Как в России развивается ветроэнергетика

В конце этого года «Росатом» запустит первое отечественное производство лопастей для ветроэлектростанций. Это последний крупный компонент ветряных генерирующих установок, серийный выпуск которого до сих пор не был налажен в России. С открытием завода в Ульяновской области уровень локализации в российской ветроэнергетике вырастет до 85%, новые лопасти планируется использовать как на внутреннем рынке — для строительства ветропарков, так и отправлять на экспорт.

Новые лопасти

«Росатом» открывает в Ульяновской области первый отечественный завод по производству композитных лопастей для ветроэнергетических установок (ВЭУ). Здесь будут изготавливать изделия весом более 8,5 тонны и длиной 51 метр, разработанные по собственным проектам, как для оснащения расширяющегося российского ветропарка, так и на экспорт — странам-партнерам.

Размещается завод на площадях, которые недавно были оставлены иностранным производителем, отказавшимся от своих обязательств по оснащению российских ветряков лопастями. Еще год назад эти производственные площадки пустовали. 15 июня на Петербургском международном экономическом форуме «Росатом» заключил с Ульяновской областью инвестиционное соглашение о создании здесь современного технологического предприятия с новейшим оборудованием.

По оценкам экспертов, объем инвестиций составил почти 2 млрд руб. Эта сумма послужит вкладом не только в развитие отечественной промышленности и создание новых рабочих мест (на предприятии будут трудиться около 400 жителей региона), но и в технологическую независимость российской ветроэнергетики.

Развертывание производства в кратчайшие сроки осуществили подразделения композитного дивизиона «Росатома». Это крупнейший производитель композитных материалов в стране: он объединяет 16 промышленных предприятий, образующих полную производственную цепочку — от продуктов переработки нефти до готовых композитных изделий на основе угле- и стекловолокна для любых отраслей промышленности. Подготовка площадки и монтаж оборудования велись с лета 2023 года.

Уже с 2025 года планируется выход на максимальную проектную мощность — порядка 450 лопастей в год. Такой объем позволит полностью заместить поставки, от которых отказались иностранные поставщики, уходя из России. Сырьем для производства послужат отечественные материалы, на производстве и поставках которых специализируются в том числе подразделения композитного дивизиона госкорпорации.

На новом заводе впервые в России будет налажено не только промышленное производство, но и разработка лопастей ВЭУ: лопасти будут создавать под индивидуальные технологические требования заказчиков. Продукция завода с самого начала будет сертифицироваться по международным стандартам.

Где строится крупнейший ветропарк

Первые отечественные лопасти из Ульяновской области отправятся в Дагестан. Там на территории Кумторкалинского и Новолакского районов «Росатом» возводит Новолакскую ветроэлектростанцию (ВЭС). Она станет крупнейшим ветропарком в стране суммарной установленной мощностью 300 МВт, в состав которого войдут 120 ветроустановок на 2,5 МВт каждая.

Выход на проектную мощность запланирован на 2026 год. Строительство и ввод в эксплуатацию будут производиться в два этапа: монтаж и ввод 61 ветроустановки на 152,5 МВт суммарно в 2025 году, затем еще 59 ветряков на 147,5 МВт в 2026-м. План среднегодовой выработки всего ветропарка — 879 млн кВт•ч. После выхода на полную мощность Новолакская ВЭС будет обеспечивать электричеством порядка 240 тыс. домохозяйств.

Схема выдачи мощности Новолакской ВЭС уже разработана и согласована с региональным оператором и сетевыми организациями, договор с ПАО «Россети Северный Кавказ» о технологическом присоединении к электросетям заключен. Разрешение на строительство ветропарка получено в августе, торжественная церемония заливки первого бетона состоялась 27 ноября. Сейчас строятся подъездные автомобильные дороги, готовятся площадки для монтажа ветроустановок: строители устраивают сваи, армируют будущие фундаменты ветряков.

Анатомия ветряка

Ветроэнергетическая установка, производство которой практически полностью локализовано в России,— сооружение монументальное. Ее общая высота с учетом длины ульяновской лопасти — порядка 150 метров, то есть примерно с 50-этажный небоскреб. Вес же — 324 тонны (примерно шесть вагонов пассажирского поезда.

Установка рассчитана на генерацию 2,5 МВт в условиях номинальной скорости ветра 11,4 метра в секунду при частоте вращения восьмитонной лопасти длиной 51 метр 14,8 оборотов в минуту. Общий же диапазон рабочих скоростей ветра — от 2,5 до 25 м/с.

Важнейшим узлом всей конструкции выступает фундамент — он должен обеспечивать устойчивость при ветровой нагрузке. Его составляют от 230 до 314 забивных железобетонных свай каждая высотой 16 метров, то есть с шестиэтажный дом. Диаметр фундамента при этом — 21–22 метра.

