CC BY
63
УДК 621.311
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЗАРУБЕЖНОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ
М.В. Шевченко (КамчшпГТУ)
Обсуждается вопрос о состоянии и пе(>спектияах ¡ні ти шин иет/нм)ицшиич»,'о лидо энергетики за рубежам.
7he article covers the problem connected with conditions ami prospects of development of noncxynventional power sources abroad.
По данным Института мировой экономики, за последние 30 ле г потребление энергии » мире удваивается каждые 10 .юг. Увеличивающееся энергопотребление удовлетворяется r основном ui счет использования традиционных энергоносителей - угля, нефти, газа. торфа, воды.
Кыстрый рост энергопотребления, удорожание топлива и энергии, обострение экономических и экологических Проблем ІОІІЛИВНО-»НЄріЄТИЧЄСКОТО комплекса (ТЭК) Требуют более обосіїован-ной и т utu тельной ирорабогки принципов использования природных ресурсов и стратегии развития жері етики. Поэтому с каждым годом все более актуален поиск и освоение альтернативных нетрадиционных источников энергии, к которым, в частности, относится ветроэнергетика
Доля нетрадиционных возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, геотермальной, малых водных потоков и др.) в общем объеме производства :»лектро:шері ни составляет около 2%. однако к 2020 г. при условии обеспечения соответствующих мер государственной поддержки предполагается ее увеличение до 4% и более.
Среди возобновляемых источников энергии ветроэнергетика занимает важное место. По оценкам Pacific Northwest Laboratory (США), площадь, на которой среднегодовая скорость ветра на высоте флюїера (8 10 м) превышает 5,1 м/с. составляет 25% поверхности земли. С учетм экономических, технических, экологических и других ограничений можно было бы к 2020 г. установить встроэлсктростанции (ВЭС) общей мощностью окаю 450 млн кВт со среднегодовой выработкой электроэнергии более 900 млрд кВт * ч в год, что составило бы примерно 3,5% вырабатываемой в мире электроэнергии.
В большинстве юсулдрств, обладающих значительным ветровым потенциалом и развитой промышленностью, в том числе встротсхнической, разработаны и выполняются государственные программы развития ветроэнергетики, осуществляется в разных видах государственная поддержка, действующая до тех пор. пока ветроэнергетика не станет коммерческим способом выработки электроэнергии.
По ироірамме Министерства энергетики США в ближайшие годы предусматривается удвоение мощности В’Х по сравнению с 1995 г. и доведение стоимости полученной на них электроэнергии до 5,5-7 цснт/(кВт • ч).
Программой Министерства исследований и технологий Германии предусматривалось r 1997 г. установить ВЭС обшей мощностью более I 500 МВт. а в 2000 г. - 2 000 МВт. Эта программа перевыполнена. В Данин производство электроэнергии на ветроэнергетических установках (ВЭУ) составляет 3,5% общего энергопотреблении страны. В Нидерландах предполагается к 2000 г. довести общую мощность ВЭС до 1 000 МВт, в Финляндии в ближайшие 5-Ю лет - до 100 МВт. в Австрии - до 50. в Индии до 2 000, в Испании - до 40, в Ьразилии - до 60 МВт Развитию ветроэнергетики способствуют крупные исследовательские программы, разработанные как и отдельных странах, так и в целых регионах 11 ].
Гак, в США исследовательская программа по ветроінеріетике. финансируемая из федерального бюджета, разработана и реализуется Институтом злектрожеріетики (CPRI). Совмести с Министерством энергетики ведется разработка новой техники, оценка эффективности проектов, оптимизация характеристик ветровых турбин. Программа предусматривает также обучение эксплуатационною персонала, обсуждение новых проектов, координацию сотрудничества с Ьвро-I«ейским экономическим сообществом (ЕЭС’).
