сырье для химической промышленности.

Итак, в настоящее время основы мировой энергетики базируется на невозобновимых источниках энергии — горючих органических и минеральных ископаемых, а также на энергии рек и атома. В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ и уголь. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей с попытками уменьшить долю органического топлива в мировом энергетическом балансе.

Человечество уже сегодня вступило в переходный период — от энергетики, базирующейся на органических природных ресурсах, которые ограничены, к энергетике на практически неисчерпаемой основе (энергия волн и приливов, солнечная радиация, тепло Земли и т. д.). Для этого периода характерны развитие энергосберегающих технологий и всемерная экономия энергии, а также использование нетрадиционных видов энергетики, в частности энергии ветра.

1. История использования энергии ветра

Самым первым применением энергии ветра, известном сегодня, считается использование паруса для приведения в движение лодок и кораблей.

Паруса как вспомогательный источник движущей силы на гребных военных и транспортных судах применялись в Древнем Египте, Древней Греции, Древнем Риме и других странах древнего мира. Наивысшего развития парусный флот достиг к середине 19 века. В современном флоте парус используются на спортивных, прогулочных и учебных судах. Ужесточение требований, связанное с охраной окружающей среды, привело к разработке и постройке ряда коммерческих парусных судов.

Но парус не предназначался для извлечения из него иной механической энергии кроме движения судов.

В Древнем Египте за три с половиной тысячи лет до нашей эры применялись ветровые двигатели для подъема воды и размола зерна. За пятьдесят с лишним веков ветряные мельницы почти не изменили свой облик. Например, в Англии имеется мельница, построенная в середине XVII в. Несмотря на свой преклонный возраст, она исправно трудится и по сей день. В России до революции насчитывалось приблизительно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых составляла около 1,5 млн. кВт. На них размалывалось до 3 млрд. пудов зерна в год.

Появлением ветряных мельниц, была облегчена одна из самых тяжелых крестьянских работ - вращение тяжелых каменных жерновов, перетирающих зерно в муку. Теперь это делал ветер, крутя крылья мельницы. Одна из первых ветряных мельниц была найдена в Персии - в ней крылья были насажены на ту же ось, что и жернова. Всем была хороша персидская мельница, но вот беда - она могла работать лишь при сильном устойчивом ветре. Когда его порывы стихали, вращать жернова приходилось по старинке - с помощью быков, а то и рабов. И вот, приблизительно шестьсот лет назад, началось строительство мельниц башенного типа с огромными крыльями, расположенными горизонтально к поверхности земли. Одна из первых таких мельниц появилась в Голландии, издавна славившейся изобретательными мастерами. В 1745 году некий Эдмунд Ли осчастливил мельников изобретением нового типа крыльев - деревянных каркасов, обтянутых материей. Выдумка оказалась настолько удачной, что применяется в ветряных мельницах и сейчас.

Ветряные мельницы оказались прекрасными источниками даровой энергии. Неудивительно, что со временем их стали использовать не только для размола зерна. Ветряки вращали дисковые пилы на больших лесопилках, поднимали грузы на большие высоты, использовались для подъема воды. Наряду с водяными мельницами они оставались, практически, самыми мощными машинами прошлого. В той же Голландии, например, где ветряков было больше всего, они успешно работали до середины нашего века. Часть их действует и в настоящее время.

Время шло, и люди все чаще задумывались о ветре как о источнике энергии. Наступил такой этап развития технологии, когда стали строить электрогенераторы. И в Дании в 1890 году построили первый ветрогенератор для производства электричества. Такие генераторы устанавливались в труднодоступных местах, куда было неудобно или невыгодно передавать ток с обычных электростанций. В конце концов, ветровые турбины стали давать четверть всей нужной датской промышленности энергии. Между 1920 и 1930 годами ветровые генераторы стали появляться в Австралии и США. В 1937 году в Крыму была построена крупнейшая в мире, как говорили тогда, ветроэлектрическая станция. Она действительно была внушительных размеров, но ток, который ветрогенератор давал в электрическую сеть Севастополя, мощностью своей не превышал 100 кВт.

1. Мировой опыт использования ветроэнергетики
   1. Ветроэнергетика за рубежом

По данным Global Wind Energy Council в 2012 году установленная мощность ветроэлектростанций в мире достигла 282 ГВт, что превышает суммарную мощность всех электростанций России и сопоставимо с мощностью всех АЭС на планете. Однако дают они только около 2,4% всей мировой электроэнергии, хотя в отдельных европейских странах, например в Дании или Испании, их доля приближается к 20%. То есть ветроэнергетика так и не стала преобладающей в общей системе выработки электроэнергии в мире. Да и на все остальные возобновляемые нетрадиционные источники энергии, включая энергию приливов и отливов, солнца, геотермальную энергию, пришлось всего 3,7%.

После нескольких десятилетий роста, мощной информационной и финансовой поддержки возобновляемой энергетики заметных изменений в мире не произошло. Даже то,что Европе и США производители «зелёной» энергии поддерживаются на государственном уровне не увеличило долю ВЭС по сравнению с другими электростанциями. В частности, в портфеле энергосбытовых компаний должна быть обязательная доля энергии возобновляемых источников — только в этом случае гарантируется сбыт. К тому же во многих странах для производителей возобновляемой энергии действуют налоговые льготы. Между тем после бурного роста числа ветровых генераторов энергии в последние полтора десятилетия отмечается его некоторое замедление: в 2011–2012 годах темпы ввода в эксплуатацию установленных мощностей ветроэнергостанций были самыми низкими за последние 16 лет.

Особенно это заметно в Европе. Возможно, подобное замедление связано с разразившимся экономическим кризисом, но вероятна и другая причина — территориальные «ресурсы» Старого Света близки к исчерпанию, то есть ветроэнергоустановки в Европе уже просто негде строить. По данным агентства Bloomberg New Energy Finance, в 2013 году по данным инвестиции в возобновляемую энергетику в мире в целом сократились на 11%, при этом они продолжали расти в азиатских странах. Следует добавить, что 15 лет назад более половины всех ветроэнергетических мощностей мира приходилось на США, затем резко вырвалась вперёд Европа, и в последние годы лидерство захватил Китай.(Таблица 10 приложение)

Одна из наиболее известных установок мега класса "Гровиан" была создана в Германии, ее номинальная мощность — 3 МВт. Но самое широкое развитие ветроэнергетика получила в США. Еще в 1941 г. там была построена первая ВЭС мощностью 1250 кВт, а сейчас общая мощность всех ВЭС в этой стране достигает 1300 МВт, причем среди них есть гиганты с мощностью до 4 МВт (табл.1 в приложении). Хотя ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня коммерческой зрелости, но даже в местах с благоприятными скоростями ветра они с трудом конкурируют с традиционными источниками электроснабжения. Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра в механическую работу, в подавляющем большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению ветра. Намного реже применяются устройства с вертикальным валом (табл.2 в приложении).

Наряду с этим создаются ВЭУ и с существенно большей единичной мощностью. В 1978 г. в США была создана первая экспериментальная ВЭУ мегаваттного класса с расчетной мощностью 2 МВт. Вслед за этим в 1979-1982 гг. в США были сооружены и испытаны 5 ВЭУ с единичной мощностью 2,5 МВт. Самая большая к тому времени ВЭУ (Гровиан) мощностью 3 МВт была сооружена в Германии в 1984 г., но, к сожалению, она проработала лишь несколько сот часов. Построенные несколько позже в Швеции ВЭУ WTS-3 и WTS-4 мощностью соответственно 5 и 4 МВт были установлены в Швеции и США и проработали первая 20, а вторая 10 тыс.ч.

В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан в основном с автономными установками малой мощности, которые могут использоваться в деревнях, удаленных от систем централизованного электроснабжения. Такие установки уже сегодня конкурентоспособны с дизелями, работающими на привозимом топливе. Однако в некоторых случаях непостоянство скорости ветра заставляет либо устанавливать параллельно с ВЭУ аккумуляторную батарею, либо резервировать ее установкой на органическом топливе. Естественно, это повышает стоимость установки и ее эксплуатации, поэтому распространение таких установок пока невелико.

Во многих развитых странах существуют государственные программы развития возобновляемых источников энергии, в том числе и ветроэнергетики. Благодаря этим программам решаются научно-технические, энергетические, экологические, социальные и образовательные задачи. Генераторами проектов возобновляемых источников энергии в Европе являются исследовательские центры (Riso, NREL, Sandia, ECN, TNO, NLR, FFA, D(FV)LR, CIEMAT и др.), университеты и заинтересованные компании.

Благоприятные условия для развития энергетики позволят к 2020 г. увеличить потребление электрической энергии на 30%, в том числе за счет возобновляемых источников энергии,- на 15%.

Так соотношения для выработки электроэнергии различными возобновляемыми источниками энергии в странах Европы по оптимистическим и пессимистическим прогнозам до 2020 года приведены (таблице 3 в приложении). Прогноз составлен на основании анализа темпов прироста установленной мощности различных видов возобновляемых источников энергии в странах Европейского Союза. Доля ветровой энергии будет составлять по пессимистической оценке 15%, по оптимистической оценке 16%.

1. Ветроэнергетика в России

Первая ветровая электростанция на территории России была построена в бывшем СССР в 1931году, для своего времени она была самой мощной в мире. Однако жесткая ориентация на большую гидроэнергетику и угольно-ядерную стратегию надолго затормозило развитие ветроэнергетики. Выпускаемые единственным предприятием СССР “Ветроэн” ветроустановки не отвечали современным требованиям и представлениям высоких технологий ветроэнергетической индустрии. Толчком для дальнейшего продвижения и создания ветроэнергетического оборудования стала федеральная научно-техническая программа “Экологически чистая энергетика”. Для участия и получения финансирования были отобраны лучшие проекты ветроэнергетических установок различных классов по мощности. Были разработаны проекты ветроагрегатов мощностью до 30 кВт , 100 кВт, 250 кВт, и даже 1250 кВт.

Начавшаяся перестройка, развал экономики и прекращение финансирования по программе не позволила довести указанные проекты до коммерческого уровня. Почти все проекты остались на уровне опытных и макетных образцов

В настоящее время Россия имеет малую, по сравнению с мировыми лидерами, суммарную установленную мощность ВЭС — около 13,9 МВт (Калининградская область — 5,1 МВт, Воркута — 1,5 МВт, Чукотка — 2,5 МВт, Башкирия — 2,0 МВт, Саратовская область — 0,3 МВт, о-в Беринга — 0,5 МВт, Приморье — 2,0 МВт), что в сумме составляет примерно 0,007% от всех электрогенерирующих мощностей РФ.

Проектируемые Ленинградская (75 МВт) и Балтийская (50 МВт) ВЭС, смогли бы повысить вклад ВЭС в общую электрическую мощность России примерно до 0,07%. [21]

Сегодня возможны следующие сценарии развития ветроэнергетики в России:

закупка и монтаж зарубежных ветроагегатов;

трансферт западных технологий и организация производства в России;

кооперация с зарубежными фирмами и производство ветроагегатов в России;

организация собственного производства;

Для России предпочтительней третий сценарий, однако, он сдерживается существующим налоговым законодательством, монополией производителей электроэнергии, отсутствием инвестиций.

В регионах России к 2020 планируется строительство 16 ветряных электростанций. Такие данные содержатся в схеме территориального планирования в энергетике России до 2020 года, схему утвердил премьер-министр РФ Дмитрий Медведев. Так Распоряжение Правительства Российской Федерации от 28 мая 2013 г. N 861-р г, которое гласит что Минэнерго России с участием некоммерческого партнерства "Совет рынка" до 1 января 2016 г. должно провести анализ фактических капитальных затрат на строительство генерирующих объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии, и представить в Правительство Российской Федерации предложения по изменению предельных величин капитальных затрат на возведение 1 кВт установленной мощности генерирующего объекта, предусмотренных приложением N 4 к Основным направлениям государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года, по годам и по видам генерирующих объектов, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии. (Таблица 4 в приложении) По данным таблицы становится понятно, что основной упор будет направлен на строительство новых ветропарков.

Основная цель строительства ветряных электростанций - увеличение энергетического потенциала регионов. Только в Калининградской области ВЭС планируется построить для обеспечения электроэнергией промышленных и бытовых потребителей области. Установленная мощность объектов - от 100 МВт до 1000 МВт. Ввод в эксплуатацию - начиная с 2020 года.

Большинство ветровых электростанций - пять объектов планируется построить в Южном федеральном округе. Так, в Астрахани запланировано строительство Астраханской ВЭС установленной мощностью 100 МВт. Ориентировочный срок ввода в эксплуатацию - 2030 год.

В Волгоградской области будет построен ветропарк "Нижняя Волга" мощностью 100 МВт в 2025 году и 900 МВт - в 2030 году.

В Яшкульском районе Калмыкии запланировано сооружение двух ветряных электростанций - Приютненской ВЭС в 2020 году, установленной мощностью 150 МВт, Поворотного ветропарка - в 2020 году, установленной мощностью 300 МВт.

В Северо-Западном федеральном округе запланировано строительство четырех ветряных электростанций - двух в Мурманской области и по одной в Ленинградской и Калининградской.

Два ветропарка - Лодейное и Кольский вводятся в рамках проекта развития нетрадиционной и возобновляемой энергетики на Кольском полуострове. Ветропарк в поселке Лодейное установленной мощностью 300 МВт планируется построить в 2025 году, Кольский ветропарк установленной мощностью 500 МВт - в 2030 году.

Ветровая электростанция в Усть-Луге (Ленинградская область) будет запущена в 2030 году, установленная мощность - 300 МВт.

ВЭС в Калининграде будет запущена в 2025 году, установленная мощность на момент запуска 80 МВт, в 2030 году - 200 МВт.

В Приволжском федеральном округе предусмотрено сооружение трех ВЭС: в Нижегородской, Оренбургской и Саратовской областях. Все три - в 2030 году.

В Нижегородской и Оренбургской облостях установленная мощность станций составит 350 МВт.

Установленная мощность ветропарка "Средняя Волга" в Саратовской области запланирована на уровне 1000 МВт.

В Центральном федеральном округе будет построена одна ветряная электростанция - в Дмитровском районе Подмосковья в 2030 году, установленная мощность - 100 МВт.

В Краснодарском крае к 2025 будет построено несколько ветропарков установленной мощностью 1000 МВт.

На Дальнем Востоке, в Приморье, ввод в эксплуатацию объекта запланирован на 2025 год с установленной мощностью 100 МВт.

В Сибири установленная мощность Омского ветропарка составит 100 МВт в 2030 году. Вместе с тем нужно отметить, что альтернативная энергетика в мире развивается в основном за счет государственной поддержки. В России таковой пока нет. Но инвесторы и разработчики проектов ждут когда в российском правительстве примут решение утвердить нормативно-правовые акты по введению механизма фиксированных надбавок к цене энергии ВИЭ сверх цены оптового рынка. Это приведет к тому, что срок окупаемости проектов снизится. В стране существуют десятки площадок, где проведены предпроектные исследования и ветромониторинг. [22]

1. Физико-географические предпосылки развития ветроэнергетики
   1. Географическое положение

Краснодарский край является самым южным регионом Российской Федерации. Кубань - край двух морей - Азовского и Черного. Из общей протяженности границы - 1540км - 740км проходит вдоль моря. Территория края составляет 76 тыс.кв.км. Край делится рекой Кубань на две части: северную - равнинную (2/3 территории) и южную - горную (1/3 территории). Перепады высот над уровнем моря весьма высоки - от 150м на равнине до 3663м в горах. По географическому положению: на окраине страны, вдалеке от крупных электростанций, между двумя морями, край занимает выгодную позицию для развития ветровой энергетики

1. Тектоника, геологическое строение, рельеф

На территории Краснодарского края выделяются четыре крупные геологические структуры:

1. Южный склон Украинского кристаллического щита Русской (Восточно-Европейской) платформы занимает северо-западную часть края. Щит состоит из двух ярко выраженных ярусов. Нижний представлен гранитным слоем, сформированным в докембрийский период более 570 млн. лет назад. Сверху он перекрыт осадочными породами мезозоя и кайнозоя.
2. Скифская молодая платформа лежит в основании большей части равнин и предгорий края. Ее фундамент напоминает по строению Уральские горы и находится на глубине около 2000 м, а возраст колеблется от 250 до 470 млн. лет. Активные тектонические движения складчатого основания платформы закончились около 300 млн. лет назад. Сверху оно перекрыто мощным слоем осадочных пород, образованных в мезозойскую и кайнозойскую эры. Следует отметить, что в различных районах края глубина и мощность отложений изменяются в больших пределах. На практике из-за колебаний земной коры и горообразовательных процессов отложения не всегда четко прослеживаются и могут меняться местами в разрезах земной коры.
3. Зона Предкавказских передовых прогибов и геосинклинальная зона Большого Кавказа образовались и активно развивались с конца мезозойской эры до настоящего времени. Горы Большого Кавказа относятся к области альпийской складчатости.