Башня ветроустановки, на которую крепятся ступица с лопастями, генератор и гондола, имеет высоту 96 метров (примерно такая же высота у 30-этажного дома). Чтобы подняться на вершину ВЭУ с помощью технического подъемника, уходит семь минут.

Корпус башни формируется сотней гнутых стальных листов, которые изготавливают на специальных листогибочных прессах и скрепляют в восемь секций различной высоты (от 9,5 м у основания до 18 м у самой верхней секции). Внутри прокладываются силовые кабели, по которым передается электрический ток от генератора к конвектору.

Для крепления генератора и ветроколеса к башне служит гондола. Через нее осуществляется доступ обслуживающего персонала к генератору и ветроколесу. В ней же размещаются основные компоненты управления генераторным модулем —гидравлическая система и система торможения, двигатели, датчик поворота и другие.

Генератор постоянного тока (синхронный многополюсный) мощностью 2,5 МВт — один из самых технически сложных компонентов всей ветроустановки. Это электрическая машина из более чем 368 тыс. компонентов, преобразующая механическую энергию вращения лопастей в электрическую. Масса этого агрегата — 49,5 тонны (как 99 коров). Для его изготовления необходимо 300 тыс. пластин из электротехнической стали, на которых размещаются медные обмотки и постоянные магниты. Они формируют магнитное поле, а при вращении ротора в медных обмотках возникает электрический ток. Вес магнитов — 3,3 тонны, а медных проводников — 3,9 тонны.

Ротор ветроустановки состоит из ступицы и трех лопастей. Ступица — это 20-тонное высокотехнологичное крупногабаритное литье из высокопрочного чугуна, обработанное на специальных высокоточных станках. Внутри ступицы размещается механизм, регулирующий угол атаки лопастей на ветер.

Лопасти же представляют собой отдельный вид искусства. При весе в два индийских слона (почти 8,5 тонны) и длине с высоту 17-этажки (51 метр) скорость вращения на конце лопастей при номинальном ветре достигает 225 км/ч — как у гоночного болида. От совершенства аэродинамических характеристик лопастей напрямую зависит КПД ветрогенератора. С одной стороны, они должны быть прочными и упругими, чтобы высотные ветры не ломали их как спички. С другой — лопасти должны обладать минимальным весом для снижения нагрузки на конструкцию в целом.

В сборе конструкция ротора ВЭУ имеет диаметр 105 метров и обметаемую площадь 8,7 тыс. кв. м — больше футбольного поля (7,14 тыс. кв. м).

Кроме того, ветроустановка оснащается большим количеством всевозможных приборов и систем: от сетевых преобразователей постоянного тока в переменный фиксированной частоты для передачи в сеть до панели управления, которая отображает технические показатели ВЭУ в реальном времени.

Локализация ветра

Собственный завод лопастей для ветряков — одно из финальных звеньев в полной локализации производства ветроустановок в России. Так, в марте 2023-го директор Российской ассоциации ветроиндустрии Игорь Брызгунов сообщал, что после обследования более 500 российских предприятий оказалось, что 40 уже производят либо в состоянии производить «все критические компоненты, за исключением разве что лопастей», включая башни, генераторы и электронику (инверторы, трансформаторы и проч.).

Прямо сейчас уровень локализации отечественных ВЭУ составляет 68%, а с запуском завода лопастей в Ульяновской области показатель подскочит до 80–85%. В дальнейшем «Росатом» намерен локализацию углублять. В частности, именно на такое углубление — за счет локализации высокотехнологичных компонентов — нацелен второй этап программы поддержки ВИЭ в России, рассчитанный на 2025–2035 годы (первый завершается в 2024-м).

Все необходимые компетенции для достижения технологического суверенитета в ветряной отрасли «Росатом» успешно сформировал. И это затрагивает практически всю отечественную индустрию, поскольку именно госкорпорация в лице ее дивизиона АО «Росатом Возобновляемая энергия» является якорным заказчиком для российских поставщиков продукции и услуг в ветроэнергетике. В рамках двух программ поддержки этот дивизион сформировал индустриальную страновую компетенцию — по сути, новую для России наукоемкую инновационную отрасль возобновляемой энергетики, которая отличается как значительными мультипликативными эффектами для экономики страны, так и высоким экспортным потенциалом оборудования и услуг.

Так, в промышленную кооперацию в рамках производства ВЭУ уже вошли порядка 70 российских компаний, а это более 2 тыс. новых рабочих мест. Реализована задача по локализации производства башен ветряков, кожухов и каркасов гондол, ламинированных пластин ротора и статора, крупногабаритных деталей генератора. Например, в рамках программы локализации ВЭУ на базе завода «Атоммаш» в Волгодонске налажено производство ступиц, гондол, генераторов и систем охлаждения для ветряков мощностью 2,5 МВт.

Сегодня на площадке в 30 тыс. кв. м более 320 сотрудников производят до 120 элементов установок в год. Технологическая компоновка площадки включает пять основных участков, на которых производят статоры, роторы и главные подшипники генераторов, собирают сами генераторы, выпускают гондолы, ступицы и платформы основания башен ветроустановок. На проектную мощность производство вышло еще в 2020 году.

