Почему ветряные турбины такие большие и не лучше ли сделать их меньше: ответ инженеров

Фокус перевел статью журналистки Рэйчел Уильямсон для сайта Renew Economy, где она рассуждает, можно ли сделать их меньшими по размеру.

США против Австралии

Великие равнины, холмистая местность и пустыни штата Техас (США) покрыты множеством коротких ветряных турбин благодаря бурному развитию за два десятилетия до 2021 года, когда ветряные турбины в целом были намного меньше, чем сейчас. По данным Геологической службы США за 2025 год, их общее количество составляет 19 175, средняя высота основы составляет всего 85 метров, а средняя высота от земли до кончика лопасти — 132 метра.

В Австралии развивается противоположная тенденция. Разработчики проектов выбирают все более крупные турбины, стремясь сократить площадь, занимаемую проектом, и воздействие на окружающую среду, при этом вырабатывая максимальную мощность, и используя то, что предоставляют поставщики.

Но какой подход лучше: меньшее количество более высоких машин с большими продуваемыми участками или множество небольших турбин, которые заполняют территорию проекта, но их не видно с большого расстояния?

По словам экспертов, стремление создать максимально большую машину не всегда идет на пользу разработчикам с точки зрения социальной свободы.

В западной Виктории ветряная электростанция "Кентбрук", которую предлагает компания Neoen, является последним примером того, как высота турбин может разделять общество: возмущенные жители и владельцы домов отдыха делятся фотографиями, сравнивающими будущие турбины с одним из самых высоких зданий Мельбурна — башней Риальто.

Но если некоторым сообществам нужны турбины меньшего размера, почему Австралия не может быть похожа на Техас?

Если коротко, значение имеют правила и деньги.

В Техасе в период его расцвета в 2000-х годах ветровая энергия была дешевой, а турбины были конструктивно меньше. Он стал штатом ветра благодаря "отсутствию регулирования", нулевым экологическим требованиям и наличию обширных участков пустынных земель, где ограничения по шуму не применяются, согласно статье 2018 года, опубликованной в журнале Inquiries.

С другой стороны, в Австралии есть правила – и их много. В сочетании с законами физики, битвой за участки, экологическими и общественными ожиданиями, ценность киловатта здесь намного выше, чем в Техасе – и это означает, что нужно идти дальше.

Гиганты среди нас

На заре развития ветроэнергетики австралийские турбины были сравнительно небольшими. На острове Кинг в 1998 году три самые первые ветряные башни вырабатывали всего 250 киловатт каждая и имели высоту башни 30 метров. Сегодня самые большие турбины имеют высоту башни 166 м, высоту кончика до 236 м и номинальную мощность до 7,2 МВт.

По словам Майкла Брауна из Vestas, эти гиганты можно увидеть в Квинсленде, где скорость ветра ниже, например, в Уомбо, где планируется установить самые большие на сегодняшний день турбины. Он говорит, что в Австралии средняя высота башни турбин составляет около 150 м, а в Западной Австралии, где скорость ветра выше, она немного ниже — 125 м.

Однако для будущих проектов разработчики молчаливо предлагают в своих заявках на планирование мощность 8 МВт, при этом турбины будут приближаться к 300 м в самой высокой точке.

Компромисс возможен

За большой инфляцией ветряных турбин в Австралии стоит компромисс: местные жители хотят получать адекватную компенсацию за размещение, никто не хочет масштабного ущерба окружающей среде, соседи не хотят, чтобы турбины стояли у них на пороге — большие или маленькие, — а правительства хотят контролировать, кто, где и как подключается к сети.

Но в какой-то момент ветряные электростанции должны начать приносить прибыль. По словам Скотта де Кейзера, руководителя отдела разработок компании Engie, эта напряженность привела к созданию более крупных турбин, которые могут вырабатывать больше мегаватт-часов из меньшего количества машин.

"Одна большая турбина стоит дороже, чем одна меньшая турбина, но все равно дешевле, чем две меньшие турбины, которые производят то же количество мегаватт, — сказал он изданию Renew Economy. — Австралия печально известна тем, что в ней сложно получить экологические разрешения, поэтому нам также приходится учитывать воздействие проекта… наряду с дополнительным воздействием более крупных роторов, которые оказывают более сильное визуальное воздействие и взаимодействие с птицами и летучими мышами… В целом, исходя из анализа LCOE [нормированной стоимости энергии] проектов, которые мы разрабатываем, большее количество турбин меньшего размера приводит к более высоким затратам на ветровые электростанции, которые дают меньшую производительность и, следовательно, не имеют шансов стать рентабельными в сегодняшней конкурентной среде".

Бывший генеральный директор Mint Renewables Питер Коулинг работал над ветровыми проектами почти с самого зарождения этой отрасли. Он говорит, что разработчики в прошлом заигрывали с небольшими турбинами, но никому не удавалось заставить их работать с точки зрения финансов. И финансовые показатели также должны быть выгодны общинам, на территории которых размещены ветровые электростанции, поскольку именно они будут получать некоторые выгоды.

Фермер и консультант Stride Renewables Люк Осборн утверждает, что более экономически продуктивный проект способен лучше поддержать принимающую его общину.

