CC BY
129
12 (33) - 2008
СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ЭКОНОМИКИ
интегрирование ветровой энергетики в энергетическую систему
а. ю. рыманов,
доктор экономических наук
П. н. тесля,
кандидат экономических наук
Новосибирский государственный технический университет
Альтернативная энергетика представляет собой явление, которое быстро превращается из экзотики в обыденность. Главным локомотивом применения таких источников энергии, как сила ветра, морских волн, приливов и отливов, жар земных глубин и тому подобного, является быстрое удорожание невозобновляемых органических топлив и угроза их исчерпания. Второй по важности причиной можно назвать экологические угрозы, исходящие от традиционной энергетики. Но какими бы ни были факторы, дающие импульсы развития отрасли, примечателен прежде всего феномен ветроэнергетики.
Дело в том, что силой ветра начали пользоваться задолго до того, как были изобретены способы превращения тепловой энергии в электрическую и уж тем более — в атомную. Однако со временем парусные суда и ветряные мельницы превратились в раритеты.
История может дать нам множество примеров того, как одни виды энергии вытеснялись другими. Более того, развитие энергетики и безвозвратный переход от одного типа источника энергии к массовому использованию другого типа можно, пожалуй, считать главной движущей смены технолого-эко-номических укладов. В этом свете ренессанс ветроэнергетики представляется образцовым (хотя и не единственным) исключением из правила.
Темпы и перспективы. Факты таковы, что ветроэнергетика развивается на протяжении последней четверти века по экспоненте. Удвоение установленных мощностей происходило за 3—5 лет (табл. 1). Этот процесс поразительно напоминает логистические кривые проникновения отдельных крупных технологий — например, распростране-
ние пара в эпоху промышленной революции или взлет Интернета в наше время. Похожим образом взлетает ветровая энергетика. Наше время, однако, существенно отличается от предшествующих эпох значительным ускорением темпов технологического развития.
В разных странах мира по разным причинам прогресс ветроэнергетики происходит с разными темпами. Лидерами пока являются Германия, США, Испания, Дания. Примечательно, что и в таких менее развитых странах, как Китай и Индия, происходит быстрое развитие этой отрасли.
На территории Германии работает около 19 000 турбин. В настоящее время 7 % всей электроэнергии в Германии вырабатывается именно на энергии ветра. Ежегодный прирост мощностей в Германии составляет более 3 000 мегаватт, т. е. примерно 30 % (в 2002 г. — 37 %). В Испании — ветроэнергетические мощности составляют около 10 000 мегаватт, в США — 9 000, в Дании — более 3 100 мегаватт. Дания является безусловным лидером по относительному показателю — ветер в этой стране дает не менее 20 % всей электрической энергии.
Таблица 1
Установленная мощность ветроэнергетических установок
Год Установленная мощность в мире, МВт Установленная мощность в Европе, МВт
1980 10 —
1995 4821 2515
1999 13 594 9307
2001 23 857 17 241
2004 47 671 34 758
2005 58 982 40 932
Источник: GWEC (Global "Wind Energy Council)
Потребители
Рис. 1. Автономная ветроэнергетическая система
Имеются прогнозы, согласно которым доля ветровой энергии в национальных энергобалансах ряда стран к 2020 г. возрастет: до 50 % — в Дании, до 30 % — в Германии, до 24 % — в США, до 15 %
— в Китае.
Автономный и сетевой способы. Существуют два основных способа организации ветроэнергетики: автономный и сетевой. При первом ветроэнергетическая установка вырабатывает энергию для нужд ограниченного круга пользователей. При втором выработанная энергия поступает в национальную или, как это наблюдается в современной Европе,
— в интернациональную энергетическую систему. Прежде чем приступить к обсуждению проблемы промышленной ветроэнергетики, которая является по своей природе сетевой, вкратце остановимся на автономной.
Пользователи автономной ветроэнергетики
— это, как правило, удаленные от сетей электропередач поселки или дома. Однако и в урбанизированных районах ветряки пользуются большой и, следует отметить, быстро растущей популярностью. В каком-то смысле энергия ветряков если не заменяет, то дополняет традиционную электрическую энергию. Люди и организации охотно идут на установку ветряков, во-первых, потому что это позволяет им экономить и, во-вторых, служит средством страхования от сбоев в электрических сетях.
Автономные ветряки устроены таким образом, что часть генерируемой ветроэнергетическими установками (ВЭУ) энергии накапливается в аккумуляторных батареях (АБ), а оттуда поступает на электроприборы и в местную сеть после преобразования из энергии постоянного тока в ток переменный с помощью инверторов (рис. 1).
