Представим ситуацию: на участке растет высокое плодовое дерево. Хозяин участка получает с него плоды, а его соседи — только тень и корни. Как показали исследования, с ветряками получается что-то похожее.
В ходе извлечения энергии ветра ветряки образуют за собой области с пониженной скоростью ветра и повышенной турбулентностью. Это доказали учёные в 2018 году при проведении исследований парка ветряных электростанций в Северном море. Длина подобного следового ветра, получившего название «кластерный след», может составлять более 50 километров.
Последующие исследования выявили, что ветряные электростанции, расположенные в Германии, создают кластерный след, который растягивался до 70 километров. Сила ветра снижается на 40%, повышается турбулентность и изменяется давление.
Американские учёные доказали зависимость кластерного следа от температуры воздуха. Летом, при повышенной температуре, снижение скорости ветра может достигать 60%, а длина следа превышать 90 километров.
Это означает, что первая электростанция парка «крадет» ветер у всех остальных, ослабляя выработку электричества. Направление ветра постоянно меняется, в этом можно убедиться, например, в приложении Яндекс. Погода, которое позволяет отслеживать изменение направления ветра. Можем взять наблюдения за двое суток в Северном море: даже за такой короткий промежуток времени ветер меняется на противоположный.
Поэтому одна и та же ветряная электростанция может быть как виновником, так и жертвой кражи ветра.
Сейчас в Европе активно строят парки ветряных электростанций в нейтральных водах, и эффект кластерного следа может существенно снизить их выработку.
Последние исследования показали, что ветряные электростанции у побережья США «крадут» от 34-38% зимой и до 40-60% летом на расстоянии 55 километров, влияя на работу все других ветряков, расположенных «ниже по течению» ветра. И чем больше будет ветряков, тем сильнее будет этот эффект.
В 2018 году, когда результаты исследований были опубликованы впервые, максимальная мощность всех ветряных электростанций Европы составляла 121 ГВт. Однако тогда на эти данные никто не обратил внимания. Интерес к теме возник только в 2024 году, когда вопрос был поднят в ООН. Сейчас мощность ветряных электростанций в Европе удвоилась и достигла 255 ГВт. Планируется, что к 2030 году она увеличится до 393 ГВт. Однако возникает вопрос: будет ли с учетом эффекта кластерного следа эта мощность достигнута хотя бы наполовину?
При европейских расстояниях, 50 километров следа от ветряных электростанций может охватывать территорию нескольких стран. Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву 1982 года не регулирует вопрос трансграничных ветровых волн. С юридической точки зрения, согласно международному публичному праву и морскому праву, ветер не может быть «краденым», поскольку ни прибрежные государства, ни разработчики проектов не владеют ветром.
Я полагаю, что европейские страны смогут сами разобраться с вопросом о том, кто и как использует ветер. Однако, можно предположить, что это займёт много времени. Единственным разбирательством между двумя странами по совместному использованию водных ресурсов был суд между Венгрией и Словакией по «водному» делу Габчиково-Надьямароша, и он тянулся 5 лет. А судебное решение не выполнено до сих пор.
Итак, к чему может привести локальное снижение силы ветра:
- повышение загазованности воздуха;
- повышение прогрева поверхности земли и повышения температуры;
- сокращение распространения пыльцы и семян растений.
На глобальном уровне мы очень мало знаем о том, как поля ветряков влияют на термодинамику и динамику атмосферы. Влияние может быть разным в разных регионах. Необходимо просчитать, какую цену за энергию ветряной электростанции придется платить всей окружающей её территории.
В России сегодня тоже идёт внедрение ветряной энергетики. При этом стоит учитывать ошибки, допущенные при размещении ветряных электростанций в Европе. В 2022 году суммарная мощность ветряной энергетики России составляла 2 ГВт или 0,83% от суммарной мощности энергосистемы. Это не много, но и не мало.
Каменская ВЭС, расположенная в Ростовской области, генерирует до 100 МВт энергии. Однако она находится в центре густонаселённого сельскохозяйственного района. Подсчитать доходы электростанции проще, чем рост расходов окружающих её ферм и городов на охлаждение и полив полей.
Можно аргументированно возразить, что данные морских ветряных электростанций нельзя просто перенести на сушу из-за различия в скорости ветра, температуры и рельефа. Я согласен, что мои данные приблизительны, но мне не удалось найти российских исследований о влиянии кластерного следа на окружающую среду. Есть повод их провести.
Стоит ли вообще в России строить ветряные электростанции, учитывая нестабильность их работы и дополнительные факторы, снижающие эффективность? Да, стоит.
В нашей стране есть много регионов с сильным ветром, например, Арктика и Восточная Сибирь. Доставка топлива в отдаленные поселения в рамках Северного завоза сложная и дорогая, а ветряные электростанции могут решить эту проблему.
Их установка позволит сократить потребление топлива с одной стороны, а с другой — не окажет влияния на ближайшие населённые пункты. Холодный климат дополнительно уменьшит протяжённость кластерного следа. Зимние морозы создадут проблемы для ветряных электростанций, но по опыту Анадырской ВЭС, эти проблемы решаемы.
Ветряную энергетику, как и другие виды возобновляемой энергетики, следует использовать там, где она может принести максимальную пользу при минимальном вреде. Важно также учитывать и анализировать ошибки, допущенные нашими соседями в этой области.
А в фильме «Сто лет тому вперед» Москву будущего питают парящие в небе ветряные турбины. На высоте ветер в разы сильнее, чем на поверхности, энергии получится много, и можно высчитать все так, чтобы никому не мешать.
Список использованных источников прилагается в закрепленном комментарии.