Программа Joule II ЕЭС предусматривает разраб<ттку новых технолоіий в энергетике, в области альтернативных источников энергии, координирует действия по созданию ветровых турбин в Европе между крупнейшими фирмами Германии, Италии, Дании, Швеции, Шотландии, Испании, Греции, Программа финансируется из бюджета ГЭС
В настоящее время ведущее место в развитии ветроэнергетики занимает Германия, где производством коммерческих ВЭУ мощностью до 1,5 МВт заняты около 20 фирм, а встроэнсргсги-
кой - 10 нистигугов и организаций во всех федеральных землях. Начиная е 1995 г. ежегодно виодмся и эксплуатацию ВЭУ общей мощноезьюЗОО 500 МВт. Обширная программа разработок и эксплуатационных исследований В')У проводится а Шаеиии. Программа базируется в основном на создании ВЭУ мегаваттного класса, в том числе совместно с Германией мощностью ли 3 МВт. Дания, крупнейший н мире производитель коммерческих ВЭУ, планирует к концу 2005 г. снимись вредные выбросы СОз в атмосферу на 20% за счет использования ветровой энергии.
Совместные исследования в области ветроэнергетики, финансируемые ЬЭС и проводимые университетами, отдельными учеными и энергокомпаниями Великобритании и Испании, также направлены на создание крупных ВЭУ.
В Канаде, в Политехническом институте Монреаля, продолжаются иослсдования ВЭУ с вертикальной осью вращения. Ряд таких ВЭУ находится в опытной эксплуатации» в том числе одна мощностью 4 МВт. В Австралии, и университете Мельбурна, и в Англии проводились исследовании свойств ВЭУ с веріикальньїми шарнирно складывающимися лопастями.
Рял научно-исследовательских программ в разных странах (Дании, Иіалии. Японии и др.) посвящен вопросам регулирования ветровых турбин, работающих с переменной частотой вращения, и оценке эффективности основного их преимущества - повышение отдачи мощности при изменяющейся скорости ветра но сравнению с дополнительными капиталовложениями в систему генерирования электроэнергии (преобразователь и система управления) и дополнительными потерями энергии в них |2].
Около 95% вырабатываемой ветровой электроэнергии в мире производится ветроэнергетическими установками, объединенными в комплексы - фермы, парки и т. д. (рис. I ), которые в российской термшнхюіии принято называть ветроэлектростанциямн (ВЭС), причем большая часть приходится на ВЭС, работающие параллельное электрическими сетями. Такие комплексы эффективно используются как для работы на объединенные электрические cet и большой мощности. гак и для работы на сети соизмеримой мощности или в сочетании с лруї ими источниками энергии, резервирующими или аккумулирующими.
Рис. I. Датская лпстрятт ірерми*
Первое месі о по использованию энергии ветра занимают США, где в Калифорнии эксплуатируются три крупнейших в мире ВЭС: Алтамонт Пасс (примерно 1 500 МВт), Гзксачани Пасс, Сан Джорджонно I lace [ I ].
Ветроэнергетические комплексы, состоящие ит комбинации ВЭУ с другими источниками энергии или аккумуляторами, обеспечивают непрерывное знері оснабжение автономных потреби палей вне зависимости от наличия и интенсивности ветра в данный момент времени
За рубежом широко распространены ветродизельные электростанции (ВДЭС). Исследования таких систем проводи т Институт ветроэнергетики в Германии (опытный комплекс DF1WI), фирма «Епегсоп» и Центр исследований энергетики во Франции, отдельные энергокомпанин в Австралии, Испании, Греции и других странах (см. табл.).
Таким образом. во многих странах в 90-е гг. XX в. встрознеріегика сложилась в самостоятельную отрасль ТЭК и промышленного производства. В настоящее время общая установленная мощность ВЭУ превышает 8 тыс МВт.