"Отрасль стремится получать энергию по самой низкой стоимости, что очень важно для общества, и увеличение размеров турбин сыграло в этом большую роль, — сказал он в интервью Renew Economy. — В разумных пределах я бы, вероятно, склонился к лучшему проекту с наименьшим количеством турбин и лучшей программой общих выгод, а не к проекту с незначительно меньшим визуальным воздействием и меньшей экономичностью. Я думаю, что от этого все стали беднее".

Конкуренция с ископаемым топливом

Еще одной странностью сложных отношений Австралии с ветром является стремление сделать возобновляемые источники энергии эквивалентными ископаемым источникам энергии, а это означает более длительный срок службы.

Расчетный срок службы ветряной турбины обычно составляет 20-25 лет. Но сегодня ожидается, что ветряные электростанции будут работать 30 лет, а лучше больше.

Это требует, чтобы машины были сверхсовременными для ожидаемых условий, отмечает Aurecon в своем обзоре затрат и технических параметров на 2023 год для Австралийского оператора энергетического рынка (AEMO).

Наконец, поскольку лучшие места уже заняты, необходимы более крупные лопасти для улавливания энергии ветра средней (7,5–8,5 м/с) и низкой (6,5–7,5 м/с) скорости.

"Меньшие роторы турбин больше не могут конкурировать с большими роторами турбин. Поэтому OEM-производители не предлагают турбины с роторами меньше 160 м. Самая маленькая ветряная электростанция, поставленная за последние несколько лет, — это Rye Park [компании Ark Energy] [в Новом Южном Уэльсе], и на ней установлена ​​машина Vestas с ротором 162 м", — говорит де Кейзер.

Уменьшение габаритов

Но иногда турбины не обязательно должны быть такими большими: разработчики часто выбирают максимально возможное количество и размер машин, чтобы у них было пространство для маневра, если местные жители или регулирующие органы потребуют чего-то меньшего.

Предполагается, что реакция общественности стала причиной того, что компания Neoen решлиа сократить высоту турбин на своей ветряной электростанции Tchelery в Новом Южном Уэльсе на 15 метров.

В 2023 году компания Acen Australia уменьшила размер турбин на своем спорном проекте Robbins Island с максимальной высоты вершины в 270 м до 212 м.

Компания Tilt Renewables попыталась увеличить свой проект Liverpool Range в 2022 году с 962 МВт до 1,33 ГВт, но из-за огромного сопротивления ей пришлось уменьшить мощность до 1 ГВт, а высоту веток — с 250 до 215 м.

Загадка Кентбрука

Жители Портленда, штат Виктория, знакомы с ветряными электростанциями не по наслышке. По словам владельца Pacific Blue, Coddrington является старейшей в стране действующей коммерческой ветряной электростанцией, а турбины расположены вдоль побережья.

Регион будет ориентирован на вторую обозначенную зону морского ветра, получившую название Южный океан, и застройщик Neoen предлагает построить ветряную электростанцию ​​в Кентбруке. Это проект мощностью 600 МВт с 105 ветряными турбинами, которые на высоте 270 м в самой высокой точке будут возвышаться над коммерческой сосновой плантацией вдоль печально известного своим ветреным климатом залива Дискавери, между Нельсоном на западе и Портлендом на юго-востоке.

По словам местной жительницы Мэри Пикард, огромные размеры турбин заставляют жителей Портленда и Нельсона выступать против проекта. Она переживает, что все более высокие турбины создают ненужное сопротивление ветряным электростанциям.

"Меня беспокоит то, что молодые активисты-экологи выступают против подобных вещей по экологическим соображениям, поскольку у них нет достаточной веры в то, что подобные вещи можно делать без вреда", — сказал Пикард в интервью Renew Economy.

"Почему эти штуки должны быть такими большими?"

В этом случае виноваты деревья, говорит Коулинг. Такие поверхности, как земля, деревья и здания, создают трение, которое замедляет скорость ветра. Это явление называется сдвигом ветра.

"Ротор у вас должен находиться на большой высоте, потому что вам придется подняться над деревьями, причем как можно выше, поскольку сдвиг ветра будет экстремальным, — сказал он Renew Economy. — Его активно замедляют деревья… и чем выше вы поднимаетесь, тем сильнее становится этот ветер".

В заявлении Neoen отмечается, что у большинства существующих ветряных турбин в Австралии кончик лопасти в самой низкой точке находится на высоте всего 20–35 м над землей, что не идеально для работы в лесу.

"Минимальная высота лопастей турбин Кентбрука была скорректирована до 60 метров над землей. Это стало результатом тщательного изучения и учета местной орнитофауны и поможет защитить местные виды птиц и летучих мышей, которые кормятся в этом районе. Южный изогнутокрылый летучий щитомордник, например, чаще всего летает на высоте ниже 60 метров", — говорится в заявлении.

В Австралии появятся более крупные ветряные турбины, поскольку разработчики пытаются соотнести их размер с ценой, по которой их проект должен будет продавать электроэнергию, чтобы получать прибыль. Однако все большие высоты, скорее всего, сделают ветроэнергетику, которая и без того с трудом прослеживается в государственных и федеральных планах и экологических процессах, еще более горячей точкой.

И если местные жители хотят иметь больше турбин меньшего размера – им придется столкнуться с вопросом, готовы ли они пойти на компромисс между высотой или даже более высокими ценами на электроэнергию и более глубоким воздействием на окружающую среду, в которой они живут.

Об авторе

Рэйчел Уильямсон — научный и деловой журналист, специализирующийся на проблемах здравоохранения и окружающей среды, связанных с изменением климата.