На сегодняшний день в России существуют реализованные проекты ветроэнергетики различных масштабов. Наиболее крупные ветроэлектростанции (ВЭС) располагаются в Калининградской области, республиках Коми, Башкортостан, Калмыкия и Чукотском Автономном округе.

Однако далеко не все субъекты используют свои ресурсы ветроэнергетики, отдавая предпочтение традиционным источникам. Поэтому изучение, оценка и вовлечение ресурсов ветра в хозяйственную деятельность является актуальной задачей для регионов.

Физико-географические условия изучаемой территории разнообразны, в первую очередь, – за счет рельефа местности. Территория Алтайского края охватывает обширные пространства Западно-Сибирской равнины, а также предгорные районы Алтая и Салаира. Равнинный рельеф на большей части края благоприятно влияет на его ветроэнергетический потенциал. В предгорных районах рельеф оказывает отрицательное влияние на скорости ветра, так как крупные макроформы препятствуют свободе движения воздушных потоков.

В Алтайском крае преобладает континентальный климат с частой сменой воздушных масс, сопровождающейся ветром. Воздушные массы поступают с Атлантики, Арктики, Восточной Сибири и средней Азии.

На территории Алтайского края преобладает юго-западное направление ветров благодаря наличию горного барьера. Скорости ветра юго-западного и западного направлений выше из-за равнинного характера рельефа [1].

Площадь лесного фонда составляет 26% от общей площади края. Отсутствие лесов в степной части дает возможность свободного прохождения воздушных масс над территорией, тем самым создавая благоприятные условия для высоких скоростей ветра.

Республика Алтай расположена в юго-восточной части Западной Сибири. Рельеф Республики представлен в основном высокими горными хребтами, разделенными речными долинами и межгорными котловинами.

Климат здесь резко-континентальный, с коротким летом и морозной зимой, что обусловлено размещением практически в центре материка и значительной удаленностью от морских побережий.

Расчлененность рельефа дает большое разнообразие климатических особенностей. В предгорьях и долинах рек зима длится 3-5 месяцев, а в высокогорьях может продолжаться 8-10 месяцев. Зимы отличаются суровостью в силу низких температур и застоя холодного воздуха в межгорных понижениях.

Преобладающими направлениями ветра  являются западное и юго-западное. Также имеется специфика местной атмосферной циркуляции, связанная с особенностями рельефа. Получили распространение горно-долинные ветры и фены [2].

В целом различия в рельефе края и республики диктуют неоднородность распределения ветровых потоков. Равнинная часть Алтайского края в наибольшей степени обеспечивает свободу прохождения воздушных масс. Также более высокие скорости ветра определяются наличием в крае крупных озер и водотоков, над поверхностью которых воздух движется беспрепятственно. В Республике Алтай на показатели средних скоростей ветра влияют местная циркуляция и геоморфологические особенности.

Сложившаяся энергетическая система Алтайского региона имеет ряд проблем. Оба субъекта являются энергодефицитными, то есть, значительную часть потребляемой энергии они получают из соседних регионов. При этом объем годового потребления энергии на душу населения в Республике Алтай в 2,6 раза меньше, чем в Алтайском крае  [3].

Энергосистема края входит в состав Объединенной Энергетической системы Сибири и имеет межсистемные связи с Республикой Казахстан, а также Новосибирской, Кузбасской, Красноярской энергосистемами. Порядка 40% всей потребляемой энергии Алтайский край получает из Объединенной энергосистемы (рис. 1).

Рисунок 1. Структура энергопотребления Алтайского края [4]

При этом даже та энергия, которую край производит самостоятельно, в основной массе вырабатывается на привозном сырье (угле) (рис. 2).

Алтайский край располагает прогнозными запасами угля – около 200 млн. тонн каменного и около 600 млн. тонн бурого угля. Перспективы развития угледобывающей промышленности края связаны с Мунайским буроугольным месторождением в Солтонском районе.

 Рисунок 2. Источники угля для производства энергии в Алтайском крае[5]

Добычей угля на месторождении занимается ООО “Разрез Мунайский”. Бурый уголь, который добывается открытым способом, используется в энергетике восточных районов Алтайского края. Основными потребителями солтонского угля являются Бийский, Зональный, Смоленский, Советский, Солтонский, Тогульский и Целинный районы [6].

На начало 2008 года на территории Алтайского края функционировало 11 крупных и средних предприятий, занимающихся производством электроэнергии и тепла, с общей установленной электрической мощностью 1675,2 МВт и тепловой мощностью 6866,3 Гкал/час [6]. Однако это не обеспечивает всех потребностей края, и часть электроэнергии закупается и транспортируется по линиям электропередачи.

Схема охвата территории электроэнергией посредством прокладки ЛЭП показывает высокий уровень обеспеченности районов края (рис. 3). Линии, по которым поступает электроэнергия,  протянуты из Новосибирской и Кемеровской областей.

Рисунок 3. Схема ЛЭП на территории Алтайского региона [7]

При этом энергосети Республики Алтай развиты значительно слабее. Энергией хорошо обеспечена западная и северо-западная части Республики, граничащие с Алтайским краем. Именно через эти ЛЭП идет централизованное энергоснабжение.

