Ветроэнергетические установки

Состояние и перспективы развития мировой

Ветроэнергетики

В последние годы чрезвычайно бурно развивается ветроэнергетика. Во многих странах она является приоритетным направлением энергосбережения и использо­вания экологически чистой возобновляемой энергии.

Практически ежемесячно по ветроэнергетике проводятся различные семинары, международные выставки и конференции. Наиболее представительны и популярны мероприятия, проводимые Всемирной ветроэнергетической ассоциацией (ВВЭА) и Европейской ветроэнергетической ассоциацией. Так, в ноябре 2004 г. в Китае состоялись Третья Всемирная конференция и выставка по ветроэнергетике и возобновляемым энергоисточникам, проведенные ВВЭА совместно с Ветроэнергетическими ассоциациями Азии и КНР в Пекине. Все мероприятия проводились в Центре международных форумов, построенном в новом современном районе Пекина, где в 2008 г. проходили очередные Олимпийские игры.

Китайская сторона проявила большой интерес к конференции и выставке, и все мероприятия проводились при поддержке центральных министерств и органов страны, Академии наук, ассоциаций промышленников, ученых и других общественных организаций.

В последние время Китайская Народная Республика успешно развивает свое народное хозяйство. Население КНР составляет более 20 % населения планеты, и по основным экономическим показателям развития страна уверенно выходит на второе место в мире. Эти успехи имеют для нее историческое значение.

Китай занимает ведущие позиции и в развитии возобновляемой энергетики, особен­но солнечной тепловой энергетики и биоэнергетики. Страна очень активно работает и над дальнейшим развитием ветроэнергетики. В Китае установлена 41 ветроэнерге­тическая станция общей мощностью около 700 МВт, смонтирована ветроэнергети­ческая установка мощностью 1300 кВт. К 2010 г. КНР довела мощность ВЭУ до 20 000 МВт.

Страна очень активно действует на рынке ветроэнергетики и производит комплектные ВЭУ мощностью до 750 кВт, а также лопасти и многие элементы для этих установок. Проведенные выставка и конференция были крупнейшими с 1970 г. форумами по данной проблеме за пределами Европы и Америки, в которых участвовало около 1000 человек. На выставке демонстрировалась продукция 70 экспонентов. Россия была представлена шестью участниками, четверо из которых были от фирмы «Сеймет труп» и ГосМКБ «Радуга».

На конференции выступило более 200 докладчиков с сообщениями по восьми направлениям: политика и рынок; экономи­ка, общество, окружающая среда; сетевые системы и ветровые электростанции; гибридные системы, накопители энергии; финансирование; образование и обучение; независимые (автономные) ветровые системы; развитие и технологии.

Как неоднократно отмечалось, общий доступный ветровой ресурс в мире, ко­торый может быть технически использован, оценивается в 53000 ТВтч в год. Это более чем вдвое превышает прогнозируемое на 2020 г. потребление электро­энергии.

Установленная мощность ВЭС в мире за 10 последних лет увеличилась в 10 раз и на конец 2010 г. составила около 50000 МВт. В докладах представителей ВВЭА, Германии, Испании, США были озвучены следующие основные цифры по развитию ветроэнергетики в мире:

1998 г. – 10 000 МВт; 2003 г. – 40 000 МВт; 2004 г. – 50 000 МВт; 2008 г. – 100 000 МВт.

С 1996 г. установленная мощность ВЭУ во всем мире росла со среднегодовым темпом роста близким к 20 – 40 %. За последнее десятилетие примерно каждые два с половиной года объем установленной мощности удваивался. Только в 2004 г. было введено в эксплуатацию более 10 000 МВт новых генерирующих мощностей.

На конец 2010 г. суммарная установленная мощность ВЭУ в 55 странах мира составляла примерно 17 700 МВт, из них в Германии – 6 100, в США и Испании – по 2 500, в Дании – 2 300, в Индии – 1 100 МВт. На долю этих пяти ведущих стран приходи­лось свыше 82 %, а если добавить Нидерланды, Италию, Великобританию, Китай и Швецию, то 92 % общей установленной мощности ВЭУ в мире. В 2005 г. Германия имела установленную мощность ВЭУ около 18000, Испания – 8 000, США – примерно 7 000 МВт.

Темпы роста ветроэнергетики в мире очень высоки. Решающая роль в этом принадлежит европейским странам, на их долю приходится более 70 % мировой установленной мощности ВЭУ.

