Ветроэнергетика

  Запасы нефти, газа и угля на Земле интенсивно сокращаются. По прогнозам аналитиков, при текущем уровне потребления углеводородов, запасов угля хватит максимум на 500 лет, а нефти и газа – на 100. Добыча углеводородов и их использование наносит непоправимый вред экосистеме планеты Земля. Все эти факты в настоящее время стимулируют всё прогрессивное человеческое сообщество на интенсивное развитие альтернативных источников энергии, одно из лидирующих мест среди которых занимает современная ветроэнергетика.


  Впервые человечество стало использовать энергию ветра с помощью парусов. Заметим, что парус и в наши дни имеет максимальный КПД среди всех энергетических установок, используемых энергию ветра. Интересно, что в 1931 году в СССР, впервые в мире, была построена ветроустановка мощностью 100 кВт, а в пятидесятые годы прошлого века в нашей стране ежегодно выпускалось примерно 9000 ветроустановок мощностью до 30 кВт. Однако в последующие годы развитие этого направления в СССР было остановлено и весь приоритет был направлен на проектирование и строительство крупных гидро-, тепло- и атомных электростанций.


  Энергетический потенциал ветра на Земле очень велик и, по оценкам Всемирной метеорологической организации, составляет 170 триллионов кВт/час в год. По прогнозам аналитиков это позволит вырабатывать с помощью ветроустановок до 118х108 мВт электроэнергии, что многократно превосходит мировую потребность в ней. Принимая во внимание растущую экономическую привлекательность энергии из ветра в сочетании с практически неограниченными ветроэнергетическими ресурсами планеты, теоретически возможно снабжение всего человечества электроэнергией, практически полностью произведенной только на основе ветра. Исследование Гарвардского университета, основанное на весьма консервативных допущениях, показывает, что потенциал ветроэнергетики примерно в 40 раз превышает глобальное потребление электричества. Предположительно к 2020 г. установленная мощность ветроэнергетики достигнет 1000 гВт. Во многих технологически развитых странах доля ветроэнергетики будет приближаться к 30% или даже превосходить эту цифру. Дания уже производит порядка 40% электричества посредством энергии ветра, а по мнению Министерства энергетики США в 2050 г. ветроэнергетика может вырабатывать 35% американской электроэнергии. Здесь, как и в других сегментах возобновляемой энергетики, дальнейшее развитие во многом будет зависеть от совершенствования технологий и развития сравнительных экономических преимуществ.


  В настоящее время в большинстве стран используются крыльчатые ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Основной рабочий орган крыльчатого ветродвигателя – ветроколесо с лопастями (обычно 2-3), расположенными по радиусам и под некоторым углом к плоскости вращения. Вращающий момент на ветроколесе появляется за счет подъемной силы, возникающей из-за разности давлений под и над крылом. Скорость вращения максимальна при перпендикулярном к потоку воздуха расположению плоскостей. Поэтому применяют устройства автоматического поворота оси вращения – от самых простых, в виде крыла-стабилизатора, до сложных электронных систем управления. История развития современной ветроэнергетики – это история роста размеров и мощности ветрогенераторов.


  У ветра есть крупный недостаток – его нестабильность. Вследствие ряда факторов скорость и направления ветра изменяются по случайному закону. Для компенсации нестабильности ветра используются ветряные станции, состоящие из большого количества ветроустановок, размещаемых рядами на большой территории. Также для борьбы с нестабильностью используются маховики, частично сглаживающие шквалы ветра, и различные аккумуляторы – электрические, гидравлические, воздушные. Следует особо отметить, что ветроустановки работают только в районах со стабильными ветрами, например, на горных перевалах и морских берегах.


  Эта проблема «нестабильности» уже сегодня имеет экономически оправданное технологическое решение. Современный уровень развития сетей, систем накопления и хранения энергии не создает значимых препятствий для дальнейшего развития возобновляемой энергетики.


