Использование энергии ветра

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. Поэтому будущее ветроэлектрических станций зависит в первую очередь от затрат на их сооружение.  

 

 

Развитие  ветроэнергетики в мире

 

Потенциал энергии  ветра в мире огромен. Теоретически эта энергия могла бы удовлетворить все потребности Европы. Последние инженерные успехи в строительстве ветровых генераторов, способных работать при низких скоростях, делают использование ветра экономически оправданным. Однако ограничения на строительство ВЭС, особенно в густонаселенных районах, значительно снижают потенциал этого источника энергии.

  Установленная мощность ветровых электростанций Германии в 2001 г. достигла 8754 МВт, что составило 36% от уровня мировой установленной мощности в области ветроэнергетики; в 2002 г. - 12001 МВт, или 38,5%. До 2020 г. Германия планирует довести долю использования энергии ветра в национальном энергобалансе до 30%. В стране одобрен проект массового развития оффшорных ветроэлектростанций. Согласно плану развития ветроэнергетики в стране, от них планируется получать 75-80 ТВт ч электроэнергии ежегодно, начиная с 2030 г.

Установленная мощность ветровых электростанций Испании  в 2001 г. достигла 3337 МВт, в 2002 г. - 4830 МВт; ветровых электростанций Дании в 2001 г. - 2383 МВт, в 2002 г. - 2880 МВт. В Дании до конца 2003 г. будет введено в строй приблизительно 250 МВт новых мощностей. Дания производит около 18% электроэнергии за счет ветровых установок.

В Великобритании утвержден план строительства ВЭС  суммарной мощностью 400 МВт, а до 2010 г. планируется ввести в эксплуатацию ветроэлектростанций общей мощностью 6000 МВт и довести долю использования возобновляемых источников энергии в энергетику страны до 10%. С 2000 г. началось более активное развитие ветроэнергетики и в Австрии.

Ветроэнергетика занимает одно из приоритетных направлений  и в США. Мощность установленных  ветроэлектростанций США в 2001 г. увеличилась на 1694 МВт, что достаточно для обеспечения электричеством 1,4 млн типичных домов, согласно данным Энергетического Фонда, расположенного в Сан-Франциско и занимающегося изучением энергетической политики в США. Более половины от этой мощности, 915 МВт, было установлено в штате Техас. Калифорния установила 69 МВт. Стоимость произведенной энергии на ветроустановках в 2001 г. составила 4 цента за 1 кВт ч. Планируется эту цену снизить до 3 центов за 1 кВт ч. В Соединенных Штатах, в рамках развития ветроэнергетики разработан 300 МВт-ный проект «Stateline Wind Project», который находится в настоящее время в стадии строительства на границе между штатами Орегон и Вашингтон. К 2010 г. США планируют довести суммарную мощность своих ВЭС до 16000 МВт, а к 2020 г. США планирует довести долю использования энергии ветра в национальном энергобалансе до 24%. Ветроэнергетическое подразделение Дженерал Электрик (GE Wind Energy) производит 14% всех ветровых мощностей в мире.

Ветроэнергетика развивается и в Южной Америке. Например, Бразилия в 2001 г. приняла решение  об осуществлении масштабной ветроэнергетической программы, которая в течение двух лет должна обеспечить около 4000 МВт ветроэнергетических мощностей.

Ветроэнергетика развивается и в восточных  странах. Программа развития ветроэнергетики Китая предусматривает достижение установленной мощности в 2 500 МВт к 2005 г. До 2020 г. Китай планирует довести долю использования энергии ветра в национальном энергобалансе до 15%. В десятку лидеров по использованию энергии ветра вошла Индия.

Немецкий производитель  ВЭУ - фирма «Энеркон» («Еnеrсоn») занимает первое место в мире по производству ветровых станций и контролирует примерно 43% рынка. За ней следует датская компания «Вестас» («Vestas»), производящая около 14% всех ветровых мощностей в мире.