Процесс горообразования Большого Кавказа происходит и поныне, о чем свидетельствуют горячие источники, грязевые вулканы, наличие термальных вод и периодически повторяющиеся землетрясения силой 2-4 балла и выше по шкале Рихтера. Складчатая зона Большого Кавказа образовалась в результате тектонических движений. Наиболее древний разлом имеет возраст более 1,7 млрд. лет и совпадает с высокогорной частью Большого Кавказа. Севернее и южнее этого ими, почти параллельно ему, находится ряд менее древних разломов, которые разбивают всю территорию Кавказских гор на ряд блоков. В различные геологические эпохи эти блоки поднимались и опускались с разной силой и скоростью, создавая, таким образом, отдельные хребты Большого Кавказа. Поэтому горные породы, слагающие их, размещаются крайне неравномерно, и более древние могут находиться ближе к поверхности, нежели молодые. Глубоководная Черноморская впадина представляет собой чашу, в центральной части которой тонкий базальтовый слой перекрывается осадочными отложениями. Склоны Черноморской впадины представляют несколько крупных «ступеней». Дно моря и осадочный чехол изучены слабо.

В Краснодарском крае встречаются разнообразные формы рельефа. Условно всю поверхность края можно поделить на две резко различающиеся части: равнинную северную и горную южную. Две трети территории края занято Азово-Кубанской равниной. Она является продолжением Русской равнины и включает в себя Прикубанскую низменность, Приазовскую низменность и Закубанскую равнину. Западная часть Азово-Кубанской равнины представлена грядово-холмистым рельефом Таманского полуострова с частью дельты р. Кубани. На востоке Азово-Кубанская равнина прерывается отрогами Ставропольской возвышенности. Южную часть края занимают горы Большого Кавказа, которые отделяются от Черного моря узкой прибрежной полосой. На долю равнин в нашем крае приходится 59 тыс. км2. Горы занимают меньшую площадь: 24 тыс. км2, около 30% всей территории. Азово-Кубанская равнина плавно, почти незаметно повышается от уровня Азовского моря на западе — до 150 м в направлении Ставропольской возвышенности. Большая часть Азово-Кубанской равнины расположена на Скифской плите, а небольшой северный участок располагается на южном склоне Украинского щита с осадочным чехлом по- верх гранитного фундамента. Максимальная отметка Азово-Кубанской равнины по правобережью р. Кубань находится между станицами Кавказской и Темижбекской и имеет высоту 156 м. Прикубанская низменность располагается к востоку от Приазовской низменности и к северу от русла р. Кубань. Древние реки и талые ледниковые воды отложили на поверхности равнины суглинки и глины, под которыми располагаются осадочные породы морского происхождения (остатки древнего морского бассейна. Поверхность сложена четвертичными лёссовидными суглинками; наносами рек и остатками наносов древних ледников. Под ними располагаются отложения палеогенового и неогенового периодов. Устья рек Челбас и Бейсуг образовали слаборасчлененные долины с заболоченными низинами, мелководными плавнями, лиманами. В настоящее время Приазовская низменность медленно опускается со скоростью 2-5 мм в год, берега интенсивно разрушаются Азовским морем, а наносный материал (гравий и песок) откладывается, образуя косы длиной в несколько километров. В пределах дельты реки Кубань сформировался плоскоравнинный рельеф. Вследствие влияния моря образовались обширные лиманы, которые связаны с акваторией небольшими проливами, так называемыми узкими гирлами

На востоке отметки равнины достигают высоты 500 м, а на западе у Таманского полуострова понижаются до 10 м. Сложена равнина наносными отложениями рек, в основном встречаются галечник, глина, песок. Мощность этих отложений в долинах рек достигает 25 — 30 м. По направлению к горам Закубанская равнина постепенно повышается от 200 до 500 м над уровнем моря, а в районе Джелтмесских высот (междуречье Урупа и Лабы) максимальная отметка достигает 920 м. Большая густота овражно-балочной сети и значительный уклон местности способствуют эрозионным и оползневым процессам и требуют внимательного отношения к эксплуатации земель Закубанья. Таманский полуостров расположен на западе Краснодарского края, с севера омывается Азовским морем, с юга — Черным, с востока примыкает к Азово-Кубанской равнине, а с запада омывается водами Керченского пролива. Площадь полуострова — 2000 км2. Ученые утверждают, что 2000 лет тому назад на месте полуострова существовало несколько островов, которые в пятом веке нашей эры были воссоединены морскими отложениями и наносами древней Кубани. Различают рельеф западной и восточной части Таманского полуострова. Восточная часть имеет более ровную поверхность, представляет собой приподнятую равнину, сложенную наносами современной дельты Кубани с множеством плавней и лиманов. Западная часть представлена грядово-холмистым рельефом. На фоне низменности и равнины четко выделяются сопки и поднятия. Гряда Центральная имеет протяженность в длину 40 км. Здесь находится самая высокая точка полуострова — гора Комендантская (164 м), а также горы Чиркова (159 м) и Карабетова (151 м). Преобладают же в основном гряды высотой 60 — 90 м. Тектонические движения земной коры продолжают формировать рельеф Тамани. Так, западная часть полуострова медленно опускается. Море наступает на сушу, разрушая берега, образуя наносы в виде кос, сильно «сжимающих» Керченский пролив Строительство моста через пролив, по мнению ученых, представляется проблематичным, так как морское дно, по данным бурения, состоит из жидкого ила, образованного наносами реки Дона. Жидкий ил будет затруднять строительство опор для моста.

На востоке края расположен западный склон (около 900 км2) Ставропольской возвышенности. Максимальная высота ее в пределах края достигает 623 м. Невысокие горные кряжи уступом спускаются к правому берегу р. Кубань и по большей части представляют собой нерасчлененное плато. В пределах Краснодарского края расположены горы Западного Кавказа. Начинаясь на западе двумя пологими возвышенностями близ станицы Варениковской и г. Анапы, они протянулись на юго-восток до границ Ставропольского края и Грузии на 340 км. Формирование гор происходило на протяжении многих миллионов лет и продолжается до сих пор. Кавказские горы входят в систему альпийскогималайского складчатого пояса и потому подвержены постоянным тектоническим подвижкам. Центральная осевая часть Кавказских гор сложена древними горными породами (гранитами, гнейсами, кристаллическими сланцами, кварцевыми диоритами). Их возраст достигает 700 млн. лет. Северные и южные склоны сложены более молодыми горными породами, в большом количестве встречаются известняки, доломиты, песчаники, мергели мезозойского и кайнозойского возраста. Высота гор нарастает постепенно с северо-запада на юго-восток. В районе Новороссийска отметки достигают 300 — 700 м над уровнем моря. У Туапсе — 1000 — 1500 м, к востоку от Сочи — от 2000 до 3000 м и выше. Известны такие высокие вершины, как Фишт (2868 м), Оштен (2804 м), Акарагварта (3190,4 м), Се- верный Псеашхо (3256,9 м), Чугуш (3237,8 м). Самая высокая точка края — г. Цахвоа (3345,9 м), поднимающаяся на хребте Герцена в междуречье рек Безымянка, Малая Лаба и Цахвоа. Расположение хребтов в пределах края в основном параллельное, ближе к широтному.

Так как Краснодарский край расположен в зоне, прилегающей к Кавказским горам, он относится к числу сейсмоопасных районов. Сила подземных толчков может достигать 8 баллов по шкале Рихтера. Часто эпицентр землетрясения находится в Черном море, а сейсмические волны достигают Сочи, Туапсе и даже Краснодара. По данным ученых, в северной части края сила толчков — 6 баллов, а в южной — до 7- 8 баллов. В 1978 г. и в 2002 г. в Краснодаре наблюдались землетрясения силой от 4 до 5 баллов. В результате движения земной коры образуются следующие формы рельефа: поднятия, впадины, разломы, хребты-куэсты (Скалистый хребет), нагорья (Лагонакское нагорье), ущелья, каньоны, гигантские рвы, замкнутые котловины. Некоторые мысы (Мал. и Бол. Утриш) образовались в результате смещения и сползания вниз огромных участков горных массивов. Озеро Абрау также образовалось в результате тектонических подвижек. Наиболее интересными формами, связанными с движениями земной коры, являются уже упоминавшиеся грязевые вулканы. Медленные колебания земной коры приводят к опусканиям и поднятиям суши. Так, по данным ученых, горы Большого Кавказа растут на 2 — 3 мм в год, а в дельте р. Кубани, у побережья Азовского моря, наблюдается опускание суши. Образовавшись под влиянием внутренних сил Земли, рель- еф края подвергается воздействию различных типов выветривания (внешних сил), образуя новые формы. Растворение горных пород водой привело к образованию Карстовых форм рельефа: подземных полостей, гротов, шахт.

В формировании горного рельефа играют свою роль ледники. Они образуют моренные отложения, троговые долины, округлые углубления в виде цирков, иногда заполненные водой. Для предгорных районов края характерен оползневой рельеф, который наносит значительный ущерб народному хозяйству. В результате медленного (в иных случаях — быстрого) сползания поверхностных пластов горных пород могут разрушиться транспортные пути, берега рек, постройки на склонах гор. Для борьбы с оползнями используют укрепительные сооружения. Примечательной формой рельефа, связанной с деятельностью ветра, является образование песчаных бугров — дюн. Особенно много их на побережье Черного моря в районе Анапы. Геологическое строение, рельеф края, своеобразные климатические условия явились причиной таких неблагоприятных явлений, как селевые потоки, лавины. Они характерны для горной части. Рельеф высокогорной части края способствует образованию обвалов и осыпей, особенно там, где мало растительности.

Высокогорная часть Краснодарского Края малопригодна для размещения крупных ветровых электростанций, но привлекательна и доступна для малой ветроэнергетики, обслуживающей далеко расположенные от основных линий электропередач объекты: горнолыжные базы , туристические комплексы, военные объекты. Для возведения электростанций небольшой мощности не требуется привлечение тяжелой строительной техники, закладки сложного в инженерном исполнении фундамента. На мировом рынке достаточно широкий выбор небольших ветряков, заказчик может выбрать модель, оптимальную для определённых условий.

Предгорья в районе городов Новороссийск и Геленджик более привлекательны для размещения каскадов ВЭС, но при проектировании необходимо учитывать геологическую активность района, усиливать конструкцию и фундамент крупного объекта(30-50м), способные выдержать землетрясение 8 баллов по шкале Рихтера, а также проводить противооползневые мероприятия.

Наличие толстого слоя жидкой грязи в прибрежной части Азовского моря и Керченского пролива усложняет строительство фундамента для оффшорных ВЭС, однако создание электростанций морского базирования можно совместить со строительством берегозащитных сооружений, тем самым сокращая бюджет строительства и решая сразу две задачи.

1. Гидрографическая сеть

Бассейн реки Кубань

По своей величине и водности бассейн реки Кубань является самым крупным на Северном Кавказе. Он протягивается от Таманского полуострова - на западе до Эльбруса - на востоке. Кубань впадает в Азовское море . За исток реки Кубань принимается место слияния рек Учкулан и Уллукам. При площади водосбора 57900 кв. км. суммарная длина рек бассейна составляет 38 325 км, а общее число рек равно 13 569 . Длина самой Кубани равна 870 км.

В бассейне реки почти все притоки берут начало со склонов Западного Кавказа, впадая с левого берега. К числу крупных притоков относятся: Лаба (площадь водосбора 12 500 кв. км., длина реки 214 км), Белая(5990, 265), Большой (2730, 120) и Малый (1850, 65) Зеленчуки, Уруп (3220, 232), Пшиш (1850, 258) и др.

Коэффициент густоты речной сети бассейна равен 0,8 км/км2. Самые малые реки - это реки длиной менее 25 км, таких водотоков в бассейне Кубани 13 442 штуки.

Наряду с реками гидрографическая сеть Кубани включает в себя озера и водохранилища. Всего на водосборе насчитывается 617 озер площадью 1771 кв. км. В связи с рациональным использованием водных ресурсов в Советские времена были построены водохранилища: Краснодарское, Шапсугское, Крюковское, Варнавинское, Шенджийское, Октябрьское, Усть-Джегутинское, Ганджинское, Белореченское, Майкопское, Сенгилеевское, Егорлыкское и Большое. Их объем составляет 3675 млн. куб. м., а площадь 641.7 кв. км. 

Река Кубань питается за счет таяния ледников, сезонных снегов, дождей и подземных вод. Большинство притоков, берущих начало в высокогорной зоне бассейна, - Большой и Малый Зеленчуки, Кизгыч, Теберда, Уллукам и другие - получают ледниковое питание.

Водный режим реки Кубань подразделяется на 3 гидрологических района:

- реки верхнего течения (до устья реки Бекес) включительно;

- бассейны рек Чамлыка, Фарса, Белой;

- притоки нижнего течения (от впадения р. Пшиш до устья);

В первом районе большую роль в питании рек играют воды, сформировавшиеся за счет таяния ледников и снежников. Для второго важную роль играют дождевые паводки. 

Сток в бассейне реки Кубань подвержен циклическим колебаниям.

Ея - наиболее длинная и многоводная река Азово-Кубанской низменности. Она зарождается у отрогов Ставропольской возвышенности, в 5 км от станицы Новопокровской и образуется от слияния двух небольших речек : Карасуна и Упорной. Река Ея впадает в Азовское море ниже станицы Старощербиновской. Ее длина 311 км. Общая площадь водосборного бассейна 8650 кв. км. Наиболее крупный правобережный приток - Куго-Ея, имеющий длину 108 км при водосборе 1260 кв. км. Другой крупный приток - река Кавалерка, длиной 78 км и водосбором в 695 кв. км. Слева в Ею впадает река Сосыка, имеющая длину 159 км и водосбор в 2030 кв. км., а также небольшие речки Терновая и Веселая. На Ее и ее притоках располагаются многочисленные пруды, они используются для обводнения, рыболовства и энергетики. Высокая минерализация Еи делает ее мало пригодной для орошения

Челбас течет юго-западнее Еи. Исток реки находится вблизи северной окраины станицы Темижбекской. Длина Челбаса около 288 км, площадь 3950 кв. км. Впадает в Бейсугский лиман . Основные притоки:Средний Челбас, Борисовка и Тихонькая. Средний годовой расход у станицы Новоплатнировской 2.41 м3/с.

На реке Челбас построено около 120 прудов. Сильно заросший и заиленный Челбас находится в состоянии старости и угасания.

Бейсуг - третья по длине и второя по величине из рек Приазовья. Истоками ее являются родники, находящиеся в 9 км на северо-запад от Кропоткина. Бейсуг впадает в Бейсугский лиман у станицы Бриньковской. Его длина 243 км, площадь водосбора 5190 кв. км. Наиболее значительные притоки:Бейсужек левый и Бейсужек правый. Ширина русла реки в верховьях достигает 200 м при высоте берегов 5-7 м. В среднем течении ширина русла 400 м. В нижнем и среднем течении Бейсуг весьма извилист, образует порой широкие плёсы, заливы и старицы. Ниже станицы Брюховской идут плавни. Питается река за счет осадков и родников.

Река Кирпили начинается она в 7-8 км к северо-западу от станицы Ладожской и впадает в Кирпильский лиман в 10 км северней станицы Степной. Длина реки 202 км, площадь водосборного бассейна 2650 кв. км. Притоки:Кочеты и Кирпилицы. Кирпили сильно петляют, русло ее в большей части покрыто камышами. Это маловодная река, среднегодовой ее расход у станицы Медведовской составляет около 2 м3/с. В бассейне реки около 100 прудов для сельскохозяйственных нужд и рыболовства.
Крупные реки бассейна реки Кубань

Река Белая является одним из крупнейших притоков реки Кубань. Длина реки Белая равна 273 км, площадь бассейна реки Белая 5990 квадратных километров. Река Белая берет свое начало у вершин Фишт и Оштен. На реке расположены 2 гидроэлектростанции: Белореченская и Майкопская (суммарная мощность 57,4 МВт, выработка 241,9 кВт ч/год).

Река Пшеха протекает в основном по Апшеронскому району и немного по Адыгее и по Белореченскому району, где впадает в реку Белая. Пшеха - это левый приток реки Белая. Длина Пшехи 139 километров, а площадь бассейна около 2090 квадратных километров. Берет начало со склонов горы Фишт.

