CC BY
72
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 621.311.24 (470.42)
Ю. Ю. ДМИТРИЕВА, С. Б. ПОЗМОГОВА
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Рассматриваются вопросы использования альтернативных, возобновляемых источников энергии. Анализируется европейский опыт использования ветровых электростанций, некоторые экономические показатели. Рассматривается перспектива установки ветровых электростанций на территории Ульяновской области.
Ключевые слова: альтернативные источники энергии, ветрогенератор, электроэнергия, ветровые электроустановки (ВЭУ), сила ветра, энергосистема.
В наши дни, когда мировые запасы нефти, газа, угля в скором времени могут иссякнуть, перед мировым сообществом встаёт острый вопрос об использовании альтернативных источников энергии и желательно возобновляемых.
Один из видов - ветроэнергетика, являющаяся наиболее развитой сферой практического использования природных возобновляемых энергоресурсов. Известно, что ветроэнергетика в основном развивается в Европе, но и в России развитие альтернативной энергетики имеет большие перспективы, так как на обширной территории нашей страны имеется множество возобновляемых источников энергии (рис. 1). В частно-
сти, Ульяновскую область можно рассматривать как регион с большим потенциалом развития данного вида энергии.
Задумываясь о возможностях использования ветроэлектростанций, следует рассмотреть все плюсы и минусы данного вида альтернативной энергии. Считается, что наиболее перспективными местами для производства энергии с помощью ветра являются прибрежные зоны. Ульяновск расположен на возвышенности по обеим берегам Куйбышевского водохранилища (рис. 3), он занимает выгодную территориальную позицию для использования данного вида энергии.
Годовой прирост электроэнергии, выработанной на атомных, ветровых и солнечных алектростанциях, Шг
1 ««—Ветер
2 —»Атом
3 Солнце
гоз*> гсов гооэ гсмо
Рис. 1. Показатели выработки альтернативных источников энергии
© Дмитриева Ю. Ю., Позмогова С. Б., 2012 Вестник УлГТУ 2/2012
Огромным плюсом является то, что ветроге-нераторы не потребляют ископаемого топлива. Работа такого генератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти. Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СОз, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота.
Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра. Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на электростанциях США, работающих на угле, 4,5-6 цента/(кВт-ч). Средняя стоимость электричества в Китае - 4 цен-та/(кВт-ч). При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15%. Как и ожидалось, себестоимость снизилась на 35-40% к концу 2006 г. В начале 80-х годов XX века стоимость электричества в США, выработанного на ветроэлектростанциях, составляла $0,38. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость электроэнергии, произведённой на ветроустановках, стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую с помощью ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.
Основные проблемы, с которыми сталкивается ветроэнергетика:
- ветер - это нерегулируемый источник энергии;
- выработка электроэнергии сопровождается шумом;
- визуальное воздействие;
- вред, наносимый животным и птицам;
- негативное влияние на прохождение радио-и телевизионных сигналов;
- использование земли.
На первый взгляд, все эти факторы отчётливо негативны, но при более глубоком рассмотрении и изучении проблем это можно оспорить. Рассмотрим эти утверждения подробно.
У Главный вопрос - нерегулируемость данного источника энергии. Выработка ветроэлек-тростанции (ВЭС) 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 её дестабилизации. Поэтому 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 потребовало принятия законодательных актов, обязующих их это делать.
В посткризисный период экономика всех стран начала динамично развиваться, что вызвало рост объёмов энергопотребления. Существующие энергосистемы не справляются с потребностью, поэтому необходимы дополнительные источники энергии. Прогноз электропотребления до 2015 года представлен на рис. 2.
Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогене-раторов начинаются после достижения ими доли в 20-25% от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50-55 тыс. МВт. По данным испанских компаний Оатеэа ЕоПса и WinWind точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперед» или спотовом режиме превышает 95%.
