Чому вітряні турбіни такі великі і чи не краще зробити їх меншими: відповідь інженерів

Фокус переклав статтю журналістки Рейчел Вільямсон для сайту Renew Economy, де вона розмірковує, чи можна зробити їх меншими за розміром.

США проти Австралії

Великі рівнини, горбиста місцевість і пустелі штату Техас (США) покриті безліччю коротких вітряних турбін завдяки бурхливому розвитку за два десятиліття до 2021 року, коли вітряні турбіни загалом були набагато меншими, ніж зараз. За даними Геологічної служби США за 2025 рік, їхня загальна кількість становить 19 175, середня висота основи становить лише 85 метрів, а середня висота від землі до кінчика лопаті — 132 метри.

В Австралії розвивається протилежна тенденція. Розробники проєктів обирають дедалі більші турбіни, прагнучи скоротити площу, займану проєктом, і вплив на навколишнє середовище, при цьому виробляючи максимальну потужність, і використовуючи те, що надають постачальники.

Але який підхід кращий: менша кількість більш високих машин з великими ділянками, що продуваються, чи безліч невеликих турбін, які заповнюють територію проекту, але їх не видно з великої відстані?

За словами експертів, прагнення створити максимально велику машину не завжди йде на користь розробникам з точки зору соціальної свободи.

У західній Вікторії вітряна електростанція "Кентбрук", яку пропонує компанія Neoen, є останнім прикладом того, як висота турбін може розділяти суспільство: обурені мешканці та власники будинків відпочинку діляться фотографіями, що порівнюють майбутні турбіни з однією з найвищих будівель Мельбурна — вежею Ріальто.

Але якщо деяким спільнотам потрібні турбіни меншого розміру, чому Австралія не може бути схожа на Техас? Якщо коротко, значення мають правила і гроші.

У Техасі в період його розквіту в 2000-х роках вітрова енергія була дешевою, а турбіни були конструктивно меншими. Він став штатом вітру завдяки "відсутності регулювання", нульовим екологічним вимогам і наявності великих ділянок пустельних земель, де обмеження щодо шуму не застосовуються, згідно зі статтею 2018 року, опублікованою в журналі Inquiries.

З іншого боку, в Австралії є правила — і їх багато. У поєднанні із законами фізики, битвою за ділянки, екологічними та громадськими очікуваннями, цінність кіловата тут набагато вища, ніж у Техасі, — і це означає, що потрібно йти далі.

Гіганти серед нас

На зорі розвитку вітроенергетики австралійські турбіни були порівняно невеликими. На острові Кінг 1998 року три найперші вітряні вежі виробляли лише 250 кіловат кожна і мали висоту вежі 30 метрів. Сьогодні найбільші турбіни мають висоту вежі 166 м, висоту кінчика до 236 м і номінальну потужність до 7,2 МВт.

За словами Майкла Брауна з Vestas, ці гіганти можна побачити в Квінсленді, де швидкість вітру нижча, наприклад, в Уомбо, де планується встановити найбільші на сьогодні турбіни. Він каже, що в Австралії середня висота вежі турбін становить близько 150 м, а в Західній Австралії, де швидкість вітру вища, вона трохи нижча — 125 м.

Однак для майбутніх проєктів розробники мовчазно пропонують у своїх заявках на планування потужність 8 МВт, при цьому турбіни наближатимуться до 300 м у найвищій точці.

Компроміс можливий

За великою інфляцією вітряних турбін в Австралії стоїть компроміс: місцеві жителі хочуть отримувати адекватну компенсацію за розміщення, ніхто не хоче масштабної шкоди навколишньому середовищу, сусіди не хочуть, щоб турбіни стояли в них на порозі — великі чи маленькі, — а уряди хочуть контролювати, хто, де та як підключається до мережі.

Але в якийсь момент вітряні електростанції повинні почати приносити прибуток. За словами Скотта де Кейзера, керівника відділу розробок компанії Engie, ця напруженість призвела до створення більших турбін, які можуть виробляти більше мегават-годин з меншої кількості машин.

"Одна велика турбіна коштує дорожче, ніж одна менша турбіна, але все одно дешевше, ніж дві менші турбіни, які виробляють ту саму кількість мегават, — сказав він виданню Renew Economy. — Австралія сумно відома тим, що в ній складно отримати екологічні дозволи, тому нам також доводиться враховувати вплив проєкту... поряд із додатковим впливом більших роторів, які чинять сильніший візуальний вплив і взаємодіють із птахами й кажанами... Загалом, зважаючи на аналіз LCOE [нормованої вартості енергії] проєктів, які ми розробляємо, більша кількість турбін меншого розміру призводить до вищих витрат на вітрові електростанції, які дають меншу виробіток, ніж ті, які є в Україні, а також на вітряні електростанції, які дають меншу кількість мегават енергії.

Колишній генеральний директор Mint Renewables Пітер Коулінг працював над вітровими проектами майже з самого зародження цієї галузі. Він каже, що розробники в минулому загравали з невеликими турбінами, але нікому не вдавалося змусити їх працювати з точки зору фінансів. І фінансові показники також мають бути вигідні громадам, на території яких розміщені вітрові електростанції, оскільки саме вони отримуватимуть деякі вигоди.

Фермер і консультант Stride Renewables Люк Осборн стверджує, що більш економічно продуктивний проєкт здатний краще підтримати громаду, яка його приймає.