 В качестве аккумулятора достаточно весомых объемов генерации ВИЭ вполне может выступать существующая электрическая сеть. Опыт стран, в которых доля «переменчивой» генерации ВИЭ превысила 5%, 10% и более от общего объема производимой электроэнергии (например, Дания, Ирландия, Германия, Испания, Португалия, Великобритания), показывает, что сеть «проглатывает» такое количество чистой энергии без каких-либо проблем. Более того, исследование, проведенное Международным энергетическим агентством, подчеркивает, что большая доля переменчивой энергии ВИЭ (до 45%) может быть интегрирована в энергетическую систему без существенного увеличения затрат. Расширение сетей передачи и распределения электроэнергии, их модернизация рассматриваются в качестве наиболее экономически эффективного способа подстройки энергетической системы под возрастающую долю ВИЭ — сеть существенно дешевле, чем аккумуляторные системы. «Новые технологии хранения станут необходимыми, когда доля возобновляемых источников энергии превысит 70%», — считают немецкие авторы из Agora Energiewende.


  Кроме того, наряду с распространенными сегодня системами аккумулирования энергии (ГАЭС), активно разрабатываются и уже применяются иные способы, например, аккумуляторные системы или технологии Power-to-Gas («энергия – газ»). Совершенствуется и управление сетями, внедряются технологии «умных сетей» (Smart Grids).

 Нет никаких сомнений, что технологическая способность рационально управлять любыми объемами «нестабильной» генерации будет обеспечиваться по мере развития ВИЭ.

  Развитие науки и техники, совершенствование технологий планирования размещения ветряных электростанций привели к тому, что в «нестабильной» ветроэнергетике сегодня обеспечивается достаточно высокий коэффициент использования установленной мощности (КИУМ).

ветер2.jpg


  В 80-х гг. прошлого века средняя ветряная турбина имела ротор диаметром 17 м. и выдавала 75 кВт мощности. Современная ветряная турбина — существенно более крупный генерирующий объект. По данным Европейской ассоциации ветроэнергетики средняя мощность современного материкового ветряка в Европе сегодня – 2,2 МВт. Он позволяет производить в среднем за год 4702 МВт*ч электроэнергии (что соответствует годовому энергопотреблению примерно 1200 домохозяйств). КИУМ – 24%. Средняя морская (offshore) турбина обладает мощностью 3,6 МВт и вырабатывает 12961 МВт*ч в год. КИУМ здесь сопоставим с традиционной энергетикой– 41% (использование мощности в сегодняшних энергосистемах как правило не превышает 50%).


  Рост размеров обусловлен развитием технологий и, разумеется, экономическими причинами – желанием сократить удельные капитальные затраты и LCOE (приведённую стоимость производства электричества). Этим объясняется и то, что турбины морского, шельфового размещения стремятся делать мощнее, поскольку капитальные затраты в морском строительстве существенно выше.


  Размеры ветрогенераторов будут расти и дальше. Сегодня серийно производятся турбины мощностью 7,5 МВт, с высотой башни и диаметром ротора, далеко превосходящими 100 метров. Есть действующие прототипы 8-ми и даже 10-ти мегаваттных ветроустановок.


  К сожалению, у ветроэнергетических установок есть целый ряд серьезных недостатков. Один из самых основных – интенсивный инфразвук, вызывающий у людей чувство беспокойства и угнетенное состояние, а также негативно действующий на животных и птиц. При широком применении ветроустановок нарушается тепловой баланс земной поверхности. Это может изменить розу ветров в находящихся рядом промышленных зонах и усилить загрязнение воздуха. Ветроэлектростанции мешают полетам птиц и насекомых, отражают радиоволны вращающимися лопастями, затрудняя работу авиационной навигационной аппаратуры, сотовой связи и прием телевизионных сигналов. Ветроэлектростанции занимают намного большую площадь, чем ГЭС, ТЭС или АЭС такой же мощности. Некоторые из этих проблем были почти полностью решены путем использования новейших технологических решений в ветроэнергетике, но некоторые проблемы не решены до сих пор.