Ветроэнергетические комплексы, состоящие из комбинации ВЭУ с другими источниками энергии (например, дизелями) или аккумуляторами, обеспечивают непрерывное энергоснабжение автономных потребителей вне зависимости от наличия и интенсивности ветра в данный момент времени.
Сетевые ВЭУ отличаются от автономных прежде всего мощностью. Промышленные ВЭУ вырабатывают столько электроэнергии, что ее накопление в аккумуляторах возможно лишь теоретически. Применяемые способы накопления энергии пока недостаточно эффективны (исключением можно считать накопление воды в резервуарах гидроэнергетических установок1). На практике выработанная промышленными ВЭУ энергия поступает в национальные (или интернациональные) электросети. Мощности ветряков достигают нескольких мегаватт. А чтобы понять, что представляет такая установка в высоту, можно вообразить Эйфелеву башню. Размах крыльев такого ветряка достигает 60-70 и более метров.
Около 95 % вырабатываемой ветровой электроэнергии в мире производится ветроэнергетическими установками, объединенными в комплексы (фермы, парки и т. д.). Первое место по использованию энергии ветра занимают США, где в Калифорнии эксплуатируются три крупнейшие в мире вет-роэнергостанции (ВЭС)—Алтамонт Пасс (примерно 1500 МВт), Тэксачапи Пасс, Сан Джорджонио Пасс. Крупнейшая в мире ферма включает около 1000 ВЭУ. Один из авторов статьи в свое время имел возможность осмотреть калифорнийскую ферму. Обилие ветряков, расположенных в предгорье Сан-Габриэль Маунтинз, кстати, довольно пустынном, произвело неизгладимое впечатление.
Считается, что наиболее оправданны небольшие ВЭУ мощностью до 15 кВт, хотя сооружаются и установки мощностью 100 — 500 кВт. Обычно на одной площадке устанавливается большое количество ВЭУ. Попытки сооружения «ветряных монстров» (в устье Эльбы была построена ВЭУ «Гровиан» мощностью 3 МВт, а в штате Огайо в США — мощностью 10 МВт) неоправданны, так как такие установки вызывают сильное шумовое загрязнение на больших территориях, примыкающих к ВЭУ. В Огайо ВЭУ проработала несколько суток, затем была демонтирована и продана как металлолом.
Одна из самых заметных тенденций ветроэнергетики — строительство шельфовых ветровых ферм. По этому пути идут датчане, голландцы, ирландцы а
1 Емкость применяемых для этих целей норвежских резервуаров такова, что энергия истекающей из них воды может питать генераторы в течение четырех недель, заменяя энергию, вырабатываемую всеми действующими на сегодня ветряками Европы. Столь продолжительные периоды безветрия в Европе крайне редки.
в последнее время и американцы. Вынос башен ветряков в прибрежные воды оправдывается рядом соображений. Во-первых, морские прибрежные фермы позволяют экономить на аренде земли. Во-вторых, этого требует неизбежное в ветроэнергетике шумовое (инфразвуковое) загрязнение окружающей среды!. В-третьих, ветряки не портят ландшафт, и это далеко немаловажно для густонаселенной Европы. Но главная причина — источник энергии. Шельф — идеальное в этом смысле место (если не считать гор и предгорьев). Там почти постоянно дуют ветры, а гладь моря не создает для них препятствий.
Благодаря шельфам в ряде стран сейчас вновь предлагаются ВЭУ мощностью 3,0—3,5 МВт, а у экспериментальной модели компании «REpower» данный показатель составляет 5 МВт. Использование более мощных турбин позволяет снизить высокие затраты на сооружение комплексов ВЭУ и дает особенно значительный экономический эффект на континентальном шельфе. Компании «Vestas» и «GE Wind» разработали турбины мощностью 4,5 и 3,6 МВт, которые предназначаются для комплексов ВЭУ на континентальном шельфе. В то же время ВЭУ, работающие в автономном режиме, как правило, оснащаются турбинами единичной мощности менее 50 кВт. Такие ВЭУ используются для обеспечения электроэнергией отдельно стоящих домов, подачи воды из колодцев и т. д.