Характеристик« зарубежной ветроин-ргетики
Страна, реяюн Мощность введенная, MIW Мои ни иг п. устаиишигннал. MHv
США н Канада — 1 6S5.00
Юягнля и Центральная Америка 1.05 11,05
Америка в целом 1.05 1 696,05
Германия 505,29 1 119,37
Длин* 7К.00 610,00
Голландия 94JX1 24К,И1>
HotHKufipmuiiMji 39.50 189,50
Испания •tfvSO 122,05
Швеция 10,20 32,20
1 рении 0.70 27,40
Ир.шмия 5,ОП 2 MS
Португалии 5.00 13,50
Финляндия IJU 7.09 .
Остальные еиропсйскяс страны 10,00 37.60
Европа, всего R'24,64 2495,37
Азия, 8ССГО ЗЯ0.00 618,00
Апсгралим и Попал Зеландии — 6,20
Другие регионы 20,00 63,70
Весго 1 225,60 4 87K.27
Цена электроэнергии, получаемой на ВЭС. по оценкам института EPKI (США) составляет 5-7 цснт/{кВт • ч) и сравнима с показачеляхш традиционных электростанций.
По суммарным татра там. включающим обслуживание, ремонт, топливо, ГГ)С 11,4 ценг/(кВг ч)| оказываются иредпочтгепьнее угольных |2 цен1'(кВт ч)], гатовых (2Л> цент/(кВт • ч)], мачутиых [3.2 цснт/(кВт • ч)] ТЭС.
11ривсденные данные относятся к регионам со среднегодовыми скоростями ветра 5-6 м/с. При более высоких среднегодовых скоростях ветра -эффективность ВЭС во трас тает.
В 1995 г. и ряде стран была принята новая энергетическая политика, предусматривающая, в частности, значительное увеличение производства электроэнергии га счет возобновляемых источников энергии и снижение се стоимости [2].
К 2020 г. в Нидерландах с помощью новой энергетической политики планируется получить та счет нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) до 10% общего производства электроэнергии. Эю тначит, что выработка электроэнергии на ВЭС возрастет в 15 рач по сравнению с 1995 т. 1а 1995 г. установленная мощность ВЭС выросла со НК) до 250 МВт. I ло-балытая цель - достичь к 2020 т. мощности ВЭС, равной 3 000 МВт
Экономические расчеты покачали: для того чтобы ВЭС могли играть существенную роль в общем энергоснабжении страны, их строительство следует вести и местах со среднегодовыми скоростями ветра не ниже 8 м/с и оснащать их ВЭУ мощностью не менее I 000 кВт.
Техническую политику в области нетрадиционной энергетики, в том числе и ветроэнергетики. координирует Министерство экономики РФ. Цель новой политики в области ветроэнергетики — в течение 5—10 лет достигнуть конкурентоспособности с источниками энергии на природном топливе, для чего необходимо снизить стоимость электроэнергии, вырабатываемой на ВЭС, на 50%.
В Нидерландах ветроэнергетика успешно развивается при финансовой поддержке государства и инвестиций коммерческих компаний. Существенную прибыль производителям приноси! экспорт, причем не только оборудования, но и проектов. В США к 1996 г. мощность установленных ВЭУ достигла 1 770 МВт. что состанляег около 40% мощности всех В'К', установленных в мире. Ьолсс 1 600 МВт мощности ВЭУ сосредоточено в Калифорнии, остальные ВЭС разбросаны но всей стране. В штаге Техас установленная мощность ВЭУ равна 42 МВт, в ближайшее время планируется увеличить ее до 255 МВт 11 ].
Министерством энергетики США утверждена «Прог рамма исследования и развития ветроэнергетики» на длительную перспективу. Одновременно предпринимаются шаги по развитию технической оснащенности ВЭС на бате ВЭУ с улучшенными аэродинамическими и стоимостными характеристиками - так называемые ВЭУ нового поколения, Развитие ветроэнергетики в стране осуществляется государством в основном за счет налогового кредита, который ни
рынке энергии составляет 0,015 долл/(кВт • ч), и отчисления части прибыли от продажи ветровой электроэнергии. Программа предусматривает к 2010 г. увеличение мощности действую щих Н'Х’ до 10 000 МВт.
