О ПРОГНОЗЕ СТОИМОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВОК В АРИД НОЙ ЗОНЕ ТУРКМЕНИСТАНА

Пенжиев А.М.

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

Ветроэнергетические установки

Wind energy equipment

О ПРОГНОЗЕ СТОИМОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВОК В АРИДНОЙ ЗОНЕ ТУРКМЕНИСТАНА

А. М. Пенджиев jj^t

Н^Р Member of the International Editorial Board

Туркменский политехнический институт Солнечный 4/1, Бикрова, Ашхабад, 744032, Туркменистан E-mail: tams1@rambler.ru

Туркменистан наметил выбор пути дальнейшего социально-экономического развития в программе «Стратегия социально-экономических преобразований в Туркменистане на период до 2020 года». Одним из основных ее моментов названо освоение пустынных земель.

Пустынная зона Туркменистана — это 40 млн. га, на которых находятся малые населенные пункты, где проживают животноводы, работники нефтяных и газовых месторождений, железнодорожники. В решении проблемы освоения пустынных территорий важную роль играет энергетический комплекс. Для устойчивого развития и улучшения быта в малых, удаленных от административных центров, населенных пунктах Туркменистана немаловажную роль может сыграть использование возобновляемых источников энергии.

По имеющимся результатам, в гелиоэнерге-тике технический потенциал низкопотенциальной гелиотехники только в Туркменистане составляет 1,4109 т усл. т. в год.

Удорожание добычи топлива во всем мире в последние десятилетия, повышающиеся требования к чистоте окружающей среды, а также рост потребления энергии приводят к увеличению затрат на получение тепловой и электрической энергии, вырабатываемой с использованием органического топлива.

Вследствие совершенствования технологий преобразования энергии возобновляемых источников заметно снизилась стоимость электроэнергии, вырабатываемой при их использовании.

Энергия ветра — тоже возобновляемый источник энергии. Составленная карта [2] дает количественную оценку ветроэнергораспределе-ния ресурсов на территории Туркменистана. Используя ее, можно подсчитать энергетические ресурсы пастбищных районов, которые составляют 15 млн. га. Годовой экономический эффект от комбинированного использования ге-лиоветроэнергетических систем теплохладоснаб-жения дома в сельской местности площадью 150 м2 составит 0,4 тыс. долларов в год и сэкономит на душу внесения 180-200 кг усл. т. в год. За счет ветроагрегата можно удовлетворить от 40-85 % энергопотребления. Во многих странах мира ветроагрегаты в первую очередь широко используются в малых населенных пунктах, сельской местности, в приморский районах, следовательно, в Туркменистане есть все возможности для активного применения гелиоветроэ-нергоустановок для улучшения бытовых условий населения.

На основе данных зарубежных источников [1-4] в табл. 1 приведена стоимость электроэнергии, вырабатываемой электростанциями (ЭС), использующими традиционные энергоресурсы и необходимые удельные капитальные вложения.

По данным [4], в Дании и Англии уже достигнута указанная в табл. 1 стоимость электроэнергии (4,0-4,7 цента/кВт-ч), вырабатываемой ветроэлектроустановками (ВЭУ), хотя удельные капитальные вложения там несколько выше (1200-1600 долл. США/кВт).

Редакционный регистрационный номер рукописи № 084. Manuscript Editorial Registration No. 084.

Таблица 1

Цена электроэнергии (долл. США/кВт-ч/удельные капитальные вложения (долл. США/кВт) традиционных и нетрадиционных ЭС за рубежом

ЭС 1980 г. 1990 г. 2000 г.