Кроме шельфов, большое удобство для строительства ветровых ферм предоставляют прибрежные острова и дамбы. В Балтийском море построены защитные сооружения от наводнений Санкт-Петербурга, которые так и называют «Дамба». Они как-будто специально созданы для размещения ветрогенераторов большой мощности. Дамба пересекает всю акваторию Финского залива поперек, и эффективность использования на ней ветрогене-раторов равна эффективности их строительства на шельфе. Западная часть о. Котлин имеет исключительно хорошие показатели среднегодовой скорости ветра, пригодные для коммерческой выработки электроэнергии. Как береговая территория, так и мелководье достаточно обширны и могут быть использованы для строительства ветропарка мощностью от 50 МВт и более. Роза ветров в этом месте позволит использовать ветрогенераторы вплоть до предельно производимых сегодня в массовых масштабах промышленных установок 5 МВт единичной мощности.
Горы и предгорья являются сильными «конкурентами» шельфов. Там ветровые фермы позволяют извлекать энергию в условиях естественных аэродинамических труб.
НАЦИОНАЛЬНЫЕ ИНТЕРЕСЫ:
Когда дует ветер... Еще более быстрому развитию ветроэнергетики мешают две ее широко известные слабости: зависимость от ветра и дороговизна. О дороговизне скажем позднее, а сейчас — о естественных причинах.
Природа создает нам проблемы следующего характера: ветер дует не всегда там, где нужно, и не всегда тогда, когда нужно. При более пристальном рассмотрении выясняется, что эти проблемы не столь существенны. Ветер всегда где-нибудь, да дует. Вот как рассуждают в Европе: если сегодня ветрено в Испании, но тихо в Ирландии, завтра может быть наоборот. Это говорится не в порядке метафоры. Европейские ветроэнергетики разработали и осуществляют грандиозный план интеграции всех европейских ветряков в единую энергетическую систему.
Ветер часто характеризуют как «скачкообразный» и по этой причине ненадежный источник энергии. На самом же деле остановки и включение ветровых турбин не являются хаотичными. Их мощность непостоянна так же, как и в любой другой энергетической системе. Потоки энергии — как при потреблении, так и при производстве — находятся под воздействием ряда прогнозируемых и непрогнозируемых факторов. Например, перемены в погоде заставляют людей включать и выключать отопление и освещение, что сказывается, и иногда достаточно пагубно, на нагрузке в сети.
В стандартной системе энергоснабжения, когда крупная электростанция из-за аварии или планового останова отключается от сети, и это происходит мгновенно, порождает скачок, который ведет к немедленным потерям в сети сотен мегаватт. Ветровая энергетика не дает таких неожиданных сбоев. Колебания воспринимаются мягче благодаря сотням и тысячам генераторов. Это предпочтительнее, чем несколько крупных электростанций.
Серьезным препятствием для использования огромного потенциала ветровых ресурсов является отсутствие во многих регионах сетевой инфраструктуры. Развитие энергосетей требует длительных и крупных капиталовложений, хотя привлечение крупных инвестиций в этот сектор неизбежно вне зависимости от выбора способа генерирования энергии.
Сегодня ветровая энергетика находится в неравных условиях по отношению к традиционным способам генерации энергии: инфраструктура последних развивалась преимущественно в рамках национальных вертикально-интегрированных монополий, у которых была возможность финансировать развитие энергосистемы за счет государственных субсидий и налоговых льгот. И хотя более либеральный рынок прекратил в некоторых странах эту практику,
„„. - я
ряд перекосов — от дискриминационной платы за подключение к сети до скрытых злоупотреблений господствующим положением со стороны ведущих компаний продолжают создавать барьеры для развития возобновляемой энергетики.
Современный уровень интеграции ветростанций в электрические сети демонстрирует, что подключение ветровой энергетики к крупным системам вполне реально. Опыт интеграции станций мощностью более 40 ГВт, установленных в Европе, показывает, каким образом происходит интеграция высокого, среднего и низкого уровней в различных условиях.
Низкий уровень интеграции не оказывает на работу системы значительного влияния. В настоящее время производство электроэнергии за счет ветроэнергетики составляет 3 % от потребности ЕС в электроэнергии, хотя, как было сказано выше, имеет место большое варьирование по регионам и странам. Современные методы контроля и резервные мощности позволяют без проблем интегрировать до 20 % электроэнергии, получаемой от ветростанций. Свыше этого уровня могут потребоваться некоторые изменения в энергетических системах и в способах их диспетчеризации.
Системные операторы часто отказываются от интеграции больших объемов энергии от ветростанций, считая это невыполнимой задачей, а многие системные операторы делают это с большой неохотой. Однако, как мы уже сказали, не менее 20 % потребляемой электроэнергии в Дании обеспечивается за счет ветровой энергетики. В западной части страны этот показатель достигает 25 %, а в некоторых случаях ветровая энергетика может покрыть спрос на все 100 %.