Для привлечения частных инвестиций установлены налоговые льготы, а для потребителей -льготы ни покупку ветровой электроэнергии, ’Эта финансоная полиіика позволяет наращивать мощносіь ВЭУ и развивать ветроэнергетику в целом. Программой планируется более точное изучение ветровою потенциала, которое позволит снизить финансовый риск инвесторов при осуществлении ветроэнергетических проектов. Все элементы программы развития ветроэнергетики в США свяэаны с Национальным координационным комитетом по ветроэнергетике, а «ак-же с частными производителями, энергокомпаииями. юрговыми организациями, обществами защиты окружающей среды.
В 1995 г. открылся новый Национальный центр по встрошеріегике и юроде Голден (штат Колорадо) для типовых испытаний и сертификации ВЭУ, а также для испытаний лопастей промышленных образцов ВЭУ. Программы развития неіроэнергетики позволили снизить стхжмость электроэнергии на ветростанциях с 0,35 долл. США в 19¿4 і. до 0,05 долл. в 19% г. Іакие результаты, тенденция к дальнейшем}' снижению стоимости, наличие значительного ветрового потенциала дают возможность прогнозировать значительный росі доли ветроэнергетики. США предполагают удвоить его в течение ближайшего десятилетия при одновременном резком спи жении стоимости электроэнергии (2),
Германия признана в настоящее время европейским лидером по использованию жергин не гра и годовому вводу ветроэнергетических мощностей (рис. 2).
Рис, 2 ЮС на баїе яетрарстатмиж немецкой фирмы *7Ж‘А7ї Юїпсіс/міім (ші ііг/лсчУмм п-юне ВЭУмощ ностью },5 МИт)
І Іроизволство электроэнергии на ВЭУ в текущем году приближается к 1% общей выработки электроэнергии в стране, причем цо 1996 і. наблюдался непрерывный рост числа ежегодно монтируемых установок и их единичной мощности.
Дания первой в Европе после нефіяною кризиса 70-х гг. XX н. приступила к широкомасштабному использованию энергии ветра с целью выработки злектрознері ии. К 1980 г, она становится лидером, интегрировав в энергосистему 614 МВт установленной мощности В УС. Іоль-ко за 1995 г. страна ввела 75 МВт новых мощностей. Интеграции экологически чистой ветровой энергетики в энергосистему Дании помогла поддержка государства, крупных энергопатьзовате-лей и экспортеров. Но государственная поддержка требует от произвол и іелей ВЭУ снизить цену на производство электроэнергии до 4,7 цент/(кВг • ч) в районах, где скорость ветра больше 8 м/с, а также уменьшить па эквивалентную величину производство электроэнергии угольными тепловыми и атомными электростанциями [1).
В 1991 г. впервые в мире в Дании была введена в действие морская электростанция Vimleby. ІЗ ее составе 11 ВЭУ фирмы Boons мощностью по 450 кВт с диаметром ветроколеса 17 м. ВЭС расположена в 2 3 км от побережья острова Лолланд. В настоящее время готовится специальная программа строительства морских ВЭС и разрабатываются ВЭУ единичной мощностью до 5 МВт
Дания, как и другие страны, использует различные механизмы поощрения рынка ветровой энергии. Развитие возобновляемых источников энергии финансируется в Дании в основном частными или кооперативными инвесторами, которых побуждают различными нормативными актами делать инвестиции. Установлены четкие условия дня вложения денег в освоение новых технологий, обеспечивающих получение ощутимой прибыли or продажи электроэнергии. Ветровая энергетика должна развиваться по пути увеличения мощностей ВЭС с гарантированным уровнем готовности 90% Это позволяет банкам и другим инвесторах» снизить финансовые риски, предотвратить разорение страховых компаний. Годовой доход от продажи электроэнергии на ВЭС должен покрывать возможные страховые убытки. Ьанки готовы кредитовать до 5 ООО МВт установленной мощности ВЭС в мире с гарантированным сроком службы не менее 10 лет 13).
