Ветроэнергетические ресурсы Беларуси: проблемы реализации

Этот доклад был сделан 2 ноября в Минске на семинаре «Энергетика в Беларуси: пути развития», организованном Исследовательским центром Института приватизации и менеджмента и Немецкой экономической группой в Беларуси.

Беларусь в малой степени располагает собственными топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР). Лишь около 15% потребности страны покрывают собственные ТЭР. Остальные 85% импортируются, причем в основном из России. При этом в последние годы наблюдается постоянный рост цен на импортируемое топливо и электроэнергию. Этот рост будет иметь место и в дальнейшем, достигнув в конце концов уровня мировых цен.

Рис. 1. Карта фонового районирования скоростей ветра Беларуси

В настоящее время, несмотря на принятое на государственном уровне решение о приоритетном развитии работ по использованию местных видов топлива и возобновляемых источников энергии, эффективность соответствующих разработок и результаты их внедрения не удовлетворяют необходимым требованиям. А одним из эффективных путей реализации указанного решения может стать развитие белорусской ветроэнергетики с учетом опыта ряда стран со сходными климатическими условиями. Мировой практикой определен следующий типологический ряд (типоряд) ветроэнергетических установок: В6, В8, В10, В12 и В15 /1/ по номинальной мощности в диапазоне от 1 кВт до 1,5 МВт. При этом у ветроустановок В12 для континентального базирования в Европе (рис. 1 /3/) номинальная рабочая скорость ветра на уровне ветроротора находится в пределах от 12 до 15 м/с, а у ветроустановки В15 прибрежного и морского базирования (зона V) аналогичная скорость ветра — более 15 м/с. Типоряд ветроустановок по В6, В8, В10 соответствует ветровым климатическим зонам (зоны II, III, IV), характерным для равнинно-холмистой местности Прибалтийско-Черноморского региона, к которому также относится Беларусь — со среднегодовыми фоновыми скоростями ветра по зонам до 3,5, 3,5-4,0, 4,0-4,5 и более 4,5 м/с при номинальной рабочей скорости ветра для ветроустановок в диапазонах соответственно 6-8, 8-10 и 10-12 м/с. По оценкам НПГП «Ветромаш», РУП «Белэнергосетьпроект» и Госкомитета по гидрометеорологии в случае применения в Беларуси широко используемых за рубежом ветроустановок континентального базирования (рис. 2 /6/) технические ветроэнергетические ресурсы Беларуси составляют более 280 млрд кВтч /2/. Сведения о ветроэнергетических ресурсах Беларуси (табл. 1), изложены в отчетах по научно-исследовательским работам и в других публикациях /2, 3/. Имеются все материалы для завершения ветроэнергетического кадастра, содержащие следующее:

<>

<>

Рис. 2. Типы ветророторов; указаны коэффициенты использования энергии ветрового потока

— информационную базу данных о ветроэнергетических характеристиках на территории Беларуси;
— информационную базу данных с программным обеспечением для расчетов ветроэнергоресурсов на отдельных территориях и оценки
ветроэнергетического потенциала любой по мощности и техническому исполнению ветроустановки в конкретном месте внедрения;
— ветроэнергетический атлас, содержащий набор карт размещения ветротехники на территориях Беларуси и паспорта точек (площадок)
преимущественного внедрения ветротехники (рис. 3 /2/);
— временные руководящие документы по применению, созданию, строительству и эксплуатации ветротехники;
— руководство по оценке ветровых режимов по требованиям ветроэнергетики на период с 2005 по 2020 г.

Рис. 3. План расположения и паспорт строительных площадок на территории ветроэнергетической станции «Волма»; Т.1, Т.2, Т.3 — точки натурных измерений скорости ветра

Выполненная РУП «Белэнергосетьпроект» выборка из кадастра наиболее эффективных, отвечающих мировым требованиям по ветроэнергетическому потенциалу строительных площадок (табл. 2 /2/) под размещение на каждой от 3 до 10 ветроустановок континентального базирования показывает, что только в Минской области насчитывается 1076 таких площадок с распределением среднегодовой скорости ветра 6,8-8,1 м/с на уровне оси ветроколеса относительно уровня земли 55 м. Из них при условии освоения 1% экономического ветроэнергетического потенциала (табл. 1) под первоочередное строительство 945 ветроустановок мощностью не ниже 1000 кВт приходится 252 строительные площадки — в основном под ветроэнергетические станции. Среднегодовая выработка этих ветроустановок в статистическом распределении времени работы в номинальном режиме от 2500 до 3300 часов в год на срок эксплуатации составляет 2676,0 млн кВтч. Соответственно среднегодовая экономия жидкого топлива составит более 800 тыс. тонн. Положительные результаты эксплуатации ветротехники континентального базирования в сходных с Беларусью климатических условиях Германии, Польши и стран Балтии позволяют рассчитывать на то, что в нашей стране вполне возможно обеспечить заметные объемы поставок в централизованные электросети энергии от ветроустановок и станций. Положительный опыт использования зарубежной ветротехники в Беларуси уже имеется. Пример — ветроустановки Nordex и Yakobs немецкого производства в пос. Дружный на берегу озера Нарочь (рис. 4 /7/).

