CC BY
59В ENERGY BULLETIN
развитие сетевых ветряных электростанций в россии на примере пилотного проекта сетевой ветроэлек-тростанции «вэс мирный» в ейском районе краснодарского края
(Окончание. Начало читайте в «Энергетическом вестнике» №17)
Георгий Ермоленко,
генеральный директор,
Илья Гордеев,
председатель совета директоров,
Михаил Рыженков,
заместитель генерального директора,
Александра Никомарова,
менеджер по управлению проектами,
Нина Богородицкая,
менеджер по управлению проектами, компания «Ветроэнергетические системы», Россия
В предыдущем номере журнала «Энергетический вестник» была опубликована первая часть данной статьи, в которой даётся исторический обзор развития ветроэнергетики в России, а также представляется её современное состояние и перспективы в стране и в целом в мире. Внимание читателей привлекается к законодательной базе Российской Федерации, касающейся государственного содействия
развитию возобновляемой энергетике в стране, а именно к ряду федеральных законов и постановлений правительства РФ, принятых с 2007 г. по 2013 г. Авторы анализируют также проблемы обеспечения электроэнергией Крaснодарского края и дают технико-экономическое обоснование строительства на его территории ветроэнергетических установок, включённых в существующие распределительные
В ENERGY
№ 18, 2014
энергосети, как одного из надёжных способов решения проблем электрообеспечения этого обширного региона.
Описание проекта
Проект предусматривает строительство ветроэлектростанции суммарной установленной мощностью 60 МВт (20 ветрогенераторов мощность по 3 МВт) на территории п. Мирный Ейского района Краснодарского края.
Площадка ВЭС «Мирный» расположена в Ейском энергоузле Кубанской энергосистемы на территории Ленинградских электрических сетей ОАО «Кубаньэнерго». Включение в работу ВЭС «Мирный» позволит снизить дефицит района до 15% (с учетом коэффициента использования установленной мощности ВЭС - 0,403), а также уменьшить прием мощности ПС 220/110 кВ Староминская по ВЛ-220 кВ Староминская-А30, Староминская-Шкуринская, Старомин-ская-Ромашки.
Оценка ветроэнергетического потенциала
Базовой исходной информацией для обоснования целесообразности реализации ветроэнергетических проектов являются достоверные данные о реальном ветроэнергетическом потенциале, получаемые в результате долгосрочного ветромониторинга на месте планируемого строительства ВЭС. На основе данных ветромониторинга определяются тип и модель ветрогенераторов, параметры площадки и схемы размещения ветрогенераторов, планы земельного участка, отводимого под объекты ВЭС, рассчитываются технические и экономические параметры станции, используемые далее при проектировании и привлечении средств на реализацию проекта.
В период 2007-2009 гг. в сотрудничестве с инжиниринговыми фирмами Harrad&Hassan (Англия) и CUBE Engineering GmbH (Германия) был проведен мониторинг ветроэнергетического потенциала в поселках Мирный и Октябрьский Ейского района. Были установлены, сертифицированы и пущены в эксплуатацию 70 метровые ветроизмерительные мачты, оснащенные современным измерительным оборудованием для автоматизированного сбора,
обработки и передачи ветровых характеристик, установленным на 4-х уровнях - 40, 50, 60 и 70 м. Регистрация скоростей ветра и расчет их временной динамики, профилей ветра по высоте, повторяемости скоростей ветра для определения реального ветропотенциала проводились с периодичностью в 10 мин.
Результаты обработки данных, проведенной инжиниринговой фирмой CUBE Engineering GmbH (Германия), показали, что на выбранной площадке наибольшая ветровая активность наблюдается на северо-восточном направлении, что иллюстрируется представленными на (рис. 7) диаграммами распределениями ветра и энергии ветра в год по сторонам света. Данные измерения также продемонстрировали существенное более чем на 30% превышение измеренных скоростей ветра над значениями, ранее известными из справочников и баз данных.
Средняя скорость ветра в период 20072009 гг. (данные обработки результатов мониторинга ветра CUBE Engineering GmbH) составила: на высоте 40 м - 5,8 м/с, 50 м - 6,2 м/с, 60 м - 6,3 м/с, 70 м - 6,8 м/с. Распространение полученных данных на высоты, соответствующие высотам расположения оси ветрогенераторов 2-3 мегаватного класса, производилось с помощью программного комплекса WindPRO. Как видно из графика, приведенного на (рис. 8) средняя скорость ветра на высоте 100 м достигает 7,2 м/с, а на 120 м - 7,8 м/с.
Для эффективного преобразования ветроэнергетического потенциала, характеризующегося полученными в диапазоне высот 100-120 м средними значениями скорости ветра, в соответствии с классификацией Международной Электротехнической Комиссии рекомендуются ветрогенераторы классов IEC III и IEC IIIA, имеющие в этих условиях высокий коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), равный 0,34 - 0,42. При сравнении моделей ветрогенераторов данных классов различных производителей в качестве основного критерия выбора рассматривалась выработка ветрогенератора в МВт-ч/год, отнесенная к капитальным затратам на 1 МВт установленной мощности с учетом соответствия параметров электрической схемы ветрогенератора конкретным требованиям РДУ Кубаньэнерго, Объ-
В ENERGY BULLETIN
рис. 7. диаграммы среднегодового распределения ветра и распределения энергии ветра по сторонам света.
155
145
135
S 125
Ü
S « 115
м
2
а t 105
о
X и 95
«
о с 85
X 75
1
Z 65
ва
55
45
35
25
15
5
0123456789 Скорость ветра, м/с
рис. 8. Зависимость средних значений скорости ветра от высоты над поверхностью Земли.
единенного Диспетчерского Управления (ОДУ) энергосистемы Юга и Центрального Диспетчерского Управления (ЦДУ) Единой энергетической системы России.