7—8 лет назад считалось, что энергосистема не сможет работать, если интегрируемая мощность ветровых станций превышает 500 МВт. Сегодня мы имеем дело с объемами в 5 раз больше.
Что говорит в пользу дальнейшей интеграции традиционной и ветровой энергетик? Ветровая энергетика может внедряться на системном уровне, что создает сглаживающий эффект, возрастающий с расширением площади, занимаемой ветровыми станциями. Массовое распространение ветряков способствует повышению надежности прогнозирования генерации на ветростанциях как в посуточном, так и в почасовом режимах. Крупные энергосистемы смогут использовать преимущество, заключающееся в разнообразии источников генерации. У таких систем есть гибкие механизмы для сопровождения изменений нагрузки и остановов станции, которые не всегда поддаются прогнозированию.
Что касается прогнозирования погоды, то точность его постоянно растет. При использовании современных средств расчетов точность оценки генерации для одного ветропарка составляет 10— 20 % при прогнозировании на 36 часов. Для группы ветропарков погрешность составляет 10 % на одни сутки и 5 % на 1—4 часа.
Эффект от расширения площади, занимаемой ветроустановками, также может быть значительным. Мониторинг Германского исследовательского института ISET показал, что в то время как отдельная турбина может испытывать колебания мощности до 60 % в течение часа, максимальное колебание группы объединенных ветропарков с установленной мощностью 350 МВт не превышает 20 %. На больших пространствах для таких систем, как Nordel, которая расположена на территории 4 стран (Финляндия, Швеция, Норвегия и Дания), наибольшее колебание в течение часа не превышает 10 %2.
Изложенная аргументация вовсе не умозрительна. Вот подтверждающий ее факт. В Германии уровень резервной мощности был снижен одновременно с увеличением масштабов ветровой энергетики. В период с 2002 по 2004 г резерв сократился с 8,3 ГВт до 7,3 ГВт. За этот же период было дополнительно введено 6 ГВт мощности ветровой энергетики.
Технические решения. История современной ветроэнергетики насчитывает чуть более трех де-сятилетий3. В течение всего этого времени количество разработанных конструкций и технических решений по преобразованию энергии ветра росло со скоростью снежного кома.
Базовый технический элемент, присутствующий в конструкции любой ВЭУ, — ветротурбина, которая преобразует кинетическую энергию ветра в электрическую с помощью генератора в процессе вращения ротора. Ротор — это попросту говоря, соединенные вместе лопасти. Они используются подобно пропеллеру самолета для вращения вала, подсоединенного к электрическому генератору. По своей конструкции генератор ВЭУ напоминает генераторы, используемые в тепловых электростанциях. Изобретено огромное количество машин для производства энергии за счет ветра, и многие из них
2 Перспективы мировой ветроэнергетики. — Greenpeace, GVEC, сентябрь 2006. С. 25.
3 Высказанное утверждение может показаться спорным. И на самом деле, развитие инженерной мысли, направленной на применение в хозяйстве энергии ветра, не прекращалось никогда. Названные три десятилетия современной ветроэнергетики мы отсчитываем от первого послевоенного энергетического шока 1974 г., когда ОПЕК ударила по энергетическому рынку, резко сжав предложение нефти. Именно после этого разработки в области альтернативной энергетики приобрели и политическую, и экономическую значимость, что резко ускорило их проведение.
представляют собой весьма необычные конструкции. Тем не менее, существуют два основных типа ВЭУ: с горизонтальной осью вращения и с вертикальной.
С горизонтальной осью вращения, имеющие две или три лопасти, установленные на вершине башни, — наиболее распространенный тип ветрогенерато-ров. Расположение ведущего вала ротора — части турбины, соединяющей лопасти с генератором, — считается осью машины. У турбин с горизонтальной осью вращения ведущий вал ротора расположен горизонтально. Именно такие ветряки можно наблюдать на шельфе Северного моря, в бухте Чес-сапика и во многих других местах.
У турбин с вертикальной осью вращения (Н-об-разные) ведущий вал ротора расположен вертикально. Лопасти такой турбины — длинные, обычно дугообразные. Они прикреплены к верхней и нижней частям башни. Благодаря вертикальному расположению ведущего вала ротора Н-образные турбины, в отличие от турбин с горизонтальной осью вращения, «захватывают» ветер, дующий в любом направлении, и для этого им не нужно менять положение ротора при изменении направления ветровых потоков. Такие турбины обладают еще одним важным преимуществом перед турбинами с горизонтальной осью вращения: они могут работать при ветре любой силы и менее подвержены риску разрушения.