Рис. 4. Схема воздействия ветрового потока на ветроустановки пос. Дружный

Кроме того, группой специалистов из Международной академии экологии и Белорусского национального технического университета (кафедры ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии», «Электроснабжение» и «Архитектура производственных объектов и архитектурные конструкции») разработаны технические предложения по созданию принципиально новых ветроустановок (пример на рис. 5), 8 из которых защищены патентами, а также проведены испытания экспериментальных и опытных образцов (соответствующие акты имеются). Данные по некоторым натурным моделям и опытным образцам приведены в протоколах Комиссии по координации развития ВИЭ в АПК при НАН Беларуси.

Рис. 5. Геликоидные ветроэнергетические установки: ГВЭУ-Т — горизонтально-осевая ветроэнергетическая установка с динамическим конфузором на базе вертолетных лопастей; ГВЭУ-К — вертикально-осевая ветроэнергетическая установка с щитовым периметрическим концентратором

Особого внимания заслуживает ветроустановка с динамическим конфузором ГВЭУ-Т на базе отработавших полетный ресурс вертолетных лопастей, запасы которых, по неофициальным данным, на военных складах Беларуси в 1995 г. составляли около 20 тыс. штук. Эта установка после завершения в 1999 г. испытаний опытного образца на полигоне НПГП «Ветромаш» предложена к внедрению в соответствии с «Каталогом инновационных проектов и разработок» Госкомитета по науке и технологиям Республики Беларусь (ГКНТ) /4/ еще в 2000 г. Однако рекомендации разработчиков и ГКНТ Госкомитетом по энергоэффективности Беларуси и другими государственными инстанциями почему-то не рассматриваются. А ведь новые ветроустановки вихревого типа могут эффективно применяться в различных ветровых зонах Беларуси, в том числе в зонах II и III с невысокими среднегодовыми скоростями ветра (рис. 6 /3, 9/).

Рис. 6. Суточный ход скорости ветра на ГМС «Минск»; горизонтальные линии соответствуют фоновой скорости ветра в указанный период

Странно и то, что у ГКНТ не предусмотрено даже собственное финансирование поисковых работ. Этот вопрос находится в ведении Госкомитета по энергоэффективности. Однако в его планах НИОКР содержатся положения, которые противоречат ряду требований государственных стандартов в отношении ЕСКД и ЕСТД. Так, предлагается без финансирования разработки и корректировки по результатам испытаний экспериментальных или опытных образцов конструкторской документации сразу создавать опытные серии, причем, очевидно, без проведения указанных испытаний. Но в подобных случаях неизбежны проблемы с достижением надлежащего качества продукции, поскольку от производителя не требуется стремиться к выпуску конкурентоспособного товара. По сути, программы предшественника нынешнего Госкомитета по энергоэффективности — Комитета по энергосбережению — в плане внедрения «сырых» разработок закончились ничем.

А техническая политика, отраженная в новых программах по энергоэффективности, остается на прежнем уровне. Основными экономическими факторами, обусловливающими внедрение новых геликоидных
ветроустановок, являются:
— импортозамещение;
— увеличение количества рабочих мест (производство и эксплуатация);
— экономия жидкого и газообразного топлива;
— материальное ресурсосбережение в результате использования списанных в утиль вертолетных лопастей.