Выбор ветрогенератора
Для данного проекта были рассмотрены следующие модели ветрогенераторов: "Gamesa G90/2.0 MW" с высотой башни 100 м, "GE Wind Energy 2.5 MW" с высотой башни 100 м, "Nordex N100/2.5 MW" с высотой башни 100 м, "Siemens SWT 2.3/93" с высотой башни 103 м, "Vestas V90/2.0 MW" с высотой башни 105 м, "Vestas V112/3.0 MW" с высотой башни 119 м, "Wikov Wind W2000/92.5" с высотой башни 100 м.
В результате сравнения моделей с учетом требований Системного Оператора для использования был выбран ветрогенератор "Vestas V112/3.0 MW", имеющий максимальные выработку на единицу затрат и КИУМ = 0,43 (по данным Vestas и CUBE). Выбранная модель имеет следующие основные характеристики:
параметры ротора
Диаметр, м.............................................................................112
Длина лопасти, м.............................................................54,6
Рабочий диапазон частоты вращения, мин-1...6,2-17,7
Номинальная частота вращения, мини.................12,8
Коробка передач четырехступенчатая, планетарная, геликоидальная
рабочие параметры
Номинальная мощность, МВт..........................................3
мультипликатор
Фильтр со стороны статора
Фильтр со стороны сети
кабель в башне
□чз>
Генератор
Преобразователь со встречно-параллельным соединением
Трансформатор распределительная аппаратура
нижняя часть башни
рис. 9. принципиальная электрическая схема ветрогенератора V112-3.0 MW.
Номинальная скорость ветра, м/с..............................12
Скорость ветра, м/с, при которой происходит:
включение.................................................................................3
отключение............................................................................25
повторное включение......................................................23
Электрооборудование
Генератор.....синхронный на постоянных магнитах
(низкоскоростной многополюсный)
Частота, Гц........................................................................50/60
Номинальное напряжение, В.....................................650
Преобразователь частоты..........полномасштабный
Сг^Б1геатег на биполярных транзисторах с изолированным затвором ЮВТ
Повышающий трансформатор.............ТСЛ; 0,7/35 кВ
основные электрические параметры
Диапазон напряжения...................................0,8-1,2 11ном
Частота, Гц.......................................................................45-65
Возможность выдачи (потребления)
реактивной мощности.....................................................Да
Возможность поддержания
заданного уровня напряжения...................................Да
Восстановление мощности...........................................Да
Выдача тока короткого замыкания, отн. ед...........1,5
Максимальный уровень тока КЗ, кА..........................23
Допустимая продолжительность без отключения
генератора, с.........................................................................0,5
Быстрый возврат до мощности, %..............................20
Возможность работы с пониженной
нагрузкой с горячим резервом
(при достаточной силе ветра), %.......................20-100
Схема выдачи мощности
Для получения запланированной суммарной мощности ВЭС требуется 20 ветрогенераторов
У112-3.0 MW. Для их размещения Администрацией Ейского района выделена площадка сельскохозяйственного назначения в районе п. Мирный -280 Га, на которой будут размещаться 20 ветро-генераторов. ВЭС «Мирный» расположена на расстоянии около 6 км от ПС 110 кВ «Моревская».
Схема выдачи мощности ВЭС «Мирный» разработана ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт релестроения с опытным производством» (ВНИИР).
Основными критериями, которым должна удовлетворять разработанная схема выдачи мощности, являются:
- сохранение надежности схемы прилегающей сети, а также качества электроэнергии, поставляемой потребителям;
- минимизация стоимости строительства и дальнейшей эксплуатации электросетевого хозяйства, обеспечивающего выдачу мощности ВЭС;
- обеспечение возможности выдачи полной мощности ВЭС в нормальной и ремонтных схемах, а также минимизация рисков недоот-пуска электроэнергии в аварийных ситуациях.
Подключение ВЭС «Мирный» мощностью 60 МВт к энергосистеме целесообразно рассматривать на напряжение 110 кВ. Для этого предлагается строительство новой ПС 110/35/10 кВ «Мирный» по схеме 110-5 Н непосредственно в районе расположения ВЭС. Подключение к энергосистеме предлагается выполнить двумя отпаечными ВЛ 110 кВ от существующих заходов 110 кВ на ПС 110 кВ «Моревская». Для обеспечения выдачи мощности ВЭС предлагается установка 2-х повышающих трансформаторов 110/35/10 кВ мощностью 40 МВА каждый. Выбор мощности трансформаторов вы-
В ENERGY BULLETIN
рис. 10. Фрагмент схемы электрических соединений Ейского энергорайона на 2013 г.
полнен с учетом коэффициента использования установленной мощности ВЭС «Мирный» (порядка 0,4). Применение 3-х обмоточных трансформаторов с РУ 35 и 10 кВ позволит в перспективе осуществить присоединение местной нагрузки. Фрагмент схемы электрических соединений Ейского энергорайона на 2013г. с учетом ввода ВЭС представлен на (рис. 10).
По результатам расчетов электрических режимов предложенная схема подключения обеспечивает выдачу полной мощности ВЭС «Мирный» как в нормальной, так и в ремонтных схемах. Для обеспечения оптимальных уровней напряжения в Ейском энергорайоне необходимо выполнение на ВЭС «Мирный» автоматики группового регулирования выдачи реактивной мощности ВЭУ в целях поддержания уровней напряжения на шинах 110 кВ ПС «Мирный» в диапазоне, заданном соответствующим диспетчерским центром. С учетом возможности изменения коэффициента мощности вырабатываемой ВЭУ в широком диапазоне 0:д ф = +/- 0,9) ввод в работу ВЭС «Мирный» улучшит условия регулирования уровней напряжения в Ейском районе и обеспечит лучший баланс реактивной мощности. В среднем включение ВЭС «Мирный»
в схему электроснабжения Ейского района, с учетом общей загрузки по активной мощности и нулевой загрузки по реактивной мощности, обеспечивает повышение уровней напряжения на шинах ПС 110 кВ в энергорайоне на 3 кВ. В режиме максимальной нагрузки ВЭС «Мирный», обеспечивает выдачу/прием реактивной нагрузки в объеме 27 МВАр. Помимо указанных выше возможностей в части регулирования выдачи реактивной мощности, наличие частотных преобразователей в конструкции ВЭУ исключает возможность возникновения асинхронного режима генераторов, а также минимизирует влияние ВЭС «Мирный» на уровни токов короткого замыкания в прилегающей сети. Разработанная схема выдачи мощности в настоящий момент согласована и является основой для договора между ООО «ВЭС-Мирный» и ОАО «Кубаньэнерго» на технологическое присоединение.