Большая часть населения Республики Алтай расселена вдоль рек Катунь, Бия и их притоков, а также в межгорных котловинах.
Высокогорные районы освоены слабо, поэтому плотность населения в них крайне низка.

Республика Алтай – один из немногих регионов Российской Федерации, который до настоящего времени не производит на своей территории электроэнергию (за исключением небольших дизельных электростанций в труднодоступных горных населенных пунктах и малых ГЭС) [8].

Большая часть населения проживает в сельской местности, что приводит к высокому уровню децентрализации [9]. На сегодняшний день в Республике насчитывается 12 населенных пунктов, не охваченных центральным электроснабжением. Население в них обеспечивается энергией за счет дизель-генераторов и источников бесперебойного питания [8].

В силу значительной протяженности ЛЭП в Республике наблюдается высокий уровень потерь в электросетях. Кроме того, их прокладка сопряжена с рядом проблем и, как следствие, высокими капитальными затратами.

Ситуация энергодефицита является фактором, препятствующим социально-экономическому развитию региона [3]. Строительство Катунской ГЭС могло бы стать вариантом решения данной проблемы, однако это влечет за собой крупные экологические последствия для региона.

Альтернативным вариантом решения является развитие на этой территории нетрадиционных видов энергетики. Республиканской администрацией приоритет в развитии отдается гелиоэнергетическому, ветроэнергетическому и биоэнергетическому направлениям.

Оба субъекта РФ нуждаются в собственных источниках энергии, которые бы позволили существенно экономить на закупке электроэнергии в других регионах. Это особенно актуально для районов концентрации населения, где благодаря большому количеству конечных потребителей производство энергии будет более рентабельным.

Сегодня в поселениях, не подключенных к центральному электроснабжению, обычно используются дизельные генераторы, которые позволяют обеспечивать население электричеством на несколько часов в день. Это значительно снижает уровень комфортности жизни, поскольку людям недоступны привычные для городских жителей бытовые вещи. Кроме того, на закупку топлива для этих электростанций тратятся значительные средства.

Одним из вариантов выхода из этой ситуации может стать строительство ВЭС. Благодаря этому в домах жителей небольших населенных пунктов электричество будет вырабатываться круглосуточно, что позволяет значительно повысить качество жизни села [10]. В дальнейших планах администрации районов Республики – строительство ВЭС и малых ГЭС в удаленных от центрального энергоснабжения поселках.

Ветровая энергетика рассматривается как вариант решения проблемы энергетической безопасности. Алтайский регион, обладая столь обширной и разнообразной по рельефу и климатическим условиям территорией, на сегодняшний день слабо вовлечен в процесс производства электрической энергии из ветра.

Он испытывает большие потребности в электроэнергии, однако удовлетворить их за счет собственных, традиционных видов энергетических ресурсов не может. Таким образом, развитие ветроэнергетики на его территории может стать фактором социально-экономического роста субъектов.

В целом, направление ветроэнергетики в Алтайском регионе является перспективным, несмотря на существующие сложности и проблемы. Именно этот вектор может стать основным при развитии альтернативной энергетики на данной территории, но для этого нужны не только более точные оценки потенциала, но и высокая степень интереса на уровне администрации субъектов и России в целом.

Именно поэтому история ветровой энергетики насчитывает не одну тысячу лет. Еще в давние времена люди старались использовать энергию ветра.

Простейшие ветродвигатели применялись в Китае и Египте. В странах Европы и в России первые попытки освоения энергии ветра появились значительно позже. Это ветряные мельницы, которые использовались в основном для помола зерна.

Долгие годы до момента изобретения паровой машины основным источником энергии для многих стран был ветер. В мире первые проекты ветроагрегатов, способных вырабатывать электроэнергию, появились еще в 20-е годы прошлого века (рис. 1) [1].

Рисунок 1. Ветроэнергетическая установка 20-х годов [1]

В Советском Союзе также велись разработки по созданию устройств, способных вырабатывать энергию из ветра.

В 1918 году изучением ветряков занялся профессор В. Залевский, сформулировавший несколько принципов, которым должна отвечать ветроустановка. В 1925 году профессор Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте [2].

В 1931 году в СССР заработала крупнейшая в мире ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, вслед за ней на юге страны были установлены десятки подобных ветрогенераторов. В 1938-м в Крыму развернулось строительство ветроэлектростанции мощностью 5 МВт. С 1950 по 1955 год страна производила до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30 кВт. В Республике Казахзстан в годы освоения целины впервые была сооружена многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт – прообраз современных европейских ветропарков и систем «ветро-дизель».

В 1960-1980-е годы энергетическая отрасль нашей страны была ориентирована на строительство крупных ТЭС, ГЭС и АЭС. Естественно, развитие малой энергетики, в том числе и ВЭС, снизилось. Только к началу 1990-х годов, значительно позже, чем в других странах, в СССР вновь заговорили о практическом использовании ветроэнергетических установок (ВЭУ), и встал вопрос об организации их производства.