 

  Тем не менее, ветроэнергетику уверенно можно отнести к одной из самых перспективных отраслей ВИЭ. Статистические данные убеждают, что во многих развитых странах ветроэнергетика уже вышла из категории «альтернативной», став энергетикой основной, главным направлением энергетического развития. Так, ветроэнергетика в последние годы лидирует по чистому приросту новых электроэнергетических мощностей в Европейском Союзе, обгоняя энергетику на природном газе (второе место) и солнечную энергетику (третье место). Аналогичная тенденция наблюдается и в США. В Китае, где ветроэнергетика уже несколько лет производит больше электричества, чем атомная, на правительственном уровне установлен следующий целевой показатель – 200 гВт мощности ветроэнергетики к 2020 году. Для сравнения, установленная мощность всей российской электроэнергетики составляет в настоящее время примерно 230 гВт. Масштабы сегодняшних перемен в энергетике хорошо демонстрирует еще одно сравнение: построенные за один лишь 2014 г. мощности мировой ветроэнергетики превышают совокупную установленную мощность российских ГЭС и в два раза больше всех действующих атомных электростанций Российской Федерации. Интенсивное развитие ветроэнергетики наблюдается не только в развитых странах - все страны БРИКС, кроме России, переживают бум ветроэнергетики.

ветер3.jpg

  На сегодняшний день материковая (onshore) ветроэнергетика превратилась в один из самых дешевых способов производства электричества.


  В январе 2015 г. Международное агентство по возобновляемой энергии (IRENA) опубликовало объемное исследование под названием «Стоимость генерации в возобновляемой энергетике в 2014 г.». «Во многих странах, включая Европу, энергия ветра является одним из самых конкурентоспособных источников новых энергетических мощностей… Отдельные проекты в ветроэнергетике регулярно поставляют электроэнергию по $0,05 за кВт•ч без финансовой поддержки, при этом для электростанций, работающих на ископаемом топливе, стоимостной интервал составляет $0,045–0,14 за кВт•ч,» — сообщает Агентство.


  Прогнозные значения на 2020 г. Министерства энергетики США показывают, что конкурировать с материковой ветроэнергетикой по стоимости производства электричества (LCOE) сможет только комбинированная генерация на основе природного газа.


  За последние годы вышло несколько авторитетных исследований по сравнительной экономике энергетики, в которых в целом подтверждаются вышеназванные заключения о высокой ценовой конкурентоспособности ветроэнергетики.


  Сегодня не существует ни одного исследователя, который бы сомневался, что капитальные затраты и стоимость производства электричества с помощью ВИЭ будут падать и дальше, а сложность и стоимость добычи ископаемого топлива, наоборот, возрастать. Поэтому в ближайшие годы электричество, производимое ветряными электростанциями, станет устойчиво дешевле продукции углеводородной генерации практически во всех регионах планеты.


  Корпорация Siemens, активно вовлеченная в энергетическое машиностроение и являющаяся крупным производителем ветроэнергетических установок, разработала «всеохватывающий» интегральный экономический индикатор, учитывающий наряду с LCOE внешние эффекты, субсидии, занятость и еще ряд факторов, связанных с процессом производства электроэнергии. Данный показатель был назван «Общественная стоимость производства электричества» (Society’s cost of electricity – SCOE). По расчетам Siemens, проведенным для рынка Великобритании, в 2025 г. самым низким SCOE будут обладать обе «ветви» ветроэнергетики, и даже фотоэлектрика в условиях Туманного Альбиона оказывается дешевле атомной, угольной и газовой генерации.

ветер4.jpg

  Необходимо особо подчеркнуть, что абсолютно любой крупный, «жизнеобеспечивающий» сектор экономики везде является объектом регулирования и государственной поддержки. Всякая новая важная отрасль экономики требует умного регулирования и поддержки. В то же время объемы поддержки ветроэнергетики несравнимы с теми ресурсами, которые направлялись и направляются на развитие атомной и сырьевых отраслей. Наш Нобелевский лауреат, Жорес Иванович Алферов, Президент Совета НП «Евросолар Россия», ещё в начале 90-х годов ХХ века на собрании АН СССР говорил, что если бы на развитие альтернативной энергетики было потрачено хотя бы 15% из тех средств, что мы вложили в энергетику атомную, то АЭС нам сейчас вообще были бы не нужны.


  Одной из ключевых государственных организаций в Российской Федерации, отвечающих за развитие ветроэнергетики, является АО «НоваВинд» (www.novawind.ru). АО «НоваВинд» - новый дивизион «Росатома», основная задача которого – консолидировать усилия Госкорпорации в передовых сегментах и технологических платформах электроэнергетики. Компания была основана в сентябре 2017г. с уставным капиталом 1,101 млрд рублей. На начальном этапе АО «НоваВинд» объединила все ветроэнергетические активы «Росатома» и отвечает за реализацию стратегии по направлению «ветроэнергетика». Решение такой амбициозной задачи требует формирования в России абсолютно новых компетенций по созданию и управлению ветроэлектростанциями, организации серийного производства ветроустановок в России, организации послепродажных сервисов, компетенций по маркетингу, разработке и продажам новых продуктов.


