Ратификация Россией Парижского соглашения по климату 2015 года, направленного на снижение выбросов парниковых газов, способствовала развитию в стране возобновляемых источников энергии (ВИЭ). По итогам полугодия 2023 года общий объём установленной мощности генерирующих объектов, функционирующих на основе ВИЭ, составил в РФ 6,04 ГВт, и это без учёта автономных электростанций мощностью менее 25 МВт, функционирующих с целью покрытия собственных нужд домовладельцев или промышленных предприятий. Основной территорией для размещения ВИЭ-генерации стала первая ценовая зона (территории европейской части России и Урала), которая включает 5,5 ГВт генерирующих объектов ВИЭ, то есть более 90% от совокупной установленной мощности. Именно благодаря государственной поддержке в рамках предусмотренного законодательством механизма стимулирования использования ВИЭ на оптовым рынке в первой и второй ценовых зонах, которая дала инвестиционный толчок, значительное количество ВИЭ-генерации расположено в ценовых зонах.
На текущий момент во второй ценовой зоне, состоящей из объединённой энергосистемы Сибири (ОЭС Сибири), ВИЭ-генерация преобладает преимущественно за счёт солнечных электростанций общей установленной мощностью 400 МВт. По итогам конкурсных отборов в 2021 и 2023 годах на заключение договоров о предоставлении мощности ВИЭ (ДМП ВИЭ) Забайкальский край стал приоритетным регионом для инвесторов в солнечную энергетику. К 2028 году установленная мощность СЭС увеличится на 687–1042 МВт. В свою очередь, ветровые электростанции (ВЭС) распределены в основном только в первой ценовой зоне. Инвесторы, несмотря на возможность реализовать свой проект во второй ценовой зоне, используют объёмы поддержки в приоритетном порядке в пользу регионов, входящих в первую ценовую зону, которые в основном являются энергоизбыточными.
Недостаточное развитие ветроэнергетики во второй ценовой зоне предположительно связано с отсутствием в стране отечественных технологий и оборудования, недостаточной численностью квалифицированного персонала, который способен строить и эксплуатировать ВЭС в различных климатических условиях. Также стоит учитывать наличие в ряде регионов второй ценовой зоны дешёвой электроэнергии ГЭС. В то же время во второй ценовой зоне значительное количество электростанций работают на угле и мазуте, в ряде регионов сложилась непростая экологическая ситуация, на южном направлении есть перспективы поставок «зелёной» электроэнергии в соседний Китай. Поэтому, несмотря на обозначенные выше факторы, развитие ветроэнергетики во второй ценовой зоне представляется интересным и перспективным направлением.
В связи со значительным потенциалом развития ветроэнергетики в регионах второй ценовой зоны было принято решение провести выбор площадки под строительство перспективной ВЭС и рассчитать её основные характеристики. Первоочередным этапом выбора территории для реализации проектов строительства ВЭС является проведение предварительной оценки ветропотенциала на основе данных атласов, находящихся в общем доступе. Рассмотрев регионы, входящие во вторую ценовую зону, на предмет развития ветроэнергетики, определили, что для многофакторного анализа с целью обоснования экономической эффективности строительства ВЭС целесообразно оценивать следующие территории: Омская область, Томская область, Новосибирская область, Алтайская область и Забайкальский край.
Забайкальский край, а именно южная его часть, имеет границу с Китаем, что является положительной стороной его расположения. Для детального анализа были выбраны территории Забайкальского край преимущественно по причине активного развития межгосударственных отношений России и Китая, направленных на экономическое и технологическое развитие.
На начало 2022 года установленная мощность электрических станций энергосистемы Забайкальского края составила 1643,8 МВт, основная часть которой (97%) сформирована за счёт тепловых электростанций (ТЭС), использующих в качестве топлива мазут и уголь. Оставшаяся доля 3% в структуре приходится на СЭС мощностью 50 МВт. Отметим, что за первое полугодие 2022 года в эксплуатацию было введено ещё 50 МВт солнечной генерации, тем самым произошло перераспределение структуры: ТЭС — 94%, а СЭС — 6%. Благодаря отобранным инвестиционным проектам в рамках программы «ДПМ ВИЭ 2.0» к 2028 году доля солнечных электростанций в энергосистеме Забайкальского края может достигнуть 35–40%. Но, учитывая возможность замены региона для отобранных проектов, а также обосновывающие материалы Схемы и программы развития (СиПР) Забайкальского края на 2023–2028 годы, доля СЭС возрастёт до 20,7%.
В связи с переориентацией России на рынки Юго-Восточной Азии наблюдается рост инвестиционного интереса к этому региону. Это необходимо учитывать при прогнозировании потребления электроэнергии, а также строительстве дополнительных генерирующих мощностей, в частности, «зелёной» энергетики, способствующей уменьшению нагрузки на промышленные предприятия благодаря сокращению выбросов парниковых газов.