Система АСУ ТП ВЭС «Мирный»
Основной системой управления и контроля на ВЭС является АСУ ТП (рис. 11), выполненная в соответствии со структурной схемой АСУ тП, на основе БСДОД-системы "УеБ:аБОп!тевРошегР!ап:
В ENERGY
№ 18, 2014
серверная----
Примечания:
Communications Cabinet - шкаф с оборудованием, установленный в каждой ВЭУ, предназначенным для сбора информации о режимах работы ВЭУ, передачи ее в SCADA-систему и внешнего управления ВЭУ. Power Plant Controller - сервер SCADA-системы управления ветропарком. Business Server - рабочее место сервис-инженеров, обслуживающих систему управления. VestasOnline® - удаленная система контроля и управления ветропарком.
рис. 11. Структурная схема АСУтп ВЭС.
GSM
Соп1го!!ег, Мк11". АСУ ТП создается как многоуровневая иерархическая система, состоящая из трех уровней: нижнего, среднего и верхнего.
Нижний уровень АСУ ТП обеспечивает выполнение функций сбора, первичной обработки входных сигналов, функций управления и функций релейной защиты и автоматики электрического и механического оборудования ветропарка на уровне ВЭУ.
Основу среднего уровня системы составляет сервер БСДОД-системы "РошегР!ап1Соп1го!!ег". Сервер предназначен для объединения локальных серверов "Соттитса1юпСаЫпе1", установленных в башнях ВЭУ, а также другого оборудования в единую информационно-управляющую систему.
Верхний уровень АСУ ТП реализует следующие функции:
- визуализацию эксплуатационно-технологических параметров состояния оборудования ВЭС на экранах мониторов и другом оборудовании;
- оперативный контроль и мониторинг вырабатываемой электроэнергии в реальном времени;
- оперативное управление в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах электро- и электромеханическим оборудованием ВЭС;
- отслеживание предаварийных состояний оборудования ВЭС и оперативное принятие решений исходя из полученных данных;
- регистрацию параметров, необходимых для анализа и оценки работы электро- и электромеханического оборудования ВЭС.
Это гибкая система включает в себя широкий ряд контрольно-измерительных функций, позволяющих управлять как ВЭС в целом, так и каждой ВЭУ в отдельности, оптимизировать уровни производства электроэнергии, отслеживать производительность. Через каналы связи ПС «Мирный» необходимый объем информации о режимах работы оборудования ветропарка передается в РДУ Кубани и заинтересованные подразделения ОАО «Кубаньэнерго». При помощи GSM-модема информация о режимах работы оборудования ВЭС передается по системе "VestasOnline®" в диспетчерский пункт компании "Vestas".
В ENERGY BULLETIN
воздушная турбина
Данные о производстве
численные данные о погоде
нейронные сети Прогнозные расчеты
Прогноз производства
ветровая электростанция
Данные о производстве онлайн/офлайн
рис. 12. Система прогнозирования выдачи мощности ВЭС «Мирный».
Система прогнозирования выдачи мощности ВЭС «Мирный»
В целях обеспечения процессов краткосрочного и долгосрочного прогнозирования в рамках существующих процедур Системного оператора и для принятия своевременных решений, связанных с оперативно-диспетчерским управлением ветроэ-лектростанцией, с учетом ее параллельной работы в энергосистеме, ветропарк «Мирный» оборудуется стационарным ветроизмерительным комплексом, размещенным на трех уровнях мачты высотой 100 м. На основании массива данных, измеряемых комплексом (скорость и направление ветра; температуру, влажность, плотность воздуха), а также с учетом долгосрочных метеонаблюдений, с помощью специализированного ПО (рис. 12) будут формироваться и направляться в Кубанское РДУ прогнозные значения выработки электроэнергии ВЭС «Мирный». Система связи ветроэлектростан-ции с Региональным Диспетчерским Управлением энергосистемы предусматривает, технические мероприятия и программные средства для формирования диспетчерского графика на операционные сутки и недельного и долгосрочного планирования режимов ВЭС в энергобалансе энергосистемы. Автоматизированная система прогнозирования выходных параметров ветровой электростанции, получает и обрабатывает данные существующих баз данных долгосрочного мониторинга климатических характеристик и оперативные данные измерений стационарного ветроизмерительного комплекса ветроэлектростанции.
На основании этой информации с учётом параметров генерирующего оборудования системой будут рассчитываться, и направляться на диспетчерский пульт РДУ соответствующие прогнозные величины выходных параметров ВЭС.
разработка схемы размещения ВЭС
Размещение ветрогенераторов V112-3.0 MW на выделенных площадках выполнено фирмой CUBE GmbH с использованием программного комплекса WINDPRO.
Решалась задача оптимального размещения ветрогенераторов по критерию максимального коэффициента использования установленной мощности парка с учетом ограничений, накладываемых на использование территорий, формой и размерами площадки, расположением ветропарка относительно существующих ПС 110 кВ и ВЛ 110 кВ, существующими лесополосами, линиями электропередачи, аэропортами, поземными коммуникациями, жилым фондом, зданиями и сооружениями, а также подъездными путями к площадке.