  АО «ВетроОГК», которое с 2016г. реализует проекты по созданию ветроэлектростанций общей мощностью 610 МВт, входит в контур управления АО «НоваВинд». 20 февраля 2018г. дочерняя структура Газпромбанка ООО «ГПБ-Ветрогенерация» приобрела 49,5% акций проектной компании АО «ВетроОГК», реализующей инвестиционный проект по строительству ветропарков в России. Контролирующая (т.е. мажоритарная) доля владения АО «ВетроОГК» остается в собственности организаций Госкорпорации «Росатом». В новой структуре бизнеса «ВетроОГК» отвечает за проектирование и строительство ветроэлектростанций, производство электроэнергии на основе энергии ветра. Проекты по строительству ветроэлектростанций общей мощностью 360МВт, отобранные в результате конкурса 2017г., в перспективе будут переданы для реализации АО «ВетроОГК-2».

  

  В целях реализации проектов в области ветроэнергетики в 2017 году были созданы четыре филиала АО «НоваВинд» в гг. Волгодонск, Краснодар, Ставрополь и Ростов-на-Дону. Всего, до 2022г., предприятиям в контуре управления АО «НоваВинд» предстоит создать ветроэлектростанции общей мощностью 970МВт.


  АО «НоваВинд» является равноправным акционером совместного предприятия с голландским технологическим партнёром - компанией Lagerwey. Совместное предприятие - “Red Wind” – было создано в ноябре 2017г. «RedWind» отвечает за маркетинг, продажи, поставки ветроустановок «под ключ» и послепродажную поддержку. «Red Wind» реализует программу локализации производства. Совместное предприятие также отвечает за квалификацию поставщиков и контрактацию комплектующих для последующей поставки на производственные площадки АО «НоваВинд». Действующая производственная программа подразумевает поставку совместным предприятием 388 ветроустановок до 2022г. «Lagerwey» обеспечит трансфер технологий производства ветроустановок мощностью 2,5МВт и 4,5МВт российскому партнёру, а также поделится компетенциями в области создания ветропарков. Голландский партнёр окажет содействие «Red Wind» в обучении персонала, необходимого для производства ВЭУ и эксплуатации ветропарков. «Lagerwey» также будет поставлять комплектующие на первые 60 ветроустановок.


  Оказанием реальной практической помощи и поддержки участников рынка по их входу в рынок, освоению производства, девелопмента ветропарков и получению заказов на производство компонентов для ветрогенераторов, на проектирование и строительство, логистические услуги занимается Российская Ассоциация Ветроиндустрии (РАВИ) – независимая некоммерческая организация, развивающая рынок в интересах государства, своихчленов и партнеров. Зарегистрирована впервые в 2004 году.


  Поддержка ветроэнергетики в России осуществляется по так называемой модели ДПМ до 2024 года. Общий объем поддержки составляет 3350 МВт, проекты отбираются на конкурсе (КОМ) один раз в год на пять лет вперед. Не отобраны порядка 900 МВт, из которых около 700 должны будут отобраны на КОМ – 2018. в мае-июне этого года. По информации из НП Совет Рынка уполномоченном проводить конкурс отбора проектов, в первой декаде марта будет объявлена величина отбора на 2019-2023 годы. Конкурс 2019-го года должен стать, как говорят авиаторы “крайним” на первом этапе поддержки  ВИЭ в РФ. Текущая модель законодательства предусматривает ввод около 500 МВт ветропарков ежегодно. По оценке РАВИ, такие объемы ввода в состоянии “поддержать” бизнес трех производителей ветрогенераторов, но никак не привлечь на рынок новых. Рынок – это множество участников, каждый из которых конкурирует с другим, предлагая своему инвестору более выгодные условия. По самым приблизительным расчетам, для достижения экономического эффекта вложений и укрепления ветроэнергетического рынка в России необходимо не менее 1000 – 1500 МВт ежегодного ввода ветропарков до 2035 года. Для сравнения масштабов отметим, что в 2017 году в мире было введено в строй 53 ГВт ветропарков, суммарная мощность ветропарков в мире составила 540 ГВт.