> Другой вопрос - визуальное воздействие ветрогенераторов - субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов. В обзоре, выполненном датской фирмой АКР, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт-ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами.
> Вопрос об экономичном использование земли уже давно решён в зарубежных странах. Турбины занимают только 1% от всей территории ветряной фермы. На 99% площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно
1470
1570
1270
1170
1070
970"
870
млрд. кВт.ч
Электропотребление России
1197
у
1426
^>•"1403 1 340
1232
375/
У
-л.-
2001 2<>С5 2 ОС-5 2007 2008 2009 2010 2011 2(512 ¿013 2014 2015
Показатели • • **И»х-| „1-4* А—т* ...Г -1(1:1111.- :-г--:П(1!:1И. л ■ _ . Ей. иш 2098-2010 2011-2016 2008-2015
базовый вариант Гьнсхемы 2020
Среднегодовой прирост млрд.кБт.ч 1 % 64.5'6,7 45,9/3,6 52,9/4,5
Оптимистический вариант ¡15 2008- 2015
Среднегодовой прирост млрд,кВт.ч»% 53,2:5,0 49,1/3,9 V 0% * «'
Умеренный вариант ПБ 2008*2015
Среднегодовой прирост — млрд.кБт.ч 1 % 38,9 ¡3,7 44,0/3,7 42,1/3,7
Пьштстичший вариант ПБ 200 2015
Среднегодовой прирост » V • * ч'й. ЧМ^нЦ^Н)»»! клрд.кЗт.ч 1 % УШи » '• * ЧЧ1 26.7.' 2,6 | 29,7/2,6 23,*/2,$
Показатели 2007 г. млрд. кВт.ч Ожидаемый оценка Оптимистический вариант Умеренный вариант
2010 г. «л рд. кВт.ч 2015 г. млрд.кБгч Среднегодовой прирост 2008-2015, млрд. кВт. ч/ % 2010 г. . илрд.иВг.ч 2015 г. млрд. к&г.ч Среднегодовой прирост 2008-2015, млрдкВт.ч/ %
ОЭС Северо-Запада 89.2 102.0 127.0 4.7 • 4,5 98.2 118.0 3,6 / 3,6
ОЗС Центра 217.7 252.8 322.0 13.0 • 5.0 246.2 303.9 10.8 / 4.3
ОЭС Юга 78.4 92.8 1141 4.5 • 4.8 88.2 108.3 3,7 / 4,1
ОЭССр.болги 107.3 124.8 147.6 5.0 ' 4.1 119.2 143,2 4,5 / 3,7
ОЭС Урала 248.9 239,9 3-0,4 11.4 • 40 276.7 323.4 9.3 / 3;3
ОЭС Сибири 200.8 232.8 * 1 С,- 9.5 • 4.1 225.7 267,3 8.3 3.6
Востокгнерго 39.5 44.5 ¿4.3 1.9 • 4.1 43.3 51.4 1.5 1 3.3
Россия (централиз.зона) 981,8 1139,5 »р.'"« 7 50.0 / 4.4 • 1097,5 1315,5 41,7 1 3,7
Децентрализаций 21.3 23.2 26.о 0.7 * 2.8 22.3 24.3 0;4 1 1,7
РОССИЯ 1003,1 11627 1*08. ^ •■ 50.7 ; 4.3 1 1119.8 1339,8 42,1 / 3,7
Рис. 2. Прогноз электропотребления до 2015 года, млрд кВт*ч
полностью находится под землей, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-5000 в год.
> В целом ВЭУ не слишком шумные машины по сравнению с другими механизмами соизмеримой мощности. В густонаселённой Европе были проведены многочисленные измерения и исследования с целью получения ответа на вопрос о том, насколько близко к населённым пунктам или отдельным зданиям можно располагать ВЭУ, чтобы они не оказывали сколько-нибудь заметного воздействия на человека. Характеристики аэродинамического шума во многом сходны с естественными шумами, возникающими, например, при прохождении ветрового потока сквозь крону деревьев. Однако и этот шум снижен за счёт оптимальной конструкции лопастей, особенно их кончиков и задней кромки, и способа их установки на ветроколесе. За-
коны, принятые в настоящее время в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ВЭУ до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью.