В качестве исходной информации для разработки схемы размещения, помимо данных ветро-мониторинга, были использованы заявленные поставщиком кривые мощности планируемых к использованию ветрогенераторов. На (Рис. 13) для используемого в проекте ветрогенератора V112 3MW представлены зависимости выходной мощности ветрогенератора и эффективности преобразования энергии ветрового потока в электрическую и механическую энергии от скорости набегающего ветрового потока. Наличие зоны насыщения выходной мощности ветрогенератора на уровне номинальной в диапазоне скоростей 12,5-25 м/с. является результатом решения разработчиком оборудования задачи расширения зоны выдачи ином в широком диапазоне высоких скоростей ветра, не повышая скорости вращения ротора и нагрузки на лопасти ветрогенератора. Такое решение, достигаемое изменением угла атаки лопастей, с одной стороны не допускает достижения вершиной лопасти скорости преодоления звукового барьера и возникновения звуковых ударов, а с другой, предотвращает превышение допустимых механических нагрузок на лопасти и вал генератора.
Кривая Се позволяет определить диапазон скоростей максимального преобразования энергии ветрового потока в электрическую. Кривая Ct
0,5
0,4
0,1
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
скорость ветра, м/с
скорость ветра, м/с
Рис. 13. Кривые мощности ветрогенераторов Се - эффективность преобразования ветропотенциала в электрическую энергию, С, - эффективность преобразования ветропотенциала в механическую энергию.
3200
2800
2400
2000
1600
1200
800
400
0
0
0
характеризует уровень потерь энергии ветрового потока на придание ротору вращающего момента, а также параметры зоны снижения скорости за ветрогенератором, что в свою очередь определяет расстояние между ветрогенераторами. Зависимости Се и Ct от скорости ветра в численном виде вводятся в программный комплекс WindPRO наряду с другими исходными данными для расчета параметров схемы размещения ветрогенерато-ров.
На основании разработанных схем размещения с учетом требований поставщика по транспортировке и монтажу оборудования и особенностей площадки фирмами RAMBOLL и INFRA был разработан план оформляемых в долгосрочную аренду земельных участков, занимаемых объектами ВЭС: дорогами, ремонтными и монтажными площадками, основаниями ветрогенераторов, элементами схемы выдачи мощности, ветроизме-рительным комплексом.
Как видно на рис. 14, план земельного участка под объекты ВЭС Мирный, изъятие земель из сельскохозяйственного оборота весьма незначительно. Так на территории 280 Га лишь 18 Га, что составляет около 6,5% от всей территории, будет занято ВЭС, причем дороги общего пользования составят 2/3 от этой территории.
Воздействие проекта на окружающую среду
Предлагаемые состав и размещение оборудования, схема внутриплощадочных дорог и сервисных площадок позволили определить состав воздействий на окружающую природную среду в процессе строительства и эксплуатации ВЭС: загрязнение атмосферы, водных объектов, почвы, размещение отходов, изъятие сельскохозяйственных и лесных земель, а также провести оценку вреда населению, растительному и животному миру.
Предварительная оценка воздействия строительства на окружающую среду в процессе строительства
Характер и источники воздействия на окружающую среду при строительстве ВЭС мало чем отличаются от соответствующих показателей других объектов капитального строительства. Ориентировочный состав воздействий на окружающую природную среду в процессе строительства ВЭС -это загрязнение атмосферы, водных объектов, почвы, размещение отходов, изъятие сельскохозяйственных и лесных земель, нанесение вреда растительному и животному миру.
Проект не затрагивает земли природных заповедников, национальных парков, лесопосадок,
В ENERGY BULLETIN
Рис. 14. Расположение ветрогенераторов и земельный план участка ВЭС «Мирный».
фруктовых садов, водоемов. Спецификой воздействий в процессе строительства является их ограниченность во времени. Кроме того, экологические платежи за загрязнение окружающей среды и выплаты, компенсирующие эколого-эко-номический ущерб, наносимый сельскому, лесному хозяйству, растительному и животному миру в период проведения строительных работ, входят в состав сметной стоимости строительства предприятия и учитываются при принятии решения о месте его размещения.
Предварительная оценка воздействия на окружающую среду в процессе эксплуатации ВЭС
В процессе эксплуатации ВЭС на человека, флору и фауну, атмосферный воздух, водные объекты и землепользование, в принципе, могут оказать воздействие шумы, вибрации, электромагнитное излучение, оптические эффекты и отходы эксплуатации. Предусмотренные предварительными материалами технические решения (водонепро-
ницаемые инженерные сети и сооружения, водонепроницаемое покрытие проездов и площадок) позволяют исключить негативное влияние проектируемого предприятия на водные объекты.
С целью предупреждения нежелательных явлений в период строительства работниками и инженерно-техническим персоналом будет осуществляться контроль за состоянием техники, проводиться профилактические мероприятия по поддержанию техники в исправном состоянии.
Ожидаемое воздействие на поверхностные и подземные воды проектируемым объектом (в соответствии с опытом проектирования объектов аналогов) - незначительно (практически отсутствует).
Основные виды отходов, образующиеся на ВЭС- отработанные ртутные лампы, твердые бытовые отходы, а так же мусор, сметаемый с территории РЭБ и ЦПУ.
Отходы, при своевременном сборе и отправке на места хранения, не будут представлять экологической опасности для окружающей среды.