"Галузь прагне отримувати енергію за найнижчою вартістю, що дуже важливо для суспільства, і збільшення розмірів турбін зіграло в цьому велику роль, — сказав він в інтерв'ю Renew Economy. — У розумних межах я б, імовірно, схилився до кращого проєкту з найменшою кількістю турбін і кращою програмою загальних вигод, а не до проєкту з трохи меншим візуальним впливом і меншою економічністю. Я думаю, що від цього всі стали біднішими".

Конкуренція з викопним паливом

Ще однією дивиною складних відносин Австралії з вітром є прагнення зробити поновлювані джерела енергії еквівалентними викопним джерелам енергії, а це означає більш тривалий термін служби.

Розрахунковий термін служби вітряної турбіни зазвичай становить 20-25 років. Але сьогодні очікується, що вітряні електростанції працюватимуть 30 років, а краще більше.

Це вимагає, щоб машини були надсучасними для очікуваних умов, зазначає Aurecon у своєму огляді витрат і технічних параметрів на 2023 рік для Австралійського оператора енергетичного ринку (AEMO).

Нарешті, оскільки найкращі місця вже зайняті, необхідні більші лопаті для уловлювання енергії вітру середньої (7,5-8,5 м/с) і низької (6,5-7,5 м/с) швидкості.

"Менші ротори турбін більше не можуть конкурувати з великими роторами турбін. Тому OEM-виробники не пропонують турбіни з роторами менше 160 м. Найменша вітряна електростанція, поставлена за останні кілька років, — це Rye Park [компанії Ark Energy] [у Новому Південному Уельсі], і на ній встановлена машина Vestas з ротором 162 м", — каже де Кейзер.

Зменшення габаритів

Але іноді турбіни не обов'язково мають бути такими великими: розробники часто обирають максимально можливу кількість і розмір машин, щоб вони мали простір для маневру, якщо місцеві мешканці або регулювальні органи вимагатимуть чогось меншого.

Передбачається, що реакція громадськості стала причиною того, що компанія Neoen вирішила скоротити висоту турбін на своїй вітряній електростанції Tchelery в Новому Південному Уельсі на 15 метрів.

У 2023 році компанія Acen Australia зменшила розмір турбін на своєму суперечливому проєкті Robbins Island з максимальної висоти вершини у 270 м до 212 м.

Компанія Tilt Renewables спробувала збільшити свій проєкт Liverpool Range 2022 року з 962 МВт до 1,33 ГВт, але через величезний опір їй довелося зменшити потужність до 1 ГВт, а висоту гілок — з 250 до 215 м.

Загадка Кентбрука

Жителі Портленда, штат Вікторія, знайомі з вітряними електростанціями не з чуток. За словами власника Pacific Blue, Coddrington є найстарішою в країні діючою комерційною вітряною електростанцією, що діє, а турбіни розташовані вздовж узбережжя.

Регіон буде орієнтований на другу позначену зону морського вітру, що отримала назву Південний океан, і забудовник Neoen пропонує побудувати вітряну електростанцію в Кентбруку. Це проєкт потужністю 600 МВт зі 105 вітряними турбінами, які на висоті 270 м у найвищій точці височітимуть над комерційною сосновою плантацією вздовж сумнозвісної своїм вітряним кліматом затоки Діскавері, між Нельсоном на заході та Портлендом на південному сході.

За словами місцевої мешканки Мері Пікард, величезні розміри турбін змушують мешканців Портленда і Нельсона виступати проти проєкту. Вона переживає, що все більш високі турбіни створюють непотрібний опір вітряним електростанціям.

"Мене турбує те, що молоді активісти-екологи виступають проти подібних речей з екологічних міркувань, оскільки в них немає достатньої віри в те, що подібні речі можна робити без шкоди", — сказав Пікард в інтерв'ю Renew Economy.

"Чому ці штуки мають бути такими великими?"

У цьому випадку винні дерева, каже Коулінг. Такі поверхні, як земля, дерева і будівлі, створюють тертя, яке уповільнює швидкість вітру. Це явище називається зсувом вітру.

"Ротор у вас має перебувати на великій висоті, тому що вам доведеться піднятися над деревами, причому якомога вище, оскільки зсув вітру буде екстремальним, — сказав він Renew Economy. — Його активно уповільнюють дерева... і що вище ви піднімаєтеся, то сильнішим стає цей вітер".

У заяві Neoen зазначено, що у більшості наявних вітряних турбін в Австралії кінчик лопаті в найнижчій точці перебуває на висоті лише 20-35 м над землею, що не ідеально для роботи в лісі.

"Мінімальна висота лопатей турбін Кентбрука була скоригована до 60 метрів над землею. Це стало результатом ретельного вивчення та обліку місцевої орнітофауни і допоможе захистити місцеві види птахів і кажанів, які годуються в цьому районі. Південний вигнутокрилий летючий щитомордник, наприклад, найчастіше літає на висоті нижче 60 метрів", — ідеться в заяві.

В Австралії з'являться більші вітряні турбіни, оскільки розробники намагаються співвіднести їхній розмір із ціною, за якою їхній проєкт повинен буде продавати електроенергію, щоб отримувати прибуток. Однак усі більші висоти, найімовірніше, зроблять вітроенергетику, яка і без того насилу простежується в державних і федеральних планах та екологічних процесах, ще більш гарячою точкою.

І якщо місцеві жителі хочуть мати більше турбін меншого розміру — їм доведеться зіткнутися з питанням, чи готові вони піти на компроміс між висотою або навіть більш високими цінами на електроенергію і більш глибоким впливом на навколишнє середовище, в якому вони живуть.

Про автора

Рейчел Вільямсон — наукова і ділова журналістка, що спеціалізується на проблемах охорони здоров'я та навколишнього середовища, пов'язаних зі зміною клімату.