Современная ветроэнергетика является самой интенсивно развивающейся отраслью мирового энергетического хозяйства. В XXI веке ежегодный прирост выработки электроэнергии ветроэнергетическими станциями (ВЭС) составил в среднем 30,7% ( от 22 до 49% в год), соответственно мощности – 27,2% (от 18,6 до 41% в год). На начало 2021 г. суммарная установленная мощность всех ВЭУ в мире достигла 744 ГВт ГВт. Согласно данным Wind Europec помощью ветрогенераторов в Дании вырабатывалось около 48 % электроэнергии, в Великобритании – 22%, в Португалии – 27% , в Испании – 21%, в Германии- 26% %. Наиболее интенсивно в XXI веке развивалась ветроэнергетика в КНР. В 2013 году ввод новых мощностей ВЭС составил 15,86 ГВТ, а в 2021 г. – 72 ГВт.
Диапазон мощностей всех выпускаемых и установленных ВЭУ – от нескольких ватт до нескольких мегаватт при огромном многообразии типов и видов ВЭУ и ВЭС. Следует особо выделить 10 наиболее крупных современных производителей ВЭУ на мировом ранке: немецкие компании «Enercon», «Siemens», датская «Vestas» ( включая дочернюю компанию «Neg Micon»), испанская «Gamesa», американская компания «General Electric», индийская группа «Suzlon», китайские компании «Xinjiang GoldWind», «Sinovel Windtech», и «Dongfang Steam Turbine». Модельный ряд этих компаний составляет включает в основном ВЭУ средней и большой ( от 100кВт до 10 МВт) мощности. В последние годы быстрыми темпами растут мощности офшорных ВЭС. На конец 2021 г. их суммарная установленная мощность во всем мире достигла 27,213 ГВт, из них 92,3% находится в Европе, около 7,2 % в Китае и примерно 0,5% - в Японии, причем в Китае и Японии строительство ВЭС в основном осуществлялось на мелководье и на незначительном удалении от берега. Основными производителями офшорных турбин на начало 2021 года были компании: «Siemens» - 69% (900МВт), «Bard» - 15 % (300 МВт), «Vestas»- 8% (150 МВт), «Senvion»- 7% (130 МВт). Средняя мощность офшорных ветропарков, введенных в 2012г. в Европе, составила 275 МВт, а в 2021г. – 2650 МВт. Производством ВЭУ малой мощности (от 5 до 100 кВт) занимаются существенно большее количество компаний: насчитывается более 330 производителей малых ВЭУ (МВЭУ) в 40 странах мира и 300 фирм, занимающихся поставками отдельных элементов для МВЭУ, консалтинговыми или посредническими услугами. Большая часть компаний по производству МВЭУ(более 50% мирового рынка) сосредоточена в пяти странах: Китае, США, Германии, Канаде и Великобритании. В России имеются организации, ведущие проектные разработки по обоснованию строительства ВЭС, а также компании, занимающиеся разработкой и производством ветроэнергетической оборудования в диапазоне мощностей от 100 Вт до 1МВт. Основные производители ВЭУ в России: ООО Ветро Свет(Санкт - Петербург), ООО СКБ Искра (Москва), OOO ―ГРЦВертикаль‖ (Челябинская обл. Миасс), ЗАО Ветроэнергетическая компания (С.Петербург), ЛМВ Ветроэнергетика (Хабаровск), ЗАО Агрегат-Привод (Москва), Н.П.П. Энерго-Экологические Системы, ООО Строй инж.сервис (Рыбинск), ООО Евро Стандарт Сервис(Москва). Все оборудование в России выпускается мелкосерийно или под заказ. Тем не менее развитие ветроэнергетики в России развивается стремительными темпами. Основными участниками российского сектора ветрогенерации выступают компании, члены Ассоциации развития возобновляемой энергетики: АО «НоваВинд» (ГК «Росатом»), ПАО «Энел Россия», Фонд развития ветроэнергетики (группа «Роснано», ПАО «Фортум»), ПАО «Фортум». В России к 2024 году будет введено 3,4 ГВт ветроэлектростанций. Для новой программы ДПМ ВИЭ 2.0 на период с 2025 до 2035 года в рамках объема, 232 определенного Правительством РФ, будет построено как минимум 3,2 ГВт мощностей. Напомним, что новая программа устанавливает не целевые показатели величин вводов в МВт, а целевые объемы поддержки по годам без ограничения по вводам мощностей.