По данным американского электроэнергетического института (EPRJ), стоимость 1 кВт/ч электроэнергии на современных ВЭС за последние 10 лет снизилась с 15 – 20 до 4 – 7 центов и сегодня сравнима со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой традиционными электростанциями: 5 – 9 цент/(кВт • ч) на АЭС, 4 – 5 на угольных и газовых ТЭС и 5 – 20 на ГЭС.

Значительное снижение стоимости электроэнергии объясняется:

– высокими годовыми темпами производства ветроэнергетического обору­дования;

– высоким темпом роста средней мощности ВЭУ и ВЭС;

– ростом коэффициента использова­ния установленной мощности;

– внедрением новых научно-техниче­ских и конструктивно-компоновочных ре­шений.

Следует отметить тот факт, что прямое сравнение затрат на выработку элек­троэнергии различными источниками энергии не учитывает дополнительных из­держек, связанных с экологическими последствиями.

Согласно исследованиям, проведенным в соответствии с «Проектом Эсктер Е», эти издержки оцениваются, цент/(кВт • ч), для электростанций: атомных 0,2 – 0,6; газовых ТЭС 1 – 4; угольных ТЭС 2 – 15; ВЭС 0,05 – 0,25.

Для тяжелого машиностроения, производящего ветроэнергетическое оборудование, темпы роста в 20 – 25 % являются высокими, но ветроэнергетика развивалась в первые годы своего коммерческого использования гораздо более быстрыми темпами.

В Европе важным фактором развития ветроэнергетики станет открытие рынка прибрежных (офшорных) ветроэнергетических установок. Однако интенсивное развитие отрасли в развивающихся странах будет зависеть от стабильности политической ситуации.

В XX в. существенный прогресс в строительстве АЭС и крупных ГЭС был достигнут достаточно быстро. В настоящее время АЭС вырабатывают 16, а большие ГЭС – 19 % общемирового производства электроэнергии.

В начале XXI в. ветроэнергетика стала коммерческой отраслью, которая вполне может быть крупным производителем электроэнергии.

Как ожидается, в течение следующего десятилетия средняя мощность устанавли­ваемых ВЭУ вырастет с 1 300 кВт (1,3 МВт) в 2005 г. до 1,5 МВт в 2007 г. и до 2,5 МВт в 2012 г. Модульная компоновка ВЭС и возрастающая с 2,5 – 3,0 до 5,0 МВт и более единичная мощность ВЭУ позволят обеспечить условия для создания крупных энергосистем в масштабе страны и даже суперэнергосистемы, объединяющей энергосистемы различных стран (транснациональная энергосистема). Благодаря этому будут существенно улучшены надежность и эффективность функционирования ВЭС. Следовательно, развитие ветроэнергетики за рубежом идет, с одной стороны, по пути увеличения единичной мощности ВЭУ и их числа в составе ВЭС, а с другой – по пути их объединения в крупные энергосистемы. Все это создает условия для получения дешевой конкурентоспособной электрической и тепловой энергии.

Постоянное совершенствование ВЭС обусловило увеличение их коэффициента использования мощности с 20 до 25 %. Международное энергетическое агентство прогнозирует повышение среднего зна­чения коэффициента использования мощности ВЭС до 28 % к 2011 г. и до 30 % к 2035 г.

Наиболее часто в лопастных системах ВЭУ применяется трехлопастное ветроколесо с горизонтальным расположением оси ротора. Усовершенствование ВЭУ идет по пути увеличения размеров лопастей, вы­соты башен, улучшения технико-экономических показателей энергетического обо­рудования и электронного управления, использования лучших композитных мате­риалов. Крупные ВЭУ функционируют в основном с переменной скоростью враще­ния. Получают распространение схемы, не использующие редуктор и работающие по методу прямого привода.

Наиболее радикальные улучшения были достигнуты в области увеличения мощности и технических показателей ВЭУ. В 1970-х гг. мощность ВЭУ не превышала 25 кВт, а современные типичные коммерчески используемые ВЭУ имеют мощность 750 – 1500, 2000, 2500, 3000 кВт.

В 2000 г. средняя мощность устанавливаемых в Германии ВЭУ впервые превысила 1000 кВт. Самые мощные коммерчески используемые ВЭУ в настоящее время имеют мощность 4500 кВт, диаметр лопастей 112 м и высоту башни более 100 м.

В будущем следует ожидать появления еще более мощных ВЭУ, в особенности на рынке прибрежных ветровых электростанций. В настоящее время разрабатываются ВЭУ мощностью от 5000 до 7000 кВт, а в 2004 г. немецкие и датские компании приступили к изготовлению прототипов таких ВЭУ для офшорных ВЭС.

