CC BY
32
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.5.88-95 УДК 621.548(470.21)
А. В. Бежан, А. А. Рожкова, В. А. Минин
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПЛОЩАДКИ ДЛЯ ВОЗМОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ВЭУ НА ПОБЕРЕЖЬЕ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
Аннотация
Рассмотрено три объекта в прибрежной зоне северного побережья Кольского полуострова, для которых может оказаться перспективным сооружение ветропарков или отдельных ВЭУ, способных внести весомый вклад в повышение эффективности энергоснабжения удаленных потребителей региона. В числе рассмотренных объектов ветропарк мощностью 200 МВт в районе Верхне-Серебрянской ГЭС, ветропарк мощностью 5 МВт в районе г. Островного, на востоке Кольского полуострова, и отдельная ветроустановка мощностью 150 кВт вблизи н. п. Цыпнаволока, которую предлагается внедрить в целях экономии топлива на местной котельной. Ключевые слова:
ветроэнергетика, ветроэнергетическая установка, Мурманская область, электроснабжение, теплоснабжение.
A. V. Bezhan, A. A. Rozhkova, V. A. Minin
PERSPECTIVE SITES FOR POSSIBLE CONSTRUCTION OF WIND POWER PLANTS ON THE COAST OF THE KOLA PENINSULA
Abstract
Three facilities in the coastal zone of the northern coast of the Kola Peninsula, for which the construction of wind farms or individual wind turbines, which can make a significant contribution to improving the efficiency of energy supply to remote consumers in the region, have been considered. A wind farm with the capacity of 200 MW near Verkhne-Serebryanskaya HPP, a wind farm with the capacity of 5 MW near Ostrovnoy in the east of the Kola Peninsula and an individual wind turbine with the capacity of 150 kW near the settlement of Tsipnavolok, which is proposed to be implemented in order to save fuel in the local boiler, are among the objects considered. Keywords:
wind energy, wind power plant, Murmansk region, power supply, heat supply.
Центром физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН ведутся исследования, направленные на освоение нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ), их вовлечение в топливно-энергетический баланс Мурманской области.
Одним из перспективных направлений успешного развития возобновляемой энергетики в Мурманской области является освоение ресурсов энергии ветра, запасы которых велики, особенно в прибрежных районах Баренцева и Белого морей [1]. В этих районах для получения электрической и тепловой энергии имеются уникальные возможности для применения ветроэнергетических установок (ВЭУ), особенно это актуально применительно к удаленным рассредоточенным потребителям, доставка топлива которым для организации традиционного энергоснабжения от дизельных электростанций и котельных сопряжена с большими трудностями [2-5].
Начиная с 2000 г. на территории Мурманской области в разных местах были смонтированы и введены в эксплуатацию ВЭУ мощностью от 1,4 до 500 кВт
(рис. 1). Их суммарная установленная мощность составила приблизительно 870 кВт [6, 7].
Находящиеся в эксплуатации ветроэнергетические установки положили начало развитию современной ветроэнергетики на Кольском полуострове. В настоящей статье рассматриваются возможности сооружения двух ветропарков, ориентированных на работу в составе Кольской энергосистемы, а также отдельной ветроустановки средней мощности в н. п. Цыпнаволоке на полуострове Рыбачьем, ориентированной на совместную работу с местной котельной.
Рис. 1. Расположение ВЭУ на территории Мурманской области: 1 — г. Мурманск; 2 — г. Кола; 3 — п. Молочный; 4 — н. п. Новая Титовка; 5 — н. п. Вайда-Губа; 6 — н. п. Цыпнаволок; 7 — район автодороги Мурманск
— Териберка; 8 — г. Островной; 9 — мыс Святой Нос; 10 — с. Пялица; 11 — с. Маяк Никодимский; 12 — с. Чапома; 13 — с. Тетрино; 14 — с. Чаваньга; 15 — с. Кашкаранцы; 16 — н. п. Куолоярви; 17 — н. п. Светлый
Fig. 1. Location of wind power plants on the territory of the Murmansk region: 1 — Murmansk; 2 — Kola; 3 — Molochniy; 4 — Novaya Titovka; 5 — Vayda-Guba;
6 — Tsypnavolok; 7 — Murmansk — Teriberka highway area; 8 — Ostrovnoy; 9 — Cape Svyatoy Nos; 10 — Pyalitsa; 11 — Mayak Nikodimsky; 12 — Chapoma; 13 — Tetrino; 14 — Chavan'ga; 15 — Kashkarantsy; 16 — Kuolajarvi; 17 — Svetliy
Ветропарк в районе восемьдесят первого километра автодороги Мурманск — Териберка
Площадка этого ветропарка (рис. 1, 7) расположена в 40 км от открытого побережья Баренцева моря, на возвышенности с высотными отметками 240-300 м над уровнем моря. Трансформаторная подстанция, пригодная для присоединения ветропарка к энергосистеме, расположена на Верхне-Серебрянской ГЭС мощностью 205 МВт. Ориентировочное значение среднегодовой скорости ветра на высоте 10 м над поверхностью земли в этом районе составляет 6,3 м/с.