Наиболее распространенные ветрогенерато-ры достаточно чувствительны к силе ветра (рис. 2). При силе ветра менее 3—5 м/с энергия практически не вырабатывается. Только когда она достигает 1015 м/с, выход энергии оптимален.
Названный выше факт является самым серьезным ограничителем распространения ветроэнергетики в разных регионах мира. На его преодоление затрачиваются самые серьезные усилия разработчиков ветроэнергетических установок. Одно из наиболее перспективных технических решений, реализованных в ВЭУ с целью преодоления чувствительности выхода энергии к силе ветра, было реализовано в установках, которые можно условно отнести к типу с вертикальной осью вращения, однако фактически этот тип ветряка являет собой трубообразный концентратор потоков воздуха, положение которого относительно поверхности земли может быть как горизонтальным, так и вертикальным или даже наклонным (по склону горы). Турбина, установленная на оси в центре концентратора (вдоль «трубы») испытывает давление скорости ветра, забранного из атмосферы
скорость ветра,
Рис. 2. Выработки энергии ветрогенератором мощностью 850 кВт в зависимости от скорости ветра
и многократно усиленного благодаря специально сконструированной системы воздухозаборника и сужения каналов движения молекул воздуха. В этом решении использован важный эффект, состоящий в том, что мощность ветроэлектростанции имеет кубическую зависимость от скорости ветра, обдувающего ветроколесо. Увеличив благодаря конструкции скорость ветра почти до сверхзвуковой (в зависимости от длины концентратора, «трубы»), разработчики ветряка добились возможности почти неограниченного увеличения его мощности и ослабили зависимость выхода мощности от скорости ветра над землей.
Новые решения позволяют на техническом уровне решить проблему нестабильности силы ветра. Трубообразный ветряк обеспечивает плотный и почти независимый от сила ветра в окружающей среде воздушный поток. Его легко комбинировать с преобразователями солнечной энергии и компенсировать летние спады скорости ветра зимними подъемами, заполняя, соответственно, летом и зимой противофазным колебанием солнечной энергии. Самое интересное в трубообразном ветряке то, что его конструктивные свойства позволяют использовать энергию ветра там, где традиционные ветрогенераторы не эффективны.
Современные технические решения направлены не только на преобразование энергии ветра, но и на ее передачу. Для России поиск способов эффективной транспортировки электричества имеет значение не менее важное, чем собственно самой генерации.
В этом свете интересные перспективы открываются при более пристальном рассмотрении плюсов и минусов постоянного и переменного тока. Стандарт, к которому привык весь мир, появился в результате победы Вестингауса над Эдисоном менее полутораста лет назад. Выбор в пользу переменного тока произошел в 1880-х гг. в силу того важного свойства, что при его передаче на короткие расстояния по линиям с высоким напряжением потери оказываются
53
меньшими, чем в случае постоянного тока. Для того времени это свойство было решающим.
Однако в современном мире все чаще наблюдается диспропорция между региональной потребностью и региональным энергетическим потенциалом. Все чаще обнаруживается противоречие между спросом на энергию и региональными генерирующими ресурсами. В странах с высокой плотностью населения и равномерным освоением территории таких противоречий немного, но и они существенны. В Дании, о которой говорилось уже не раз, проблема транспортировки вырабатываемого ВЭУ электричества стоит, разумеется, не столь остро, как в России. Но и там, если изучить карту ветров, обнаружится, что промышленная ветроэнергетика эффективна в основном при размещении ветряков на побережье или шельфе Северного моря. На Балтийском взморье и во внутренних районах ветры дуют со средней скоростью несколько меньшей, чем 5 м/с. Энергию, выработанную на западе, приходится передавать на всю территорию страны.
Еще более серьезной проблема транспортировки электричества становится при интеграции европейской энергетической системы и, в частности, той ее растущей части, которая связана с энергией ветра.
В связи с этим становится актуальным использование давно известных свойств постоянного тока. Для ветроэнергетики наиболее важно следующее:
1) потери в протяженных сетях постоянного тока становятся меньшими, чем при передаче постоянного;
2) напряжение при передаче энергии постоянным током не так сказывается на потерях, как при переменном;
3) для передачи постоянного тока не требуется, чтобы проводник находился высоко от земли, что позволяет не тратиться на строительство высоких и мощных, а следовательно, дорогих опор.