Ьолынос влияние на развитие вефоэпергетики в Дании оказывает общественное мнение, анализ которого (многочисленные опросы населения и т. д.) показал, что оі 70 до 90% респондентов поддерживают тго направление электроэнергетики Дания является также крупнейшим экспортером ве] ротехинки.
Ветроэнергетическая программа Индии направлена на внедрение в стране коммерческих ВЭС в крупном масштабе. Планируется, чго осуществление программы сократит разницу в стоимости электроэнергии, полученной от ВЭС при работе на электрические сети и от традиционных источников энергии. Принятая на восьмилетий период национальная программа предусматривает достичь установленной мощности ВЭС 500 МВт. Координация работ поручена Министерству нетрадиционных источников энергии (MNES). Управление кредитами и техническая политика возложены на Индийское агентство но развитию возобновляемой энергии (IREDA) [ 1J.
Всемирный банк реконструкции и развития (ВБРР) открыл кредитную линию IREDA и размере 195 млн долл. США для проектов развития НВИЭ. в том числе и для зарубежных партеров. ВБРР финансирует два основных проекта:
техническая помощь в ироіраммах целевого развития определенных направлений деятельности IREDA;
— финансирование проекта НВИЭ общей мощностью 187,5 МВт, в том числе ВЭС мощностью 85 МВт.
IKEDA стимулирует производителей электроэнергии на ВЭС. освобождая их на 5 лет от налогов, акцизного налога и НДС. а также вводя тарифные льготы при продаже электро-ЭНер! ии в сеть.
В целях привлечения интереса к развитию ветроэнергетики государство освободило от налогообложения инвесторов и пользователей на 5 лег, на 100% освободило от таможенных пошлин импортеров специфических компонентов для ВЭУ и на 25% - импортеров комплектных ВЭУ.
В Швеции для решения проблемы необходимости строительства электростанций с альтернативными источниками энергии была создана Энергетическая комиссия, состоящая из членов всех фракций шведского парламента Исследован шведскую энергетическую политику, комиссия в декабре 1995 г. предложила создать единую программу реструктуризации и дальнейшего развития национальной энергетической системы.
Швеция была одним из инициаторов развития современной ветроэнергетики. В 1987 і. ноеле нефтяного кризиса в стране была пущена первая ВЭУ мощностью60 кВт, а в последующие годы стали сооружаться ВЭУ мсгавапного класса. Наиболее удачными проектами оказались ВЭУ Muglarp и Nassuden-1 мощностью по 3 МВт, построенные в 1987-1989 гг.
В отпускную стоимость электроэнергии от ВЭУ в Швеции включается бонус на охрану окружающей среды. Цена электроэнергии для реальных проектов рассчитывается с учетом 5%-ной надбавки на 25 лет для ремонта и обслуживания ветровых турбин. В настоящее время на ВЭУ в Швеции может быгь установлена цена, сравнимая с другими видами производства электроэнергии в том же самом регионе. Дня участников тендеров на проекты ВЭУ установлены два основных критерия лимитная цена электроэнергии и уровень шума, который не может быть превышен. В результате на шведском ветровом рынке предполагается появление наиболее экономически эффективных ветровых турбин (2).
Китай обладает огромным ветроэнергетическим потенциалом, По предварительным подсчетам, экономический нотенциил составляет 253 • 10 МВт это регионы, расположенные преимущественно на севере. западе еіраньї и вдоль береговой .тннии. С 1980 г. использование ветровой энергии становится одной из частей программы электрификации сельской местности. Было установлено батее 15 тыс. малых ВЭУ мощностью 10-100 кВт (обшей мощностью 17 МВт ) автономного исполнения без соединения с электрическими сетями.
