Беларусь будет активнее использовать энергию ветра

В век глобализации и новых технологий затраты на производство и потребление энергии становятся все масштабнее, поэтому даже если энергетического кризиса и удастся избежать, то рано или поздно население планеты столкнется с нехваткой углеводородного сырья — запасы нефти, газа и угля будут исчерпаны. По расчетам экспертов, при нынешних объемах добычи угля хватит на 400-500 лет, а нефти и газа — почти на столетие. Ученые и правительства различных стран, в том числе и Беларуси, работают над освоением возобновляемых, так называемых нетрадиционных, источников энергии. Один из них — энергия ветра — поистине неисчерпаем.

В последние дни апреля белорусское правительство всерьез подобралось к реализации строительства в стране ветроэнергетических установок. В частности, на заседании президиума Совета Министров рассматривался проект программы развития ветроэнергетической отрасли на 2008-2014 годы. И, как заявил премьер-министр страны Сергей Сидорский, ветроэнергетика в Беларуси должна развиваться более интенсивно, на базе уже накопленного в стране опыта. По его словам, ветроустановки внедряются в Беларуси с 2001 года, и пора переходить от изыскательских работ в данной области к конкретным серьезным и масштабным проектам. В зарубежных странах действуют тысячи ветроустановок, а в Беларуси в соответствии с проектом до 2014 года предлагается ввести всего 10 ветроустановок. «Эту цифру необходимо увеличивать в разы. Надо осваивать собственное производство ветроустановок на базе современных технологий и внедрять их», — цитирует премьера пресс-служба правительства. Сергей Сидорский поручил проанализировать накопленный в Беларуси опыт эксплуатации ветроустановок и в течение двух недель доработать проект программы развития ветроэнергетической отрасли. По его словам, было достаточно времени для изысканий в области ветроэнергетики в стране, и теперь необходимо отчитаться о проделанной работе и определить государственный подход в решении задач по развитию альтернативных источников энергии. Премьер- министр, как отмечает пресс-служба, справедливо упрекнул разработчиков проекта программы: через три года цена на газ объективно повысится, поэтому незачем терять время и вплоть до 2014 года измерять в очередной раз скорость ветра. Необходимо внедрять уже имеющийся и накопленный опыт. «Ставьте на производство минимум 100 таких установок. В Германии, например, их более 20 тысяч», — добавил он. К слову, ветроустановки могут внедряться в сельском хозяйстве, на малых предприятиях и в других сферах.

Как заявил председатель Госстандарта Беларуси Валерий Корешков, создание ветроустановок в Беларуси мощностью 15 МВт позволит ежегодно замещать около 13 тыс. тонн условного топлива (т у.т.). По его словам, новая программа разработана в соответствии с директивой №3 «Экономия и бережливость — главные факторы экономической безопасности государства» и направлена на повышение уровня энергетической независимости за счет использования собственных источников, а также на активизацию работы по выпуску ветроэнергетических установок (ВЭУ). Предлагается уточнить расположение площадок для строительства ВЭУ и создать схемы наиболее рационального их размещения. Предполагается в соответствии с проектом программы ввести около 10 установок общей мощностью 15 МВт. Они позволят суммарно вырабатывать около 44 млн кВтч электроэнергии в год, окупаемость таких проектов не превысит 14 лет. Согласно расчетам экспертов, ветроустановка мощностью 1 МВт в течение 20 лет позволяет заместить примерно 29 тыс. т угля. Кроме того, сокращаются выбросы углекислого газа и других веществ в атмосферу. К тому же, продажа на углеродном рынке объемов сокращения выбросов парниковых газов от предполагаемого ветропарка может принести дополнительный доход в 500 тыс. евро за 5 лет. Отметим, что ранее в Беларуси были введены немецкие ветроустановки мощностью 250 кВт и 600 кВт в Мядельском районе, за 2007 год ими выработано 1,58 млн кВтч электроэнергии. Коэффициент использования данных установок 25%, что является нормальным показателем. Премьер-министр, поручая доработать представленную программу развития ветроэнергетической отрасли, подчеркнул: «Эта программа должна быть увеличена в разы и базироваться на использовании накопленного в Беларуси опыта и знаний за прошедшие годы в области ветроэнергетики». Руководитель правительства отметил, что в стране должно быть освоено производство собственного ветроэнергетического оборудования на базе современных технологий.