В целом гидрографическая сеть Краснодарского края не является отрицательным фактором для размещения ветровых электростанций. Реки вследствие своей регулируемости, не подвержены крупным разливам, что могло бы повредить опоры генераторов.

1. Почвенно-растительный покров

Почвы края довольно разнообразны. Первое исследование их было проведено летом 1878 года основоположником современного почвоведения профессором В. В. Докучаевым. Он проследовал от Тамани вдоль правого берега Кубани до Кропоткина, сделав многочисленные почвенные разрезы.

Если двигаться от Кавказских гор, с юга на север, можно наблюдать следующиё почвенные зоны: зону горных луговых почв, зону горных лесных почв, зону предкавказских лесостепных почв, зону степных черноземных почв. В плавнях и дельте Кубани — почвы луговые, лугово-болотные и болотные. Особо высоким плодородием отличаются почвы степей — западно-предкавказские черноземы, характеризующиеся большой мощностью гумусовых горизонтов, но с небольшим (до 6%) содержанием гумуса в верхних слоях.

Черноземные почвы образовались под степной растительностью. Они отличаются темной окраской, рыхлостью, хорошей структурой  богаты питательными веществами и дают высокие урожаи озимой пшеницы, подсолнечника и сахарной свеклы.

На Кубаяо-Приазовской низменности распространены черноземы. На востоке, по долине реки Кубани, преобладают аллювиальные почвы, на западе они сменяются болотными.

На Прикубанской равнине—слабокарбонатные выщелоченные черноземы, а также лугово-черноземные почвы. В долинах рек Лабы, Пшехи, Пшиша и других — луговые и лугово-лесные почвы, пригодные для садоводства и виноградарства.

В предгорьях, на северных склонах Главного Кавказского хребта, .залегают выщелоченные черноземы, темно-серые лесные и подзолистые почвы. Они хороши для выращивания табака.

Темно-серые лесные почвы находятся под покровом лиственных лесов. Эти почвы содержат больше перегноя, чем подзолистые.
На западе Таманского полуострова — каштановые почвы, образовавшиеся под степной растительностью. На них хорошо растет виноград. К юго-востоку каштановые почвы сменяются черноземами, на северо-востоке — частично болотными почвами.

На Черноморском побережье от Туапсе до Геленджика располагаются горно-лесные и перегнойно-карбонатные почвы. Они образовались под лесной растительностью на мергелях и известняках, имеют черную или темно-серую окраску. Почвы эти пригодны под виноградники и фруктовые сады.

Ежегодно осуществляются мероприятия по повышению плодородия почв. Созданные лесные полосы защищают поля от пыльных бурь, применяются минеральные удобрения, для борьбы с сорняками и вредителями сельского хозяйства используются химикаты, совершенствуются севообороты. Все это позволяет получать высокие урожаи.

Укрепление экономики каждого колхоза и совхоза прежде всего зависит от того, насколько умело и полно они используют закрепленную за ними землю. В связи с этим большое значение приобретает внедрение повсеместно системы мероприятий по защите почв от эрозии.

В марте 1967 года ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление «О неотложных мерах по защите почв от ) ветровой и водной эрозии».

На Кубани широко распространены два вида эрозии — ветровая и водная. По данным отдела землепользования и землеустройства краевого управления сельского хозяйства, 953 тыс. га пашни ‘подвержено ветровой эрозии, в том числе в сильной степени 274 тыс. га. Этот вид эрозии наносит большой вред сельскохозяйственному производству. Причем местная эрозия наблюдается ежегодно. В отдельные же годы на поля обрушиваются так называемые пыльные, или черные бури. Воздушным потоком на большую высоту поднимаются мелкие частицы почвы. При этом перемещается огромное количество песчинок и комочков земли. В результате выноса наиболее ценной части (деятельного перегноя) снижается плодородие почвы. От выдувания или заносов полностью или частично гибнут посевы.

Местная эрозия протекает без пыльных бурь. Она проявляется в виде смерчей, поднимающих пыль на большую высоту, или в виде поземки. Такой эрозии часто не замечают и не придают ей большого значения. Но она медленно и систематически разрушает почву.

Наиболее сильно ветровая эрозия проявляется на землях хозяйств Новокубанского, частично Кавказского и Усть-Лабинского районов, а также в северной и северо-восточной части

Многолетний опыт, данные науки убеждают, что полезащитные ные лесные полосы в комплексе с другими мероприятиями надежно защищают -посевы от суховеев, черных бурь, обеспечивают лучшее влагонакопление в почве, способствуют повышению урожая.

В предгорных и горных районах насчитывается 519 тыс. га пашни, из них 100 тыс. сильно подвержены водной эрозии. От этого страдают Отрадненский, Белореченский, Апшеронский, Северский, Абинский, Крымский районы и все хозяйства Черноморского побережья.

1. Климатические ресурсы ветроэнергетики

На большей части территории умеренно-континентальный, на Черноморском побережье южнее Туапсе – субтропический. Хребты Большого Кавказа закрывают побережье Черного моря от холодных ветров, что и обуславливает черты субтропического климата. Территория края рекой Кубань делится на две резко отличающиеся части: северную равнинную и южную горную. Равнинная зона – Прикубанская низменность – занимает две трети территории и является экономически наиболее развитой частью. Южная зона образована системами хребтов Западного Кавказа, к которым примыкает полоса предгорий и узкая лента Черноморского побережья. Краснодарский край находится на одной географической параллели с северной Италией и южной Францией. Расположенный на границе умеренных и субтропических широт, на стыке равнин и гор, край отличается разнообразием и непостоянством погодных условий. Сложные физико-географические условия, разнообразие ландшафтов, близость морей вносят изменения в общий перенос воздушных масс и обуславливают большое разнообразие климата на территории.

Климат ощутимо меняется с запада на восток.
Средняя температура января минус 2,6°C (на равнине – минус 3-5°C, на побережье +5°C, в горах -8°C). Средняя температура июля плюс 22,6°C (на равнине – + 22°C, на побережье Черного моря +25°C; в горах +13°C). Годовое количество выпадающих осадков колеблется от 350 мм на Таманском полуострове и 500 мм на правобережье Кубани до 2500 мм и выше на юго-западных склонах Кавказского хребта. Каждую весну край затапливают паводки. В целом для края характерны жаркое лето и мягкая зима.

В крае среднегодовые температуры понижаются с высотой. Для зимы характерна неустойчивая погода с чередованием коротких морозных и теплых периодов, отсутствием промерзания почвы и устойчивого снежного покрова. Осадки выпадают в виде снега, дождя и мокрого снега. За зиму сумма осадков 100 - 180 мм, на черноморском побережье 144 - 270 мм. Распределение осадков по территории крайне неравномерно, особенно в горных районах, где на величину осадков влияет высота и экспозиция склонов. Количество осадков за год увеличивается по территории в направлении с севера на юг и в среднем составляет на большей части равнинных районов 500 — 600 мм. В предгорьях и прилегающих к ним равнинных районах оно увеличивается до 700-800 мм, а в горах до 800-2000 мм. Максимум осадков на равнинной части приходится на лето, а на побережье – на холодную часть года.

Теплое полугодие характеризуется преимущественно западно-восточным переносом воздушных масс по периферии полосы высокого давления (азовского происхождения), что обусловливает устойчиво жаркую погоду. Нередко такая циркуляция нарушается прорывами западных и южных циклонов, вызывающих сильные ливневые осадки с грозами, а иногда и интенсивными градобитиями.

На юге края, на побережье Черного моря периодически образуются местные (частные) циклоны, которые также обусловливают здесь сильные ливни.
Недостаточное количество осадков в равнинных районах определяют сухость воздуха и почвы, что вызывает большую повторяемость засух и суховеев. В горах суховейные явления отсутствуют, на побережье засухи бывают редко и слабой интенсивности

Большая часть лета умеренно жаркая, наиболее жаркие дни приходятся на июль-август. Максимальная температура превышает плюс 35 – 39°C, число дней с максимальной температурой выше 30°C за лето составляет примерно 30 - 65 дней. Наибольшая сумма температур воздуха за период с температурами выше 10° накапливается на Черноморском побережье — до 4000 — 4200°. На равнинной части территории она составляет 3400 — 3600°, в предгорьях 3000 — 3400°. С увеличением высоты местности количество тепла убывает. В горах на высоте 2000 м сумма активных температур составляет 1000°, что не обеспечивает выращивание сельскохозяйственных культур даже с самым коротким вегетационным периодом.
Продолжительность теплого периода (периода с температурой воздуха выше 0°C) на большей части территории составляет 9 — 10 месяцев, а на Черноморском побережье устойчивого перехода через 0° не бывает, т. е. снижение температур воздуха до отрицательных значений наблюдается в холодный период лишь в течение нескольких дней.
Безморозный период в большинстве районов длится 180—200 дней, на Черноморском побережье — 220—260.
Неравномерное распределение осадков, резкие температурные колебания, губительное действие суховеев и засухи вызывают необходимость строгого соблюдения научно обоснованной системы земледелия при возделывании сельскохозяйственных культур, увеличения посадок лесополос и других гидроаккумулирующих и противоэрозионных мер. И все же климат в крае - один из наиболее благоприятных в России для проживания и деятельности человека. Краснодарский край – самый теплый регион России, средняя продолжительность времени, когда в светлое время суток на территории края наблюдается солнечная погода, составляет 2300 часов в год. Количество суммарной солнечной радиации, поступающей на данную территорию, колеблется от 115 ккал/кв.см на севере края до 120 ккал/кв.см на юге.

Если говорить о конкретных районах Краснодарского края, то на Кубано-Приазовской низменности климат умеренно-континентальный с недостаточным увлажнением и преобладанием теплой и солнечной погоды. Средняя годовая температура +11°C. Лето жаркое. Июль имеет среднюю месячную тепературу +23°C(Краснодар). Средняя температура января около - 4°C, но не будут неожиданными и морозы до - 20°C. Равнинные территории открыты с севера и доступны действию арктических воздушных масс. Северо-восточные ветры, особенно в начале зимы, при еще малом или вовсе отсутствующем снежном покрове, регулярно наносят урон озимым культурам. Осадки выпадают обычно в виде дождей (даже зимой). Общее количество осадков достаточное, но распределены они неравномерно в течение года: летом часты засухи при преобладании восточных ветров. В северных и северо-восточных районах края (Ейский - Кущевский районы) холодная зима и жаркое лето (с температурой до + 35°C); осень более короткая, чем в других районах региона; для зимы и весны обычны пыльные бури, приносимые восточнымии северо-восточными ветрами; эти бури сносят верхний плодородный слой почвы. На востоке региона - в Тихорецком и Кавказском районах - обычна неустойчивая зима с резкими сменами отрицательных и положительных температур; ранняя, но холодная в первой половине весна; жаркое, с ливнями, грозами и ветрами в первой половине и засушливое во второй половине, лето; сухая и теплая осень. В центральных районах края - Краснодаре, Усть-Лабинском, Крымском, Динском районах - чаще всего дует северо-восточный ветер, который летом иссушает почву; а западные и юго-западные ветры несут дожди (зимой вперемежку со снегом); во время дождя в декабре-январе возможны грозы.
На Таманском полуострове климат степной, засушливый с сухим жарким летом (средняя температура + 24°C) и мягкой и влажной зимой. Преимущественные ветры, часто большой силы, имеют северо-восточное направление. За год выпадает до 350 мм осадков на Тамани и до 400 мм в Темрюке. Максимум осадков приходится на осень и зиму. Для лета характерны нечастые ливневые дожди.

Климат предгорий без резких колебаний месячных и суточных температур. Климат здесь зависит от высоты местности: в более низкой западной части среднегодовые температуры поднимаются до +11°C, в более высокой восточной части - близки к +8°C. В каждой из долин свой уникальный микроклимат. В течение долгого лета продолжительностью 4 - 5 месяцев средняя температура постепенно увеличивается с 14°в мае до 22°в августе. Засухи летом редки и непродолжительны. Зато бывает град, который уничтожает посевы. Осень и весна теплые, с редкими дождями. Зима мягкая (средняя месячная температура января в центральных районах минус 1,6°C) и короткая (2 - 3 месяца). В зимние месяцы снег хоть и выпадает, но быстро тает: на южных склонах холмов и гор в течение суток.
Климат горной части зависит от высоты: чем выше, тем холоднее. При подъеме на каждые 100 метров становится холоднее приблизительно на полградуса. Среднегодовая температура приблизительно + 4°. В октябре - ноябре в горах уже лежит снег. Зима долгая, снежная и безветренная. В горах ярко выражена смена вертикальных климатических поясов: в предгорьях теплый климат, в средней части гор - прохладный (лето короткое, а зима продолжительная и многоснежная), а в высокогорной части климат умеренно холодный. На высоте более 3500 метров лежат вечные снега.

Теперь поговорим о климате Краснодарского побережья Черного моря. Здесь высокие Кавказские горы задерживают холодные потоки воздуха, идущие с севера. Море оказывает смягчающее влияние на климат прибрежных районов, который определяется движением воздушных масс (циклонов и антициклонов) над морем, характером берегов и рельефом суши. Климат на побережье мягкий, теплый.

Два антициклона оказывают преимущественное влияние на климат побережья: Сибирский (зимний) и Азорский (летний). Они приносят устойчивую ясную погоду зимой и теплую сухую летом. Циклоны с Атлантики и Средиземного моря приносят дождливую неустойчивую погоду. Сибирский (или азиатский) антициклон создаёт над Черным морем устойчивые северо-восточные ветры, знаменитые черноморские норд-осты. Особенно сильный ветер наблюдается в Новороссийске и прилегающих районах - так называемая бора. При боре скорость ветра обычно достигает 40 м/сек, а при порывах - до 80 м/сек. Если учесть, что скорость ветра свыше 34 м/сек уже считается ураганной, то можно приблизительно оценить мощь боры. А если принять во внимание еще и быстрые колебания скорости ветра (от 10 до 60 м/сек в течение минуты), то не будет неожиданностью принять факт, что бывали случаи, когда порывы ветра опрокидывали железнодорожные вагоны. Наблюдается бора как правило, зимой. В это время температура воздуха может опуститься до минус 20°C при обильном снегопаде. Бора бывает в Новороссийске 40-50 дней в году, хотя не всегда, к счастью, достигает сокрушительной силы. Воздействие циклонов на погоду побережья происходит следующим образом: вначале дуют сильные, но непродолжительные южные ветры; температура растёт и время от времени идут дожди. Затем южные ветры сменяются сильными западными с осадками. Наконец, начинают дуть неустойчивые, иногда сильные, северо-западные и северные ветры при ясной погоде и падении температуры воздуха.

Рельеф суши береговой полосы сильно влияет на распределение осадков: на Краснодарском побережье циклоны встречают на своём пути горы и происходит выпадение осадков. Для сравнения: равнинное крымское побережье, расположенное на том же пути циклонических масс воздуха, остается без дождей.

Для морского побережья Краснодарского края естественны морские бризы, которые приносят приятную прохладу и чувствуются даже на расстоянии 20-30 км от берега: днем они дуют с моря на сушу, а ночью - с суши на море. Также на горном побережье развиваются так называемые фёны: теплые, сухие ветра, дующие с гор. В Сочи, например, при фёне относительная влажность воздуха падает до 10-12%. Если обычно к вечеру бывает прохладнее и свежее, то при фёне с гор тянет теплом и ощущается недостаток влаги. Обычно действие фёнов заметно весной, реже осенью и зимой (в октябре - декабре). Продолжительность их 1-2 дня, редко неделя.

Иногда над морем проносятся смерчи, чаще всего осенью. Обычно смерчи появляются над морем при грозе, когда по небу ползут черные тучи. Если смерч выходит на берег, то. как правило, он поднимается вверх по долине реки, впадающей в море, и, пройдя несколько километров, разрушается. Заключенные в смерче огромные массы воды падают на землю и река разливается.

1. Ветры северо – восточной части Черного моря

Северо-восточная часть Черного (СВЧЧМ) моря является одной из энергонесущих зон Азово-Черноморского бассейна и по отношению к другим районам Черного моря характеризуется наиболее интенсивной штормовой деятельностью, что необходимо учитывать при строительстве оффшорных и береговых ВЭС Большие скорости ветра отмечаются практически во всех частях побережья и во все сезоны года. Тем не менее, выделяются зоны повышенной ветровой активности, где среднемноголетние значения скорости ветра превышают 5 м/с (Мысовое, Тамань, Анапа). Самые сильные ветры наблюдаются над открытой частью моря, а также в районах Новороссийска ("бора") и в Керченском проливе.