На сегодняшний день опыт создания ветроэлектростанций на территории России по сравнению с масштабами территории недостаточно высок. Инерционность энергетики страны не позволяет повсеместно развивать этот вид энергопроизводства.

Несмотря на большой потенциал, установленная мощность  действующих ВЭУ составляет лишь 13,2 МВт, что несопоставимо с мощностями ветроэнергетики в развитых странах.

Существуют проекты крупных ВЭС, однако они не находят реализации из-за недостаточной поддержки со стороны государства [3]. При этом в стратегии развития Российской Федерации до 2020 года отражен целевой показатель увеличения доли ВИЭ в общем объеме производства энергии до 4,5% [4].

В России, несмотря на большую площадь территории, создание ВЭС осложнено множеством факторов: континентальное положение и слабое заселение большинства территорий, суровый климат и неблагоприятные погодные условия в зимний период, высокая стоимость оборудования и сильная конкуренция со стороны традиционных источников энергии, а также слабая государственная поддержка. Все это делает энергию ветра ресурсом ограниченного использования.

Большие расстояния между населенными пунктами, а также сложность и капиталоемкость прокладки ЛЭП, делают перспективным направлением развитие ветроэнергетики с установками малой мощности в условиях их изолированности от крупных энергосистем.

Таким образом, ветроэнергетика в России на сегодняшний день представлена малым количеством крупных электростанций, а их расположение тяготеет не к районам наибольшего ресурсного потенциала, а центральным регионам страны, где сконцентрированы основные энергопотребители.

На территории Алтайского региона в настоящее время существуют как реально действующие, так и разрабатываемые проекты ветроэнергетики. Рассмотрим особенности размещения и функционирования ветроэлектростанций исследуемой территории.

В Республике Алтай действуют 5 ВЭС, основная часть которых располагается в Улаганском районе.

В 2010 году в селе Кок-Паш (Улаганский район) запущена ветроэлектростанция базовой мощности 6 кВт (рис. 2). При этом экономия дизельного топлива за 10 месяцев работы составила 75% от общего потребления [5].

Рисунок 2. Ветроэлектростанция в поселке Кок-Паш [5]

В 2011 году на кордоне Беле (Улаганский район) была запущена в эксплуатацию ВЭС мощностью 6 кВт. Исполнителем проекта выступила горно-алтайская компания ООО «Солнечная энергия». На станции было установлено 3 генератора по 2 кВт каждый, а также инвертор и аккумуляторная батарея. Это позволило обеспечить удаленный населенный пункт регулярным электроснабжением [6].

Одной из особенностей проекта явилось местоположение населенного пункта. Кордон Беле расположен на территории Алтайского заповедника в гористой местности, что делает невозможным подведение к нему традиционных ЛЭП (рис. 3). Подобное решение проблемы энергоснабжения позволило  обеспечить население энергией с  минимальным воздействием на ООПТ [7].

Рисунок 3. Картосхема расположения Алтайского заповедника [8]

Еще одним вариантом энергообеспечения является установка комбинированных – солнечно-ветровых электростанций. Одновременное использование двух источников энергии позволяет повысить устойчивость системы. По данным новостных порталов солнечно-ветровые станции установлены на кордонах Кокши, Челюш, а также на территории визит-комплекса в с. Артыбаш (рис. 4) [9].

Рисунок 4.  Ветроэлектростанции на территории Республики Алтай

(составлена автором по материалам [5], [6], [7], [9])

Внедрение возобновляемых источников в энергосистему удаленных районов Республики позволило перевести населенные пункты в режим круглосуточного электроснабжения [10].

Однако и на территории Алтайского края также наблюдается активность в вопросах развития ветроэнергетики. В «Энергетической стратегии Алтайского края на период до 2020 года» отмечается заинтересованность в развитии данного направления [11].

В крае было подписано несколько соглашений по сотрудничеству в области развития ветроэнергетики между краевой администрацией и энергокомпаниями, также была выражена готовность со стороны администрации оказывать поддержку инвесторам [12].

Некоторыми зарубежными корпорациями рассматриваются возможности развития ветроэнергетики и на территории Алтайского края. Так, концерн «Сименс» рассматривает край как место потенциального расположения ветропарка с мощностью 100-150 МВт.

В 2011 году  компанией ООО «ВентРус» были анонсированы проекты по созданию ветропарков в различных субъектах РФ, в частности, в Алтайском крае [13]. На месте предполагаемого строительства на берегах озер Бурлинское, Большое Яровое, Джира в западной части края были заложены измерительные площадки.

В течение года проводились измерения, по результатам которых был сделан вывод о пригодности территории края для строительства ВЭС. К сожалению, в силу недостаточности финансов и отсутствия инвестора проект был заморожен на неопределенный срок.

Таким образом, на сегодняшний день реализации серьезных проектов ветроэнергетики в крае не происходит. На это влияет ряд причин, в первую очередь, финансовых, которые не позволяют полноценно использовать данный ресурс в энергетике.

Алтайский регион в целом характеризуется недостаточным уровнем развития ветроэнергетики на его территории. Ветроэнергетика для него является своеобразным резервом, обладающим высоким потенциалом, но пока не находящим реального применения.