Ветроэнергетика. 
Ресурсы солнечной и ветровой энергии Чеченской Республики

Ветроэнергетика (wind power) — отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в механическую, тепловую или электрическую энергию. Ветроэнергетике присущи все преимущества, характерные для альтернативной энергетики в целом (экологическая чистота, возобновляемость, низкие эксплуатационные затраты).

По экспертным оценкам, технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 6 000 млрд. кВт· ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 31 млрд. кВт· ч/год. Россия — одна из самых богатых в этом отношении стран.

Для определения характеристик ветра, используемых в ветроэнергетике, используются следующие характеристики: среднегодовая скорость ветра; распределение скоростей ветра; максимальная скорость ветра; роза скоростей ветра; удельная мощность и удельная энергия ветра; роза энергии ветра; ветроэнергетические ресурсы [2].

Скорость ветра является основной характеристикой, определяющей интенсивность и эффективность использования ветровой энергии. Для получения достоверных данных о средних скоростях ветра требуется репрезентативность и представительность выборки случайных значений скорости, т. е. необходим объём и длительность измерений.

Необходимо учитывать, также и изменения климата, что повлечет за собой и изменения ветроэнергетического потенциала. Так согласно «Материалам к стратегическому прогнозу изменений климата РФ на период до 2015 г. и их влияния на отрасли экономики», подготовленным Росгидрометом к 2015 г. на территории страны произойдут следующие изменения ветровых ресурсов регионов:

• · в большинстве районов европейской части России, в Томской, Новосибирской и Кемеровской областях, в Алтайском крае, в западных районах Приморского и Хабаровского края произойдет некоторое снижение ветроэнергетического потенциала;
• · на Северном Кавказе (Чеченская республика, Республика Дагестан, Ставропольский край), в Мурманской, Архангельской и Ленинградской области, Якутии, Магаданской и Иркутской областях, прибрежных районах Ханты-Мансийского и Эвинкейского АО ветронагрузки возрастут в 1,2 раза.

Применение современных ветроэнергетических установок (ВЭУ) экономически целесообразно при среднегодовой скорости ветра от 5 м/с. Распределение показателей скоростей ветра на высоте 10 м по территории России представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Распределение значений среднегодовых скоростей ветра на высоте 10 м по территории России Данные по ресурсам (потенциалам) ветровой энергии по субъектам Российской Федерации, расположенным в пределах Северо-Кавказского федерального округа приведены в таблице 1 и на рис. 2.

Таблица 1.

Ресурсы ветровой энергии СКФО.

Территория Чеченской Республики относится к району со средним уровнем ветровой энергии. Характерной особенностью ветровой обстановки является неравномерность распределения скорости ветра по территории и интенсивности в различные периоды года.

Наиболее распространенным видом местных ветров являются горно-долинные ветры, возникающие за счет контрастов температуры воздуха отдельных частей долин или котловин и склонов. Горно-долинные ветры характеризуются суточной сменой направления. Летом горно-долинная циркуляция выражена наиболее ярко и достигает максимальной мощности.

Рис. 2. Распределение валового потенциала ветровой энергетики по СКФО Большое разнообразие форм рельефа сказывается и на распределении повторяемости штилей. В замкнутых котловинах и под склонами гор наблюдается наибольшая повторяемость штилей — 44−58%; в предгорных и горных районах — до 30%.

Средняя годовая скорость ветра изменяется в довольно широких пределах — от 0,8 до 6,0 м/сек. Годовой ход скорости ветра определяется годовым ходом атмосферной циркуляции. Однако, как и в распределении направлений ветра, большое влияние на скорость оказывает орография.

Наиболее сильные ветры наблюдаются в высокогорных районах в открытых формах рельефа и там, где орографические факторы способствуют увеличению барических градиентов и приводят к сходимости воздушных потоков. Средняя годовая скорость ветра в этих районах достигает 5 — 6 м/сек, на открытых равнинах и в широких долинах — несколько ниже и составляет 3 — 4 м/сек, в предгорьях — до 3, в замкнутых котловинах и в низинных южных районах не превышает 1 — 2 м/сек.

Таблица 2.

Повторяемость направления ветра и штилей (%).

В годовом ходе наибольшая скорость ветра, как правило, отмечается весной или зимой при усилении циклонической деятельности, наименьшая — летом и осенью. Как показывают наблюдения, наибольшую повторяемость в большинстве районов имеет ветер скоростью 1 — 5 м/сек (70 — 90%). Скорости ветра больше 10 м/с редки и их повторяемость не превышает 10%. В долинах и котловинах наблюдается в среднем 5−15 дней в году с сильным ветром. В отдельных формах рельефа на большой высоте и в местах сужения долин число дней с сильным ветром достигает 20−30.

