Суммарная установленная мощность ВЭС в России в настоящее вре­мя составляет около 15 МВт. Основными ветроэнергетическими стан­циями являются: Воркутинская ВЭС 1,25 МВт (250 кВт х 5); Калмыц­кая ВЭС (1 МВт х 2); Куликовская ВЭС 5,1 МВт (21 ВЭУ); Анадырская ВЭС (АВЭ-250 х10); Башкирская ВЭС (550 кВт х4); ВЭС на о. Беринга 0,5 МВт (250 кВт х2); Камчатская ВЭС 1,5 МВт; Ростовская ВЭС 0,3 МВт ( 30 кВт х10).

Однако разработка под эгидой правительства РФ и весьма вероятное принятие достаточно амбициозных планов по вводу ВЭС (до 7 ГВт к 2020 г. и более 22 ГВт к 2030 г.) диктует необходимость делать ставку на массовое строительство сетевых ветростанций большой суммарной ус­тановленной мощности от 20 МВт и выше, базирующихся на ВЭУ номи­нальной мощности > 1 МВт. Серийное производство машин такого клас­са в России отсутствует, поэтому по крайней мере на начальном этапе развития российской ветроэнергетики требуется международная коопе­рация, обеспечивающая в достаточно сжатые сроки (3-5 лет) поставки в Россию большого числа ВЭУ мегаваттной мощности и возведения на их базе десятков ВЭС мощностью 25-50 МВт. Второй задачей такой ко­операции является подготовка инфраструктурной и профессиональной базы крупномасштабной ветроэнергетики. И третьей важнейшей и обо­юдовыгодной задачей (и для России, и для зарубежных ее партнеров) является организация частичного или полного (по лицензиям) произ­водства материалоемких и труднотранспортируемых элементов конст­рукций ВЭУ.

Отдавая должное отечественным технологиям и науке, уместно вспом­нить, что с конца 1980-х годов в СССР также проводились разработки ВЭУ мегаваттной мощности как пропеллерного типа (с горизонтальной осью вращения ветроколеса), так и ортогонального типа (с вертикаль­ной осью вращения ВК). Первые закончились разработкой отечествен­ной ВЭУ «Радуга 1000» мощностью 1000 кВт, первый эксперименталь­ный образец которой был установлен в Калмыкии близ Элисты в 1994 г.

К сожалению, экономические и политические условия 1990-х годов не позволили успешно завершить доводку и освоить производство оте­чественных «мегаваттников» к средине 1990-х. Работы над доводкой ВЭУ «Радуга 1000» мощностью 1000 кВт были продолжены лишь спус­тя 12 лет, завершившиеся в декабре 2007 года запуском на Калмыцкой ВЭС близ Элисты в опытную эксплуатацию ВЭУ № 17 с номинальной мощностью 1 МВт с диаметром ветроколеса 48 м и высотой башни 36 м (рис. 15).

Работу по доработке и подготов­ке ВЭУ №17 к пуску при органи­зационной и финансовой поддерж­ке РАО «ЕЭС России» и ОАО «Гид - роОГК» выполнило предприятие ООО «ИНКОМТЕХ» (г. Дубна Мос­ковской области). Доработка и ввод ВЭУ потребовали создания новой системы управления уста­новкой, радикальной переделки гидравлической системы, восста­новления мультипликатора, меха­низмов и электроприводов, дора­ботки системы генерации и преоб­разования электроэнергии.

Первые несколько дней опытно­го функционирования установки под управлением оператора ООО «Инкомтех» оказались удачными с точки зрения проявления раз­личных климатических и органи­зационных ситуаций: с перемен­ным по скорости (6 - 16 м/с) вплоть до сильного и порывистым ветром, температуры от 0 до - 3°С, с высокой влажностью, сырым ту­маном и обледенением конструк­
ций, с внезапным (без предупреждения) отключением и подключением ВЭС к распределительным сетям (последнее сопряжено с возможностью серьёзных технологических аварий).

Работа ВЭУ в таких условиях позволила выявить ряд технических и организационных проблем, требующих решения к началу промыш­ленной эксплуатации ВЭС. Наиболее актуальными из них являются следующие:

- необходимость создания надежной системы дистанционного управ­ления ВЭС;

- необходимость при дальнейшем развитии проекта Калмыцкой ВЭС создания автоматической системы согласования фазы электроэнергии ра­ботающих ВЭУ с фазой сети при подключении распределительной сети;

- организация и оптимизация системы диспетчирования, обеспечи­вающей невозможность внезапных отключений и подключений ВЭС к центральной распределительной сети;

- необходимость подготовки качественной документации и руководств для персонала ВЭС по их техническому регламенту и эксплуатации;

- необходимость подготовки операторов управления отдельными ВЭУ и ВЭС в целом.