На выбранной площадке предлагается разместить 100 ВЭУ (рис. 2) мощностью 2 МВт каждая [8]. В качестве прототипа взята современная ВЭУ Vestas V-80-2,0 с диаметром ветроколеса 80 м и высотой башни 78 м. Ветроустановки размещаются на площадке с учетом местной розы ветров на расстоянии около 10 диаметров ветроколеса друг от друга. Суммарная выработка от 100 ВЭУ составит примерно 750 млн кВт-ч.
- автодорога Мурманск - Териберка;--линии, соедин. ВЭУ в группы;
ф - ветроустановка (ВЭУ); - линии, соедин. группы ВЭУ с ГПП; Q - гл. повыш. подстанция (ГПП); -- линии, соедин. ГПП с ГЭС.
Рис. 2. Схема сетей ветропарка Fig. 2. Wind farm network layout
При разработке схемы ветропарка было принято решение объединить ВЭУ между собой в группы по пять штук для уменьшения суммарной длины линий электропередачи, а затем соединить их в одном месте — на шинах главной повышающей подстанции (ГПП). Место расположения ГПП выбиралось исходя из минимума затрат на распределительную сеть. Так как проектируемый комплекс состоит из большого числа ВЭУ, оказалось целесообразным установить две ГПП, приблизить каждую из них к центру выдачи мощности, что в конечном счете позволило снизить длины линий, соединяющих ветроустановки, и сократить расходы.
В условиях Севера стоимость одного установленного киловатта ВЭУ с учетом повышенных транспортных расходов, таможенных сборов, расходов на сооружение фундамента, подъездных дорог и монтаж ветроустановки составит около 1500 евро/кВт. При курсе 73 руб/евро (май 2019 г.) каждый кВт ВЭУ обойдется почти в 110 тыс. руб.
При расчете срока окупаемости капиталовложений были взяты предполагаемый уровень инфляции и возможный рост тарифов на электроэнергию. Министерство экономического развития России прогнозирует, что в 2020 г. на фоне повышения НДС инфляция опустится до 3,8 % и далее в 2021-2024 гг. закрепится на уровне 4 % [9]. Если предположить, что в следующие двадцать лет инфляция будет оставаться на том же уровне и рост тарифов на электрическую энергию будет повышаться в соответствии с указанным уровнем инфляции, то за время службы ВЭУ (20 лет) тариф возрастет с 2,30 до 5,03 руб/кВт-ч.
Для оценки прибыльности проекта использовался чистый дисконтируемый доход, который учитывает изменение стоимости финансовых средств с течением времени работы ветропарка. Расчеты показали, что капиталовложения в строительство ветропарка составят примерно 22 млрд руб. Через 15,5 лет затраты окупятся, и к двадцатому году службы ветропарк принесет доход в размере 4,5 млрд руб.
Необходимо отметить, что данная площадка уже находит свое практическое применение. Компания ПАО «Энел Россия» в 2017 г. выиграла тендер на сооружение на данной площадке Кольской ВЭС мощностью 201 МВт. Инвестиции для реализации проекта составляют около 20 млрд руб. В ноябре
2018 г. правительство Мурманской области и ПАО «Энел Россия» заключили соглашение о сотрудничестве в реализации этого проекта в 2019-2021 гг.
Ветропарк в районе ЗАТО г. Островной
Закрытое административно-территориальное образование (ЗАТО) г. Островной, в котором находится военно-морская база Северного флота, расположено на побережье Баренцева моря, к западу от мыса Святой Нос, в 360 км от Мурманска (рис. 1, 8). Население города по состоянию на 1 января
2019 г. составляло около 1700 чел. Город Островной состоит из двух микрорайонов, расположенных в 5 км друг от друга и связанных регулярным внутригородским автобусным сообщением. У ЗАТО нет ни автомобильного, ни железнодорожного сообщения с центральными районами Мурманской области. Добраться сюда можно по морю, на теплоходе (14 ч пути от Мурманска), или с помощью вертолета.