Если просуммировать все связанные с этими обстоятельствами эффекты, то выясняется, что при размещении линии передач на уровне земли (или в подземных каналах) постоянный ток даст преимущество над переменным при протяженности линий передач уже начиная с 30 км (!).
В настоящее время группа норвежских компаний приступила к строительству высоковольтных линий электропередач постоянного тока, направленных к потребителям Голландии и Германии. Еще более крупный проект разрабатывает ирландская ветроэнергетическая компания АМпсИу. Для выработки энергии, предназначенной для транспортировки в континентальную Европу, она строит шель-
54 -
фовую ферму, оснащенную 2-МВт генераторами суммарной мощностью 10 ГВт. Для осуществления такого проекта планируется вложить порядка 2,7 млрд долл. Эквивалентная по мощности угольная тепловая электростанция потребовала бы инвестиций на сумму 2,3 млрд долл.
Что все это значит для России? Если учесть, что у нас наиболее сильные и устойчивые ветры дуют у морских берегов, в горах и предгорьях, а наивысшая концентрация потребителей электричества наблюдается на равнинной части суши в основном во внутренних районах страны, то становится ясной значимость передачи постоянного тока на дальние расстояния. Установка ВЭУ в горах Алтая в этом свете уже не кажется бесплодным прожектом.
Деньги из ветра... Электрическая энергия, полученная на ветроустановках, постепенно дешевеет. Производственные издержки в расчете на кВт-ч за последние 20 лет в большинстве стран мира сократились более чем на 80 %.
В большинстве стран, где ветроэнергетика достаточно заметна, налажена серьезная государственная поддержка. В Дании, наиболее успешной в этой отрасли, практиковалось государственное субсидирование, но сейчас оно отменено. Во всех скандинавских странах до сих пор производителям ветроэлектричества выплачивается достаточно весомая экологическая субсидия — 0,013 EUR/ кВт-ч. Если бы государство не поддерживало отрасль на ранних стадиях ее развития во всех без исключения странах, то она попросту не возникла бы.
Вопрос о средней цене ветровой энергии столь же некорректен, как вопрос о средней цене на сырую нефть. Тем не менее именно ценовой фактор является признаком конкурентоспособности той или иной технологии. Международное сравнение ветровых энерготарифов также следует производить с большой осторожностью. Ветроэлектроэнергия в Германии стоит относительно дорого, потому что все другие виды электричества в этой стране также дороже, чем в других странах мира.
Ветровые турбины в Гудноу-Хиллз (штат Вашингтон) на установке, сооруженной для Министерства энергетики США, первоначально производили энергию стоимостью 8 центов за 1 кВт-ч. Энергия по этой цене могла бы выдержать конкуренцию там, где для выработки электричества используется дорогостоящая нефть. Когда новая конструкция лопастей позволила более эффективно перехватывать энергию ветра, стоимость 1 кВт-ч порядка 2-3 центов сделала ветровую энергетику вполне способной конкурировать с обычными источниками энергии.
Средняя цена электроэнергии, получаемой на ветроэнергетических станциях, по оценкам института ЕРК1 (США), составляет 4-5 центов за кВт-ч и сравнима с показателями традиционных электростанций. По суммарным затратам (обслуживание, ремонт, материалы) ветроэнергетические станции (1,4 цента за кВт-ч) оказываются предпочтительнее угольных топливно-энергетических систем (2 цента на кВтч), газовых ТЭС (2,9 цента на кВт-ч), мазутных ТЭС (3,2 цента на кВт-ч).
Оценки эффективности ветроэнергетики на фоне других типов генерирования требуют сравнения как средней себестоимости вырабатываемой энергии, так и необходимых инвестиционных затрат. Проведенный анализ говорит, что ветроэнергетика в США стала вполне конкурентоспособной и инвестиционной привлекательной отраслью экономики (табл. 2).
На российском рынке сетевую энергию, произведенную на ветряках, вы найдете только на немногочисленных и в основном опытных станциях. Основная часть электроветровой энергии производится на автономных установках. Для них можно оценить, чего стоит киловатт-час, зная стоимость автономной ветроэнергетической установки и ее срок службы.