Скорость ветра имеет хорошо выраженный годовой ход с максимумом в холодный период и минимумом в теплый. Зимой в прибрежной зоне СВЧЧМ диапазон значений средней скорости ветра изменяется от 2,7-2,8 м/с на ЮБК до 6-7 м/с в районах Керченского пролива. Летом скорость ветра уменьшается до 1,9-2,4 м/с и 3,3-5,3 м/с соответственно. Скорость ветра в районе каждой станции зависит не только от времени года, но и от рельефа побережья. Поэтому на таких открытых станциях, как Тамань и Анапа в наиболее ветреные годы среднемесячные скорости ветра зимой достигают 9-13 м/с, а в Новороссийске (Цемесская бухта) 15 м/с, т.е. в холодный период ветры штормовой силы могут действовать на протяжении всего месяца. Максимальные среднемесячные скорости ветра чаще всего наблюдаются в ноябре-марте. Полученные по срочным наблюдениям максимальные скорости ветра в районах Анапы и Новороссийска достигали 35-40 м/с. Среднее число дней с сильным ветром (15 м/с) изменяется от 22-25 дней у восточного побережья Крыма до 55 дней в районе Новороссийска. Наряду со средними и максимальными величинами скорости ветра практический интерес представляют сведения о повторяемости различных градаций скорости. Кривые распределения повторяемости скорости ветра (Рис.1), рассчитанные по рядам среднесуточных значений с интервалом в 1 м/с, показывают, что наибольшая повторяемость слабых ветров (0-5 м/с) отмечена на восточном берегу Крыма (Ялта – 90%, Феодосия – 78%) и в южной части Керченского пролива (Заветное – 71%). Значительно реже слабые ветры наблюдаются в северной части Керченского пролива (54%), у Кавказского побережья (54%) и в открытой части шельфа (46-52%), где повторяемость сильных (>10) ветров максимальна. Например, в центральной части северо-восточного шельфа у Анапы она достигает 16% от всего количества наблюдений.

Рис. 1 Кривые распределения сумарной повторяемости (а) и гистограммы повторяемости среднесуточной скорости ветрав северо-восточной части Черного моря

Ветры ураганной силы, скорость которых превышает 25 м/с, наблюдаются на большинстве станций, но имеют небольшую повторяемость (0,08-0,09%). На станциях Керченского полуострова – это 2-5 сут., в Анапе до 16 сут., а в Новороссийске повторяемость таких ветров 1,5%. Это свыше50 сут. за периоды наблюдений. Относительное распределение повторяемости ветров в разных районах побережья можно оценить по рис. 1а, а наглядное представление о величинах повторяемости и скоростях сильных ветров в исследуемом регионе дают гистограммы рис. 5б. Сезонные изменения повторяемости сильных ветров (10 м/с) и случаев отсутствия ветра (штилей) показаны на рис. 2.

Рис. 2 Годовой ход повторяемости (%) штормового (10 м/с) ветра (а) и штилей (б) на береговых станциях и в центральной части северо-восточного шельфа Черного моря

С октября по март повторяемость случаев сильных ветров изменяется от 2,5-5,0% в районах южного и восточного берегов Крыма (Ялта, Алушта, Феодосия) до 16-21% у Кавказского побережья и 24-26% в открытой части северо-восточного шельфа (рис. 2а). В период с мая по август повторяемость штормов уменьшается до 3-5% у Анапы и Мысового и до 0,3-0,5% в районе ЮБК. Летом на побережье СВЧЧМ преобладает маловетреная погода, однако случаи 92 полного штиля на открытых участках побережья очень редки. Например, в центральной части шельфа и у Кавказского побережья повторяемость штилей в течение всего года менее 2%, в районе Керченского пролива – 3-9%. Только в Феодосийском заливе повторяемость штилей в весенне-летний период достигает 9-12%, а в Цемесской бухте даже 15-17% (рис.2б). Относительно небольшая повторяемость штилей связана с бризовой циркуляцией в прибрежной зоне, в результате которой днем ветры дуют с более прохладной водной поверхности на сильно прогретый берег, а ночью – с берега. Наблюдаются бризы с апреля по октябрь, но их наибольшая повторяемость отмечена в июле и августе, когда бризовые ситуации могут удерживаться большую часть месяца. Основные направления ветра над Черным морем определяются распределением атмосферного давления в различные сезоны года. В холодный период под влиянием циклонических областей над Средиземным и Черным морями преобладает перенос континентального полярного воздуха, сопровождающийся северо-восточными, северными и северо-западными ветрами. Летом преобладающее влияние Азорского максимума вызывает западные, юго-западные и южные ветры.[6] Особенности ветрового режима связаны не только с общециркуляционными синоптическими процессами, но с рельефом, ориентацией и конфигурацией берегов отдельных регионов прибрежной зоны, поэтому СВЧЧМ имеет свои особенности. На рис. 3 представлены средние годовые розы повторяемости ветра по направлениям, на которых изображены контуры линий суммарной повторяемости для всех градаций и линий, соответствующих повторяемости ветров < 10 м/с.

Заштрихованные между ними области соответствуют величинам повторяемости штормовых ветров ( 10 м/с). Роза ветров "море" рассчитана для центральной части северо-восточного шельфа. Легенда её штриховки показывает повторяемость разных градаций скорости ветра (от 1 до 30 м/с) по направлениям. В районе Феодосийского залива наибольшую повторяемость имеют западные (21%) и северо-западные (18%) ветры. В зоне ЮБК, кроме этих ветров, повышенную повторяемость имеют восточные (21%) и южные (13%) ветры. На севере кавказского побережья чаще наблюдаются восточные, северо-восточные (25%), южные (23%) и юго-восточные (17%) ветры.

Рис 3. Розы повторяемости (%) ветра на шельфе и береговых станциях северо-восточной части Черного моря

Сильные ветры

На протяжении всего побережья СВЧЧМ сильные ветры наблюдаются ежегодно и во все сезоны. В течение всего года преобладают штормовые ветры северо-восточного и восточного направления. Их среднегодовая повторяемость в море составляет 4,5% для северо-восточных и 1,9% для восточных ветров. На рис. 9 представлены розы повторяемости штормового ветра 10-30 м/с на шельфе (море) и береговых станциях. Практически все розы ветров северо-восточной части показывают преобладающую повторяемость штормовых ветров северной половины горизонта (до 2,8-3,8%) и восточных (1,3%), реже – южных румбов.

Несмотря на то, что северные, северо-восточные и восточные штормовые (>10) ветры в основном наблюдаются со стороны берега, их сила (до 35-40 м/с) и относительно большая повторяемость (в сумме до 7%) могут негативно воздействовать на гидротехнические и ветроэнергетические сооружения, разрушать лопасти двигателей, ломать мачты ,способствовать развитию сильных ветровых течений и волнения, которые, в свою очередь, необходимо учитывать при закладке фундаментов, либо систем якорения оффшорных ВЭС.

Наиболее опасными направлениями ветра для СВЧЧМ являются юго-западное (ЮЗ), южное (Ю) и юго-восточное (ЮВ). Среднегодовая повторяемость этих ветров невелика: ЮВ – 0,14%, Ю – 0,08%, ЮЗ – 0,16%. В феврале их повторяемость возрастает до: ЮВ – 0,82%, Ю – 0,28%, ЮЗ – 0,37%. Для оценки сезонной изменчивости ветров, не искаженных условиями береговой зоны, повторяемость штормовых ветров (10-30 м/с) по направлениям в различные месяцы года была рассчитана на основании вышеупомянутого цифрового массива атмосферного давления и расчетного ветра над морем для центра северо-восточной части Черного моря (рис. 10). Сезон с наибольшей повторяемостью сильных ветров (>10 м/с) длится с ноября по март с максимумом в январе-феврале (до 10,5%). Реже всего сильные ветры отмечаются в летние месяцы. В зимние месяцы повторяемость северо-восточных штормов достигает 7-10%, летом снижается до 0,6-0,8%.

Несмотря на сравнительно малую повторяемость сильных ветров южной четверти, а на шельфе она в сумме достигает 3%, в периоды редких, но сильных штормовых ветров юго-западных и южных направлений здесь отмечались скорости ураганной силы, которые на максимальных разгонах вызывают экстремальное волнение. Определяющим фактором ветровых условий над Черным морем является структура барического поля. Усиление скорости ветра над морем и побережьем обусловлено чаще всего циклонической деятельностью. В Черном море, и, в частности, в северо-восточной его части, выделяются своими разрушительными последствиями осенние циклоны, которые случаются один раз в 7-10 лет и отличаются от обычных циклонов.

Их особенность состоит в том, что они проходят над бассейном в период осеннего похолодания (чаще всего в ноябре), когда некоторое время сохраняется относительно высокая температура воды.

Редкие, но сильные штормы отличаются ураганными скоростями. Повторяемость таких штормов невелика, а разрушительная сила максимальна. Это стоит учитывать при постройке крупных ветропарков, должны использоваться материалы повышенной устойчивости, а сами установки должны выдерживать скорости ветра до 35 м/с (рис. 1).

1. Фундаментальные знания в ветроэнергетике

Естественно, что наибольший ветровой потенциал наблюдается на морских побережьях, на возвышенностях и в горах. Тем не менее, существует еще много других территорий с потенциалом ветра, достаточным для его использования в ветроэнергетике. Как источник энергии, ветер является менее предсказуемым в отличие от, например, Солнца, однако в определенные периоды наличие ветра наблюдается на протяжении целого дня. На ветровые ресурсы влияет рельеф Земли и наличие препятствий, расположенных на высоте до 100 метров. Поэтому ветер в большей степени зависит от местных условий, чем энергия Солнца. В гористой местности, к примеру, два участка могут обладать одинаковым солнечным потенциалом, но вполне возможно, что их ветровой потенциал будет различен, в первую очередь из-за различий в рельефе и направлений ветровых потоков. В связи с этим планирование места под ВЭУ должно проводиться более тщательно, чем при монтаже солнечной системы. Энергия ветра также подчинена сезонным изменениям погоды: более эффективная работа ВЭУ зимой и менее - в летние жаркие месяцы (в случае с солнечными системами ситуация противоположная). В климатических условиях Дании фотоэлектрическая система эффективна на 18% в январе и на 100% в июле. Эффективность работы ветростанции в июле - 55%, а в январе - 100%. Оптимальным вариантом является комбинирование в одной системе малой ВЭУ и солнечной системы. Подобные гибридные системы обеспечивают более высокую производительность электроэнергии по сравнению с отдельно установленными ветровой или фотоэлектрической установками.

Важно также помнить, что количество энергии, произведенной за счет ветра, зависит от плотности воздуха, от площади, охваченной лопастями ветротурбины при вращении, а также от куба скорости ветра. 

Лопасти ВЭУ вращаются за счет движения воздушной массы. Чем больше воздушная масса, тем быстрее вращаются лопасти и тем больше электроэнергии вырабатывает ВЭУ. Кинетическая энергия движущегося тела (например, воздуха) пропорциональна его массе, поэтому энергия ветра зависит от плотности воздуха. Плотность зависит от количества молекул в единице объема. При нормальном атмосферном давлении и при температуре 15oС плотность воздуха составляет 1,225 кг/м3. Однако с увеличением влажности плотность воздуха слегка уменьшается. Из-за того, что зимой воздух более плотный, ветрогенератор будет вырабатывать зимой больше энергии, чем летом, при одинаковой скорости ветра. На территории, расположенной высоко над уровнем моря, например, в горах, атмосферное давление меньше и, соответственно, меньше плотность воздуха.

Ротор ветротурбины "захватывает" энергию ветрового потока, находящегося возле него. Понятно, что чем больше площадь ротора, тем больше электроэнергии он может выработать. Так как площадь ротора увеличивается пропорционально квадрату диаметра ротора, ВЭУ вдвое большая по размеру сможет выработать в четыре раза больше энергии. Однако, процесс увеличения площади ротора нельзя свести к простому удлинению лопастей ВЭУ. С первого взгляда кажется, что это наиболее простой путь увеличения количества "захватываемой" ВЭУ энергии. Но, увеличивая размер площади, охватываемой лопастями при вращении, мы тем самым увеличиваем нагрузку на систему при той же скорости ветра. Для того, чтобы система выдержала все нагрузки, необходимо усилить все ее механические компоненты. Становится понятно, что подобное решение проблемы требует дополнительных финансовых затрат. [23]

Ветроэнергетичическая установка, расположенная на площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м2 (скорость воздушного потока при этом равна 7 м/с), может преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м2. Энергия, содержащаяся в потоке движущегося воздуха, пропорциональна кубу скорости ветра.

Однако не вся энергия воздушного потока может быть использована даже с помощью идеального устройства. Теоретически коэффициент полезного использования (КПИ) энергии воздушного потока может быть равен 59,3%. На практике максимальный КПИ энергии ветра в реальном ветроагрегате равен приблизительно 50%, однако и этот показатель достигается не при всех скоростях, а только при оптимальной скорости, предусмотренной проектом. Кроме того, часть энергии воздушного потока теряется при преобразовании механической энергии в электрическую, которое осуществляется с КПД обычно 75-95%.

Учитывая все эти факторы, удельная электрическая мощность, выдаваемая реальным ветроэнергетическим агрегатом, видимо, составляет 30-40% мощности воздушного потока при условии, что этот агрегат работает устойчиво в диапазоне скоростей, предусмотренных проектом.

Однако иногда ветер имеет скорость, выходящую за пределы расчетных скоростей. Скорость ветра бывает настолько низкой, что ветроагрегат совсем не может работать, или настолько высокой, что ветроагрегат необходимо остановить и принять меры по его защите от разрушения. Если скорость ветра превышает номинальную рабочую скорость, часть извлекаемой механической энергии ветра не используется, с тем чтобы не превышать номинальной электрической мощности генератора.

Учитывая эти факторы, удельная выработка электрической энергии в течение года составляет 15-30% энергии ветра, или даже меньше, в зависимости от местоположения и параметров ветроагрегата.[24]

Скорость ветра

Скорость ветра – это самый важный фактор, который влияет на количество энергии, вырабатываемой ветрогенератором.

Количество электроэнергии, выработанной ветроэлектроустановкой, возрастает кубически с увеличением скорости ветра. Т. е. если скорость ветра удваивается, кинетическая энергия, полученная ротором, увеличивается в восемь раз. (Таблица 11 приложение)

Таблица 5 (приложение) показывает значения энергии ветра в стандартных условиях (сухой воздух, плотность – 1.225 кг/м3, атмосферное давление 760 мм рт. столба). Формула расчета количества энергии (определяется в Вт/м2) выглядит следующим образом:

Р = 0.5 1.225 V3,

Где V – скорость ветра в м/с

1. Высота над уровнем земли. Близко к земле ветер замедляется за счет трения о земную поверхность. Для сельскохозяйственных полей и пустынных территорий при увеличении высоты над поверхностью земли в два раза наблюдается увеличение скорости ветра приблизительно на 12%.

2. Время года. В большинстве регионов наблюдаются значительные сезонные изменения ветровых потоков. Причем в зимние месяцы скорость ветра обычно выше, чем летом. Дневные изменения скорости ветра наблюдаются, как правило, вблизи морей и больших озер.

3. Утром солнце нагревает землю быстрее, чем воду, поэтому ветер дует в направлении побережья. Вечером же земля остывает быстрее, чем вода, поэтому ветер дует от побережья.

4. Характер земной поверхности. Холмы или горные хребты, находящиеся на открытом ландшафте, обычно считаются превосходным местом для ветряка. На холмах скорость ветра выше по сравнению с окружающей равнинной территорией. Необходимо помнить, что ветер может менять свое направление прежде, чем достигнет холма, так как область высокого давления фактически расширяется на некотором расстоянии перед холмом. Также необходимо помнить, что турбулентность, значение которой резко увеличивается в случае крутого холма или его неровной поверхности, может свести на нет преимущества более высокой скорости ветра (см. рис. 1 приложение). Так в случае А ветрогенератор расположен в более выгодном положении, с точки зрения производства электроэнергии, в случае Б будут большие потери из за турбулентности.