На июнь 2012 года суммарные установленные мощности всех ветрогенераторов мира составили 254 ГВт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире, начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ФРГ. Предполагаемая мощность ветряной энергетики к концу 2012 года по данным World Wind Energy Assosiation приблизится к значению в 273 ГВт.

Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов.

В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии — 31 %, в Северной Америке — 22 %.

 Использование  энергии ветра в различных  государствах набирает силу, что  находит подтверждение в таблице  1.1

 

Таблица 1.1.  Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира 2005—2011 г. Данные Европейской ассоциации ветроэнергетики

 

Страна	2005 г., МВт.	2006 г., МВт.	2007 г., МВт.	2008 г. МВт.	2009 г. МВт.	2010 г. МВт.	2011 г. Мвт.
Китай	1260	2405	6050	12210	25104	41800	62733
США	9149	11603	16818	25170	35159	40200	46919
Германия	18428	20622	22247	23903	25777	27214	29060
Испания	10028	11615	15145	16754	19149	20676	21674
Индия	4430	6270	7580	9645	10833	13064	16084
Франция	757	1567	2454	3404	4492	5660	6800
Италия	1718	2123	2726	3736	4850	5797	6737
Великобритания	1353	1962	2389	3241	4051	5203	6540
Канада	683	1451	1846	2369	3319	4008	5265
Португалия	1022	1716	2150	2862	3535	3702	4083
Дания	3122	3136	3125	3180	3482	3752	3871
Швеция	510	571	788	1021	1560	2163	2907
Япония	1040	1394	1538	1880	2056	2304	2501
Нидерланды	1224	1558	1746	2225	2229	2237	2328
Австралия	579	817	817,3	1306	1668	2020	2224
Турция	20,1	50	146	433	801	1329	1799
Ирландия	496	746	805	1002	1260	1748	1631
Греция	573	746	871	985	1087	1208	1629
Польша	73	153	276	472	725	1107	1616
Бразилия	29	237	247,1	341	606	932	1509
Австрия	819	965	982	995	995	1011	1084
Бельгия	167,4	194	287	384	563	911	1078
Болгария	14	36	70	120	177	375	612
Норвегия	270	325	333	428	431	441	520
Венгрия	17,5	61	65	127	201	329	329
Чехия	29,5	54	116	150	192	215	217
Финляндия	82	86	110	140	146	197	197
Эстония	33	32	58	78	142	149	184
Литва	7	48	50	54	91	154	179
Украина	77,3	86	89	90	94	87	151
Россия	14	15,5	16,5	16,5	14	15,4

 

В то же время, по данным European Wind Energy Association, суммарная вырабатываемая мощность ветряной энергии в России за 2010 год составила 9 МВт, что приблизительно соответствует показателям Вьетнама (31 МВт), Уругвая (30,5 МВт), Ямайки (29,7 МВт), Гваделупы (20,5 МВт), Колумбии (20 МВт), Гайаны (13,5 МВт) и Кубы (11,7 МВт). В 2011 году ветряные электростанции Германии произвели 8 % от всей произведённой в Германии электроэнергии. В 2011 году 28 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра.

Таблица 1.2.  Суммарные установленные мощности, МВт по данным WWEA

2000	2001	2002	2003	2004	2005		2006	2007		2008	2009	2010	2011
18039	24320	31164	39290	47686		59004	73904		93849	120791	157000	196630	237227

 

Опыт освоения энергии ветра в развитых государствах показывает, что наиболее оптимальными являются ветроустановки мощностью более 100 кВт, особенно в диапазоне 200 – 500 кВт. При этом в Дании, например, стоимость 1 кВт*ч электроэнергии, произведенной на ветроэлектростанциях, дешевле, чем на теплоэлектростанциях.