Американская национальная ассоциация ветроэнергетики сообщает, что электро­энергия от новых ветроэнергетических ком­плексов большой мощности будет дешевле электроэнергии от тепловых электро­станций, к тому же загрязняющих атмосферу. Так, стоимость электроэнергии ветроэнергетического комплекса Stateline мощностью 300 МВт (на границе штатов Вашингтон и Орегон) будет меньше 2,5 цент/(кВт/ ч), а ветрокомплексы штатов Техас, Айова и Миннесота будут генерировать энергию стоимостью 3 цент/(кВт /ч).

Себестоимость производства электроэнергии на лучшей ветроэнергетической установке США при стоимости 765 дол. США за 1 кВт установленной мощности ВЭУ уже сейчас составила 3,61 цента за 1 кВт /ч. Если учесть, что средняя мощность ВЭУ и их коэффициент использования мощности возрастают, то к 2015 г. можно прогнозировать снижение себестоимости производства 1 кВт * ч электроэнергии до 2,62 цента при стоимости установленной мощности в 555 дол. за 1 кВт. Ожидается, что к 2020 г. себестоимость производства электроэнергии снизится до 2,11 цента за 1 кВт * ч при стоимости установленной мощности до 447 дол. за 1 кВт.

Современные коммерческие ВЭУ и ВЭС по своим основным показателям сравнимы с современными электростанциями традиционных типов.

К сожалению, Россия в настоящее время серьезно отстает от промышленно разви­тых и многих развивающихся стран в практическом использовании энергии ветра, хотя первой в мире начала еще в 1930-е гг. активно заниматься развитием ветроэнергетики.

Россия имеет как потребности, так и возможности для развития ветроэнергетики, особенно в районах Крайнего Севера, на отдаленных и труднодоступных территориях. Значительная часть нашей страны ис­пытывает серьезные трудности с энергоснабжением, причем в местах, где дуют ветры с хорошим энергетическим потенциалом, минимально оцениваемым в 40 млрд кВт/ ч (около 20000 МВт). Использование этого ветропотенциала позво­лит решить многие вопросы энергоснабжения, улучшить социально-экономическую и экологическую обстановку в этих регионах.

Однако до настоящего времени в России отсутствует производство коммерческих ВЭУ и цена производимых установок при более низком качестве превышает мировые показатели.

Вместе с тем Россия располагает необходимыми кадрами и финансовыми возможностями для успешного решения всех упомянутых научно-производственных и организационных задач развития ветроэнергетики, которое в последние годы тормозится из-за отсутствия законодательной базы и государственной поддержки, а также необходимой организации и координации работ, сил и средств, из-за формальной передачи этой ответственности регионам.

Было бы целесообразно осуществить следующие задачи:

– обратить внимание руководства страны на необходимость развития ветроэнергетики, поскольку надежный, экологически чистый возобновляемый энергоисточник может помочь в решении проблем энергоснабжения районов Крайнего Севера и других отдаленных и труднодоступных территорий;

– ветроэнергетика может стать важным направлением энергосбережения и суще­ственно снять остроту, например «Северного завода»;

– ветроэнергетика может стать дополнительным направлением бизнеса, связанного с производством и эксплуатацией ветроустановок с использованием отечественных наработок и возможностей;

– это не удастся сделать без объединения усилий и возможностей АО-энерго регио­нов, энергомашиностроительных и оборонных предприятий и других организаций и структур;

– необходимо разработать государственную программу развития ветроэнергетики с участием всех структур, заинтересованных в ее развитии и способных обеспечить ее реализацию;

– необходимо привлечь к этой проблеме внимание администраций регионов, кото­рые помогут обеспечить включение в тарифы на электроэнергию затрат по созданию объектов ветроэнергетики и финансирование программы;

– организации и предприятия, имеющие опыт и возможности, должны осуществлять проектирование ВЭУ и ВЭС, организацию производства ВЭУ, создание ВЭУ и ВЭС «под ключ»;

– минпромэнерго России и другие подобные структуры мгут выступить гарантом и координатором разработки и реализации программы;

– необходимо разработать механизм финансирования программы развития ве­троэнергетики, в том числе с использованием возможностей международных двусто­ронних соглашений, Киотского протокола, бюджетов регионов и других источников реализации программы;

– требуется решить вопрос о создании испытательного и сертификационного центра ветроэнергетики на одном из объектов;

– полезно рассмотреть и возможность использования трансфертов зарубежных технологий, но их следует осуществлять только в случае соответствующего технико-экономического обоснования.