Упрощенные расчеты для центральной полосы России могут выглядеть примерно так. Примем срок службы ветряка за 20 лет, предположим, что с однокиловаттного ветряка потребитель сможет получить за год 1800 кВт-ч, а за 20 лет — 36000 кВт-ч (1800 х 20). Стоимость ветряка примем за 5000 у. е., отсюда сумма амортизация ветряка в стоимости 1 кВт-ч составит 0,14 у. е. /кВт-ч, или в рублях по сегодняшнему курсу приблизительно 3,6 руб. /кВт-ч. Чем мощнее ветряк, тем дешевле окажется электроэнергия. Однако за электроэнергию из сети мы платим сегодня по тарифу в 3 с лишним раз дешевле. И это не учитывая, что текущее содержание ветряка тоже требует затрат. При сегодняшних
ценах на ветряки, затратах на их установку и тарифах на электроэнергию полученная на автономных ВЭУ электроэнергия в массовых масштабах неконкурентоспособна.
Экономика возобновляемых источников энергии обладает довольно сильной спецификой. В ней нет ничего таинственного, однако ее законы очень часто выглядят вывернутыми наизнанку. Взять, например, парадоксальную, на первый взгляд, обратную зависимость: не производительность труда является фактором цены, а наоборот, цена является причиной той или иной производительности. Выше было сказано, что на среднеевропейском фоне тарифы на электрическую энергию в Германии очень высоки. Вследствие этого в Германии эксплуатируют ВЭУ, которые были бы не эффективны в Дании. В результате мы видим, что по показателю выработанной электроэнергии в расчете на квадратный метр площади ротора Германия существенно отстает от Дании. Другое следствие того же самого факта — более высокая удельная (на киловатт) стоимость установленной мощности применяемых в Германии ветряков.
Ветроэнергетика чем-то напоминает гидроэнергетику. И та, и другая используют возобновляемый источник энергии. В обоих производствах нет затрат сырья и материалов (если не считать того, что требуется на содержание и ремонт машин и оборудования). Текущие эксплуатационные затраты не столь существенны по сравнению с инвестиционными. Оборудование в обоих производствах служит долго (нормальный срок эксплуатации ветряка составляет 20 лет, а по мере появления новых материалов он может стать еще более продолжительным). Получается, что переменные затраты пренебрежимо малы, а себестоимость киловатт-часа почти полностью зависит от выработки энергии. Главные различия этих двух производств — в существенно большей стабиль-
Таблица 2
Конкурентные позиции ветроэнергетики США в сравнении с другими способами генерирования
Тип электростанций Стоимость установленной мощности, USD/кВт Себестоимость электроэнергии, ТО цент/кВт-ч
Ветроэнергетические 800—1200 (без учета стоимости монтажа) 4—5
Топливно-энергетические
газовые 1100 5—6
комбинированные 500—800 4—5
экологически чистые угольные 1800—2400 7—9
Атомные станции 1700—2900 4—8
Гидроэлектростанции 900—3000 3 и более
Источник: GWEC (Global Wind Energy Council)
ности гидроэнергетики и, с другой стороны, — в ее более сильном негативном влиянии на природу.
Чтобы ветроэнергетика стала конкурентоспособной и успешно интегрировалась в энергетическую систему, требуется подходящее сочетание всего лишь трех факторов:
1) силы ветра;
2) цены ВЭУ и затрат на их инсталляцию;
3) тарифов на электричество в наших сетях.
Первый из этих факторов только кажется не
поддающимся управлению. Уже существуют, а в дальнейшем будут найдены новые технические решения, позволяющие эффективно управлять скоростью ветра в любых географических точках. Другие технические решения помогут удешевить транспортировку выработанной энергии из тех мест, где сама природа обеспечила высокую скорость ветра.
Второй фактор во многом по существу схож с первым. Эффективные технические решения — это всегда оптимизация затрат и, следовательно, цены.
Третий фактор, на первый взгляд, неуправляем. Но это не так. История энергетики, в особенности — энергетических кризисов — говорит нам, что грамотная и решительная государственная политика играет важную роль в формировании цен и тарифов в национальной экономике, и не только тарифов. Короткая, но бурная история современной европейской ветроэнергетики и государственная политика, направленная на развитие этой отрасли, служит хорошим тому подтверждением.
На просторах России... Мировой опыт говорит, что промышленная, масштабная ветроэнергетика развивается почти везде и почти всегда в результате прямого или косвенного государственного субсидирования. На вопрос, рассматриваются ли альтернативные источники получения энергии, ученые и деловые люди дают, безусловно, положительный ответ. Они не сомневаются, что альтернативные источники есть, но почти всегда делают оговорку: причина их распространения — дотации. Ветроэнергетический тариф выше «теплового». Отдельные эксперты считают, что в ближайшие 20-30 лет стратегических изменений в энергетике не появится. В свете этих суждений полезно вспомнить, что как раз примерно на такой срок хватит российских разведанных запасов нефти.