Важно также, что энергия ветра, преобразованная в электричество, может стать экспортным товаром. Здесь следует иметь в виду то, что пики ветровой активности приходятся как раз на пики потребления — в дневное время и холодные сезоны (рис. 7 /6/). Важнейшими характеристиками ветроустановок являются энергоэффективность (выработка электроэнергии), себестоимость электроэнергии, сроки окупаемости, надежность работы, стоимость строительства, эксплуатационные расходы. Сроки окупаемости капитальных вложений в ветротехнику сопоставимы со сроками окупаемости малых гидроэлектростанций, парогазовых и газо-мазутных электростанций и значительно ниже сроков окупаемости угольных, атомных и дизельных электростанций (табл. 4 /10/). По завершении срока окупаемости затраты на эксплуатацию ветроустановок гораздо ниже затрат на эксплуатацию электростанций, работающих на жидком, газообразном, твердом и ядерном топливе, т.к. ветроустановки не нуждаются в ископаемых источниках энергии. Кроме того, следует учитывать, что ветроустановки не требуют больших единовременных капитальных вложений, после окончания монтажных работ сразу же начинают вырабатывать энергию и после исчерпания ресурса работы легко демонтируются и заменяются новыми. Комиссией по координации использования ВИЭ в АПК при НАН Беларуси, исходя из задания ГКНТ, проведен поиск потенциальных производителей отдельных узлов, систем и агрегатов ветроустановок (лопасти, редукторы, электрогенераторы, системы управления и проч.).

Рис. 7: а) характер распределения Р среднегодовой скорости ветра U на высоте 50 м (-----) и солнечной активности (- — -); б) суточное распределение нагрузки на электросети за год; N — нагрузка на электросети; С — цена 1 кВтч электроэнергии в течение суток; В — распределение годовой выработки электроэнергии на конец 1999 г.; Г — годовая выработка электроэнергии


Высокую заинтересованность в этом отношении проявили «Белкоммунмаш», Кобринский инструментальный завод, Барановичский авиаремонтный завод, некоторые частные предприниматели, в том числе сельскохозяйственной отрасли. Внедрению зарубежной ветротехники континентального базирования, а также организации производства и внедрению собственных ветроустановок в Беларуси, как и прежде, препятствуют проблемы, связанные с отсутствием необходимого финансирования, недостатками тарифной и налоговой политики, отсутствием льгот при закупке и эксплуатации ветротехники, упущениями в сфере стандартизации и сертификации продукции. Помимо этого, развитию ветроэнергетической отрасли Беларуси не способствует дефицит компетентности в оценке ее ветроэнергоресурсов, а также технических и экономических возможностей и перспектив ветротехники.

Литература
1. Рекомендации по определению климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов/Госкомгидромет СССР. — Л., 1989.
2. Методические указания по обоснованию и разработке схемы размещения площадок под ветроэнергетические установки на территории Республики Беларусь». Т. 1: Отчет о НИР/Белэнергосетьпроект»; Рук. А.И. Гноевой. — №12488-02. — Минск, 1995.
3. Формирование информационного банка данных по ветроэнергетическому потенциалу в зонах предполагаемого внедрения ветроустановок»: Отчет о НИР 06.4.1 ГНТП «Городское хозяйство»/НПГП «Ветромаш», рук. Г.П. Шадурский. — Минск, 1998.
4. Ветроэнергетическая установка геликоидная: Каталог инновационных проектов и разработок/Госкомитет по науке и технологиям Республики Беларусь. — Минск, 2000. — №6.
5. Лаврентьев Н.А. Новое в ветроэнергетике, или Давно забытое старое?//Белорусский строительный рынок». — 2000. — №6.
6. Лаврентьев Н.А., Жуков Д.Д. Белорусская ветроэнергетика — реалии и перспективы//Энергия и Менеджмент. — 2002. — №3 (часть 1) и №4 (часть 2).
7. Лаврентьев Н., Жуков Д. Развитие белорусской ветроэнергетики: опыт Занарочи//Энергетика и ТЭК. — 2004. — №8.
8. Техническое предложение по реконструкции теплоснабжения здания БелЭЗ по ул. Радиальная, 40 в Минске//Протокол №2 заседания Комиссии по координации использования ВИЭ в АПК при НАН Беларуси. — Минск, 2003.
9. Аналитическая записка по результатам создания ветроэнергетических установок на базе отработавших полетный ресурс вертолетных
лопастей//Протокол №4 заседания Комиссии по координации использования ВИЭ в АПК при НАН Беларуси. — Минск, 2004.
10. Лаврентьев Н.А. Об АЭС есть только одна правда! (обзор докладов Международной научно-практической конференции «Беларусь и атомная энергетика», Минский международный образовательный центр, 17-18 апреля 2000 г.)//Белорусский строительный рынок. — 2000. — №9.

Н.А. ЛАВРЕНТЬЕВ, канд. техн. наук, член-корр. Международной академии экологии,
Д.Д. ЖУКОВ, канд. техн. наук, доцент Белорусского национального технического университета
(руководители секций Комиссии по координации развития ВИЭ в АПК при НАН Беларуси)