  Темпы развития ветроэнергетической технологии в мире позволяют предсказывать снижение стоимости электроэнергии, производимой ветрогенераторами и среднесрочной перспективой отказа от экономических механизмов поддержки ветроэнергетики в обозримом будущем. Конкурсная модель отбора проектов, напоминающая российскую, которая, к слову, была признана лучшей в мире, становится лидирующей на европейском рынке. На первых конкурсах в Германии по отбору проектов ветроэнергетики уже была достигнута стоимость 22 Евро за 1 МВтчас, что по текущему курсу составляет 1, 54 рубля и эта цифра уже на 0,54 рубля выше средневзвешенной стоимости электроэнергии на российском оптовом рынке, когда как пять лет назад средневзвешенная стоимость 1 КВтч электроэнергии от ветропарков в “заявочной” модели европейского рынка была не ниже 70 Евро за 1 МВтч.


  Из крупных иностранных компаний в области ветроэнергетики, заинтересованных в развитии бизнеса в России, можно назвать компании SOWITEC group и Fortum (российское отделение ПАО «Фортум»).


  Компания SOWITEC — один из лидеров среди разработчиков проектов в сфере ветроэнергетики, её основной деятельностью является планирование, реализация, коммерческое и техническое руководство, а также торговля квотами на выбросы углерода в рамках ветроэнергетических проектов. В последние годы энергия ветра стала занимать ключевое место среди возобновляемых источников энергии. Компания SOWITEC установила более 100 ветрогенераторов на 30 ветряных электростанциях по всей Германии. Сегодня SOWITEC — это один из лидирующих разработчиков проектов в Латинской Америке и России с общей мощностью ветроэнергетических проектов на разных стадиях реализации около 50000 МВт. В настоящее время компания занимается разработкой и реализацией проектов ветропарков в районе острова Лапоминка в устье реки Северная Двина (Приморский район, Архангельская область) и в Курганской области, в районе села Кушма.


  Fortum - ведущая компания в области экологически чистой энергетики, которая обеспечивает своих потребителей электроэнергией, теплом и холодом, а также предлагает интеллектуальные решения для более эффективного использования ресурсов. Акции Fortum обращаются на бирже Nasdaq Хельсинки. Штаб-квартира корпорации Fortum находится в г. Эспоо, Финляндия.


  ПАО «Фортум» завершило инвестиционный проект по строительству первой промышлен-ной ветряной электростанции мощностью 35МВТ в Ульяновской области. С января 2018 г. ветря-ная электрическая станция (ВЭС) Fortum в Ульяновске включена в реестр мощности. ВЭС с установленной мощностью 35 мегаватт стала первым генерирующим объектом, который работает на основе использования энергии ветра на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ). Ульяновская ВЭС будет получать гарантированные платежи за мощность по договору о предоставлении мощности (ДПМ) в течение 15 лет.


  Кроме этого, в 2017 году ПАО «Фортум» и РОСНАНО создали совместный инвестиционный фонд развития ветроэнергетики в России. Фонд получил право на строительство 1000 МВт на основе использования возобновляемых источников энергии в 2018-2022 годах.


  Развитие ВИЭ – долгосрочная стратегическая тенденция развития мировой энергетики. Использование экономически эффективных и экологичных способов возобновляемой генерации со временем станет необходимостью.


Источники: 

1). Статья кандидата технических наук, доцента кафедры процессов и аппаратов НХТИ КНИТУ М.Г.Гарипова «Ветроэнергетика».
2). Статья директора Института энергоэффективных технологий в строительстве, эксперта РАВИ В.Сидоровича «Ветроэнергетика – ключевой сектор электроэнергетики сегодня и завтра».
3).Интернет-сайт компании АО «НоваВинд» (www.novawind.ru)
4). Интернет-сайт Российская Ассоциация Ветроиндустрии (РАВИ) (https://rawi.ru/ru/)
5). Интернет-сайт компании SOWITEC group (http://www.sowitec.com/ru/)
6). Интернет-сайт компании ПАО «Фортум» (https://www.fortum.ru/)