Повторяемость направлений ветра рассчитана в процентах от общего числа случаев направлений ветра без учета штилей.

Повторяемость штилей рассчитана в процентах от общего числа случаев наблюдений.

По материалам таблицы можно сделать вывод, что на Терско-Кумской равнине, Терско-Сунженской возвышенности, Чеченской равнине, в восточной горной части (Ведено) территории республики преобладают ветры западных и восточных румбов, причем в большей степени — ветры западного направления.

Преобладание западных ветров над восточными характерно для летних месяцев. В ст. Орджоникидзевской, г. Гудермесе западные ветры преобладают в течение всего года.

Совершенно другая обстановка циркуляции сложилась в центральной части Чеченской наклонной равнины (Урус-Мартан) и в межгорных котловинах (Шатойской и Итум-Калинской).

На ветровой режим района селения Урус-Мартан, расположенного на наклонной равнине вблизи гор, оказывают влияние ветры типа горно-долинных. Здесь преобладают ветры северных (36%) и южных (45%) румбов.

Амплитуда повторяемости северных ветров колеблется в пределах 8−17%. Уменьшение повторяемости северных ветров приходится на летние месяцы (июнь — 8%). Повышение повторяемости ветров северного направления наблюдается в феврале-марте, с вершиной большего значения (17%) в марте (рис. 3).

Рис. 3. Распределение направлений ветров Ветры южных направлений имеют два спада, приходящиеся на весну и осень. Причем, глубина амплитуды опускается (8%) в апреле месяце. Гребни амплитуд имеют максимальные значения в июне — августе (июнь — 23%), зимой — в ноябре-феврале (декабрь — 24%).

Ветры других румбов в районе Урус-Мартана имеют меньшее значение. Ветровой режим Шатойской межгорной котловины (c. Шатой — 528 м) целиком подчинен орографии окружающих ее гор. Проникновению западных и восточных ветров в котловину мешают горные хребты, имеющие меридиональное направление. Восточные ветры в некоторой мере здесь преобладают над западными. Их годовое значение составляет 8% (по сравнению с 2% направлением западных ветров).

В этой котловине хорошо развита и прослеживается циркуляция горно-долинных ветров, так как ее с юга на север прорезает глубокая долина реки Аргун. В котловине, в основном, преобладают северные долинные ветры, дующие со стороны Чеченской наклонной равнины. Годовая повторяемость направления северных ветров составляет 30%, северо-восточных — 34%, северо-западных — всего 4%. Южные ветры составляют 11%, но по сравнению с восточными и, тем более, с западными ветрами — это высокий процент.

Таким образом, в межгорных котловинах господствуют горно-долинные ветры, ориентированные по направлению прорезающих их долин.

В Грозном в ночные часы активно проявляют себя ветры западных (23%) и восточных (18%) направлений. В утренние часы активность западных ветров увеличивается (26%), а восточных — несколько падает (14%). В середине дня, наоборот, активизируются восточные ветры (29%) и еще больше они усиливают свою повторяемость в вечерние часы (37%). Западные ветры уменьшают свои показатели до 12%. Штилевая обстановка характерна для ночных часов (66%). В середине дня она падает в три раза (22%).

В Шатойской котловине на протяжении суток сохраняется основная повторяемость направления ветра — господствуют ветры северных направлений.

Штилевое состояние воздушных масс характерно для населенных пунктов Чеченской равнины и межгорных котловин. Грозный имеет самый высокий годовой процентный показатель штиля — 48, а наименьший — Гудермес, где количество дней со штилем составляет всего 4%. Это самая ветровая местность в республике. Количество дней со штилем в бассейне Терека колеблется от 11 процентов на востоке (Шелковская), до 18 на западе (Наурская).

Направление ветра в различные часы суток можно проследить по многолетним наблюдениям в Грозном и Шатое (табл. 3).

Штили приурочены, в основном, к ночным часам (24%), днем они падают в пять раз (5%).

Таблица 3.

Повторяемость направления ветра и штилей в различные часы суток.

Таблица 4.

Средняя месячная и годовая скорости ветра (м/с).

Максимальные скорости ветра в горах приурочены к двум летним месяцам (июль, август). Направление ветров — западной ориентации.

Расчеты ветрового потенциала выполнялись для различных климатических зон территории: горной части, средней полосы и затеречной равнины, с пересчетом скоростей ветра и повторяемостей с высоты флюгеров на высоту 75 метров (высота ветроэнергетической установки мощностью 500−750 кВт). Ветроэнергетический валовый потенциал по проведенным расчетам составляет 1406,0 млрд кВт•ч/год технический потенциал составляет ?14,0 млрд кВт•ч/год.