Ветровые 0,25/3000 0,07/1500-2000 >0,04/1000-1200

Солнечно-тепловые 0,24/1500 0,08-0,12/3000 0,05-0,09/2500

Солнечные фотоэлектростанции 1,5/50000 0,35/20000 0,06-0,12/3000-5000

Крупные гидроэлектростанции 0,02/1200 0,04-0,13/1500-1800 >0,03/900-3000

Малые и микрогидроэлектростанции —/2500 —/3000 0,01-0,04/350-700

Геотермальные 0,025-0,07/1500-2000 >0,05/2300 —/2500

Тепловые электростанции, в том числе угольные — — 0,069-0,08/1250-1700

Угольные, экологически чистые — — >0,07/1800-2400

Комбинированные газотурбинные — — >0,04/500-800

На мазуте 0,03-0,04/600-900 0,04-0,05/1100 0,06/1500

Атомные 0,03-0,05/1500 0,04-0,13/2000 0,07-0,15/2250-2900

Из табл. 1 видно, что стоимость электроэнергии, вырабатываемой на основе возобновляемых источников энергии, сравнялась, а в некоторых случаях стала ниже стоимости энергии, вырабатываемой ЭС на традиционном топливе. Кроме того, прослеживается тенденция удешевления электроэнергии, вырабатываемой ветро- и солнечными ЭС и удорожания энергии, вырабатываемой традиционными ЭС с использованием органического топлива.

Несмотря на низкий коэффициент использования установочной мощности (<0,5) [2] и вероятностный характер выработки, электроэнергии становятся конкурентоспособными с ЭС на традиционном топливе.

В Туркменистане до настоящего времени оценка возможности использования энергии ветра основывалась на исследованиях крупномасштабного территориального распределения скорости и удельной мощности ветрового потока [5] по данным наблюдений за скоростью ветра на сети метеостанции (МС) [6]. На основе полученных данных были выделены районы МС, наиболее перспективные с точки зрения практического использования энергии ветра.

Для принятия решения об использовании в конкретном районе того или иного вида энергоресурса, наряду с другими критериями, необходимо знать ожидаемую стоимость вырабатываемой из него энергии. До настоящего времени в Туркменистане ожидаемая стоимость электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, не оценивалась.

Ожидаемая стоимость 1 кВтч электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, определяется по формуле [7]:

C =

{/ + C (1 + i )(r - i )[l-((1 + i ))(r + i ))K ]-5 ((1 + i)/r + i )K }

Wy

где J — капитальные вложения, включающие стоимость ВЭУ и строительно-монтажные работы; С = 0,25J/k — оперативные затраты (эксплуатация, ремонт и обслуживание), изменяющиеся с общим инфляционным индексом; 5 = 0,и — остаточная стоимость (стоимость ВЭУ на слом); к — расчетный срок службы, к > 20 лет; г — скидка, г = 8 %; г — инфляционный индекс, г = = 3 %; Ж — среднее количество электроэнергии, выработанной ВЭУ за 20 лет.

На основании данных [7] при расчетах принималось, что стоимость строительно-монтажных и пуско-наладочных работ составляет приблизительно 40 % стоимости ВЭУ. Процентные начисления для ВЭУ малой мощности на эти виды работ ниже [8]. В Туркменистане отсутствует опыт использования ВЭУ, поэтому было принято, что J = 1,4С0, где С0 — стоимость ВЭУ.

Анализ формулы показывает, что значение С существенно зависит не только от стоимости ветроагрегата С0 (значения J, С и 5), но и от выработки ВЭУ (Жх), которая, в свою очередь, зависит от типа используемой ВЭУ, точнее, от степени соответствия зависимости мощности, вырабатываемой ВЭУ, от скорости ветра М(У), повторяемости скорости ветра п(У) и зависимости удельной мощности ветрового потока от скорости ветра Ж(У) [9].

Для расчета С были выбраны три типа ВЭУ: ТW-60, Т'^250, Т'^500 — продукция фирмы «Таске» (Германия) — с мощностями 60, 250 и 500 кВт. К их достоинствам относятся сравнительно низкая начальная скорость (Крн), высокое качество исполнения и налаженный серийный выпуск. К недостаткам (при возможном использовании их в условиях Туркменистана) можно отнести высокую номинальную скорость (Кн от