Неровность ландшафта, расположенного между ВЭУ и препятствием, имеет существенное значение, так как она влияет на степень эффекта "покрытия". Более равнинная территория позволяет ветровому потоку, проходящему вне препятствия, легче смешиваться с турбулентным потоком, образующимся позади препятствия, что в свою очередь значительно ослабляет действие и значимость воздушных помех. Практика доказала необходимость оценивать каждое конкретное препятствие, расположенное по отношению к ветротурбине в преобладающих направлениях ветрового потока на расстоянии ближе, чем 1000 м. Остальные имеющиеся препятствия оцениваются согласно классам неровности поверхности (рис.2 приложение)

Так как турбина вырабатывает электроэнергию из энергии ветра, то энергия ветрового потока, "прошедшего через турбину" будет меньше энергии ветрового потока перед турбиной. Это следует из факта, что энергия не может быть создана из ничего или бесследно поглощена. В подветренном от ВЭУ направлении будет всегда образовываться воздушный мешок. Фактически, позади турбины всегда будет турбулентный след, то есть длинный хвост ветрового потока, который является весьма беспорядочным и замедленным по сравнению с прибывающим ветром. На ВЭС ветротурбины стоят друг от друга на расстоянии, равном, по крайней мере, тройной длине диаметра ротора во избежание влияния слишком большой турбулентности вокруг ВЭУ, расположенных в подветренном направлении. В преобладающих направлениях ветра турбины устанавливаются обычно еще более обособленно. [23]

1. Виды ветроустановок

Современные ветроустановки можно разделить на группы по следующим критериям:

1. По конструктивному исполнению

ВЭУ преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую с помощью генератора в процессе вращения ротора. Лопасти ВЭУ используются подобно пропеллеру самолета для вращения центральной ступицы, подсоединенной через коробку передач к электрическому генератору. По своей конструкции генератор ВЭУ напоминает генераторы, используемые в электростанциях, работающих за счет сжигания ископаемого топлива. Огромно разнообразие машин, изобретенных или предложенных для производства энергии за счет ветра, многие из них представляют собой довольно необычные конструкции. Тем не менее, существуют два основных типа современных ВЭУ.

ВЭУ с горизонтальной осью вращения

ВЭУ с горизонтальной осью вращения, имеющие две или три лопасти, установленные на вершине башни, - наиболее распространенный тип ВЭУ. Расположение ведущего вала ротора - части турбины, соединяющей лопасти с генератором, - считается осью машины. У турбин с горизонтальной осью вращения ведущий вал ротора расположен горизонтально. (Рис 2 приложение)

В рабочем состоянии относительно направления воздушного потока ротор турбины может находиться перед опорой - так называемый наветренный ротор или за опорой - подветренный ротор. Чаще всего турбины с горизонтальной осью вращения имеют две или три лопасти, хотя есть и модели с большим числом лопастей.

ВЭУ с вертикальной осью вращения

У турбин с вертикальной осью вращения (Н-образные) ведущий вал ротора расположен вертикально (Рис.2 приложение). Лопасти такой турбины - длинные, обычно дугообразные. Они прикреплены к верхней и нижней частям башни. В мире существует всего лишь несколько производителей таких ВЭУ, наиболее известный из них - компания "Flowind". Благодаря вертикальному расположению ведущего вала ротора Н-образные турбины, в отличие от турбин с горизонтальной осью вращения, "захватывают" ветер, дующий в любом направлении, и для этого им не нужно менять положение ротора при изменении направления ветровых потоков.

Несмотря на свое внешнее различие, турбины с вертикальной и горизонтальной осями вращения представляют собой похожие системы. Кинетическая энергия ветра, получаемая при взаимодействии воздушных потоков с лопастями турбины, через систему трансмиссии передается на электрический генератор. Благодаря трансмиссии генератор может работать эффективно при различных скоростях ветра. Выработанная электроэнергия может использоваться напрямую, поступая в электросеть или накапливаться для более позднего использования.

1. По конструкции лопастей

По способу взаимодействия с ветром ВЭУ делятся на установки с жестко закрепленными лопастями без регулирования и на агрегаты, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом. Обе конструкции имеют преимущества и недостатки. ВЭУ, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом, имеют более высокую эффективность использования ветра и, соответственно, они вырабатывают больше электроэнергии. В то же время, эти ВЭУ должны быть оснащены специальными подшипниками, которые, исходя из имеющегося уже опыта, часто являются причиной поломок агрегатов. Турбины с жестко закрепленными лопастями более просты в обслуживании, однако их эффективность использования ветрового потока ниже. [23]

1. По схеме работы

Автономная ветросистема

Использование ветрогенератора в автономной системе предполагает генерацию энергии только при помощи ветра, то есть без использования вспомогательных источников энергии. Это самый дешёвый и простой вид генераторов, однако дешевизна оборачивается отсутствием энергоснабжения при недостаточном ветре.

Гибридная энергетическая схема.

Гибридная энергосистема подразумевает использование ВЭУ совместно с другими источниками энергии (солнечные модули, микроГЭС и т. д.). Эти источники энергии дополняют ВЭУ с целью обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителя в безветренную погоду.

Ветродизельные системы.

Ветросистема состоит из ВЭУ и дизель - системы с оптимально подобранными мощностями. Обычно дизель используется в сочетании с ВЭУ в случае, когда целью использования последней является экономия дизельного топлива, стоимость которого с учетом расходов на доставку может быть очень высокой. Соотношение мощности компонентов системы зависит от схемы генерирования нагрузки и ресурсов ветра.

Режим одновременной параллельной работы ВЭУ и ДЭС оценивается как недостаточно эффективный способ использования ВЭУ, поскольку доля участия ветроагрегата в системе по мощности не должна превышать 15-20 % от мощности дизеля. Такие режимы можно использовать для экономии топлива в гибридных установках большой мощности.

Использование режима раздельной работы ВЭУ и ДЭС позволяет поднять долю участия ветроустановки до 50-60 % и более. Однако в этом случае неизбежно усложнение системы за счет необходимости введения системы управления, инверторного оборудования и АБ, которые аккумулируют энергию, вырабатываемую ветроагрегатом при рабочих скоростях ветра, для питания нагрузки в безветренную погоду, или при небольших скоростях ветра.(Таблица 9 приложение)

Всякий раз, когда это возможно, энергия получается за счет ВЭУ, а АБ непрерывно подзаряжаются. В периоды ветрового затишья, когда заряд АБ падает ниже определенного уровня, для обеспечения потребителей энергией автоматически (вручную) запускается дизель. Такой режим значительно снижает количество запусков дизель-генератора и, следовательно, ведет к сокращению затрат на обслуживание и топливные расходы. Ветросистемы рассматриваемого типа в настоящее время используются в Архангельской и Мурманской областях России.

Гибридные ветросистемы мощностью от 2 до 500 кВт различных конструкций и назначения в настоящее время испытываются, разрабатываются или планируются к реализации в рамках Федеральной программы «удаленных территорий Крайнего Севера РФ». Как правило, эти гибридные системы предназначены для надежного электроснабжения автономных потребителей с одновременной экономией жидкого топлива.

Крупные гибридные электростанции должны работать на локальную сеть северных поселков.

Использование современной ветросистемы, при должном внимании к проведению текущего обслуживания, может быть экономически очень эффективным при наличии достаточных ветровых ресурсов в местности, где установлен ветроагрегат.

Ветросолнечные системы.

Электрическая энергия может быть получена за счет преобразования солнечного излучения фотоэлектрическими батареями. Несмотря на довольно высокую, в настоящее время, стоимость ФБ их использование совместно с ВЭУ в некоторых случаях может быть эффективным. Поскольку зимой существует большой потенциал ветра, а летом в ясные дни максимальный эффект можно получить, используя ФБ, то сочетание этих ресурсов оказывается выгодным для потребителя.

Использование ветроустановок совместно с микрогэс.

ВЭУ могут использоваться в комбинации с микрогэс, имеющими резервуар для воды. В таких системах при наличии ветра ветроагрегат питает нагрузку, а излишки энергии используются для закачивания воды с нижнего уровня бьефа на верхний. В периоды ветрового затишья энергия вырабатывается микрогэс. Подобные схемы особенно эффективны при малых ресурсах гидроэнергии. [25]

1. По месту размещения

Наземные ветроэлектростанции

Наземные ВЭС являются традиционными и самыми распространенными ветровыми электростанциями в мире, их строительство и обслуживание является более дешевым, чем строительство оффшорных ВЭС из-за хорошо отработанных технологий, а также более дорогого строительства в море.

Наземные ВЭС также делятся по расположению на несколько типов:

1. расположенные в горах ,на холмах и возвышенностях,
2. равнинные
3. прибрежные.

Электростанции расположенные в горах. Показатели скорости ветра в горах значительно выше, чем на равнине. Для строительства ВЭС в этих условиях необходим подьём в горы дорогой тяжелой строительной техники, кранов, с выносом стрелы более 50 метров, что увеличивает затраты на строительство.

Равнинные электростанции обычно строятся в зоне преобладающих ветров.

Прибрежные ВЭС строят возле береговой линии моря или океана, в их работе используется дневной бриз, дующий с моря на сушу и ночной, дующий с суши на море. Береговые ВЭС работают круглосуточно, их относят к наиболее стабильным.

Оффшорные или ВЭС морского базирования

Успех первых офшорных ВЭС (Рис.3 Приложение), установленных на мелководье в прибрежной зоне, вызвал огромный интерес к использованию ветрового потенциала прибрежных зон, особенно после того, как количество подходящих для ветроэнергетики площадок на суше уменьшилось из-за повсеместной установки наземных ВЭУ. В море ветер дует сильнее, так увеличение средней скорости ветра на 10% может привести к возможному приросту выработанной энергии на 30%. Так же, использование континентального шельфа глубиной до 30 м и расстоянием от берега до 30 км предполагает значительные экономические преимущества. В условиях будущего технологического прогресса, например, плавучие ВЭС или высоковольтные линии передач постоянного тока смогут помочь в освоении глубоководных территорий пригодных для ветроэнергетики. В недавно проведенном исследовании в рамках европейской программы по энергетике "без атомной энергии" - JOULE потенциал использования офшорной ветроэнергетики в странах Евросоюза был оценен величиной, в два раза превышающей современное потребление энергии.

В 90-х годах были предприняты первые многообещающие шаги по развитию офшорных технологий и накоплению опыта. Была обоснована возможность создания и развития офшорной ветроэнергетики. Учитывая существующую потребность в экологически чистой энергетике, появление новой технологии было отмечено как значительный вклад в решение проблемы энергообеспечения в Европе. Кроме того, внедрение офшорных технологий имеет меньше ограничений с точки зрения охраны окружающей среды, чем наземных, благодаря наличию огромных подходящих территорий и более мягких требований к шуму. В целом, перспективы офшорной ветроэнергетики оценены весьма положительно. Сегодняшние инвестиции в эту технологию можно рассматривать как подготовку к огромному энергетическому рынку завтрашнего дня. Офшорная ветроэнергетика является особенно обещающей в странах с высокой плотностью населения и, следовательно, испытывающих недостаток в подходящих для ветроэнергетики площадках, расположенных на суше.

Капитальные затраты на строительство ВЭУ морского базирования превышают затраты на строительство наземных, однако и производство энергии на офшорных ВЭУ существенно выше. [23]

1. Воздушные

Индустрия ветровых электростанций может вскоре претерпеть кардинальные изменения, с появлением ветрогенератора, который по внешнему виду напоминает аэростат.

Американская компания Altaeros Energies, которая зародилась в недрах Массачусетского технологического института и специализируется в области ветровой энергии, объявила об успешно проведенном тестовом испытании новой технологии. Им удалось получить энергию из ветра на высоте более 100 метров с помощью автоматического прототипа летающего ветрогенератора (Рис. 4 приложение).

Готовая коммерческая модель сможет функционировать на высоте более 300 метров, где ветры более сильные и постоянные.

Компания сообщает, что в ходе этого испытания удалось достигнуть сразу несколько ключевых рубежей. Аппарат автоматически поднял одну из самых популярных турбин на большую высоту и произвел вдвое больше электричества, чем наземные ветрогенераторы.

Представители фирмы рассказали, что поскольку их продукт может достигать более высоких ветров, сила которых более чем в пять раз превышает силу ветра внизу, что позволит сократить цену энергии на 65 центов и уменьшит время установки с недель до дней. Летающий ветрогенератор в дополнение к этому, практически не оказывает влияния на окружающую среду, не создает шум и нуждается в самом минимальном техническом обслуживании.

"В течение многих десятилетий, для установки ветрогенераторов требовались краны и огромные башни, чтобы поднять их на высоту в десятки метров, где ветры могут быть слабыми и порывистыми", - пояснил Бен Гласс, изобретатель этой технологии и глава фирмы.

"Мы рады продемонстрировать, что современные надувные материалы могут поднять ветровую турбину до более высоких ветров практически повсеместно. Эта платформа конкурентоспособна и легка в установке из транспортировочного контейнера".

В этой модели применяется наполненная гелием надувная оболочка, которая надежно удерживается на месте крепкой привязью и отправляет электричество на Землю.[26]

Makani Power это еще один амбициозный проект летающего ветрогенератора (Рис. 5 приложение). Крылья оснащены турбинами, которые работают как обычные ветровые — воздух движется по лопастям, заставляя их вращаться и приводит в действие генератор для производства электроэнергии. Установка турбин на крылья обеспечивает повышенную производительность на слабом ветру, что позволяет повысить производительность турбины примерно в два раза по сравнению с традиционной ветровой турбиной того же размера, но требует меньше материалов для строительства.

На своем сайте, Makani сообщает, что недавно завершила первый в мире демонстрационный автономный полет во всех режимах полета, в том числе взлет, парение и посадка. Компания также подтвердила приобретение Google, заявив, что дополнительные ресурсы, предоставляемые сделкой, помогут им ускорить разработку технологии с целью создания конкурентоспособной стоимости энергии ветра по сравнению с ценой ископаемого топлива. [27]

1. Малые ветрогенераторы

Малые ВЭУ могут быть подсоединены к центральной энергосистеме или использоваться автономно, т.е. без подсоединения к общей сети. Связанные с энергосистемой ВЭУ уменьшают потребление коммунальными службами электроэнергии, необходимой для освещения, работы электроприборов и отопления. Если ВЭУ производит больше электроэнергии, чем необходимо для данного хозяйства, избыток может быть продан в центральную сеть, причем, благодаря современным технологиям, переключение происходит автоматически.

Автономные ВЭУ идеально подходят для домов, ферм или общинных хозяйств, находящихся в удалении от высоковольтных линий. При соблюдении определенных условий может быть использована любая модель ветряка.

Малые ВЭУ, обеспечивающие электроэнергией домашнее хозяйство или работу водяных насосов - наиболее интересные примеры использования энергии ветра на отдаленных территориях. Подобные ветроустановки представляют особый интерес для развивающихся стран, где миллионы сельских хозяйств еще долго не будут присоединены к единой энергосети, продолжая использовать для освещения свечи или керосиновые лампы, а радио или другие электробытовые приборы будут работать лишь на батареях. Мощность ВЭУ, используемых для частного хозяйства, варьируется от нескольких Вт до нескольких тысяч Вт, и они могут использоваться в экономном режиме в зависимости от количества потребляемой энергии.

В областях, где средняя годовая скорость ветра более 5 м/сек, можно использовать простые ВЭУ с выработкой энергии от 100 до 500 Вт. Этого количества электроэнергии достаточно для подзарядки аккумуляторов и обеспечения электропотребления частного дома. При выборе ВЭУ семья обычно уделяет большое внимание вопросу, связанному с количеством вырабатываемой электроэнергии и количеством услуг, получаемых от работы ВЭУ (освещение, обеспечение работы радио, телевизора и других бытовых приборов). Однако, высокая стоимость готовой ветросистемы, составляющая от нескольких сотен до тысячи долларов США, являлась препятствием для многих семей в развивающихся странах.[23]

1. Состояние Энергетики Краснодарского края, основные проблемы

В области электроснабжения Краснодарский край является наиболее дефицитным энергорайоном в Южном федеральном округе. На территории региона вырабатывается только 40% собственной электрической энергии от необходимого объема потребления. Покрытие оставшегося дефицита (60%) мощности и электроэнергии многие годы осуществлялось от энергосистем Ростовской области (Волгодонская АЭС, Новочеркасская ГРЭС) и Ставропольского края (Ставропольская ГРЭС), через 3 центра питания – ПС 500 кВ «Центральная», «Тихорецк» и ПС 330 кВ «Армавир». Краснодарский край занимает первое место среди регионов Южного федерального округа по электропотреблению, что связано с динамичным развитием его экономики и интенсивным притоком инвестиций с начала 2000-х годов, а также строительством олимпийских объектов.

