ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭКОНОМИКА Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

WIND ENERGY

Статья поступила в редакцию 06.03.10. Ред. рег. № 750 The article has entered in publishing office 06.03.10. Ed. reg. No. 750

УДК 621.311.24

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭКОНОМИКА Е.В. Соломин

ООО «ГРЦ-Вертикаль» 456300 Челябинская обл., г. Миасс, Тургоякское шоссе, 1 Тел. (912) 317-1805, факс: (351) 264-7694, e-mail: src-vertical@mail.ru

Заключение совета рецензентов: 10.03.10 Заключение совета экспертов: 13.03.10 Принято к публикации: 15.03.10

В статье описаны принципы выбора, внедрения и расчета окупаемости ветроэнергетических установок персонального применения.

Ключевые слова: ветроэнергетика, экономика, возобновляемые источники энергии, турбины, альтернативная энергетика.

WIND TURBINE ECONOMY E.V. Solomin

"SRC-Vertical", Ltd. 1 Turgoyaksky road, Miass, Chelyabinsk reg., 456300, Russia Tel. (912) 317-1805, fax: (351) 264-7694, e-mail: src-vertical@mail.ru

Referred: 10.03.10 Expertise: 13.03.10 Accepted: 15.03.10

The article describes the basic issues of economical cost analysis of personal use wind turbine choice, installation and payback.

Ветроэнергетические установки, получившие некоторую популярность среди населения планеты за последние 50 лет, представляют собой настолько широкое многообразие форм, типов и размеров, что обычному потребителю электроэнергии, пожелавшему поставить у себя «бесплатный» источник тока, чрезвычайно трудно определиться с выбором турбины, а тем более просчитать ее экономику. Рынок же предлагает не только ветроустановки в качестве источника электропитания, но и широкий выбор солнечных батарей, биогазовых установок, тепловых насосов, а также большой спектр экзотических, зачастую неработоспособных источников «бесплатной» электроэнергии.

Выбор персонального источника возобновляемой энергии

При выборе персонального источника возобновляемой энергии необходимо оценить, какой из возобновляемых источников преобладает в районе внедрения [1, 2, 3]. Например, если источник энергии необходим в каком-то месте долины гейзеров на Камчатке, безусловно, надо создать геотермальную

электростанцию. Если необходимо запитать объект, находящийся рядом с крупным сельскохозяйственным комплексом, можно рассмотреть вариант строительства биогазовой установки. Если источник энергии нужен в районе экватора, в пустыне - надо рассматривать солнечную энергетику. Если солнечная активность в течение года мала, а ветер не прекращается, целесообразно внедрять ветроэнергетические установки. А в незамерзающих реках ставить гидростанции.

Тем не менее, принимая решение по выбору того или иного источника электроэнергии, необходимо пользоваться не только здравым смыслом, но и рекомендациями специалистов, данными исследований, экономическим анализом [1]. В этом случае не исключено применение гибридных установок. Например, ветросолнечных, гидрогеотермальных и т.д. Окончательное решение должно приниматься после проведения экономического анализа эксплуатации каждого типа внедряемого оборудования и его вариаций в данных условиях. Такой анализ является достаточно громоздким, поэтому в данной статье рассматриваются только аспекты ветроэнергетики.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 2 (82) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

Е.В. Соломин. Ветроэнергетическая экономика

Выбор места размещения ветроэнергетической установки (ВЭУ)

При условии, что выбор источника энергии выпал на ВЭУ и ветровая обстановка, судя по заключениям местных метеостанций и экспертов, является в целом удовлетворительной, необходимо найти оптимальный вариант размещения установки. Последовательность действий при выборе места размещения ВЭУ персонального применения (отдельно стоящий дом или коттедж, квартира в многоэтажном доме, отдаленный цех или офис и т.п.) может быть следующей [2-5]:

- Сбор данных ветрового потенциала в месте возможного размещения ветроэнергетической установки. Определить розу ветров в данной местности, направление преимущественного ветра и по силе, и по времени. При этом надо иметь в виду, что показания любой метеостанции усреднены и верны только для места, в котором находится данная станция. Практика показывает, что порой в одном километре от абсолютно безветренной территории может находиться природная «аэродинамическая труба», в которой скорость ветра может быть в несколько раз выше средней по региону. Таким образом, в ряде случаев будет более выгодно разместить установку в ветреном месте, на некотором удалении от потребителя взамен на кратное увеличение генерируемой энергии.

- Определить место установки ВЭУ так, чтобы со стороны набегающего ветрового потока (направления преимущественного ветра) на ВЭУ отсутствовали препятствия в виде строений и деревьев на расстоянии не менее двойной высоты указанных препятствий. В случае, если препятствий избежать невозможно, высоту мачты ВЭУ необходимо выбрать такой, чтобы нижние кромки лопастей ротора были на 2-3 метра выше этих препятствий.

- Расстояние от поверхности земли до нижней вращающейся части ВЭУ не должно быть меньше 2 метров, чтобы избежать травмирования человека движущейся частью ротора.