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (50) 2007

Параметры серийно

Таблица 2 выпускаемых ВЭУ

Nh, кВт Vph, м/с VH, м/с Vpk, м/с

Тип ВЭУ D, м

Шексна-2 1 3 8 30 2,8

LMW-1500 1,5 2,6 7 18 31

SG-400 1,7 2 12 12 4

Гея-2 2 2,5 7 15 6

SW-60 2 2,5 7 12 6

LMW-2500 2,5 2 12 20 5

Solavent F2900-3 2,9 1,5 12 40 5,6

WSW-300 3 2,5 12 5,1

Aerocraft-300 3 3 8,5 5,25

SG-700 8 2 12 12 7

Brummer BW-120 11 3 8,5 24 13

УВД-18/30 30 2 ,5 9 20 18

FD 20-30 30 3 8 20 20

Lagerwey 15/30 50 2,5 12 40 15,6

TW-60 60 3 11,5 25 17,5

Днипро-32/10 100 2 9 20 32

W 2700/150 150 2 11 25 27

Nordex N 27/150 150 3 10,5 25 27

W 300/250 250 20 12 25 29,2

TW-250 250 3 14 25 26

Zephys WTS 28/250 250 3 12 28 28

W 370/500 500 2 13 25 37

TW-500 500 4,5 15 25 26

VS-45 600 3 11,5 35 45,8

West Gamma 2 2000 3,8 11,5 20,6 60

11,5 до 15 м/с), вследствие чего в большинстве районов Туркменистана эти типы ВЭУ чаще работают не в номинальном режиме и не полностью соответствуют их ветровым условиям.

Величины среднегодовой выработки электроэнергии (Ж2), вырабатываемой ВЭУ различных типономиналов для различных районов Туркменистана, приведены в табл. 3.

Наиболее рациональным способом увеличения выработки электроэнергии и, как следствие,

снижения ее стоимости является использование ВЭУ, параметры которых оптимально соответствуют ветровым условиям конкретных районов, т. е. подобраны в соответствии с критериями выбора ВЭУ [9].

Оптимальные ветроэлектроустановки (ОВЭУ), характеристики работы которых и стоимость вырабатываемой электроэнергии мощностью 10, 30, 60, 100, 250 и 500 кВт приведены в табл. 3 и 4, рассматривались для тех же районов Туркменистана.

Расчеты стоимости электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ типа Т^60, Т'^250, Т^500, произведены для всех семи районов МС Туркменистана с использованием зависимостей Л(У) и значения С0, взятых из проспектов фирмы «Таске». Результаты расчетов стоимости вырабатываемой электроэнергии приведены в табл. 4.

Анализ значений С и Ж для ВЭУ типа TW (табл. 3, 4) для семи районов Туркменистана показывает, что:

- стоимость вырабатываемой электроэнергии только в 4 районах Туркменистана достаточно близка к величинам, полученным в странах с наиболее развитым состоянием ветроэнергетики (<7 центов/кВт-ч);

- в большинстве случаев использование ВЭУ большой мощности (500 кВт) приводит к удорожанию вырабатываемой электроэнергии, что обусловлено особенностями характеристик ветровых потоков в расматреваемых районах.

На рисунке приведены зависимости мощности от скорости ветра ВЭУ типа TW и ОВЭУ [9]. Данные для ВЭУ типа ОВЭУ определились из следующих требований: основные параметры ВЭУ, также как начальная рабочая (стартовая) скорость Урн, номинальная (рабочая) скорость Ун, конечная скрость Крк, номинальная мощность Лн, должны, с одной стороны, удовлетворять основным характеристикам ветрового потока, а с другой — быть близкими к соответствующим параметрам существующих типов ВЭУ.