Наибольшая активность и рост электропотребления (около 10-15 % в год)отмечается в муниципальных образованиях, расположенных в зоне Азово - Черноморского побережья и Центрального района Краснодарского края. В регионе активными темпами ведется жилищное и промышленное строительство, развивается курортно-рекреационная сфера, реализуются крупные инвестиционные проекты федерального маштаба, развитие портовой инфраструктуры на Азово - Черноморском побережье. В этой связи объекты региональной инфраструктуры в настоящее время работают на пределе своих возможностей, что является серьезным ограничением для удовлетворения возрастающих потребностей краевой экономики в качественном энергоснабжении. Основная проблема заключается в высокой степени износа действующих объектов электроэнергетической инфраструктуры. С каждым годом увеличивается количество оборудования, зданий и сооружений, выработавших свой ресурс и подлежащих замене, реконструкции или техническому перевооружению. Это вызвано тем, что модернизация подстанций, электрических и тепловых сетей в последние 710 лет практически не проводилась. По ряду объективных экономических и социальных причин, Кубанская энергосистема в 90-е годы прошлого века и в начале двухтысячных испытывала острый дефицит вводов нового и реконструированного оборудования. Установленная мощность электростанций, действующих на территории Краснодарского края в настоящее время составляет 1864 МВт. Основным топливом для всех ТЭС Краснодарского края является газ, а резервным мазут.

1. Перспективы объединения энергосистем Краснодарского края и республики Крым

Республика Крым является энергодефицитным районом. Основной объем электроэнергии поступает с территории Украины. Состояние электрических сетей между Украиной и Крымом, а также сложные внешнеполитические отношения не позволяет полностью удовлетворять растущие потребности региона.

Варианты реализации проектов энергообеспечения Крыма потребуют финансовых вложений на уровне от $300 млн до $10 млрд. Обеспечения энергетической безопасности полуострова можно добиться тремя способами.

Первый путь предусматривает присоединение Крыма к энергосистеме Кубани через Керченский пролив с помощью прокладки кабеля по морскому дну. Такой проект будет стоить $300–500 млн, срок реализации составит до трех лет. В компании «Комплексные энергетические решения» подсчитали, что прокладка ЛЭП из РФ в Крым будет стоить от 10 до 15 млрд рублей ($277–414 млн).Энергетика Краснодарского края , как и энергетика Крыма является дефицитной, энергосети имеют высокий процент изношенности, низкую энергоемкость, не в состоянии полностью обеспечить собственные потребности края.

Второй вариант решения проблемы — это возведение собственных генерирующих мощностей на полуострове. Крым располагает достаточными газовыми запасами для производства электроэнергии. На полуострове в год добывается 1,65 млрд кубометров газа, из них расходуются на теплоснабжение 1,5 млрд кубометров. В ближайшие годы объемы извлечения «голубого топлива» увеличатся до 2,5–3 млрд кубометров.

После наращивания газодобычи топлива вполне хватит для того, чтобы обеспечить работу ТЭС суммарной мощностью 1,2 тыс. МВт — достаточный объем для энергообеспечения Крыма. На строительство электростанций уйдет $1,7–1,8 млрд.

Третий способ достижения энергетической самодостаточной республики — достройка Крымской АЭС, возведение которой было прекращено в 1987 году, после Чернобыльской трагедии. Первый энергоблок тогда был готов на 80%, второй — на 18%.

Хотя большая часть оборудования была демонтирована и продана в качестве металлолома, площадка сохранилась и может быть вновь использована для строительства. Стоимость проекта — $10 млрд. Запуск собственной АЭС позволит Крыму стать энергопрофицитным регионом.

В то же время, энергетики считают, что в ближайшие два или три года любой из этих вариантов реализовать вряд ли возможно, поэтому российским властям придется договариваться с Киевом об энергообеспечении Крыма. В качестве резервных источников электроэнергии в Крыму будут развернуты мобильные станции общей мощностью 440 МВт, однако они не смогут обеспечить базовые потребности региона, и не рассчитаны на то, чтобы работать постоянно. Ресурс таких станций составляет 70 тыс. часов.

В Крыму находятся 7 объектов ветроэнергетики (522 ветроагрегата мощностью 59,8 МВт). С начала их эксплуатации выработано свыше 263,7 млн. кВт-ч. Экономия топливно-энергетических ресурсов от использования солнечных систем горячего водоснабжения составила 2520 т. у. т.

Разработан проект Программы энергосбережения в Автономной Республике Крым на 2009-2014 годы. Его разработка финансировалась из бюджета автономии. Отсутствует экономический механизм, стимулирующий внедрение новых эффективных технологий и оборудования, направленных на энергосбережение как в бюджетной, коммунальной, социальной сферах, так и в быту.

Западно-Крымская ВЭС, которая реализуется бельгийскими и турецкими инвесторами, должна стать одним из крупнейших подобных объектов в Восточной Европе

Крымский полуостров абсолютно зависим от поставок электричества с территории Украины. Все источники добычи электроэнергии в Крыму, учитывая солнечные и ветровые электростанции, за 2013 год произвели 16% от объема потребленной на Крымском полуострове электрической энергии. Электрических сетей, соединяющих Крымский полуостров с Россией через Керченский пролив, не существует. Второй вариант - строительство высоковольтных линий электропередачи с Таманского полуострова через Керченский пролив суммарной пропускной способностью не менее 1800 мегаватт, то есть это потребность в строительстве тех же четырех линий, которые есть на сегодня с материковой части Украины. Район Северного Кавказа в Российской Федерации является энергодефицитным. Создание соответствующих генерирующих мощностей на полуострове составит соответственно не менее 4 миллиардов долларов США, и это без учета строительства инфраструктуры (газопроводы, воздушные линии электропередачи и т.п.), а вместе стоимость превышает 5 миллиардов долларов.

Девять ГТС перебрасываются сейчас из региона Сочи, под них готовятся площадки, суммарная мощность электростанций составит около 200 мегаватт, еще 140 мегаватт производят действующие в Крыму солнечные, ветровые и тягловые электростанции. Среднесуточное потребление Крыма составляет около 600 мегаватт.

Кабель могут проложить и под будущим мостом через Керченский пролив, что сделает конструкцию безопаснее и дешевле. А электроэнергия может поставляться из Сочи, где работают новые энергомощности. Частично заменить украинские поставки могут действующие в Крыму солнечные, ветровые и тяговые электростанции.

Комитет Госдумы по жилищной политике и жилищно-коммунальному хозяйству в рамках подготовки проекта «Национальная стратегия внедрения энергоресурсов и экологически безопасных (зеленых) технологий и производств в строительство и ЖКХ» подготовил пакет кратких рекомендаций правительству РФ и органам исполнительной власти. В тексте говорится, что «Россия имеет неудовлетворительные позиции во всех сферах «зеленых» инноваций, за исключением частного финансирования исследований и разработок. Для нашей страны характерны слаборазвитая общая инновационная и предпринимательская культура, низкий спрос на технологии и процессы по возобновляемой энергетике». По мнению членов комитета, Крым является отличным экополигоном для широкого использования прикладных энергоэффективных технологий. Это позволит сократить отставание РФ в этой сфере и использовать опыт «зеленого» строительства в других регионах страны.

По мнению авторов идеи, создание экополигона в Крыму позволит сократить отставание России в сфере внедрения энергоэффективных технологий и поможет использовать опыт «зеленого» строительства в других регионах страны. Основным источником финансирования программы, по словам главы думского комитета Галины Хованской, должен стать федеральный бюджет. Выделяемые из него средства пойдут, в частности, на строительство так называемых пассивных домов. По подсчетам экономистов, их возведение может обойтись примерно в 20-30 млрд руб.

Столь высокие затраты объясняются необходимостью внедрения системного подхода, предполагающего использование «зеленых» технологий как при проектировании и строительстве, так и при эксплуатации и утилизации отходов.

В Крыму планируется строительство крупнейшей ветровой станции. Объект планируется построить на территории Западного Крыма, неподалеку от озера Донузлав, которое располагается в Черноморском районе. Проект финансируется бельгийской и турецкой компаниями, которые выделяют денежные средства на его реализацию под контролем Европейского банка реконструкции и развития.

Реализация проекта, в который инвестируется 275 миллионов евро, предусматривает создание 111 рабочих мест. Сам проект строительства ветряной электростанции подразумевает монтаж от 56 до 86 ветряных агрегатов на земельном участке в пятьдесят гектаров.

Большие площади для строительства ВЭС есть на прибрежных и внутренних акваториях Крыма. Так, только площади незамерзающего зимой мелководного (преобладающие глубины 0,5 м, максимальная - 3,2 м) залива Сиваш целиком не задействованные в хозяйственном использовании составляют 2700 км2, значительная часть площадей залива длительный период времени (по 2 - 3 мес.), особенно летом, стоит без воды. Ветропотенциал Сиваша по данным измерений ГосНИИ НЭЭ с использованием современной ветроизмерительной аппаратуры типа Logger 9200 на высоте флюгера 10 м характеризуется скоростью 5,8 - 6,3 м/с, а на высоте 25 м - 7,2 - 7,6 м/с, что является достаточно хорошим показателем для строительства экономически эффективных ВЭС. При плотности строительства ВЭС 8 - 14 МВт/км2 здесь можно соорудить 21600 - 37800 МВт и обеспечить генерирование электроэнергии в объемах от 43,2 -75,6 млрд. кВт. час электроэнергии в год. Кроме Сиваша, еще большие территории акваторий.

Электроснабжение порта Темрюк

Проектируемая мощность ветроэлектростанции составит 150 МВт с возможным последующим увеличением до 300 МВт. Ветромониторинг на настоящее время пока не проведен, для его проведения понадобится год.

Планируемая высота мачт ветрогенераторов составляет 130 метров и выше, часть мачт будет размещена в прибрежных водах, на расстоянии одного-двух километров от суши.

В настоящее время электроснабжение порта осуществляется при помощи дизельных электростанций. В проекте строительства ВЭС участвуют российские, германские и австрийские инвесторы.

Канадская компания Greta Energy Inc планировала начать строительство ветроэлектростанций в Ейском районе Краснодарского края во второй половине 2010 года. Эта ВЭС должна была стать первой в России ветроэлектростанцией промышленного масштаба, однако отсутствие лояльного по отношению к альтернативным видам топлива энергетического законодательства, так и не утвержденные «зеленые тарифы» останавливает деятельность инвесторов.

Проект предусматривает строительство трех ветроэлектростанций в трех кубанских поселках - Широчанка, Мирный и Октябрьский. Их суммарная установочная мощность составит 72 МВт, ее должно хватить для обеспечения потребностей в электроэнергии города с населением в 200 тысяч человек".

Для строительства ветроэлектростанций власти района уже выделили три земельных участка общей площадью 700 гектаров.

Однако в последнее время возникают вопросы о целесообразности расширения порта Темрюк в связи с присоединением к России Республики Крым, обладающей пятью глубоководными портами.

1. Предварительное исследования энергетического потенциала ветров Краснодарского края

В области электроснабжения Краснодарский край является наиболее

дефицитным энергорайоном в Южном федеральном округе. На территории региона вырабатывается только 40% собственной электрической энергии от необходимого объема потребления. Покрытие оставшегося дефицита (60%) мощности и электроэнергии осуществляется от энергосистем Ростовской области (Волгодонская АЭС, Новочеркасская ГРЭС) и Ставропольского края (Ставропольская ГРЭС), через 3 центра питания – ПС 500 кВ «Центральная», «Тихорецк» и ПС 330 кВ «Армавир».

Краснодарский край занимает первое место среди регионов Южного

федерального округа по электропотреблению, что связано с динамичным развитием его экономики и интенсивным притоком инвестиций с начала 2000-х годов.

Наибольшая активность и рост электропотребления (около 10-15 % в год) отмечается в муниципальных образованиях, расположенных в зоне Азово-Черноморского побережья и Центрального района Краснодарского края. В регионе активными темпами ведется жилищное и промышленное строительство, развивается курортно-рекреационная сфера, реализуются крупные инвестиционные проекты федерального масштаба, развитие портовой инфраструктуры на Азово-Черноморском побережье.

В этой связи объекты региональной инфраструктуры в настоящее время работают на пределе своих возможностей, что является серьезным ограничением для удовлетворения возрастающих потребностей краевой экономики в качественном энергоснабжении.

Краснодарский край обладают огромными ресурсами возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Эти ресурсы во много раз превышают ресурсные возможности традиционных (ископаемых) источников энергии края [3, 5].

Вместе с тем, Краснодарский край по своим природно-климатическим особенностям и в условиях существенного дефицита энергоснабжения является одним из наиболее привлекательных регионов в России для развития генерации на основе использования возобновляемых источников энергии (далее – ВИЭ).

Значительный потенциал Краснодарского края в области использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии опирается на многолетний опыт практического применения солнечной энергии и геотермального тепла, ветро и гидроэнергии, других энергоисточников.

За счет реализации потенциала ВИЭ в Краснодарском крае можно получать до 2200 МВт тепловой энергии и 1300 МВт электрической энергии взамен получаемой на традиционных углеводородных топливах. Совокупный потенциал возобновляемой энергетики в крае достигает величины 2,5 млн. тонн у.т в год.

В настоящее время степень использования ВИЭ в энергобалансе Краснодарского края составляет менее 2%, а единичные мощности и удельные показатели действующих установок незначительно улучшились за последние двадцать лет.

Значительное отставание в развитии ВИЭ по сравнению с западноевропейскими экономически развитыми странами объясняется как сложившимся соотношением цен на оборудование и на энергоносители, так и нерешенностью ряда организационных и технологических вопросов. Как правило, энергия из возобновляемых источников энергии не может вырабатываться стабильно, необходимо наличие резервных мощностей и оперативное управление ими по всей технологической цепочке - от программного обеспечения, управляющего распределенными системами на уровне национальной инфраструктуры, до конкретного оборудования; систем измерений, построения связей между отдельными элементами систем, установки «умных» счетчиков.

Отечественные морально и физически устаревшие электрические сети не приспособлены для работы с подобными объектами. Как следствие, альтернативная энергетика требует пересмотра политики развития сетевой инфраструктуры, а именно - переход от энергетической системы к энергоинформационной.
Ветровая электроэнергетика.

Обширные прибрежные зоны Азовского и Черного моря, а также протяженная область Армавирского ветрового коридора (зона интенсивных постоянных по силе и направлению ветров) представляют практический интерес для масштабного развития ветроэнергетики. В таблице представлена оценка ветроэнергетических ресурсов Краснодарского края (технико-экономический доклад института «Ленгидропроект»).

Технический потенциал только ветроэнергетики Краснодарского края примерно в три раза превышает прогнозируемое электропотребление в 2020 г., что позволяет рассматривать ветровые ресурсы региона как один из его основных энергоресурсов (Таблица 13 приложение) (График 1 приложение) [5].

Перспективными районами для возможного возведения крупных ветроэлектрических станций (ВЭС) на территории Краснодарского края являются: порт Кавказ – коса Чушка, г. Анапа, г. Темрюк, г. Новороссийск, г. Геленджик, а также район г. Ейска (рис. 6 приложение). Кроме того, обусловлено это тем, что в последние годы в районе этих пунктов рассматривались проекты крупных ВЭС разной мощности. В районе рассмотренных пунктов имеется достаточно развитая электросетевая структура с линий электропередач с напряжением 110 – 220 кВт, а также развитая дорожно-транспортная структура (автомобильная и железнодорожная), способная обеспечить достаточно быструю и недорогую доставку ветроэнергетического оборудования к месту монтажа ВЭС.

При разработке ВЭС в каждом случае речь идет о суммарной мощности от 50 МВт и более с учетом расчетных коэффициентов использования номинальной мощности ВЭС КИНМ> 28 – 30% [4].

Проведенный в проекте TACIS предварительный ресурсный анализ позволяет рассматривать Краснодарский край как один из основных пилотных регионов для развития отечественной ветроэнергетики. Основанием для такого вывода является наличие многих обеспеченных ветровыми ресурсами мест возможного размещения ВЭС общей установленной мощностью до 1000 МВт при наличии достаточно развитой электросетевой инфраструктуры [6].

Для повышения достоверности оценок возможных масштабов практического использования ветровых ресурсов региона использован в качестве критерия производственный потенциал, определенный как возможная суммарная годовая выработка современных ВЭС, размещенных на неосвоенной производством территории региона, ветровые характеристики которой обеспечивают энергетическую эффективность ВЭС не ниже со-временных зарубежных рекомендаций (КИНМ> 28%).

Применительно к Краснодарскому краю данная оценка соответствует однорядному размещению 350 ветроэнергетических установок единичной мощностью 3,0 МВт вдоль Черноморской береговой линии протяженностью около 300 км в местах, не освоенных производством, но расположенных в пределах досягаемости линий электропередач и дорог с твердым покрытием. Суммарная номинальная мощность таких ВЭС, по экспертным оценкам, составляет до 1000 МВт [6].