> С самого начала развития ветроэнергетики возникали вопросы о возможном вреде, наносимом ВЭУ животным и птицам. Агрегаты в то время были небольших размеров, мощностью до сотни киловатт. Такие ВЭУ характеризовались высокой частотой вращения лопастей, что служило препятствием для прямого пролёта птиц. Первое время при размещении ВЭУ вблизи гнездовий птицы гибли довольно часто. Но размеры ВЭУ росли, частота вращения падала, требования неправительственных экологических и правительственных организаций при проектировании и строительстве ВЭУ ужесточались - и число погибших птиц стремительно уменьшалось. Перелётные птицы, особенно лебеди и гуси, часто меняют курс на большом расстоянии от ВЭУ, и есть примеры, что, однажды найдя пищу вблизи ветроагрегатов, птицы быстро адаптируются к присутствию ВЭУ и учатся избегать
ротора турбины. Однако в Калифорнии птицы всё ещё являются проблемой, где в среднем одна хищная птица в месяц погибает от ротора ветро-установки. Дело тут, наверное, не в птицах, а в установках - в Европе они давно стали крупнее, а в Калифорнии в эксплуатации находятся сотни мелких установок с высокой частотой вращения ротора - до 300-450 об/мин. Птицы часто наталкиваются на трудноразличимые структуры и особенно на провода, мачты, шпили и окна в зданиях. Они также становятся жертвами движущихся устройств, в особенности дорожного движения. Смертность от ветротурбин в 300 раз ниже, чем от движущихся автомобилей, и в 70 раз ниже, чем от охотников. Для животных (диких и домашних) ВЭУ больше не являются каким-то препятствием или помехой. Скорее, инфраструктура ВЭУ в виде дорог и ЛЭП приносит животным некоторые неудобства. В настоящее время ни один эколог не выдвигает требований о запрете ВЭУ на этом основании.
Город Ульяновск расположился на берегах реки Свияга и Куйбышевского водохранилища, на Приволжской возвышенности. Водохранилище делит территорию области на две части: западную - правобережную возвышенную (Предволжье) и восточную - левобережную низменную (Заволжье). Территория области в целом характеризуется равнинным рельефом,
хотя около трёх четвертей от всей территории области находится на Приволжской возвышенности (высота до 353 м), имеющей ступенчатое, ярусное строение рельефа, с выходящими к водохранилищу Ундорскими, Кременскими и Сен-гилеевскими горами. На карте ресурсов России Ульяновская область находится в районе достаточных ветровых ресурсов (рис. 3). Из этого следует, что географическое положение города даёт огромный потенциал для развития ветроэнергетики. В регионе достаточно территорий, пригодных для размещения ВЭС, основные можно разместить вдоль берегов водохранилища, на удобном удалении от крупных населённых пунктов, но в достаточной близости для проведения коммуникаций и обеспечения энергией нужных объектов (рис. 4). Поэтому мы предлагаем расположить объекты в отдалении от города, таким образом будет устранён субъективный фактор - визуальное и шумовое воздействие ветрогенераторов.
Проанализировав различные показатели и более подробно изучив данный вид альтернативной энергии, следует отметить, что показатели применения во многом позитивны и что её использование положительно скажется на регионе с экономической и с экологической точек зрения.
Рис. 3. Ветроэнергетические ресурсы России
Ветрен ресурса на
Ояфьявг настшйгп»1 ______ОреарЩ*
ей ууаа*
>7.5 >530
тт шз ¡сз-зд
с < Ю9
Хаван*
>Н.5 >5550
|<М14 !*#•№* 5.5-10 ЗДМЙ9 4$0-?СО < ?<д <400
1Ш 4.5-5.0
1534»
ШЫ* ЯМЮ <$0
>8.5 >700
ЯШ» Шя
400460
<5,0 <=$4 <209
Стар. MaÛHâ^ -... Son. Кгнаалз Прибрежное ; ЛесмзГ \
Дмнгрнеео- Нооиксака .