таблица 1[4]. Годовая оценка смертности птиц
причина гибели птиц количество погибающих птиц
Столкновение со зданиями 550 млн особей
Столкновение с ЛЭП 130 млн особей
Смертность от кошек 100 млн особей
Столкновение с транспортными средствами 80 млн особей
Смертность от пестицидов 67 млн особей
Столкновение с ретрансляционными вышками 4,5 млн особей
Столкновение с ВЭС 28,5 тыс. особей
Столкновение с самолётами 25 тыс. особей
Воздействия на флору и фауну
Наибольшее беспокойство в отношении экологических воздействий ВЭС связано с риском для птиц и рукокрылых при столкновении с турбинами, в то время как вибрация и вмешательство в среду обитания рассматривается как незначительная угроза для флоры и фауны в регионе.
Сеть электропередачи будет выполнена воздушными линиями. Структура первичных почв не будет повреждена. В любом случае, верхний слой почвы будет снят и сохранен с целью последующего восстановления растительности.
Исследования показывают, что птицы при нормальных условиях облетают работающие ветроэнергетические установки. Случаи столкновения, которые действительно происходят, малочисленны (Таблица 1) и совпадают с особыми метеорологическими условиями, для которых характерна ограниченная видимость, возможно, в сочетании с сильными ветрами.
Контроль в процессе строительства и эксплуатации определит факторы риска и даст подробные оценки воздействий. Эта работа по сбору материала на местах будет проводиться орнитологами и другими специалистами-экологами. Их знания в сочетании с опытом реализации других проектов будут определяющими в принятии решений относительно экономичных мер, которые в состоянии сократить или устранить несчастные случаи с птицами.
Воздействие на землепользование
В период эксплуатации ВЭС пользование землей в пределах санитарной зоны хотя и требует мер предосторожности в соответствии с возможным физическим воздействием ВЭС, но не ограничивает хозяйственную деятельность
(например, в сельскохозяйственных или животноводческих целях).
Визуальное воздействие
В период эксплуатации ВЭС, ВЭУ будут видны на значительном расстоянии. Если турбины находятся между наблюдателями и солнцем, особенно в раннее и позднее время суток зимой, когда солнечные лучи падают под малым углом, может возникнуть стробоскопический эффект от мелькания теней, которые движущиеся роторы отбрасывают на землю или на другие объекты. Даже при самых неблагоприятных условиях, мелькание тени будет кратковременным. Проведен анализ зон оптического воздействия ВЭС при различных углах солнечного склонения (Рис.15) и при проектировании оптическое воздействие движущихся лопастей на жилые объекты исключается.
Воздействие обледенения
В период эксплуатации ВЭС существует опасность образования льда на лопастях в холодное время года при соответствующих метеорологических условиях, в результате чего слои льда могут откалываться и падать во время движения лопасти. Несмотря на то, что вероятность удара осколками льда на расстоянии 210 м составляет 1:10000000, при выборе поставщика ВЭУ одним из критериев является наличие технологических разработок, предотвращающих появление этого эффекта или останавливающих ВЭУ при образовании льда на лопастях. ВЭУ разработаны таким образом, что при определении электроникой любых ощутимых отклонений (увеличение вибрации, короткое замыкание, обрыв сети, несанкционированный доступ и пр.), автоматика принимает решение об аварийной остановке ВЭУ за счет двухступенчатой (аэродина-
таблица 2.
Сравнительная оценка шума от различных источников
Сельский ночной фон 20-40 дБ
ВЭС на расстоянии 350 м 35-45 дБ
Автомобиль (65 км/ч) 100 м 55 дБ
Офисное помещение 60 дБ
Грузовик (50 км/ч) 100 м 65 дБ
Перфоратор 7м 90 дБ
Реактивный самолет 250 м 105 дБ
Болевой порог 140 дБ
Источник: С1ЕМАТ
рис. 15. Зоны оптического воздействия ВЭС.
рис. 16. Зоны шумового воздействия ВЭС «Мирный».
мической и фрикционной) системы торможения и программной процедуры отключения.
Воздействие шума
Существующие данные по шумовому воздействию различных источников опровергают бытующее мнение о высоком уровне шумов, производимых ВЭС (Таблица 2).
Рассчитанный уровень шума, производимого ВЭС «Мирный» (Рис.16) в пределах жилой застройки п. Мирный, будет находиться в пределах от 35-44 дБА, что соответствует требованиям СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».
Сравнительные данные оценки шума от различных источников и наличие достоверных численных программных средств расчета параметров шумового воздействия показывают, что при проектировании не возникает проблем с исключением шумового воздействия ВЭС на среду обитания человека.
Электромагнитное воздействие
ВЭУ не являются сами по себе источниками электромагнитных волн существенного уровня. Это достигается как за счет экранирования источников ЭМИ, так и за счет контурной системы заземления.
В период эксплуатации ВЭС, как и любые другие крупные сооружения, могут потенциально создавать отраженные помехи системам связи, которые используют электромагнитные волны как средство передачи (например, линии телевизионной, радио- или микроволновой связи). Степень электромагнитного воздействия предсказуема и решаема рядом доступных технических мероприятий. Строительство ВЭС согласуется с собственниками ретрансляторов и передающих антенн, радиус действия которых захватывает площадку ВЭС.
Оценка экономии органических топлив и предотвращения выбросов СО2
ВЭС «Мирный» ежегодно вырабатывает 208 500 МВт ч, что при использовании генерации на органическом топливе потребовало бы использования 69,7 тыс. т у.т./год.