Удельные характеристики современного ветроэнергетического оборудования
Для каждой модели указаны: мощность, диаметр рабочего колеса, наличие мультипликатора и офшорного исполнения, высота башни, минимальная, рабочая и максимальная скорости ветра, энергетическая характеристика ВЭУ, число лопастей угол лопасти и тип системы регулирования, частота вращения ветроколеса, передаточное число редуктора, тип генератора, напряжение генератора (кВ), частота вращения ротора, вес лопасти, вес ветроколеса, вес башни и общий вес ВЭУ, страна производитель, уровень шума, тип тормозной системы и сайт производителя. Специалисты проводят постоянную актуализацию содержащейся в базе данных информации. Анализ информации указанной базы данных показал, что на современном этапе развития ветроэнергетики серийно выпускается около 82% моделей ВЭУ мощностью более 1МВт, около 15% — мощностью от 100кВт до 1МВт и 3% — мощностью до 100 кВт. Анализ типов генераторов, применяемых в различных моделях ВЭУ, проводили отдельно для ВЭУ малой мощности (120 моделей) и ВЭУ средней и большой мощности (288 моделей). Из 120 моделей не было ни одной с асинхронным генератором (АГ), все они укомплектованы либо с синхронным генератором (СГ), либо одной из его модификаций: СГ на постоянных магнитах (СГПМ) или асинхронизированным синхронным генератором (АСГ).
Так, большее количество моделей ВЭУ, мощностью 100-500 кВт используются с асинхронными генераторами (24 из 32), большая часть которых с двойным питанием; 600-1000 кВт ВЭУ комплектуются как с асинхронным (19 из 45), так и синхронным (21 из 45) генераторами; выше 2700 кВт большим спросом пользуются ВЭУ с синхронным генератором (40 из 73). Зависимость типа используемого генератора от ВЭУ средней и большой мощности представлена в таблице.
Таким образом можно увидеть, что около 43,54% из всего количества ВЭУ используют комплектацию с СГ (синхронным генератором), 35,44% с АСГ (асинхронизированным синхронным генератором) и 21,02% использования АГ в комплектации ВЭУ.
Проведя анализ и обработку характеристик всех типов ВЭУ в «Современном ветроэнергетическом оборудовании», была вычислена и установлена зависимость между Nуст, кВт, и диаметром D, м, в виде графика функции с коэффициентом корреляции R=0,97.
Кроме того, была установлена зависимость в виде графика функции между D и высотой башни Нб, где корреляционная зависимость составила R=0,83
Корреляционная зависимость между диаметром и высотой башни слабее, чем между установленной мощностью и диаметром в силу того, что для одних и тех же моделей ВЭУ, производители указывают несколько стандартных значений или диапазон допустимой высоты башни. Расчеты также показали, что с ростом высоты башни ВЭУ, замедляется и относительный прирост годовой энергии. Однако окончательная высота башни для определенной модели ВЭУ высчитывается исходя из монтажа и технико-экономического обоснования с точки зрения дальнейшего возможного удорожания ВЭУ. На данном, современном этапе ВЭУ, часто выпускают башни с высотой Нб=80-120м, что соответствует 1,5-2,5 МВт мощности ВЭУ.
Таким образом, проанализировав и проведя обработку технических характеристик современного ветроэнергетического оборудования, были выявлены наиболее часто применяемые комплектующие ВЭУ, а также их функциональные зависимости.