1. Ветроэнергетический потенциал Азовского моря и водохранилищ Краснодарского края.

Большим ресурсом для получения ветровой энергии являются побережья и акватории морей и озёр.

В данной работе я рассмотрю как наиболее перспективные в этом плане: южное и восточное побережье Азовского моря и его акватория, Краснодарское водохранилище, Шапсугское водохранилище, Шовгеновское водохранилище.

Из-за отсутствия выраженного рельефа, а так же гладкости поверхности воды скорость ветра над водоемами выше, чем над поверхностью суши, таким образом, ветер приближается к геострофическому. Так же для морей характерны постоянные направления ветров. Существует два вида ветроэлектростанций морского типа - это шельфовые и плавающие. (Ранее говорилось об этом в пункте 8.Оффшорные или ВЭС морского базирования)

Преимущества этих ВЭС таковы:

- не занимают территорию суши, не надо арендовать землю,

-не портят своим видом окружающий пейзаж

-более высокая экономическая эффективность из-за более высоких скоростей ветра.

Так как Азовское море является мелководным и слабосоленым, то оно подходит для монтажа шельфовых ВЭС.

Плавающие ВЭС бывают стационарными и нестационарными располагаются на плавающих платформах и растягиваются на трёх якорях. Электроэнергия с них передаётся по подводному кабелю. Они могут монтироваться в любой части акватории моря либо водохранилища.

Необходимо рассмотреть основные направления и скорости ветров, характерные для территории Азовского моря.

В течение почти всего года над Азовским морем преобладают ветры от NE и Е. Ветры этих направлений более ярко выражены С сентября по апрель, когда общая повторяемость их составляет 30— 60 %. Кроме этих ветров, с мая — июня по август увеличивается повторяемость ветров от SW и W (суммарная повторяемость их достигает 50%).

Средняя месячная скорость ветра в течение года 3—7 м/с, причем в холодный период года она больше, чем в теплый.

Штили редки, повторяемость их обычно не превышает 7 %, и только в отдельных пунктах она увеличивается до 14 %.

Годовое число дней со скоростью ветра 17 м/с и более на побережье колеблется от 21 до 38. Ветры с такой скоростью наблюдаются чаще с октября по март, когда среднее число дней с ними 2—4 за месяц, в остальное время среднее месячное число дней с таким ветром не превышает 1—2.

Зимой ветры со скоростью 17 м/с и более наблюдаются преимущественно от NE и Е. Они отличаются большой продолжительностью, обычно охватывают все море и часто сопровождаются морозами и метелями.

Летом ветры с такой скоростью отмечаются при прохождении холодных фронтов. Чаще всего они носят шквалистый характер и, как правило, сопровождаются грозами и ливнями. Перед шквалами обычно наблюдается высокая температура воздуха.

Зимой в описываемом районе отмечаются так называемые «штормы Азовского моря» — сильные ветры от NE, опасные для судов. Они наблюдаются 20—30 раз в год, достигают большой скорости и обычно сопровождаются сильными морозами. Наибольшая продолжительность таких штормов 9 суток. Эти ветры разводят сильное волнение в вершине Таганрогского залива, а вдоль Арабатской Стрелки волны взламывают лед и нагромождают торосы.

Бризы в теплое время года наблюдаются почти на всем побережье Азовского моря. Морской бриз устанавливается к полудню и после захода солнца прекращается. Средняя скорость морского бриза 3—4 м/с, берегового 1—3 м/с. Наибольшая скорость бризов достигает 8 м/с. Действие морского бриза распространяется на 11—14 миль в глубь суши, берегового — на 16—19 миль в море. Среднее месячное число дней с бризом составляет летом 18, осенью 8—9. [27]

1. Затраты, связанные с установкой и эксплуатацией ВЭУ

Капитальные затраты

1) Затраты на предварительные исследования, предпроектные работы

Они включают необходимость замеров характеристик ветра для подтверждения достаточности ветроэнергетических ресурсов, разработку ТЭО, разработку бизнес-плана, выполнение других работ.

2) Затраты по управлению проектом

3) Затраты на разработку проектной документации и получение необходимых разрешений и согласований

4) Закупка ветроагрегатов и необходимого оборудования

5) Затраты на создание инфраструктуры

В этой категории учитываются расходы на прокладку кабелей и устройство фундамента. Для проектов большего масштаба в этих затратах учитывается прокладка подъездных путей.

6) Затраты на доставку и монтаж ВЭУ

Расходы на доставку включает в себя постоянные затраты, не связанные с расстоянием от поставщика до потребителя, и переменные затраты, которые непосредственно зависят от километража. Часто в доставку включаются комиссионные и затраты на установку. Поэтому покупателю необходимо заранее обсудить все необходимые платежи с поставщиками оборудования. Также, в зависимости от того, где были произведены ветроагрегаты, может потребоваться оплата таможенных сборов.

7) Дополнительные затраты на гарантийный ремонт

8) Банковские расходы

Если ветроэнергетический проект финансируются с привлечением заемного финансирования, то необходимо учесть банковские расходы.

9) Затраты на подключение к местной электросети

Эти затраты могут включать стоимость трансформатора, укладки кабелей и других видов работ.

Текущие эксплуатационные затраты

1) Страховка

Эти затраты покрывают страхование приобретаемого оборудования. Это очень важно. Например, если после окончания гарантийного срока, определенного производителем ВЭУ, возникает техническая проблема или если произошло повреждение оборудования в результате попадания молнии и т.п., владелец системы не будет платить за ремонт в случае, если предварительно оборудование системы было застраховано. Страхованием занимаются специализированные организации.

2) Арендные платежи за землю

3) Затраты на поддержание работоспособности и техническое обслуживание

Оборудование ВЭУ нуждается в контроле и техническом обслуживании, при этом некоторые детали необходимо периодически заменять. Регулярность обслуживания зависит от масштаба проекта, но в большинстве случаев не превышает 2 раз в год. Эти затраты могут быть значительными.

5) Другие расходы

На стадии технико-экономического обоснования также необходимо принять во внимание еще одну статью расходов - это стоимость демонтажа оборудования ВЭС и возвращения участка к первоначальному состоянию.

1. Экологические аспекты ветроэнергетики

Выбросы в атмосферу

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота.

По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн.

Влияние на климат

Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например, в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой.

Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее.

Вентиляция городов

В современных городах выделяется большое количество вредных веществ, в том числе от промышленных предприятий и автомобилей. Естественная вентиляция городов происходит с помощью ветра. При этом описанное выше снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения. В связи с этим установка ветряков вблизи крупных городов нежелательна.

Шум

Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

• механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
• аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами (Таблица 7 приложение). Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ.

Низкочастотные вибрации

Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса.

Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний.

Обледенение лопастей

При эксплуатации ветроустановок в зимний период, при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.

Использование земли

Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-$5000 в год.(Таблица 8 приложение)

Вред, наносимый животным и птицам

Пока этот вопрос мало изучен, ВЭС действуют на мелких млекопитающих очень негативно. Популяции летучих мышей, живущие рядом с ВЭС на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц (Таблица 9 приложение). Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90 % летучих мышей, найденных рядом с ветряками, подают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков. Ещё в 1980-х высказывались опасения, что ветряки могут нанести весомый урон популяции птиц. Прогресс ветряных турбин значительно усугубил эти опасения. В 80-х размах лопастей среднего ветряка был 15 м, а теперь он до десяти раз больше. Верхний конец лопасти ветряка Е-126 достигает 198 м. Площадь ометания при этом выросла не в 10, а в 100 раз; следовательно, один современный ветряк представляет для птиц стократно большую угрозу, чем в 80-х.

Проблема в том, что тенденции роста ВЭС не ослабевают, и сейчас серьёзно обсуждается постройка 300-400-метровых ветряков. Они будут иметь ометаемую площадь, в 10 раз превышающую показатели нынешних гигантов. Другая проблема — скорость лопастей. 30 лет назад не было и 10 м/с, а сейчас и 90 м/с при среднем ветре считаются нормой. Птицы, не могут отреагировать на предмет, летящий с такой скоростью. То есть, их возможности избежать столкновения с хорошо раскрученным ротором упали до нуля.

И это только начало. По всем прогнозам, разумная доля ветра в мировой энергетике должна составлять 20%, и, глядя на ЕС, США и КНР, в это легко верится. Только за 2011 год общемировая мощность ВЭС выросла на 20%; экстраполяция этой цифры даёт восьмикратный рост в течение 12 лет. Учитывая, что сейчас ветер ответствен за 2,5% мировой генерации (а та всё время растёт), сценарий восьмикратного прогресса к 2025 году кажется скорее консервативным. Тем более что за 2001–2011 годы выработка энергии ветряными турбинами повысилась в несколько раз.

Так испанское орнитологическое общество приводит такие цифры: каждый год 18 тыс. местных ветряков приводят к гибели 6–18 млн птиц и летучих мышей, от 300 до 1 000 жертв на каждый агрегат.

Например, в США только домашние и одичавшие кошки убивают от 365 млн до 1 млрд (согласно разным оценкам) птиц в год. Кошки охотятся, в основном, на представителей воробьиных, а от лопастей ВЭС погибают перелетные птицы и хищные, которые практически все находятся в Красной книге. Поэтому крупные хищные пернатые, такие как орлы всех видов, могут стать первой жертвой ветряков.

Есть ли способы решения проблемы? Отчасти — да. Превентивное отключение турбин в периоды интенсивных перелётов снизит смертность в 2 раза. Но чтобы полностью ликвидировать остальные 50%, нужно разработать активные технологии отпугивания — пока находящиеся в зачаточном состоянии. Что самое печальное, это изменит не только маршруты, но и ареал многих видов, особенно крупных хищников.

Есть и другие методы борьбы с гибелью птиц. В частности, повышение порога работы ветряков с ветра от 4 м/с до ветра от 5,5 м/с, сокращает выработку на 1%, при этом на 93% снижая смертность летучих мышей и небольших птиц, старающихся не летать при сильном ветре.

И, тем не менее, биологи отмечают, что всемирное развитие ветроэнергетики с большой долей вероятности приведёт к радикальному снижению численности крупных хищных птиц по всему миру, а сохранившиеся виды будут вынуждены поменять место обитания, возможно, переместившись в районы с низкой скоростью ветра, где выработка энергии таким «зелёным» способом пока нецелесообразна.

В Европе внешний негативный социально-экологический эффект на 1 кВт/ч произведённой электроэнергии оценён в 0,15 цента для ветроэнергетики, 1,1 цента — для газовых ТЭС и 2,5 цента — для угольных.

Исключение составляет проблема утилизации лопастей ветрогенераторов, выполненных из композитных материалов. Дело в том, что срок службы лопастей 20–25 лет и первые из построенных уже близки к выработке ресурса. Особо остро с этой проблемой придётся столкнуться уже в 2020 году, когда общая масса отработанных лопастей в мире составит 50 000 тонн, а к 2035 году вырастет до 200 000 тонн.

На данный момент используются два основных способа утилизации лопастей, сделанных из стеклопластика: механический и термический. Первый метод предполагает механическое измельчение волокон и гранул, составляющих композитный материал лопастей, которые затем используют в качестве сырья для производства низкосортной продукции. Однако в большинстве случаев выработавшие ресурс турбины подвергают термической обработке, то есть сжигают. Это явно «антиэкологичный» способ утилизации, который тем более абсурдно выглядит на фоне заявлений об «экологически чистой» ветроэнергетике. При этом зольность сжигаемой массы (доля негорючего неорганического остатка в общей массе материала) около 60% и образующаяся зола требует захоронения.

Специалисты РХТУ им. Д. И. Менделеева считают, что для переработки лопастей более перспективен пиролиз (нагревание без доступа кислорода при 500°С). Полученные вещества (пиролизат) можно использовать для производства пеностекла и стеклоблоков, а образующийся при пиролизе газ сжигать для получения электроэнергии.

Использование водных ресурсов

В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.

Радиопомехи

Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.

1. Недостатки ветроэнергетики

Ветер дует почти всегда неравномерно. Это значит что и генератор будет работать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится, и притом, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет наибольшей. И в итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности лишь малую часть времени, а в остальное время он либо работает на пониженной мощности либо просто стоит.

Для выравнивания отдачи тока применяют аккумуляторы, но это и дорого и малоэффективно.

Ветроэлектростанции сильно отстают от АЭС и ГЭС по коэффициенту использования установленной мощности. Если для АЭС он составляет 84%, для ГЭС — 42%, то для ветроэлектростанций — лишь 20%, что обусловлено характером самого источника энергии: ветер дует с достаточной силой далеко не всегда. То есть ветроэлектростанции в 2–4 раза менее продуктивны, чем электростанции традиционных типов, и для получения такого же количества электроэнергии их надо построить в 2–4 раза больше. Это дополнительные площади и материалы, а значит, больший экологический ущерб (в чём бы он ни заключался) в пересчёте на киловатт произведённой электроэнергии. (Таблица 12 приложение)

Интенсивности ветров сильно зависят и от географии. ВЭС выгодно использовать в таких местах, где среднегодовая скорость ветра выше 3,54 м/с для небольших станций и выше 6 м/с для станций большой мощности. В нашей стране зоны с V S: 6 м/с расположены, в основном на Крайнем Севере, вдоль берегов Ледовитого океана, где потребности в энергии минимальны (Таблица 7 приложение)

Как следует из приведенных цифр, мощность одной ветроустановки не превышает в исключительных случаях 4 МВт, а в серийных установках — 200-250 кВт. Но и при столь малых мощностях, ветроагрегаты — довольно громоздкие сооружения. Даже сравнительно небольшой ветроагрегат мощностью до 4 кВт состоит из мачты высотой 10 м (высота трехэтажного дома) и имеет диаметр трехлопастного ротора 12м. ВЭС на большие мощности и размеры имеют соответствующие. Так, установка на 100 кВт имеет ротор диаметром 37 м с массой 907 кг, а ротор установки "Гровиан" обладает размахом лопастей 100 м при высоте башни тоже 100м. И при этом такая башня должна быть достаточно массивной и прочной, чтобы выдержать и массу громадного ротора, и вибрации, возникающие при его работе. Развивает этот ветрогенератор сравнительно небольшую мощность — всего 3-4 МВт, а с учетом простоев из-за штилей и работы на пониженной мощности при слабом ветре, средняя мощность оказывается и того ниже — порядка 1 МВт.

Электроэнергия, выработанная, ВЭУ должна реализовываться по зелёному тарифу.

Зелёный тариф (Тариф на подключение) — экономический и политический механизм, предназначенный для привлечения инвестиций в технологии использования возобновляемых источников энергии.

В основе данного механизма лежат три основных фактора:

гарантия подключения к сети;

долгосрочный контракт на покупку всей произведенной возобновляемой электроэнергии;

надбавка к стоимости произведенной электроэнергии.

Тарифы на подключение могут отличаться не только для разных источников возобновляемой энергии, но и в зависимости от установленной мощности ВИЭ. Как правило, надбавка к произведённой электроэнергии выплачивается в течение достаточно продолжительного периода (10-25 лет), тем самым гарантируя возврат вложенных в проект инвестиций и получение прибыли.

Впервые идея льготных тарифов была реализована в США в 1978 году, когда президент Джимми Картер подписал Национальный энергетический закон (National Energy Act) и Закон о регулировании коммунального хозяйства (Public Utilities Regulatory Policy Act). Цель этих законов заключалась в поощрении энергосбережения и развитии новых видов энергетических ресурсов, в том числе возобновляемых источников энергии, таких как ветровая и солнечная энергия.

В 2011 году в более чем 50 странах были приняты законы регулирующие выработку электроэнергии при помощи зелёных тарифов. Законопроект о льготных тарифах в России был принят только 28 мая 2013 г. (Ранее говорилось об этом в пункте 4.Ветроэнергетика в России)

1. Заключение

Перспективные планы развития ветроэнергетики в Краснодарском крае

Степень использования возобновляемых источников энергии на Кубани невелика. В общем энергобалансе региона она не превышает 1,7%, Использование всего потенциала альтернативных источников энергии может заместить краю до 2,2 тыс. МВт тепловой энергии и 1,3 тыс. МВт электрической энергии, получаемых из традиционных углеводородов.

Сегодня в крае силами инвестиционных компаний проводится оценка экономической целесообразности строительства целого комплекса ветроустановок. Так, незадолго до начала мирового кризиса испанская компания Iberdrola Renovables («дочка» концерна «Iberdrola», одной из десяти крупнейших европейских энергетических компаний) и краснодарское ООО «Ветроэн-Юг» заявили о намерении построить несколько ветроэнергетических станций мощностью по 100 МВт общей стоимостью 1,6 млрд. евро в Анапе, Геленджике, Темрюке, Новороссийске, Туапсе, Сочи. Общая мощность будущего ветропарка могла бы составить 1000 МВт.