Как выглядит производственная цепочка

«Росатом» не только сформировал в ветроэнергетике эффективную цепочку отечественных поставщиков, но и способствовал развитию новых инновационных компетенций у российских компаний. Например, «Росатом МеталлТех» (предприятие топливной компании «Росатома» ТВЭЛ, дивизиональный интегратор по направлению «Металлургия») освоил уникальную технологию

производства постоянных редкоземельных магнитов для генераторов ВЭУ.

В 2028-м в России планируется запустить крупнотоннажное производство постоянных редкоземельных магнитов полного цикла мощностью 1 тыс. тонн. На плановую мощность оно выйдет в 2029-м, а после 2030-го нарастит объем до 3 тыс. тонн. Это полностью покроет потребности в магнитной продукции как российской ветроэнергетической отрасли, так и отечественного машиностроения (включая автомобилестроение).

Наконец, развивая отрасль ветроэнергетики, «Росатом» стимулирует спрос и в смежных секторах. Так, долгосрочный спрос на те же постоянные магниты для производства генераторов ВЭУ служит основополагающим фактором для развития российской отрасли редкоземельных металлов.

Потенциальная мощность

Сегодня в России, по данным Ассоциации развития возобновляемой энергетики, насчитывается 26 действующих ветроэлектростанций. Более трети из них — девять ВЭС в трех регионах — запустил «Росатом Возобновляемая энергия», в том числе семь в Ставропольском крае, а также по одной в Республике Адыгея и Ростовской области. Первой заработала Адыгейская ВЭС из 60 ветроустановок суммарной установленной мощностью 150 МВт, ввод состоялся 1 марта 2020-го. Она вырабатывает 345 млн кВт•ч в год, что составляет 20% от общего потребления региона.

Следующей 1 января 2021-го заработала Кочубеевская ВЭС на Ставрополье, крупнейшая из действующих в России на сегодняшний день: из 84 ветроустановок на 210 МВт в сумме. Остальные семь ветростанций «Росатома» имеют мощность от 60 до 120 МВт. С вводом в марте 2024-го Труновской ВЭС (также Ставропольский край) суммарный объем введенных ветроэнергетических мощностей «Росатома» превысил 1 ГВт. Это более 40% установленной мощности всех ветростанций России (2,46 ГВт). До 2027-го госкорпорация намерена довести мощность своих ВЭС до 1,7 ГВт.

В настоящее время все 26 российских ветроэлектростанций производят около 0,5% вырабатываемой в стране электроэнергии (почти 6 млрд из 1150 млрд кВт•ч в год). При этом экономический потенциал ветроэнергетики в России в 50 раз больше: он оценивается примерно в четверть от всей действующей генерации страны (260 млрд кВт•ч в год). Эта цифра отражает только те объемы электроэнергии, которые экономически выгодно производить уже прямо сейчас, по мере развития отрасли она может вырасти. Технический же потенциал выработки электричества из российского ветра исчисляется тысячами миллиардов киловатт-часов в год.

Экологические преимущества

Выработка всех ВЭС «Росатома» с момента ввода самой первой в марте 2020-го составила уже более 7,5 млрд кВт•ч. Работа всех девяти ВЭС за этот период позволила не допустить выбросы более 2,88 млн тонн парниковых газов. Для сравнения: столько в год эмитируют 614 тыс. легковых автомобилей, то есть треть легковушек, зарегистрированных в Санкт-Петербурге, и в 2,5 раза больше, чем зарегистрировано в Перми.

«Росатом» выбирает участки для размещения ветропарков не только на удалении от жилой застройки (хватает расстояния в 300 метров, чтобы доносящиеся до жилья шум и вибрация от ветряков не превышали санитарных норм), но и с учетом минимизации негативного воздействия на фауну. Например, все современные ветроэнергетические установки оборудованы специальными устройствами отпугивания и защиты от диких животных и птиц. Кроме того, при планировании территорий под них учитываются ареалы обитания и пути миграции птиц и летучих мышей.

К примеру, при проектировании Новолакской ВЭС госкорпорация обратилась в Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН для проведения научного мониторинга орнитофауны. Как выяснилось, высота вращения лопастей ветряков окажется вне основной зоны пролета животных, а значит, строительство и эксплуатация ветропарка не приведут к утрате видового разнообразия птиц и рукокрылых.

Важно, что сами ветроустановки занимают лишь 1% от всей территории ветропарка. По окончании строительства ВЭС и ввода в эксплуатацию «Росатом» осуществляет рекультивацию земель: возвращается плодородный слой, после чего земля передается в сельхозоборот. Так, территории ветропарков госкорпорации используются в качестве пастбищ и полей: на них пасут скот, выращивают подсолнечник, овес, пшеницу, кукурузу и другие культуры.

Илья Арзуманов