Таблица 3

Среднегодовое количество электроэнергии (МВт-ч/год), вырабатываемой ВЭУ и ОВЭУ

различных типономиналов

3 TW ОВЭУ

= Города, етрапы, поселки, местечки 60 250 500 10 30 60 100 250 500

M

1 Теджен, Арчабил, Гарыгала, Бахерден 28 49 88 12 34 37 57 114 152

2 Йлотен, Мургап, Шарлаук, Серхетабат 55 96 188 23 66 72 112 223 298

3 Конеургенч, Атамырат, Ербент, Сердар 82 165 325 27 77 99 158 330 485

4 Туркменбаши, Эсенгулы, Дервезе, С , Туркменбаши 139 330 662 42 120 173 279 560 928

5 Хазар, Гызылгая, Чатыл, Кумаяк 192 456 902 56 160 236 380 840 1301

6 Бугдайлы, Айым, Гумдаг, Дашабат 247 482 961 72 206 304 489 1081 1673

7 Бекдаш, Омарата, Гарабогозгол 275 552 1098 79 229 338 545 1203 1862

Таблица 4

Стоимость электроэнергии (цент/кВт-ч), вырабатываемой ВЭУ и ОВЭУ различных типов

Зоны ОВЭУ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Города, етрапы, поселки, TW В автономном режиме Работа на сеть

60 250 500 10 30 60 100 60 100 250 500

1 Теджен, Арчабил, Гарыгала, Бахерден 31,3 42,6 48,3 13,0 13,7 25,0 26,9 16,3 17,6 22,0 33,2

2 Илотен, Мургап, Шарлаук, Серхетабат 15,9 21,7 22,6 6,8 7,1 12,8 13,7 8,4 8,9 11,2 16,9

3 Конеургенч, Атамырат, Ербент, Сердар 10,7 12,6 13,1 5,8 6,1 9,3 9,7 6,1 6,3 7,6 10,4

4 Туркменбаши, Эсенгулы, Дервезе, С. Туркменбаши 6,3 6,3 6,4 3,7 3,9 5,3 5,5 3,5 3,6 4,5 5,4

5 Хазар, Гызылгая, Чатыл, Кумаяк 4,6 4,6 4,7 2,9 3,0 3,9 4,0 2,6 2,6 3,0 3,9

6 Бугдайлы, Айым, Гумдаг, Дашабат 3,6 4,3 4,4 2,2 2,3 3,0 3,1 2,0 2,0 2,3 3,0

7 Бекдаш, Омарата, Гарабогозгол 3,2 3,8 3,9 2,0 2,1 2,7 2,8 1,8 1,9 2,1 2,7

Как видно из зависимости N(V), приведенной

Среднегодовая выработка электроэнергии

на рисунке, для всех типов ОВЭУ Урн = 2 м/с; для (ЖгЕ) рассматриваемых типов ВЭУ расчитыва-ОВЭУ мощньстью £30 кВт Ун = 7м/с, Урк = 25 м/с; для Лн = 31-100 кВт Ун = 9нм/с, Урк = 330 м/с; для Лн = 101-300 кВт Ун = 10 м/с, Урк = 30 м/с; для Л^ = 301-500 кВт Унн= 12 м/с, Уррк= 30 м/с.

Из сопоставления параметров ОВЭУ с приведенными в табл. 2 параметрами ВЭУ видна их близость, и, следовательно, создание ОВЭУ при современном уровне техники, доступном фирмам, производящим ВЭУ, является технически и технологически реализуемым.

гЕ

лась по зависимости Л(У) и средней многолетней повторяемости скорости ветра п(У) в Туркменистане, тогда = 20Жг, т.е. за 20 лет.

Стоимость ВЭУ марки TW брались по проспекту: для TW-60 С0 = 112 000 долл. США; для Т№-250 С0 = 272 000 долл. США; для Т№-500 С0 = 540000 долл. США. Стоимость ОВЭУ оценивалась из предположения, что при работе в автономном режиме стоимость 1 кВт установленной мощности можно принять Суст.1 = 2000

Рис. 1. Зависимость мощности, вырабатываемой ВЭУ, от скорости ветра

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (50) 2007

долл. США/кВт, а при работе на сеть Суст2 = = 1300 долл. США/кВт независимо от значения Л н [9]. Также было принято, что в автономном режиме могут работать ОВЭУ с Лн = 10; 30; 60 и 100 кВт, а в параллель с сетью — с Л н = 60; 100; 250 и 500 кВт.