 

Экономика ветроэнергетики

 

Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого  топлива. 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:

Скорость ветра   Себестоимость (для США, 2004 год)

7,16 м/c   4,8 цента/кВт·ч;

8,08 м/с   3,6 цента/кВт·ч;

9,32 м/с   2,6 цента/кВт·ч.

Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США, 4,5—6 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВт·ч.

При удвоении установленных  мощностей ветрогенерации себестоимость  производимого электричества падает на 15 %. Ожидается, что себестоимость ещё снизится на 35—40 % к концу 2006 г. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.

В марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость  ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой 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.

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 нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.

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 %.

Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с  ремонтом, поскольку замена крупной  детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 м является сложным и  дорогостоящим мероприятием.

В настоящее  время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительной величины у основной массы производств  по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются:

• необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (требуется применение инвертора)
• необходимость автономной работы в течение некоторого времени (требуется применение аккумуляторов)
• необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (требуется применение дизель-генератора)

В настоящее  время наиболее экономически целесообразно  получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощью ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды.

 

 

 

 

Развитие  ветроэнергетики в РБ

 

Хотя средняя  скорость ветра в РБ  считается  недостаточной для массового развития ветроэнергетики, у нас существуют сотни отдельных мест и территорий, на которых можно установить современные ветроустановки.

По оценке комитета экономики ТЭК и химпрома Минэкономики РБ потенциал ветровой энергии в Беларуси составляет 150 Мвт. Однако средняя скорость ветра в нашей стране – 4,1 м/с (в Голландии – до 15 м/с). Это позволяет использовать лишь 1,5-2,5% ветровой энергии. Кроме того, энергия ветра – величина непостоянная, помимо ветряков, необходимо ставить резервные мощности по производству электроэнергии. В настоящее время кадастр ветроэнергетических площадок включает 800 позиций на территории РБ.

Работы по оценке ветроэнергетического потенциала Республики Беларусь выполнены совместно НПГП «Ветромаш», РУП «БелЭнергосеть-проект» и Госкомитетом по гидрометеорологии.

Исследованиями  по 244 контрольным точкам, включая 54 метеостанции (статистика - за 25 лет), 190 контрольным пунктам на территории Республики Беларусь и в стокилометровой зоне за рубежом ветроэнергетический потенциал Беларуси оценен в 220 млрд кВт ч. Определен также ветроэнергетический ресурс по областям и каждому району.

Республика  может покрыть до 50% потребности  в энергии, использовав только 10% пригодной под ветроэнергетику территории. На этой территории выявлено 1840 площадок, на которых могут быть размещены ВЭУ, широко используемые в мировой ветроэнергетике. Выявленные площадки - это в основном гряды холмов высотой от 20 до 80 м, где фоновая скорость ветра может достигать 5-8 м/с и на каждой из них можно разместить от 3 до 20 ВЭУ с номинальной рабочей скоростью ветра 12-15 м/с. На остальных территориях каждому внедрению должно предшествовать детальное обследование места строительства ВЭУ. Невыполнение условий по результатам обследований приведет к значительным ошибкам в оценке выработки энергии. Энерговыработка в случае строительства ВЭУ на территории регионов со среднегодовой скоростью 7,0 м/с и выше (регионы III, IV, V) составит более 20,0 млрд кВт ч в год. Этот потенциал наиболее эффективно может быть освоен в случае подключения ВЭУ к общей сети. ВЭУ целесообразно объединять в ВЭС из расчета 5-9 и более ВЭУ на 1 км2. 

В 1999 году были построены ветроэлектроустановки  на ветреной возвышенности в деревне  Дружная (Мядельский район). Эта немецкая ветроустановка мощностью в 250 кВт является первой в Беларуси. Вторая ветроэлектроустановка мощностью в 600 кВт была построена осенью 2001 года; 18-го мая 2002 года состоялось ее торжественное открытие, за 2007 год ими выработано 1,58 млн. кВт*ч электроэнергии. Коэффициент использования данных установок 25%, что является нормальным показателем.