Благодаря прогрессу и науке и технологии веірознергетика Китая очень быстро совершенствовалась и развивалась в основном как технология для строительства ВЭС. Надежность ветро-гн регато н увеличилась с 50% в 19811 г. до 90% в настоящее время. Цена іенсрируемой электроэнергии в Китае такая же, как на угольных ТЭС, и ниже, чем на атомных. Инвестиции в ВЭС составляю! около 10 тыс. юаней на установленный киловатт. По мерс расширения участия ветроэнергетики в общем знеріегическом балансе предполагается уменьшать эго значение, Напротив, инвестиции в ТЭС постоянно растут, хотя и составляют пока около 10 зыс. юаней на уста новлениый киловатт при импортном оборудовании. Инвестиции в малые ТЭС составляют около 7 тыс. юаней/кВт, не считая стоимости котлов. Установленный киловатт малой гидроэнергетики обходится и 6 тыс. юаней. Однако следует иметь в виду, что строительный период ВЭС очень короткий и инвестиции практически прекращаются с окончанием строительства. ВЭС начинают производить электроэнергию в первый инвестиционный год, принося прибыль. Стоимость основного оборудования постоянно снижается, так же как затраты на управление и обслуживание. На ГЭС же 80% стоимости производимой электроэнергии составляет цена на топливо, которая непрерывно растет. Поэтому производство ветровой энергии начинает приобретать преимущество перед друз ими традиционными видами энергии [3|.
Время использования установленной мощности в различных районах Китая превышает
2 500 часов в год. Как правило, наиболее высокие экономические показатели имеют крупные ВЭС с ветроагрстатами большой номинальной мощности Китай переживает подъем экономики. Ежегодный прирост внутреннего национального продукта составляет по стране 9-І 1%, а в Южном Китае — около 20%. Основным условием обеспечения роста экономического и социального благополучия является постоянный прирост производства »лекіроліері ии. В начале XXI в. на ВЭС Китая будет производиться 0,3% обшего производства электроэнергии.
Современная волна развития ветроэнергетики, поднявшаяся в 70-х гг. прошлого века, связана с мировыми нефтяным и »неріегическим кризисами, а также ухудшающейся экологической обстановкой на планете из-за увеличивающихся вредных выбросов в атмосферу. Существенная доля таких выбросов приходится на тепловые электростанции, составляющие основу современной электроэнергетики. Кроме того, в ряде стран приняты программы прекращения строительства или вывода из эксануатацни действующих АЭС. Все это привело к необходимости широкого использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии, среди которых ветровая энергия по своему энергетическому потенциалу занимает ведущее место.
В большинстве стран Ввропы, Америки и Азин, где развитие ветроэнергетики приобрело широкие масштабы, приняты национальные программы, финансируемые государством, созданы национальные центры ветроэнергетики, а также государственные и общественные организации, призванные обеспечить поддержку развития ветроэнергетики со стороны населения, привлечение инвестиций и управление ими.
Национальные программы направлены в основном на коммерциализацию ветроэнергетики для достижения ее конкурентоспособности по сравнению с традиционными источниками энергии. По-злому главным направлением НИОКР, в значительной степени финансируемых и управляемых государственными структурами, ивляеіся снижение стоимости производства электрознер* ни на ВЭУ и ВЭС та счет улучшения аэродинамики ueipOftux іурбии. роста производства электроэнергии нулем увеличения в разумных пределах единичных мощностей ВЭУ, улучшения качества производства и надежности ВЭУ, продления срока их службы и снижения эксплуатационных затрат.
Другой путь снижения стоимости электроэнергии - строительство крупных В'* в районах с высоким ветровым потенциалом, в том числе морских, которые работают параллельно с электрическими сетями большой мощности.
Дня привлечения част ных инвесторов в большинстве стран установлен рял налоговых льгот, вплоть до освобождения о г налогов или снижения процентной ставки налогов на определенный срок: предоставляются кредиты на длительный срок под льготный процент с отсрочкой плаїе-жей до окончания строительства; вводится экологический налог; создаются фонды развития за счет отчисления части прибыли от продажи злектрознері ии; устанавливаются местные тарифы,
позволяющие обеспечить возврат капитальных затрат в ветроэнергетику и іечение 10 лег