Инновационная активность в большинстве сфер приложения новшеств сопровождается удешевлением соответствующих продуктов и технологий. Для того чтобы инновация получила распро-
56 -
странение, в отдельных случаях нужны нерыночные механизмы. Послевоенный опыт прошлого века свидетельствует о том, что множество технических решений появилось не вследствие их экономической выгодности, а под давлением военной угрозы. Атомная энергетика не появилась бы на свет, если бы не усилия по созданию атомной и водородной бомбы. Нам представляется, что современное состояние глобальных энергетических ресурсов по своим угрозам чем-то напоминает обстановку перед второй мировой войной.
Европейские страны демонстрируют своей энергетической политикой понимание необходимости государственной поддержки развития альтернативного энергетического потенциала. Интересно, что их политика не ограничивается национальными границами. В этом отношении примечателен опыт строительства ветроэлект-ростанции в Зеленоградском районе Калининградской области. Оно стало возможным благодаря датской компании «SEAS Energi Service A. S. » при поддержке Датского энергетического агентства. В начале 2000 г. там были установлены 225-кило-ваттные установки датского производства, дававшие 10 % энергии этого анклавного российского региона.
Региональные энергетические компании России проявляют растущий интерес к ветроэнергетике. В начале 2007 г. «Омскэнерго» объявила тендер на поставку и монтаж ветряной энергетической установки в Большереченском районе Омской области. В одной из пойм Иртыша севернее Омска было найдено оптимальное место, где скорость ветра составляет от 13 до 18 м/с. Этого достаточно, чтобы установить там ВЭУ мощностью 100 кВт. По условиям тендера установка должна крепиться на мачте высотой 40 м, с длиной ротора 18 м и работать при силе ветра от 2 м/с. Проект финансировался из фонда развития ресурсосберегающих технологий «Омскэнерго».
Республика Калмыкия (РК) и чешская компания Falcon Capital создали совместное предприятие ОАО «Калмыцкая энергетическая компания», которое займется строительством на территории РК нескольких ветряных электростанций мощностью по 50 МВт. В республике планируется построить 3 ветряные фермы. Общая площадь каждой фермы составит около 4,5 кв. км, на ней будут размещены более 40 ветровых установок, каждая мощностью 1,2 МВт и стоимостью около 1,3 млн евро.
Российские ученые работают над созданием новых аппаратов, адаптированных к российским ветрам, которые могут работать со скоростью на-
чиная с 2 м/с. В Екатеринбурге, например, средняя скорость ветра в течение года — 4,2 м/с.
Крайний Север, Юг России и Дальний Восток — территории, где использование энергии ветра экономически выгодно. Технический потенциал ветровой энергии России в целом составляет свыше 50 000 млрд кВт-ч/год. Этот показатель более чем в 60 раз превышает общее реальное электропотребление страны, а экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт-ч/год, то есть около 30 % производства электроэнергии всеми электростанциями России.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алферов Ж. И., Велихов Е. П. Энергия без границ // Россия в глобальной политике. 2003. № 1.
2. Перспективы мировой ветроэнергетики. — Greenpeace, GVEC. 2006.
3. Ветроэнергетика морского базирования: новый источник энергии для Европы. — Greenpeace International. 2005.
4. КондаковМ. Ветер, ветер, ты могуч... // Про-филь-Приволжье. 2004. 19—24 мая.
5. Остапов А Анатолий Чубайс: РАО «ЕЭС России» надо ликвидировать // Накануне. RU, 2005. 22 декабря. — Режим доступа: http://www. nakanune. ru/articles/anatolijj_chubajjs_rao_ejes_rossii.
6. Кисин С. Калмыки поймают западный ветер // Коммерсантъ: Юг России. 2007. № 11.
7. Мулкахайнен А. Мы заставили ветер работать // Комсомольская правда. 2002. 26 июля.
Приглашаем к сотрудничеству!
Издательский дом «Финансы и Кредит» оказывает услуги по изданию книг, брошюр, монографий, учебников, учебно-методической и художественной литературы. Издание осуществляется за счет средств автора. Срок изготовления монографий объемом 10 печатных листов в мягкой обложке - от 40 дней.
Тел./факс: (495) 621-69-49, Http:/www.fin-izdat.ru
(495) 621-91-90 e-mail: [email protected]