Город Островной получает электрическую энергию от Нижне-Серебрянской ГЭС по воздушной одноцепной линии протяженностью около 220 км. Мощность установленных трансформаторных подстанций составляет 32 (16х2) МВт.
Теплоснабжение и горячее водоснабжение всех категорий потребителей города осуществляется за счет использования электроэнергии из электрической сети. Автоматические электронагревательные котлы «Интойс» и «Невский» мощностью соответственно 27-45 и 45-100 кВт были установлены в 20 жилых домах и на 12 социально-значимых и производственных объектах. Всего по городу установлено 145 котлов суммарной мощностью около 8,5 МВт. Таким
образом, Островной является единственным городом в Мурманской области, который полностью переведен на электрическое теплоснабжение.
Для резервирования системы энергоснабжения в городе имеется дизельная электростанция (3 ДГУ типа 11Д100 мощностью по 1000 кВт и 2 ДГУ Т-2200 мощностью по 1600 кВт) суммарной мощностью 6,2 МВт. Работу ДЭС может дополнить газотурбинная электростанция, где имеется два агрегата по 2,5 МВт каждый. В целом резерв электрических мощностей в городе составляет более 11 МВт.
Для модернизации системы электроснабжения города предлагается параллельно с дизельными генераторами ввести в действие 5 ВЭУ (рис. 3) суммарной мощностью 5 МВт [10]. Подходящее место для установки ВЭУ находится в 4 км к юго-западу от города. Предполагаемое значение среднегодовой скорости ветра составляет 7 м/с. В качестве прототипа взята ветроустановка Епегсоп Е-58/10,58 с диаметром ветроколеса около 60 м и высотой башни около 70,5 м. Выдачу мощности от ветропарка в систему можно выполнить с помощью подключения к подстанции 51, находящейся в 1 км к востоку от ЗАТО.
Рис. 3. Ветропарк в районе г. Островного Fig. 3. Wind park near Ostrovnoy
Для определения инвестиций, необходимых для реализации этого проекта, был также использован показатель чистого дисконтированного дохода. Расчеты показали, что капиталовложения в строительство ветропарка составят примерно 565 млн руб., срок окупаемости ветропарка около 16 лет, доход к двадцатому году службы составит 122 млн руб.
Ветроустановка в населённом пункте Цыпнаволоке
Перспективным для Мурманской области является вовлечение энергии ветра в технологии производства тепла для целей теплоснабжения. В этом случае
основной эффект от применения ВЭУ выражается в экономии привозного органического топлива, используемого на котельных. В работе [11] рассмотрен вариант строительства ВЭУ мощностью 150 кВт для работы совместно с котельной в н. п. Цыпнаволоке, расположенном севернее Мурманска, на полуострове Рыбачьем (рис. 1, 6).
Численность населения составляет 35 чел. Для удовлетворения производственных и коммунально-бытовых нужд проживающего населения требуется котельная мощностью 0,2 Гкал/ч. В работе [12] установлено, что оптимальная мощность ветроустановки, включаемой для совместной работы с котельной, может составлять 0,6-0,8 от мощности котельной. Для участия в теплоснабжении н. п. Цыпнаволока может быть рекомендована ВЭУ марки Bonus мощностью 150 кВт (65 % от подключённой нагрузки котельной) с диметром ветроколеса 23,8 м и высотой башни 30 м (рис. 4). Годовая выработка энергии ветроустановки, которая может быть использована для отопления, оценивается в 570 тыс. кВт-ч, число часов использования установленной мощности ВЭУ в году — 3800.
Рис. 4. Общий вид ветроэнергетической установки Bonus мощностью 150 кВт Fig. 4. General view of the 150 kW wind turbine Bonus
Удельная заводская стоимость рассматриваемой ВЭУ составляет около 1200 евро/кВт. Последующие расходы, связанные с доставкой ВЭУ, сооружением фундамента, монтажом ВЭУ и вводом её в эксплуатацию, приведут к увеличению стоимости ВЭУ примерно до 1600 евро/кВт.
Располагая представленными данными, можно перейти к оценке себестоимости энергии, произведённой ВЭУ. Она зависит от ежегодных
амортизационных отчислений, расходов на зарплату и прочих расходов. Если заложить срок службы ВЭУ, равный пятнадцати годам, то себестоимость энергии, вырабатываемой ВЭУ, составит около 3500 руб/Гкал. Эта величина меньше среднего тарифа на тепловую энергию, установленного на 2019 г. на уровне примерно 4100 руб/Гкал теплоснабжающими организациями, входящими в муниципальное образование г. п. Печенга и охватывающими в том числе н. п. Цыпнаволок. Данное обстоятельство оправдывает целесообразность применения ВЭУ, так как за время своей работы она не только окупится, но и может принести прибыль. Особенно это оправдано в районах, где тариф на тепловую энергию не покрывает всех расходов, связанных с производством тепловой энергии, и часть нагрузки приходится на государственный бюджет.