В таблице 3 приведены результаты расчетов в натуральном и стоимостном выражениях по возможной экономии для трех видов органического топлива и предотвращенной эмиссии СО2 при эк-
В ENERGY
№ 18, 2014
Таблица 3. Результаты расчетов в натуральном и стоимостном выражениях по возможной экономии органического топлива и предотвращение эмиссии С02
Вид топлива Количество топлива, тыс. т/год (млн м3/год) Стоимость топлива, млн руб./год Эмиссия СО2 (экв.), тыс. т/год Денежный эквивалент СО2 (8 евро за 1 т), тыс. евро/год
Нефтетопливо 48,7 404,8 159,6 1276,7
Уголь 102,2 108,9 122,7 981,4
Природный газ 55,8 174,3 117,1 937,1
Таблица 4. Результаты расчетов по возможной экономии органического топлива и предотвращенной эмиссии С02
Вид топлива Количество топлива, тыс. т/год (млн м3/год)* Стоимость топлива, тыс. руб/год Эмиссия СО2, (экв.), тыс. т/год Денежный эквивалент СО2 (8 евро за 1 т), тыс. евро/год
Нефтетопливо (2,2%) 1,1 8905,8 3,5 28,1
Уголь (25,3%) 25,9 27546,0 31,0 248,3
Природный газ (69,4%) 38,7 120900 81,3 650,3
Итого 157351,8 115,8 926,7
сплуатации ВЭС «Мирный» с учетом предположения, что 208 500 МВт ч/год электроэнергии (годовая выработка электроэнергии станции ВЭС «Мирный») вырабатывались бы традиционным способом, используя для этого в качестве топлива только одно из органических топлив. Исходные данные по расчету денежного эквивалента диоксида углерода взяты из документов Киотского протокола.
В соответствии с данными Росстата, АПБЭ и Программы модернизации электроэнергетики России на период до 2020 г.[6] на сегодняшний день доля нефтетоплива в общем балансе потребления органического топлива в Российской Федерации составляет 2,2%, угля - 25,3%, природного газа - 69,4%.
В (Таблице 4) представлены результаты расчетов по возможной экономии органического топлива и предотвращенной эмиссии СО2 при комбинированном использовании трех видов ископаемого органического топлива в соответствии с долей каждого вида топлива в общем энергобалансе страны.
Оценка экономии водных ресурсов
Для Ейского вододефицитного района, водоснабжение которого осуществляется от удаленного источника по трубопроводу длиной 106 км по цене 47 руб./м3 , отсутствие отбора воды ВЭС «Мирный»
на технологические нужды является исключительно важным обстоятельством. На основании проектных данных установки ПГУ-410 по расходу воды на 1 кВт ч произведенной электроэнергии была сделана оценка экономии воды, получаемой при замещении генерации на газе генерацией на ветре.
Так, с введением в эксплуатацию станции ВЭС «Мирный» с выработкой электроэнергии 208500 МВт ч/год, объем сэкономленной воды составит порядка 37 млн м3/год, что в денежном эквиваленте составляет 1,7 млрд руб./год, и в соответствии со средневзвешенными поливными нормами по Краснодарскому краю обеспечит орошение порядка 20 тыс. га посевных земель.
Таким образом при производстве электроэнергии на ВЭС «Мирный», экономия первичных природных ресурсов может выражаться в денежном эквиваленте суммами 1,5-2 млрд руб./год, которые могут быть направлены на развитие других секторов экономики.
При проектировании ВЭС производится тщательный учет и минимизация всех возможных факторов отрицательного воздействия ВЭС на человека и окружающую среду на всех этапах жизненного цикла проекта.
Проведенные общественные слушания и социологический опрос, показали поддержку проекта 87% населения.
В ENERGY BULLETIN
Таблица 5.
Основные показатели
Ветромониторинг 2007-2009 гг.
Период инвестирования 2009-2013 гг.
Начало оформления проектов 2009-2013 гг.
Ввод в эксплуатацию 2015 г.
Начало строительства Проектов 2014 г.
Период номинальной эксплуатации (горизонт расчета) 25 лет
Поставщик оборудования Vestas
Темп роста величины текущих затрат 6%
Темп роста тарифа 6%
Количество ветроэлектрических установок (ВЭУ) 20 шт.
Установленная электрическая мощность одной ВЭУ 3,3 МВт
Общая установленная электрическая мощность ВЭС 66 МВт
Стоимость ветромониторинга 3,40 млн. руб.
Предполагаемая годовая выработка электроэнергии (Р50) 242 080 МВт-ч/год
Коэффициент готовности ветропарка 96,0%
Годовая выработка электроэнергии 232 397 МВт-ч/год
Потери во внутренних сетях 4,0%
Годовая выработка электроэнергии 223 101 МВт-ч/год
Тариф на электроэнергию в 2015 на оптовом рынке 1,57 руб./кВт-ч
Выручка от ДПМ и реализации ЭЭ в 2016 1182 млн. руб.
Финансовый анализ и оценка инвестиций
Исходная информация
В (Таблице 5) представлена информация, необходимая для расчета основных показателей экономической эффективности проекта реализации строительства ВЭС общей установленной мощностью 66 МВт в п. Мирный Ейского района Краснодарского края.
Исходная информация для расчета основных показателей экономической эффективности.
Общие инвестиции в строительство ВЭС
Состав капитальных затрат приведен в (Таблице 6).
Прогноз выручки
Согласно принятому постановлению Правительства РФ от 28.05.2013 г. № 449 в качестве механизма стимулирования использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности принят механизм продажи мощности квалифицирован-
ных генерирующих объектов, предусмотренный правилами оптового рынка.
Цена на мощность рассчитана в соответствии с «Правилами определения цены на мощность генерирующих объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии» утверждёнными постановлением Правительства Российской Федерации от 28 мая 2013 г. № 449.
Исходя из того, что Кубанская энергосистема является дефицитной на всем прогнозном периоде, а так же правил оптового рынка, можно сделать вывод, что будет реализовываться весь объём выработанной электроэнергии по прогнозным ценам.
Объём выработки электроэнергии рассчитан производителем и инжиниринговой компанией Cube (по итогам определения годовой выработки на основе данных ветромониторинга и анализа расстановки ветрогенераторов за вычетом потерь во внутренних сетях и с учетом коэффициента готовности ветропарка).
В ENERGY
№ 18, 2014
Таблица 6.
Инвестиционные затраты
Стоимость ветромониторинга 3,40 млн. руб.