Из сопоставления значений Жг, полученных для ВЭУ типов TW и ОВЭУ, видно, что во всех, приведенных в табл. 3 районах Туркменистана выработка ОВЭУ всегда превышает выработки соответствующих по мощности TW.

ВЭУ типа TW вырабатывают электроэнергию стоимостью <7 центов/кВт-ч в четырех из 7 районов по ветровому потоку, а ОВЭУ — в пяти, следовательно, в этих районах Туркменистана ожидаемая стоимость электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, находится на уровне мировых достижений [1-4]. В районах с наиболее слабыми ветрами (район 1, табл. 4) значение С может достигать 15-30 центов/кВт-ч даже при использовании ОВЭУ. В этих районах ВЭУ могут использоваться только в случаях острой социальной необходимости (например, не подведены электроэнергия и газ), но и в этом случае ВЭУ должны использоватся в комплексе с другими источниками энергии, в том числе возобновляемой.

Выводы

1. Полученные результаты дают основание считать экономически целесообразным и финансово выгодным использование ВЭУ мощностью до 60 кВт в системах энергообеспечения автономных потребителей в ряде районов и населенных пунктов Туркменистана (Дарвазе, Гы-зылгая, Гумдаг, Айим, Омурата), особенно в труднодоступных и удаленных, ощущающих дефицит в централизованном электро-, тепло- и газоснабжении.

2. Необходимо создание ветроэнергостанций энергосистемного назначения с использованием

ВЭУ мощностью 100-250 кВт, работающих на электросеть или совместно с элекростанциями на других видах энергоносителей для повышения надежности энергообеспечения, экономии органического топлива и понижения уровня выбросов вредных веществ в окружающую среду (Туркменбаши, Хазар, Бекдаш и Бугдайлы).

3. Использование ВЭУ, наиболее эффективно преобразующих энергию ветровых потоков, сущеествующих в различных регионах Туркменистана (районы 4, 5, 6, 7, табл. 4), обеспечит конкурентоспособность вырабатываемой ими электроэнергии.

Список литературы

1. Новая энергетическая политика России / Под общ. ред. Шафраника. М.: Энергоатомиздат.

2. Безруких П. П. Ветроэнергетика мира // Возобновляемая энергия. 1998. № 2. С. 9-18.

3. Бляшко Я. И. Опыт «МНТО ИНСЭТ» по созданию и эксплуатации оборудования для микро- и малых ГЭС / / Возобновляемая энергия. 1998. № 4. С. 18-19.

4. Доброхотов В. И., Шпильрайн Э. Э. // Теплоэнергетика. 1996. № 5. С. 2-9.

5. Дурдыев А. М., Пенджиев А. М. Пути сокращения выбросов // Проблемы освоения пустынь. 2003. №2. С. 32-41.

6. Справочник по климату. Туркменская СССР.

7. Захидов Р. А., Киселева Е. И. и др. О прогнозной стоимости электроэнергии, вырабатываемой горизонтально-осевыми ветроэлектро-установками в некоторых районах Узбекистана// Гелиотехника. 2001. №1. С. 76-85.

8. Дьяков А. Ф. Энергетическое строительство. М., 1991. №3. С. 2, 12.

9. Шефтер Я. И. Использование энергия ветра. М.: Энергоиздат, 1990.

10. Hfboli S. M., Hamdan M. A. // Solar Energy. 1987. Vol. 38(1). P. 59-70.

Памятный диск о Конгрессе WCAEE-2006

- более 800 фотографий, размещенных в хронологическом порядке

- видеосюжеты о Конгрессе

- тезисы докладов на русском и на английском языках

- официальные документы Конгресса

- отзывы участников о Конгрессе

По вопросам приобретения обращайтесь в НТЦ «TATA» Тел.: 8-(83130)-97472 Факс: 8-(83130)-63107

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Пенжиев А.М.

Текст научной работы на тему «О ПРОГНОЗЕ СТОИМОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВОК В АРИД НОЙ ЗОНЕ ТУРКМЕНИСТАНА»