В соответствии с утвержденными совместными планами ОАО «Гид - роОГК» (нынешнего куратора проекта Калмыцкой ВЭС) и ОАО «КалмэЭнерго» в ближайшее время намечено начать этап опытно-про­мышленной эксплуатации ВЭУ №17. В ходе ее эксплуатации должно быть всесторонне отработано взаимодействие ВЭС с распределитель­ной сетью, доведены до промышленной кондиции алгоритмы и про­граммное обеспечение системы управления ветроустановкой и ВЭС, создана система обучения будущего персонала и подготовлен мини­мально необходимый персонал для управления ВЭУ и ВЭС, подготов­лена инфраструктура для обеспечения эксплуатации, регламентных работ и ремонта действующих установок и элементов ВЭС, выявлены особенности и недочеты функционирования конструкции ВЭУ в ре­альных условиях ее эксплуатации с проведением необходимых мероп­риятий по устранению последних.

В процессе эксплуатации планируется вести автоматическую запись большинства параметров, характеризующих работу ВЭУ, в том числе силы и направления ветра, текущей мощности, оборотов ветроколеса, выработки электроэнергии, статических и динамических нагрузок на конструкцию ВЭУ, вероятности и влияния обледенения на работу и пр.

Техническая идеология, заложенная в конструкцию ВЭУ № 17, пред­ставляется вполне современной, включающей управляемые лопасти («pitch control» в международной терминологии), систему генерации на основе синхронных электрогенераторов на постоянных магнитах и кон­вертора вырабатываемой ВЭУ электроэнергии, работу ВК ВЭУ на пере­менных оборотах с поддержанием оптимального с точки зрения законов аэродинамики соотношения окружных скоростей ветроколеса и скоро­стей набегающего на него ветрового потока.

Однако данная ВЭУ была спроектирована около 18 лет назад, ког­да на российском рынке отсутствовали серийно производимые ком­плектующие изделия для ВЭУ большой (мегаваттной) мощности. По­этому в конструкции ВЭУ были использованы модифицированные в той или иной мере авиационные и ракетные комплектующие: в ка­честве мультипликатора задействован вертолётный редуктор, гид­рораспределитель и система управления адаптированы из соответ­ствующих ракетных агрегатов, металлические лопасти, каркас и обшивка гондолы изготовлены авиационным заводом по авиацион­ным технологиям.

Большая часть использованных в конструкции ВЭУ № 17 комплек­тующих изделий в настоящее время не производится, а производство большинства элементов и агрегатов ВЭУ авиационными заводами в на­стоящее время является недопустимо дорогим.

В соответствии с выше изложенным, производство ВЭУ мегаваттной мощности в России следовало бы начинать, по мнению авторов, с су­щественного изменения конструкции ВЭУ, построенной на использо­вании в их составе безредукторной передачи мощности ветроколеса на генератор на базе низкооборотного генератора на постоянных магни­тах, системы управления на основе современных серийных типовых компонентов, неметаллических лопастей, более высоких башен и др.

Предварительный анализ и модельные расчёты показывают, что на имеющихся фундаментах Калмыцкой ВЭС возможна установка ВЭУ единичной мощностью до 1,5 МВт, при этом имеются технические воз­можности доведения мощности ВЭУ № 17 до указанной мощности

1,5 МВт без существенного изменения ее технической идеологии.

Работа по запуску ВЭУ № 17, выполненная ООО «Икомтех», позволила укрепить состав и повысить квалификацию и практические навыки имею­щегося коллектива специалистов. Приобретённый опыт позволяет компа­нии «Инкомтех» в короткие сроки (порядка 1-1,5 лет) провести работы по проектированию и подготовке опытно-промышленных образцов фактичес­ки новой и достаточно современной ВЭУ мощностью =1,5 МВт на базе в основном отечественных и отчасти импортных комплектующих, исполь­зуемых в качестве базовых для завершения строительства Калмыцкой ВЭС и устанавливаемых на уже имеющихся фундаментах.

Дальнейшее развитие этого направлении позволит производить ВЭУ мегаваттных мощностей для российской энергетики, а возможно и на экспорт, поскольку мировой ранок ВЭУ далёк от насыщении.

Предварительный анализ российского машиностроения, проводимый в соответствии с программой ГидроОГК по ветроэнергетике, позволяет отметить, что в России нет аналогичного европейским производствам машиностроительного комплекса, подготовленного к производству мощ­ных ветроустановок.

В связи с этим в российских заинтересованных кругах рассматрива­ются четыре пути получения ВЭУ для российской энергетики:

1) покупка готовых ВЭУ зарубежного производства;

2) покупка лицензий у ведущих зарубежных производителей и пос­ледующее лицензионное производство ВЭУ в России;

3) привлечение зарубежных производителей для создания их произ­водств на территории РФ;

4) организация производства ВЭУ на базе отечественных разработок и промышленной базы.