Существует проект Ейской ветроэлектростанции. Средняя сила ветра в районе Ейска, по оценке специалистов института «Ростовтеплоэлектропроект», составляет 7,8 м/с, тогда как ветряные установки способны вырабатывать энергию уже при 4 м/с. Правда, летом в районе Ейска наблюдается провал активности ветра. Тем не менее, результаты обнадеживают: можно выйти на показатель в 220 млн. кВт. ОАО «РусГидро» вместе с администрацией Ейского района взялись за проект, строительства Ейской ВЭС, привлекая частные инвестиции компании Greta Energy Inc.

В конце 2007 года в районе был установлен, сертифицирован и запущен в эксплуатацию ветроизмерительный комплекс из трех 70-метровых мачт для автоматизированного сбора и обработки ветроинформации. В конце 2008 года ветромониторинг был завершен. Результаты обработки данных, приведенные инжиниринговой фирмой Harrad&Hassan (Великобритания), подтвердили экономическую целесообразность строительства ветроэлектростанции. Обоснование основных технических решений, размещение оборудования, определение выходных параметров ВЭС, проектирование ВЭС проводит инжиниринговая компания CUBE Engineering GmbH (Германия). Были определены три площадки общей площадью 700 га для размещения ветрогенераторов. Наиболее оптимальным признан монтаж 12 ветротурбин в поселках Октябрьском, Широчанка и Мирном. По предварительным подсчетам, они способны на 100% удовлетворить потребности района в электричестве.

Недавно дата начала строительства ВЭС была перенесена на неопределенное время. Ранее канадские инвесторы уже меняли первоначальные планы по проекту. Но, несмотря на это сумма инвестиций была увеличена с 60 до 144 млн. евро.

Более чем двукратное увеличение вложений объясняется существенными технологическими изменениями. «Ветер в Ейске более сильный, чем предполагалось, и поэтому целесообразно заменить генераторы мощностью 2 МВт на более мощные марки NORDEX, вырабатывающие 2,5 МВт»

Срок окупаемости Ейской ВЭС – 7,6 лет. После этого она будет давать чистую прибыль около 20 лет.

Greta Energy намерена реализовать проекты ВЭС и в других районах Кубани. В Абинске планируется строительство станции мощностью 300 МВт, ориентированной в основном на нужды металлургического комбината, в Приморо-Ахтарске – ВЭС мощностью 200 МВт. Еще одну ВЭС канадцы планируют построить в Армавире.

На международном инвестиционном форуме в Сочи-2009 администрация Темрюкского района Краснодарского края подписала договор о строительстве ветроэлектростанции общей мощностью 200 МВт с основным подрядчиком – фирмой «Грета Энерджи Ру». Ввод ветроэлектростанции в эксплуатацию будет проводиться поэтапно. После завершения строительства первой очереди мощность электростанции будет составлять 50 МВт. Ожидается, что по окончании строительства ВЭС сможет покрыть дефицит электроэнергии, который испытывают жители района (на сегодняшний день порядка 220 МВт)

На Кубани предприятия, занимающиеся ВИЭ, включены в краевые целевые программы, в общий энергобаланс. По мнению специалистов, запуск ветроэлектростанций в крае поможет сократить существующий в регионе энергодефицит. В ходе работы над дипломным проектом мною было установлено, что Краснодарский край обладает высоким ветроэнергетическим потенциалом и подходит по всем параметрам как лучшая в России экспериментальная площадка для развития ветроэнергетики, обладая еще большим потенциалом, чем полуостров Крым.

Так, на территории края есть возможности для размещения практически всех типов ВЭС.

Горные электростанции целесообразно разместить на Маркхотском хребте.

Вместе с этим был выявлен ряд факторов, препятствующих развитию «большой ветроэнергетики» Кубани:

1) Принятие нового энергетического законодательства с «котловым тарифом», когда цена транспортировки и потерь энергии от всех продавцов делится между ними поровну, здесь теряются все преимущества близкого расположения ЭС к потребителю. Это ведет к сильному удорожанию и так дорогой энергии ветра. С помощью энергетического законодательства проблема необходимости производства электроэнергии на своей территории в Краснодарском крае была успешно решена.

2) Временная общая тенденция сокращения производства электроэнергии на территории РФ, из-за потепления климата и сокращения производственных мощностей.

3) Присоединение к РФ Республики Крым, необходимость вложения крупных инвестиций в развитие энергетики Крыма, ввода в эксплуатацию каскадов ВЭС.

4) Большой бюджетная задолженность Краснодарского края после проведения Олимпиады в Сочи: 130 млрд 689 млн рублей.

5) Необходимость отчуждения большого количества земель под каскады ВЭС.

6) Необходимость строительства крупных дорогостоящих аккумулирующих станций для ВЭС.

7) Необходимость замены старых изношенных сетей.

8) Необходимость обновления энергетического законодательства и установления «зеленых тарифов»

9) Незаинтересованность местных властей в реализации убыточных проектов строительства ВЭС.

Наибольший интерес для экономики края представляет «малая» ветроэнергетика. Активное туристическое освоение горных территорий под горнолыжные курорты и турбазы, требует проведения электричества и здесь малые ВЭС являются эффективной заменой дизельным станциям.

Выгодно строительство ВЭС для отдаленно расположенных портов, рыболовецких артелей, АПК, дачных кооперативов.

1. Приложения

Таблица 1. Наиболее крупные ветроэнергетические установки

Страна	Название установки	Диаметр рабочего колеса,м	Мощность, МВт
США	WTS-4	78	4
Канада	Eole	64	4
ФРГ	Growian	100	3
Великобритания	LSI	60	3
Швеция	WTS-3	78	3
Дания	Elsam	60	2

Таблица 2 Доля на рынке различных типов ВЭУ в старых землях ФРГ

Расположение оси ротора	Доля на рынке, %
Вертикальноосевые установки	9
Горизонтальноосевые установки, из них:	91
с наветреным расположением ротора за башней	77
с подветренным расположением ротора	14

Таблица 3. Прогноз развития возобновляемой энергетики.

Mtoe- Million tonnes of Oil Equivalent

Возобновляемые источники энергии	В 2020 г. “Минимум”	В 2020 г. “Максимум” при благоприятной политике поддержки
	Mtoe	%	Mtoe	%
“Modern” биомасса	243	45	561	42
Солнечная	109	21	355	26
Ветровая	85	15	215	16
Геотермальная	40	7	91	7
Мини ГЭС	48	9	69	5
Приливов и волн	14	3	54	4
Суммарная	539	100	1345	100

Таблица 4 Целевые показатели величин объёмов ввода установленной мощности генерирующих объектов по видам возобновляемых источников энергии (МВт)

Виды генерирующих объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии	2014 год	2015 год	2016 год	2017 год	2018 год	2019 год	2020 год	Всего
Генерирующие объекты, на основе энергии ветра	100	250	250	500	750	750	1000	3600
Генерирующие объекты, на основе фотоэлектрического преобразования энергии Солнца	120	140	200	250	270	270	270	1520
Генерирующие объекты установленной мощностью менее 25 МВт, функционирующие на основе энергии вод	18	26	124	124	141	159	159	751
Итого	238	416	574	874	1161	1179	7429	5871

Таблица 5 Значения энергии ветра в стандартных условиях

Скорость ветра, м/с	Мощность ветра на 1 м2 площади ветрогенератора, Вт/м2
1	1
3	17
5	77
9	477
11	815
18	3572
21	5672
23	7452

Рис. 1 Влияние турбулентности на эффективность работы ветрогенератора

Рис. 2 Основные компоненты ВЭУ с горизонтальной и вертикальной осями

Рис. 3 Неровность ландшафта и расположение ветроустановки

Рис. 4 Офшорные ВЭС

Рис. 5 Ветрогенератор Altaeros Energies

Рис. 6 Ветрогенератор Makani Power

Рис. 8 Планируемые ветроэлектростанции Краснодарского края

Рис. 7 Распределение среднегодовой скорости ветра в Краснодарском крае

Таблица 6. Возможности использования энергии ветра в России

Район	Средняя скорость ветра, м/с	Возможные типы ВЭС
Побережье Ледовитого океана, отдельные места у берегов Каспийского моря	>6	Крупные ВЭС по 3—4 МВт
Европейская часть , Западная Сибирь, , Дальний Восток, Камчатка	3,5-6	ВЭС средней мощности
Юг Средней Азии, Восточная Сибирь	<3,5	Мелкие ВЭС для решения локальных задач

Таблица 7 Уровень шума[14]

Источник шума	Уровень шума, дБ
Болевой порог человеческого слуха	120
Шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м	105
Шум от отбойного молотка в 7 м	95
Шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении в 100 м	65
Шумовой фон в офисе	60
Шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч	55
Шум от ветрогенератора в 350 м	35—45
Шумовой фон ночью в деревне	20—40

Таблица 8 Удельная потребность в площади земельного участка для производства 1 млн кВт/ч электроэнергии

Источник энергии	Удельный показатель площади земельного участка, требующейся для производства 1 млн кВт·ч за 30 лет (м)
Геотермальный источник	404
Ветер	800—1335
Фотоэлектрический элемент	364
Солнечный нагревательный элемент	3561
Уголь	3642

Таблица 9 Вред, наносимый животным и птицам. Данные AWEA

Причины гибели птиц (из расчёта на 10 000)	штук
Дома/ окна	5500
Кошки	1000
Другие причины	1000
ЛЭП	800
Механизмы	700
Пестициды	700
Телебашни	250
Ветряные турбины	Менее 1

Таблица 10. Параметры действующих ветро-дизельных систем.

Страна	Место расположения	Мощность ветрогрегата, кВт	Мощность дизельгенера- тора, кВт	Мощность нагрузки, кВт
Австралия	Остров Роттнест	20,50,55	1100	90-460
Бразилия	Фернанд де Норонха	2х5	50	200 макс.
Канада	Остров Келверт	2х3	12	0,5-3,5
Канада	Кембридж Бэй	4х25	4: 380-760	2375 макс
Канада	Форт Северн	60	85,125,195	50-150
Дания	Ризо	55	125	30-90
Франция	место де Лас Турс	10х12	152	100 макс
Германия	Хелоголенд	12002	2-1200	1000-3000
Германия	Шнитлинген	11	25	1-15
Греция	Остров Китнос	5х22	31.4
Ирландия	Кейп Клиер	2х30	60	15-100
Ирландия	Айнис Ойр	1х63	1х12,1х26,1х44	---
Италия	Келбриа	20	2х20	---
Голландия	ECN	2х30	50	50
Норвегия	Фроуа	55	50	15-50
Испания	Буджерелоз	25	16	---
Швеция	Аскескар	18,5	8,1	---
Швеция	Келмерский университет	22	20	---
Швейцария	Мартинджи	160	130	60-80
Великобритания	Остров Файр	55	1х20, 1х50	---
Великобритания	Фолклендские острова	10	10	---
Великобритания	Остров Ланди	55	3х6, 1х27	---
Великобритания	Машинилес	15	10
Великобритания	RAL	16	7
США	Острова Блок	150	1х225,400,500	1800 макс
США	Клейтон	200	1х400,1700; 2х1000; 3х1250	1000-3500

Таблица 11 Суммарная установленная мощность ветростанций

Страна, регион	Установленная мощность (MW)
США	1700
Дания	520
Германия	320
Великобритания	145
Нидерланды	132
Испания	55
Греция	35
Швеция	12
Италия	10
Бельгия	7
Португалия	2
Ирландия	7
Франция	1
Остальные регионы Европы	35
Индия	100
Китай	25
Остальные регионы Мира	75
Всего	около 3200

Таблица 12 Значения энергии ветра в стандартных условиях

Скорость ветра, м/с	Мощность ветра на 1 м2 площади ветрогенератора, Вт/м2
1	1
3	17
5	77
9	477
11	815
18	3572
21	5672
23	7452

Таблица 13 Удельная потребность в площади земельного участка для производства 1 млн кВт\ч электроэнергии

Источник энергии	Удельный показатель площади земельного участка, требующейся для производства 1 млн кВт·ч за 30 лет (м)
Геотермальный источник	404
Ветер	800—1335
Фотоэлектрический элемент	364
Солнечный нагревательный элемент	3561
Уголь	3642

Таблица 14

Литература

Алексеев Б.А. Международная конференция по ветроэнергетике / Электрические станции. 1996. №2.

Амерханов Р.А. Оптимизация сельскохозяйственных энергетических установок с использованием возобновляемых видов энергии: монография / Р. А. Амерханов. –М.: КолосС, 2003. – 532 с.

Безруких П.П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики / Энергия: Экон., техн., экол. 1995. №8.

Богуславский Э.И., Виссарионов В.И., Елистратов В.В., Кузнецов М.В. Условия эффективности и комплексного использования геотермальной солнечной и ветровой энергии // Международный симпозиум “Топливно-энергетические ресурсы России и др. стран СНГ". Санкт-Петербург, 1995.

Григораш О.В. Нетрадиционные автономные источники электроэнергии / О.В. Григораш, Ю. И. Стрелков // Промышленная энергетика, № 4, 2001, с.37-40.

Григораш О.В. Возобновляемые источники энергии: термины, определения, достоинства и недостатки / О. В. Григораш, Ю. П. Степура, А. Е. Усков, А. В. Квитко// Труды КубГАУ. – Краснодар. 2011. № 5. С. 189 – 192.

Григораш О. В. Возобновляемые источники энергии: монография / О.В. Григораш, Ю.П. Степура, Р.А. Сулейманов, Е.А. Власенко, А.Г. Власов; под общ. ред. О.В.Григораш. – Краснодар: КубГАУ, 2012, – 272 с.

Григораш О.В. Современное состояние производства электроэнергии возобновляемыми источниками в мире и России / О. В. Григораш, Ю. П. Степура, А. С. Пономаренко, Ю. В. Кондратенко // Труды КубГАУ. – Краснодар. 2012. № 6. С. 159 –163.

Григораш, В. В. Тропин, А. С. Оськина // Политематический сетевой электронный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). – Краснодар: КубГАУ,2012. – № 83 (09). С. 188 – 199.

Дьяков А.Ф., Прокуроров Н.С., Перминов Э.М. Калмыцкая опытная ветровая электростанция / Электрические станции 1995. № 2.

Логинов В.Б. Новак Ю.И. Высокоэффективные ветроэнергетические установки / Проблемы машиностроения и автоматизации. 1995. №1-8.

Селезнев И.С. Состояние и перспективы работ МКБ "Радуга" в области ветроэнергетики / Конверсия в машиностроении. 1995. №5.

Соболь Я.Г. "Ветроэнергетика" в условиях рынка (1992-1995 гг.) / Энергия: Экон., техн. экол. 1995. №11.

Уровень шума от различных источников. Источник: Ермоленко Б. В., Ермоленко Г. В., Рыженков М. А. Экологические аспекты ветроэнергетики // Теплоэнергетика, 2011, № 11.

Couture, T., Gagnon, Y., (2010). An analysis of feed-in tariff remuneration models: Implications for renewable energy investment. Energy Policy, 38 (2), 955—965,doi:10.1016/j.enpol.2009.10.047

Policymaker’s Guide to Feed-in Tariff Policies, U.S. National Renewable Energy Lab, www.nrel.gov/docs/fy10osti/44849.pdf

Mendona, M. (2007). Feed-in Tariffs: Accelerating the Deployment of Renewable Energy. London: EarthScan.

NREL 2010, www.nrel.gov/docs/fy10osti/44849.pdf

Policy Options for Promoting Wind Energy Development in California: A Report to the Governor and State Legislature

Hirsh, R. F. (1999). "PURPA: The Spur to Competition and Utility Restructuring", The Electricity Journal, Vol. 12, Issue 7, pp. 60-72.

http://www.wewees.ru/ Альернативная энергетика

http://www.regnum.ru/ Информационное агенство

http://www.ecomuseum.kz/ Экологический музей

http://www.gigavat.com/ Все об электростанциях

http://msd.com.ua/ Бизнес журнал

http://globalscience.ru/article/read/20415/ Научно-популярные новости и статьи

http://greenevolution.ru/ Новости в мире экологии

http://www.windsport.net.ua/ Направление и сила ветра

http://www.greenpeace.org/russia/Global/russia/report/2006/12/768786.pdf

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СОВРЕМЕННЫХ ВЕТРОВЫХ УСТАНОВОК НА ТЕРРИТОРИИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