На сегодняшний день в Забайкальском крае планируется реализовать четыре крупных инвестпроекта, объём потребления которых рассчитывают покрыть за счёт солнечных электростанций. Стремительный рост промышленного производства, основная доля которого приходится на добычу полезных ископаемых (золотосодержащих, медных, свинцовых, цинковых и серебряных концентратов), в том числе для экспорта в КНР, создаёт предпосылки для увеличения общей установленной мощности генерирующих объектов с целью покрытия нужд промышленных потребителей.
При отборе площадки с целью реализации проекта ветрогенерации проводят многофакторный анализ, учитывающий ключевые факторы, такие как наличие ветровых и земельных ресурсов, отсутствие сейсмических ограничений, доступность и состояние электрической инфраструктуры, а также климатические особенности. Выбрав перспективную площадку в Забайкальском районе (город Забайкальск), расположенном в южной части края на границе с Китаем и Монголией, была проведена оценка климатических особенностей и ветрового потенциала на основе данных метеостанции, находящейся ближе всего к рассматриваемой территории, за период наблюдений 12 лет — с 2010 по 2022 годы (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость температуры и плотности воздуха на высоте 100 м от календарного месяца в Забайкальском районе
Важным параметром, влияющим на выбор генерирующего оборудования, является температура воздуха в зимние месяцы. При низких температурах (от −30 до −43°C) эффективность работы ветроэнергетических установок (ВЭУ) значительно снижается, что требует технологических и технических решений в части оборудования для регионов с холодным климатом. При этом в Южном Забайкалье также часто расположены острова многолетнемёрзлых пород, что требует особых конструкторских и проектных решений для возведения фундамента ВЭУ. Только после проведения инженерно-геологических изысканий, с учётом конструктивных и технологических особенностей ВЭУ, выбирается материал для возведения несущих конструкций, который будет удовлетворять требованиям долговременного сохранения нормативной несущей способности и эксплуатации без потери свойств установки.
Отметим, что температура воздуха обратно пропорциональна плотности воздуха, вследствие чего в зимние месяцы наблюдается увеличение плотности воздуха, которое влечёт рост удельной мощности ветрового потока [Вт/м²]. Ниже представлены графики зависимости скорости ветра на высоте 100 м (предположительно высота ветроколеса) от календарного месяца и времени суток (рис. 2 и 3).
Рис. 2. Зависимость скорости ветра на высоте 100 м от календарного месяца в Забайкальском районе
За период наблюдений зафиксирована значительно высокая скорость ветра в весенние месяцы. В марте — апреле средняя скорость ветра находится в пределах 9 м/с, что является достаточно высоким показателем. Также, в соответствии со шкалой Бофорта, весной возможно возникновение урагана, что определённо влияет на ветровую турбину и может привести к её разрушению.
Рис. 3. Зависимость скорости ветра на высоте 100 м от времени суток в Забайкальском районе
Распределение скорости ветра в зависимости от времени суток схоже с типовым графиком потребления электрической энергии, где прирост отмечается в промежутке времени 07:00–21:00.
Вероятность скорости ветра по градациям является важнейшей характеристикой ветрового кадастра. На рис. 4 приведено распределение повторяемости значений скорости ветра в процентах (дифференциальная зависимость) за период многолетних наблюдений. Скорость ветра была пересчитана на высоту 100 м.
Рис. 4. Дифференциальная повторяемость скорости ветра
Скорость ветрового потока — преимущественно 3–6 м/с с повторяемостью более 13%. Как правило, минимальная скорость ветра для начала вращения лопастей в большинстве ВЭУ — 3 м/с, следовательно, в данном случае преобладает выработка электроэнергии. Учитывая изменчивость плотности воздуха в Забайкальском районе и дифференциальную повторяемость скорости ветра на высоте 100 м, удельная мощность ветрового потока составляет около 630 Вт/м².
Полученные результаты являются достаточными для реализации ветровых электростанций.
По итогам анализа климатических особенностей и ветропотенциала Забайкальского края можно сделать вывод, что развитие ветроэнергетики в регионе возможно при следующих условиях:
- наличие компетенций в строительстве и эксплуатации на территориях с холодным климатом;
- доступность технологий ветровых турбин со способностью противостоять экстремальным погодным явлениям;
- продолжение развития промышленности в регионе с последующим ростом населения.
На текущий момент развитие ветроэнергетики в России зависит в основном от стратегических решений государства. Нехватка компетентных научных сотрудников, способных создать конкурентно-способную технологию ветроэнергетической установки, является первостепенной проблемой. Учитывая, что на 47% территории России фиксируют самые низкие температуры воздуха, а также наличие вечной мерзлоты, то развитие ветрогенерации целесообразно при наличии технологических и технических решений для особых климатических условий. Задача взращивания компетенций для создания универсальной суверенной ВЭУ для различных погодных условий является стратегической, которая требует много времени, сил и вложений. И если следовать биогенной (органической) теории происхождения нефти и газа, то у нас есть время для обеспечения ресурсодостаточности будущего.