Таким образом, применение ВЭУ на нужды теплоснабжения в районах с повышенным потенциалом ветра может рассматриваться как мероприятие, направленное на снижение годового расхода топлива котельной на 40-70 % и сокращение дотаций из регионального и местного (муниципального) бюджетов. В настоящее время это обстоятельство является актуальным.
Выводы
1. Прибрежные районы Мурманской области располагают повышенным потенциалом энергии ветра, что открывает большие перспективы для развития здесь системной и автономной ветроэнергетики.
2. Первый крупный ветропарк мощностью 201 МВт на Кольском полуострове в районе Верхне-Серебрянской ГЭС планирует запустить в 2021 г. компания ПАО «Энел Россия». Ожидаемая выработка ветропарка — около 700 млн кВт-ч в год.
3. Перспективным для Мурманской области представляется использование энергии ветра для теплоснабжения прибрежных потребителей. Сооружение ветропарка мощностью 5 МВт в г. Островном, единственном городе с электроотоплением, способно существенно повысить надежность и эффективность теплоснабжения. Внедрение ВЭУ в н. п. Цыпнаволоке на полуострове Рыбачьем может сэкономить значительную часть (до 40-70 %) привозного органического топлива.
Литература
1. Энергия ветра — перспективный возобновляемый энергоресурс Мурманской области: препринт / В. А. Минин и др. Апатиты: КНЦ РАН, 2006. 73 с.
2. Победоносцева Г. М., Победоносцева В. В. Особенности экономического развития северных территорий России в условиях глобализации // Север и рынок: формирование экономического порядка. 2018. № 5 (61). С. 180-189.
3. Бежан А. В., Минин В. А. Оценка эффективности системы теплоснабжения на основе котельной и ветроустановки в условиях Севера // Теплоэнергетика. 2017. № 3. С. 51-60.
4. Коновалова О. Е., Кузнецов Н. М. Возобновляемые источники энергии в Мурманской области // Промышленная энергетика. 2018. № 9. С. 51-56.
5. Гасникова А. А. Состояние, проблемы и перспективы развития энергоснабжения арктических районов России // Север и рынок: формирование экономического порядка. 2018. № 3 (59). С. 69-77.
6. Бежан А. В. Ветроэнергетика Мурманской области // Электрические станции.
2017. № 7. С. 51-55.
7. Бежан А. В. Региональный опыт использования ветроэнергетических установок в Мурманской области // Возобновляемые источники энергии: мат-лы всерос. науч. конф. с междунар. участием и XI науч. молодёжной школы (Москва, 3-6 декабря 2018 г.). М.: МАКС Пресс, 2018. С. 209-213.
8. Рожкова А. А. Ветропарк в районе автодороги Мурманск — Териберка // Будущее Арктики начинается здесь: сб. мат-лов II всерос. науч.-практич. конф. с междунар. участием / отв. ред. Н. Г. Дяченко. Апатиты: Мурманский арктический государственный университет, филиал в г. Апатиты, 2018. C. 95-99.
9. Минэкономразвития спрогнозировало рост инфляции в 2019 году на фоне повышения НДС [Электронный ресурс] // КонсультантПлюс. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_146916/ (дата обращения: 13.11.2019).
10. Рожкова А. А. Модернизация системы электроснабжения города Островной за счет использования ветроэнергетических установок // Промышленная энергетика. 2019. № 2. С. 50-53.
11. Бежан А. В. Повышение экономической эффективности систем теплоснабжения за счёт применения ветроэнергетических установок в регионах Арктической зоны РФ // Труды КНЦ РАН. Серия «Энергетика».
2018. № 3, вып. 16. С. 140-146.
12. Зубарев В. В., Минин В. А., Степанов И. Р. Использование энергии ветра в районах Севера. Л.: Наука, 1989. 208 с.
Сведения об авторах
Бежан Алексей Владимирович
научный сотрудник лаборатории энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21 А эл. почта: abezh@rambler.ru
Рожкова Анастасия Александровна
младший научный сотрудник лаборатории энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21 А эл. почта: nastasya_rozhkova@bk.ru
Минин Валерий Андреевич
заведующий лабораторией энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук», кандидат технических наук Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21 А эл. почта: minin@ien.kolasc.net.ru