-/ДГг- ,*ватевга
Слзр' Ллгашн ( « Ундоры' . - . ~ . Цнльиа\ ,
Кнвхуха:' , ___Л', -, 7 V* о.
- Сурсхое /?,,, " ' li
fi ......y _w . HoBosepe^HCK1:,
, • Г ' ~ ¡КЗ ;
Çccwocxô ••. /'MwihanftQn Майна^__/ Бол.
Стар. Caxvg
---'X^Sf ^/' ^ л V
^Средн.Ъгнткикр^
3& 1§нгя Рошз Л • ' * • "^^с . - ^àu*«! Мапыма ,
о*. НОВОУЛЬЯНОВСК N -. ^«к^63""?' Новая Майка .
Елшонхл^ ^Крнушн а I , lt • .Лебяжье Л- V I
Lj'./'p- - Шлпоекз Чг Мккольское-на- -„ лЧд
' nëpèowsi
' : •
'' Глогоака
Труслейка
/ . ./ Измайлово 7)*«WV
"ДСАхн^^оао '-х • Акшуат," Старотлошкиио Теовкьга
PbiUl- /••".• . vma
л. •» — щ | m »,
¿¿Кздовка ." ^ллнмлоас? v^Cj ,, Коромыслоокв
.им.В.'И.Ленииэ.. \-_ Щоеато0о lse/юго^о© "
,Сос*оо*Д Рунрицево f - ^омгойо
. . бор Ï - »
. Живайкино ' ч^ Кногть-. / ' Крзснй*Поляно; " '**'------
IH3A
••/•С
- 'v
г.'
•• г -vu.:.^ ...,
/ ТрснцкиЯ Сунгур • V
Гаг. Саймак / " Алалае<?*ач- c*"
'V -' ч Тспповкз.... ' ... ^ J \.
АхмотлаЛ- .*•» -, • . • . —
.5ол. Уир</:сй ^ Канздсй Р^п^и-л • • 3. • ---• .....
^fr^Bâsi sa .'.Новоспасскоо ¿ffeebwooxa r* ;, _ .
... Вэрзнюка^ - Октябрьский / - .
{¿делезй-
Сгу/
Сн&вхино
<
Сред^ TepeujM Адоевщ *** ' ! Ч ^ ^î. - Рытеы^ НОЙ. ДШ
Кубра . ^ ВврхнГМазЯ- \¡км:<н?
/Врр
V ; • , - Дмнгрнёскэ
' \-Crap. Атлзш -, Ч .. '.I ,
~ -о. ; Стзр. Мос7*к ..-> •. »
' Баклуш .-..ttos. Кул0Тьг-у
Рис. 4. Возможные территории размещения ВЭС
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Безруких, П. П. Использование энергии ветра. Техника, экономика, экология / П. П. Безруких. - М. : Колос, 2008. - 196 с.
2. Сергеев, Г. С. Современный ветропарк: аргументов против почти не осталось // Чистая Энергия; Российская ассоциация ветроэнергетики. -2006.-Ш. - С. 26-29.
3. http://www.ru-regions.ru/7page_icN73 (дата обращения: 03.05.2012).
4. http://www.simturinfo.ru/pages/ kartysu/ bigmap. gif (дата обращения: 03.05.2012).
5. 1Шр://уейх^еЬшка.ги/?р=83 (дата обращения: 03.05.2012).
ее®©®®®©®»®«®«©®©©©®
Дмитриева Юлия Юрьевна, студентка группы ДАСд-42 строительного факультета УлГТУ. Позмогова Светлана Борисовна, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Строительное производство и материалы» УлГТУ.