Пришествие энергии ветра

За рубежом нетрадиционная энергетика начала всерьез развиваться после нефтяного кризиса середины 1970-х годов. По данным Международного энергетического агентства, ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд кВтч, что составляет примерно 1,3% мирового потребления электроэнергии. К слову, в Европе сконцентрировано 61% установленных ветряных электростанций, в Северной Америке — 20%, в Азии — 17%. По данным журнала «Наука и жизнь», в 2007 году общая мощность всех установленных в мире ВЭС достигла 93.849 МВт, в том числе в Дании — 3400 МВт (20% электроэнергии), в Германии — 14.500 МВт (14,3%), и увеличивается на 500-800 МВт ежегодно (эти страны занимают лидирующее положение в ветроэнергетической отрасли). Во всем мире в индустрии ветроэнергетики заняты 350 тысяч человек. В США в 2007 г. из энергии ветра было выработано 48 млрд кВтч электроэнергии, что составляет более 1% от произведенной в целом. Португалия и Испания в некоторые дни прошлого года из энергии ветра выработали около 20% электроэнергии. 22 марта 2008 г. в Испании из энергии ветра было выработано 40,8% всей электроэнергии страны.

Перспективы использования

Запасы энергии ветра более чем в 100 раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Большинство государств в среднесрочной и долгосрочной перспективе планирует значительно увеличить выработку энергии от использования ВЭУ. Так, правительство Канады предполагает к 2015 году производить порядка 10% электроэнергии из энергии ветра, а Германия и Новая Зеландия к 2020 году произведут по 20% электроэнергии. Через 2 года в Великобритании ветроэнергетический потенциал увеличится до 10%. Отметим, что к 2010 г. в Европейском Союзе установят около 40 тыс. МВт ветрогенераторов. Установленные мощности Китая к этому времени увеличатся до 5 тыс. МВт, а к 2020 году — до 30 тыс. МВт. Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 4 раза в сравнении с 2005 годом и построит 12 тыс. МВт новых ветряных электростанций.

Современные ВЭУ и особенности их конструкции

Спустя столетия принцип работы ветроагрегатов практически не изменился: под напором ветра вращается колесо с лопастями, передавая крутящий момент другим механизмам, причем чем больше диаметр колеса, тем больший воздушный поток оно захватывает и быстрее вращается. Сегодня, как отмечает издание «Наука и жизнь», в мире широко распространены ветродвигатели двух типов: крыльчатые и карусельные. Встречаются еще барабанные и некоторые другие оригинальные конструкции.

Крыльчатые ВЭС — их еще называют ветродвигателями традиционной схемы — представляют собой лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Ветроагрегат вращается с максимальной скоростью, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха. Поэтому в конструкции предусмотрены устройства автоматического поворота оси вращения: на малых ВЭС — крыло-стабилизатор, а на мощных станциях, работающих на сеть, — электронная система управления рысканием. Небольшие крыльчатые ВЭС постоянного тока соединяют с электрогенератором напрямую, мощные станции оснащают редуктором. Отметим, что мощность ВЭС зависит от скорости ветра и размаха лопастей ветроколеса. Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ВЭС (чаще всего их ветроагрегаты бывают двух- или трехлопастными) намного выше, чем у других ветряков. Поэтому они занимают более 90% рынка.

Карусельные, или роторные, ВЭС с вертикальной осью вращения, в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Когда ветровой поток усиливается, карусельные ВЭС быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения ветроколеса стабилизируется. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Конструкция лопастных ВЭУ роторной схемы обеспечивает максимальную скорость вращения при запуске и ее автоматическое саморегулирование в процессе работы. С увеличением нагрузки скорость вращения ветроколеса уменьшается, а вращающий момент возрастает. Подобные ветродвигатели с лопастями разной формы строят в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде, Финляндии. По данному типу спроектирована и одна из ВЭС в Беларуси (ВЭУ в Мядельском районе мощностью 250 кВт).

Из недавно появившихся оригинальных проектов стоит назвать ВЭС принципиально новой конструкции, состоящую из фундамента, трехопорного несущего основания и смонтированного на нем кольцеобразного генератора со встроенным подшипником и центральным ротором. Кольцо генератора может достигать в диаметре 120 м и более, отмечает «Наука и жизнь».