Стоимость одной ВЭУ (с учетом доставки и монтажа) 3 777 €
Стоимость одной ВЭУ (с учетом доставки и монтажа) 170 млн. руб.
Стоимость всех ВЭУ (с учетом доставки и монтажа) 3 400 млн. руб.
Строительство ВЛ 69 млн. руб.
Фундаменты 100,8 млн. руб.
Объекты подсобного назначения 0,48 млн. руб.
Объекты энергетического хозяйства (подстанции) 499 млн. руб.
Объекты транспортного хоз-ва и связи 1,26 млн. руб.
Инженерные сети (кабельные сети, дороги и площадки) 50,00 млн. руб.
Благоустройство и наружн. освещение 0,19 млн. руб.
Временные здания и сооружения 0,19 млн. руб.
Проектно-изыскательские работы 33,82 млн. руб.
Землеотвод 1,2 млн. руб.
Подготовка территории строительства 1 млн. руб.
Содержание дирекции 1,44 млн. руб.
Подготовка эксплуатационных кадров 1,54 млн. руб.
Непредвиденные работы и затраты 86 млн. руб.
Общая сумма капитальных вложений 4249 млн. руб.
Сумма контракта с поставщиком 4214 млн. руб.
Предоплата, процент от контракта 15%
Сумма предоплаты поставщику 632 млн. руб.
Собственные средства (без учета % по кредиту) 667 млн. руб.
Собственные средства (с учета % по кредиту) 1018 млн. руб.
Итого сумма необходимых инвестиций в проект (с учетом %) 4599,69 млн. руб.
Операционные затраты
Расходы организационно-подготовительного этапа (2009 - август 2013 гг.) 45 млн. руб.
Затраты на УК (Head Office) 34,80 млн. руб.
Административные расходы проекта (Зарплаты, хозрасходы) 10,08 млн. руб.
Аренда земельного участка 1,32 млн. руб.
Расходы по O&M контракту 85000 €
Расходы по O&M контракту 76,50 млн. руб.
Расходы на страхование 5,11 млн. руб.
Таблица 7.
Финансовые показатели Проекта
Общая стоимость проекта 4 600 млн. руб.
Кредит 3 582 млн. руб.
Equity 1 018 млн. руб.
EBITDA (в 2016 до уплаты % по кредиту, амортизации, налогов на прибыль) 963 млн. руб.
IRR 21,4%
NPV@15% 576 млн. руб.
Срок окупаемости 11 лет
В ENERGY BULLETIN
Финансовый профиль проекта
Условия, принимаемые для расчетов
1. Строительство Ейской ВЭС обеспечивается индивидуальной проектно-сметной рабочей документацией и рассматривается как независимый инвестиционный проект, генерирующий самостоятельные денежные
потоки и обладающий индивидуальными финансово-коммерческими показателями в условиях существующего экономического окружения.
2. Сроки начала строительства ветровой электростанции уточняются.
3. Горизонт расчета принят равным сумме планируемого срока эксплуатации основного технологического оборудования электростанции -ветроустановок V112-3.0MW фирмы VESTAS - 25 лет и периода строительства - 1 год и составляет 26 лет.
4. Расчеты выполнены согласно прогнозу роста цен на электрическую энергию на оптовом рынке электрической энергии и мощности равному: величине роста регулируемых цен на газ, согласно прогнозу социально-экономического развития Российской Федерации, разработанному федеральным органом исполнительной власти в сфере социально-экономической политики, т.к. ветровая электростанция ВЭС-Мирный расположена в первой ценовой зоне оптового рынка (согласно пункту 12 Приложения 1 к Правилам определения цены на мощность генерирующих объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии, ПП РФ 449 от 28.05.2013).
5. Коэффициенты инфляции и эскалации цен приняты в расчетах неизменными в течение одного календарного года.
Анализ проектных рисков
Политический риск. Внешнее окружение инвестиционного проекта характеризуется повышением политической стабильности, отсутствием прогнозируемых резких изменений законодательства, положительной динамикой взаимоотношений с региональными властями, а так же в целом благоприятное отношение федеральных властей к инновационным проектам по производству электроэнергии из возобновляемых источников. Развитие законодательства в сторону поощрения развития ВИЭ и вышеприведенные факторы позволяют сделать вывод о благоприятной политической атмосфере и считать политический риск минимальным.
Финансовый риск проекта обусловлен наличием следующих основных факторов:
1) высокое соотношение заемных средств по отношению к общему объему инвестиций, необходимых для реализации проекта, связанное с возможностью привлечения экспортного финансирования от западного банка;
2) сильная зависимость от колебаний курсов валют (рубль-Евро), связанная с тем, что поставки импортного оборудования будут финансироваться в валюте страны-производителя, а денежные средства от поставки электроэнергии - в рублях.
Воздействие данных рисков на показатели деятельности предприятия будет ограничено вследствие относительно невысокой ставки по экспортному финансированию в сравнении с доходами, которые предполагается получать в процессе эксплуатации проекта.
Технический риск
В связи с тем, что весь комплекс мероприятий по строительству и последующей эксплуатации ТЭС базируется на апробированных технических решениях, а предназначенное для использования
Основными производственно - экономическими рисками проекта являются: колебания производительности ветровых установок, связанные с нерегулярностью силы ветра и высокая зависимость от уровня тарифов. Существующий и всевозрастающий дефицит электроэнергии, высокий рост электропотребления в Краснодарском крае, а так же соглашения, которые будут подписаны с Кубаньэнерго, позволят минимизировать риск уменьшения тарифа на поставку электроэнергии.
оборудование является серийным, зарекомендовавшим себя на практике, как высоконадежное, технический риск инвестиций минимален.