Первые три пути следует рассматривать как временное решение про­блемы внедрения ВЭС в России на начальном этапе развития отечествен­ной ветроэнергетики. Однако полноценная и широкомасштабная элек­трогенерирующая российская ветроэнергетика как самостоятельная отрасль, по мнению авторов, должна базироваться на оборудовании оте­чественного производства.

Для организации в России массового производства ВЭУ большой мощ­ности потребуется создание развитой отечественной крупномасштабной промышленной структуры и интеграция этого производства с европейс­ким и мировым.

Как показывает анализ, большая часть основных компонентов ВЭУ имеет необходимую ресурсную, технологическую и производственную основу для их отечественного производства. Работа по оценке российс­ких возможностей производства ВЭУ и их основных агрегатов и комп­лектующих продолжается, но уже полученные в ходе нее результаты позволяют утверждать, что в современной России имеются объективно существующие необходимые условия для организации и начала произ­водства российских установок в ближайшие 2-3 года.

Для этого в стране имеются технические специалисты и проектиров­щики с достаточной квалификацией и опытом, а также эксперименталь­ная ветроэлектростанция для отработки новых идей и технологий, ос­нащённая установками мощностью 1МВт и достаточно развитая произ­водственная база.

Производство наиболее материалоемких элементов ВЭУ - башен с опорно-поворотными устройствами, корпусов гондол (рам, каркасов, обшивки) может быть налажено относительно быстро. Производство систем управления и электрических преобразователей также не яв­ляется невозможным для российских производителей, а ряд из них уже имеется на российском рынке. Фактически в современной Рос­сии отсутствует производство только таких специальных компонен­тов для ВЭУ, как лопасти, специальные трансмиссии с достаточно надежными мультипликаторами, а также специализированные гене­раторы.

При этом в стране имеется производство электрических генераторов мощностью 1,5 - 2,5 МВт для дизельных и турбинных установок, кото­рые могут послужить прототипом и основой для специальных электро­генераторов ВЭУ. Также имеются производства мощных редукторов, конструкция и технология которых могут послужить базой для созда­ния производства отечественных мультипликаторов.

Однако разработка, испытания и освоение производства этих ком­понентов в России потребует нескольких лет и затрат, на порядок пре­вышающих стоимость покупки этих изделий за рубежом. Создание их производства в России представляется целесообразным отнести на последующие этапы развития отечественной ветроэнергетики, когда платёжеспособная потребность в ВЭУ для России составит сотни ме­гаватт в год.

Временные и финансовые затраты на создание первых российских ВЭУ представляется возможным минимизировать при этом путём закуп­ки за рубежом недостающих наукоёмких и высокотехнологичных ком­понентов (лопастей, редукторов, низкооборотных и многополюсных ге­нераторов) с параллельным поэтапным освоением их отечественного производства в партнёрстве с западными производителями.

Планирование и организацию отечественных разработок и произ­водства ВЭУ необходимо проводить с максимально тщательным и де­тальным учетом и отбором наличного кадрового и технологического потенциала российских производственных предприятий и корпора­ций. Это позволило бы избежать ошибок в области отечественной вет­роэнергетики в перестроечный период начала 90-х годов прошлого века, когда задания по производству техники выдавались машино­строительным отраслям без детального анализа их возможностей, что привело в конечном итоге к большим социальным, временным и эко­номическим затратам при фактическом отсутствии положительных результатов.

Важнейшим условием ускоренного крупномасштабного развития российской ветроэнергетики является ускоренное проведение пред­проектных изысканий, важнейшей частью которых является опре­деление регионов с достаточным ветровым потенциалом. Следует от­метить, что в этой области российскими учеными достигнуты значи­тельные успехи. В качестве примера на рис. 16 и 17 приведены карты с распределением ветрового потенциала по территории бывшего СССР

местах располо­жения аэрологических станций на территории РФ. Среднее значение за год

(рис. 16) и коэффициентов использования номинальной мощности ВЭУ мегаваттной мощности на примере ВЭУ «Vestas V-80» — 2 МВт (рис. 17). Приведенные карты получены по методикам, развитым в НИЦ «АТМОГРАФ» с использованием БД «Флюгер». Высокая точ­ность определения приведенных характеристик обеспечивается в Рос­сийских методиках, как было показано в Главе 3, использованием данных многолетних измерений ветра в сети метеорологических и аэрологических станций России, стран СНГ, Балтии, компьютерных средств их обработки и представления и использования современных методик статистического и гидродинамического моделирования.

В заключение отметим, что с учетом достигнутого уровня современ­ных технологий, экономических показателей и тенденций развития мировой ветроэнергетики, а также наличия кадрового и производствен­ного российского потенциала и богатых ветровых ресурсов на террито­рии России, крупномасштабное развитие отечественной ветроэнергети­ки представляется авторам отчета неизбежным, выгодным и неотлож­ным делом для России.

мощности ВЭУ «Vestas V90/3,0 МВТ с высотой башни 100 м в местах аэрологи­ческих станций на территории РФ. Среднее значене за год