Экономия топлива

Ветряные генераторы не потребляют ископаемого топлива. По информации некоторых экспертов, работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля, или 92 тыс. баррелей нефти. Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра. При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15%. Ожидается, что себестоимость снизится еще на 35-40%. К примеру, в марте 2006 г., по данным Earth Policy Institute, стоимость ветряной электроэнергии в двух районах США стала ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведенной из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.

Подчеркнем, что ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности энергонагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует ее дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от нее электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать. Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25% от общей установленной мощности системы. По данным испанских компаний Gamesa Eolica и WinWind, точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперед» или спотовом режиме превышает 95%. Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередач и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительную величину у основной массы производств на фоне других затрат, ключевыми для потребителя остаются надежность и стабильность электроснабжения.

Потенциал Беларуси

В ближайшее время развитие использование энергии ветра получит новый импульс. К 2010 году Минэнерго планирует ввести в эксплуатацию ветроэнергетические установки суммарной мощностью не менее 15-20 МВт. В текущем году, согласно плану, планируется также построить ветроустановку в РУП «Гродноэнерго» и ОАО «Гроднохимволокно». На территории нашей страны определено около 1700 потенциальных площадок (наибольшее количество находится в Минской, Витебской и Гродненской областях) для размещения ВЭУ с теоретически возможным энергетическим потенциалом 2,4 тыс. МВт. Для сравнения: такая же мощность у Лукомльской ГРЭС, которая вырабатывает в год порядка 3,3 млрд кВтч электроэнергии. В то же время сейчас технически возможное и экономически целесообразное использование потенциала ветра не превысит 5% от установленной мощности электростанций энергосистемы, то есть может составить не более 300-350 МВт, или 720-840 млн кВтч. По оценке белорусских ученых, существующие способы преобразования ветроэнергии в электрическую с помощью традиционных лопастных ветроэнергетических установок (ВЭУ) в наших условиях пока экономически неоправданны. Во-первых, из-за высокой пусковой скорости ветра (4-5 м/сек), высокой номинальной скорости (8-15 м/сек) и небольшой годовой производительности в условиях слабых континентальных ветров, характерных для Беларуси — 3-5 м/сек; во-вторых, стоимость ВЭУ составляет $1000-$1500 на кВт установленной мощности.

Однако проведенный за несколько лет комплекс работ позволяет делать более оптимистичный прогноз в части использования энергии ветра для производства электроэнергии. Для этих целей рекомендуются новые ВЭУ, основанные на эффекте Магнуса, когда в качестве аэродинамических элементов используются не лопастные, а вращающиеся усеченные конусы специальной формы (роторы), подъемная сила в которых многократно (в 6-8 раз) превосходит подъемную силу в лопастях. По утверждениям авторов, главное их преимущество состоит в том, что они могут эффективно работать при скоростях ветра, характерных для условий Беларуси. Для получения объективной оценки о возможности изъятия полного ветропотенциала (с помощью новых ВЭУ) требуется завершить цикл экспериментальных исследований и определить необходимые инвестиции для развития названного направления. С учетом необходимости параллельной работы ВЭУ с энергосистемой схема намного усложняется, и, естественно, значительно возрастут затраты на создание и эксплуатацию ВЭУ. При этом в затратах следует учитывать необходимость создания и содержания резерва мощностей на других типах электростанций. Конечно, геоклиматические условия в Беларуси не такие, как у Скандинавских стран, или в Португалии и Испании, однако «разбавить» энергобаланс энергией ветра все же представляется реальным. По этому же пути — развивать ветроэнергетику — идет и наша восточная страна-соседка. Так, технический потенциал ветровой энергии в России оценивается в свыше 50 тыс. млрд кВтч в год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВтч, то есть около 30% производства электроэнергии всеми электростанциями РФ. К слову, установленная мощность ветровых электростанций в России составляет около 15 МВт (на 2006 год). Одна из самых больших ветроэлектростанций России (5,1 МВт) расположена в районе поселка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Ее среднегодовая выработка составляет около 6 млн кВтч. На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт) среднегодовой выработкой более 3 млн кВтч.

Александр ПАНИЧ


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 18 за 2008 год в рубрике энергетика

©1995-2022 Строительство и недвижимость