Производственно - экономический риск
Основными производственно - экономическими рисками проекта являются: колебания производительности ветровых установок, связанные с нерегулярностью силы ветра и высокая зависимость от уровня тарифов. Существующий и всевозрастающий дефицит электроэнергии, высокий рост электропотребления в Краснодарском крае, а так же соглашения, которые будут подписаны с Кубаньэнерго, позволят минимизировать риск уменьшения тарифа на поставку электроэнергии. Колебания производительности установок, которые зависят в основном от скорости ветра и его плотности, были заложены в экономическую модель, и базировались на долгосрочных исследованиях, которые были произведены одним из лидеров на рынке исследования производитель-
ности ветровых проектов, а так же подтверждены производителем оборудования.
Заключение
Проведенный анализ обосновывает актуальность, социально-экономическую целесообразность и техническую возможность строительства пилотной экологически чистой сетевой ветровой электростанции (ВЭС) суммарной установленной мощностью 60 МВт на территории п. Мирный Ейского района Краснодарского края с целью развития электроэнергетического комплекса Краснодарского края, путем повышении уровня системной надежности, экологической и энергетической безопасности потребителей за счет строительства в дефицитных регионах края, источников генерации на основе возобновляемых источников энергии.
Успешная реализация данного проекта позволит внести существенный методический, научный и практический вклад в:
Проведенный анализ обосновывает актуальность, социально-экономическую целесообразность и техническую возможность строительства пилотной экологически чистой сетевой ветровой электростанции (ВЭС) суммарной установленной мощностью 60 МВт на территории п. Мирный Ейского района Краснодарского края. Успешная реализация данного проекта позволит внести существенный методический, научный и практический вклад в развитие отечественной ветроэнергетики и преодоление нарастающего технологического отставания в этом секторе на базе отечественного и мирового опыта. Участие в проекте ведущих мировых компаний позволяет считать его реализацию полезной с точки зрения трансфера передовых зарубежных технологий, компетенций и знаний в современной ветроэнергетике, включая методы проектирования и управления проектами в данной области.
В ENERGY BULLETIN
- развитие отечественной ветроэнергетики и преодоление нарастающего технологического отставания в этом секторе на базе отечественного и мирового опыта;
- освоение, совершенствование и распространение передовых инновационных технологий проектирования, создания и эксплуатации крупных сетевых ветроэлектростанций;
- обеспечение инвестиционной привлекательности вложений в технологии и электростанции на основе ВИЭ;
- совершенствование и внедрение системы подзаконных актов, определяющих экономику использования и развития возобновляемых источников энергии;
- накопление реального опыта параллельной работы электростанций на возобновляемых источниках энергии с энергетической системой;
- накопление и обобщение опыта работы ве-троэлектростанций для определения их места и роли в составе энергосистемы;
- повышение надежности и качества энергоснабжения, улучшение экологической обстановки, рост ресурсосбережения и на этой основе снижение тарифов на электрическую энергию.
Проект имеет высокую имиджевую составляющую для Российской энергетики. Участие в проекте ведущих мировых компаний позволяет считать его реализацию полезной с точки зрения трансфера передовых зарубежных технологий, компетенций и знаний в современной ветроэнергетике, включая методы проектирования и управления проектами в данной области.
Список использованной литературы
1. В.Е. Фортов, О.С. Попель, «Энергетика в современном мире». Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект». 2011
2. Гордеев И.Г., Ермоленко Г.В., Никомарова А.В., Рыженков М.А., «Проекты Российской ветроэнергетики вчера и сегодня». Москва: Энергия / экономика/ техника/экономика, 9. 2012
3. Схема выдачи мощности ветроэлектростанции «Мирный» Ейском районе Краснодарского края. Москва: ОАО ВНИИР.2012
4. I EC Classification of Turbines: Selecting the right turbine for the site based on wind data Wednesday,
May 13, 2009 http://windwire.blogspot. com/2009/05/iec-classification-of-turbines.html
5. Рыженков М.А., Ермоленко Б.В., Ермоленко Г.В., «Экологические аспекты ветроэнергетики». Москва: Теплоэнергетика 11. 2012
6. Николаев В.Г., «Ресурсное и технико-экономическое обоснование широкомасштабного развития ветроэнергетики в России». Москва: Атмог-раф. 2011
7. Программа модернизации электроэнергетики России на период до 2020 года. - М., 2011
8. Расширение Краснодарской ТЭЦ с установкой ПГУ-410, ООО «ЛУКОЙЛ-Кубаньэнерго», Российская Федерация. Проектная документация. -Краснодар; 2011
9. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Москва: Минздрав России. 1996
10. T. Akkerman, Wind Power in Power Systems, 2005
11. Р.Rosas, Dynamic influences of wind power on the Power System, 2003
12. ГОСТ Р 51237-98 Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения. Москва: Госстандарт России. 1998
13. ГОСТ Р 51991-2002 Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Общие технические требования. Москва: Госстандарт России. 2002
14. Правила устройства электроустановок. Изд. 6. Москва: ЗАО «Энергосервис». 2000
15. Правила устройства электроустановок. Изд. 7. Москва: ЗАО «Энергосервис». 2003
16. «Генеральная схема и программа перспективного развития электроэнергетики Краснодарского края на период 2010-2016 годы». Филиал ОАО «ЮИЦЭ» «Южэнергосетьпроект». 2010
17. Ермоленко Б.В., Ермоленко Г.В., «Перспективы развития возобновляемой энергетики как одного из инструментов решений, экологических, экономических и социальных проблем». Москва. Энергия /экономика/ техника/экономика, 2. 2013
18. Н.В. Богородицкая, А.С. Горбунов, Г.В. Ермоленко, А.В. Никомарова, М.А. Рыженков. «Проект строительства ветроэлектростанции установленной мощностью 60 МВт на территории п. Мирный Ейского района Краснодарского края». Журнал «Вести в электроэнергетике». Январь 2013 г.
