Развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ) – глобальный тренд, обусловленный экономическими, социальными и экологическими причинами. В мире в целом рассматривается и перспектива будущего полного перехода на ВИЭ. Не является исключением и Российская Арктика, причем в этом регионе проблемы стоят острее, чем в основной части страны.
Особенностями Арктической зоны Российской Федерации, в том числе и ее восточных регионов, являются:
1) экстремальные природно-климатические условия, включая постоянный ледяной покров;
2) очаговый характер промышленно-хозяйственного освоения территорий и низкая плотность населения;
3) удаленность от основных промышленных центров, высокая ресурсоемкость и зависимость хозяйственной деятельности и жизнеобеспечения населения от поставок топлива, продовольствия и товаров первой необходимости из других регионов России;
4) низкая устойчивость экологических систем, определяющих биологическое равновесие и климат Земли, а также их зависимость даже от незначительных антропогенных воздействий [3].
Арктические регионы России имеют значительный потенциал для развития ВИЭ. В районах, где ветры дуют со средними скоростями порядка 6–7 м/с, может развиваться ветроэнергетика.
Развитие ветроэнергетики на территории Якутии находится на начальном этапе, но началось строительство экспериментальной станции «Быков мыс» в районе пос. Тикси, на берегу моря Лаптевых, в этом районе наблюдаются шквальные ветра и морозы, что требует особого оборудования и тщательной отладки работы. Генераторы ветровых энергетических установок (ВЭУ) должны выключаться при скорости ветра примерно 25 м/с при пороге включения 4 м/с. Первая установка немецкого производства начала работать в Тикси еще в 2007 г., установленная мощность была 250 кВт, но опыт работы показал, что при ветре 5 м/с выдается до 50 кВт, а при 10 м/с более 150 кВт. Эксплуатация при сильных морозах привела к появлению микротрещин, что в сочетании со шквальными ветрами привело к полной поломке. Имелись на станции и другие проблемы, связанные с ошибками при монтаже оборудования, что очень сильно снижало выработку электроэнергии [1].
Целью работы является оценка ветрового потенциала Арктического региона на примере двух станций Тикси и Себян-Кюель.
Поскольку типичные установки работают при скорости ветра от 4 м/с до 25 м/с, была поставлена задача оценить возможности установки ветрогенераторов при наличии данных скоростей ветра.
Был взят массив значений скорости ветра за трехлетний период 2018-2020 гг. на станциях Тикси и Себян-Кюель [2]. По выбранным значениям были построены гистограммы распределения скорости ветра в диапазоне от 4 м/с до 25 м/с и скорости ветра в диапазоне от 12 м/с до 25 м/с. При скорости ветра из данного диапазона ВЭУ выходит на свою номинальную мощность, работа ВЭУ наиболее эффективна. Гистограммы представлены на рис.1: слева диапазон скоростей ветра, при которых ветроустановка работает, справа диапазон скоростей ветра при которых наблюдается эффективная работа ветроустановки.
а) б)
в) г) 
д) е)
ж) з) 
Рисунок 1 - Гистограммы распределения значений скорости ветра за 2018-2020 гг. в Тикси за январь (а,б), апрель (в,г), июль (д,е), октябрь (ж,з)
Суммарное время работы на станции Тикси занесено в табл.1.
Таблица 1. Время работы ветроустановки г. Тикси
|
|
Январь |
Апрель |
Июль |
Октябрь |
|
Время работы |
15,7% |
15,9% |
20,5% |
22,6% |
|
Время эффективной работы |
4,8% |
2,6% |
0,6% |
4,7% |
По табл.1 построены графики времени работы и эффективного времени работы. Графики представлены на рис.2.
а) б)
Рисунок 2 – Время работы ветроустановки (а) и время эффективной работы ветроустановки (б) в г. Тикси
Из табл.1 и рис. 2 видно, что наибольшее время работы ветроустановки наблюдается в октябре, а наименьшее в январе. Наибольшее время эффективной работы ветроустановки наблюдается в январе и октябре, а наименьшее в июне.
Произведен аналогичный расчет гистограмм на станции Себян-Кюель, которые представлены на рис.3.
а) б)
в) г)
Рисунок 3 - Гистограмма распределения значений скорости ветра за 2018-2020 гг. в Себян-Кюель за январь (а), апрель (б), июль (в), октябрь (г)
Суммарное время работы на станции Себян-Кюель занесено в табл.2.
Таблица 2. Время работы ветроустановки Себян-Кюель
|
|
Январь |
Апрель |
Июль |
Октябрь |
|
Время работы |
0,86% |
3,54% |
2,36% |
2,04% |
|
Время эффективной работы |
0,0% |
0,0% |
0,0% |
0,0% |
По табл.2 построен график времени работы ветроустановки. График представлен на рис.4.
Рисунок 4 – Время работы ветроустановки в Себян-Кюель
Скорости ветра на станции Себян-Кюель в разные сезоны в период 2018-2020 гг. не превышают значения 9 м/c, а значит использование ветроустановки на этой территории не эффективно, так как время эффективной работы ветроустановки находится в диапазоне скорости ветра от 12 м/c до 25 м/с.
По полученным данным видно, что установка ветрогенератора возможно на территории Тикси и не возможна на территории Себян-Кюеля, так как ее использование не эффективно.