- Мачта ВЭУ должна быть огорожена изгородью высотой не менее 1,5 метра. Радиус изгороди должен быть на 1 метр больше радиуса ротора, размещенного на мачте. Зона отчуждения (т.е. место, где не должны находиться люди и животные) должна иметь радиус, равный длине мачты + высота верхнего яруса. Например, высота мачты 16 метров, высота верхней части ротора ВЭУ 2 метра. Тогда зона отчужде-

ния будет 16 + 2 = 18 метров. Лучше добавлять 1-2 метра для подстраховки. Зона отчуждения необходима для соблюдения техники безопасности в плане возможного падения мачты или разлета лопастей.

- В случае установки нескольких ВЭУ на ограниченной территории расстояние между осями ВЭУ рекомендуется не менее 10 диаметров их роторов, если они установлены не по фронту к преимущественному ветру, и на расстоянии двух диаметров, если ВЭУ установлены по фронту к ветровому потоку. Если ВЭУ в ветропарке расположены на разной высоте, решение принимается в каждом случае индивидуально.

- Для прокладки электрических кабелей необходимо установить подземные желоба или трубы.

Расчет экономической целесообразности внедрения ВЭУ

Упрощенный экономический расчет в ветроэнергетике основывается на сравнении альтернатив [1]. Принимая во внимание среднюю скорость ветра в месте размещения и стоимость киловатт-часа, можно посчитать, какое количество энергии в течение какого времени сэкономит ветроэнергоустановка. Это и есть начальные данные для расчета окупаемости ВЭУ.

- Среднюю скорость ветра можно узнать в местной метеостанции, однако, как уже говорилось выше, это могут быть данные, не совсем точные для конкретного места. Проведение же измерений в данном месте - дело долгое и дорогостоящее. Поэтому почти в половине случаев решение по размещению персональной установки принимается на основании полученных данных, логики и опыта размещения, опыта эксплуатации установок в данном месте или регионе, наблюдений старожилов и других, в ряде случаев косвенных данных.

- Стоимость киловатт-часа, как правило, у всех потребителей разная. Поэтому необходимо взять именно ту цифру, по которой будет вестись учет энергопотребления.

- Вычисление вырабатываемой мощности. Как правило, для каждой установки известна характеристика мощности в зависимости от скорости ветра, которая может выглядеть в виде графика или таблицы. Например, для ветроэнергетической установки ВЭУ-3 ГРЦ-Вертикаль мощностью 3 кВт характеристики представлены в таблице и на рисунке.

Мощность ВЭУ в зависимости от скорости ветра (с учетом КПД электроприборов) Power of wind turbine depending on wind speed (efficiency of electric devices is counted)

Скорость ветра, м/сек 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Мгновенная мощность, кВт 0,06 0,2 0,4 0,7 1,1 1,7 2,5 2,9 3,3 3,4

Дневная выработка, кВтч 1,4 4,8 9,6 16,8 26,4 40,8 60,0 69,6 79,2 81,6

Месячная выработка, кВтч 43 144 288 504 792 1224 1800 2088 2376 2448

Годовая выработка, кВтч 518 1728 3456 6048 9504 14688 21600 25056 28512 29376

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 2 (82) 2010 © Научно-технический центр «TATA», 2010

Ветроэнергетика

График мощности ВЭУ-3 ГРЦ-Вертикаль в зависимости от скорости ветра Curve of SRC-Vertical WPU-3 versus wind speed

Пример 1. В предполагаемом месте размещения стоимость киловатт-часа 2 руб., а среднегодовая скорость ветра составляет 4 м/с (условия средней полосы России). Мгновенная мощность, вырабатываемая данной установкой на этой скорости, составляет 0,2 кВт. Энергия, получаемая за час, будет равна 0,2 кВтч. В сутки эта установка выдаст 0,2 кВтч х 24 = 4,8 кВтч, а за год - 4,8 кВтч х 365 дней = 1752 кВтч. При стоимости киловатт-часа 2 руб. стоимость годовой выработки (т.е. сумма, которую помогла сэкономить ВЭУ) будет равна 1752 кВтч х 2 руб. = = 3504 руб. Например, при стоимости ВЭУ 300 000 руб. срок окупаемости при данных условиях составит 300 000 руб./3504 руб. = 85 лет.

Пример 2. В предполагаемом месте размещения стоимость киловатт-часа 35 рублей (завоз дизтоплива), а среднегодовая скорость ветра составляет 8 м/с (условия Камчатки и Севера). Мгновенная мощность, вырабатываемая данной установкой на этой скорости, составляет 1,7 кВт. Энергия, получаемая за час, будет равна 1,7 кВтч. В сутки эта установка выдаст 1,7 кВтч х 24 = 40,8 кВтч или за год 40,8 кВтч х 365 дней = = 14892 кВтч. При стоимости киловатт-часа 35 руб. стоимость годовой выработки (т.е. сумма, которую помогла сэкономить ВЭУ) будет равна 14892 кВтч х х 35 руб. = 521 220 руб. Например, при стоимости ВЭУ 300 000 руб. срок окупаемости при данных условиях составит 300 000 руб./521 220 руб. = 0,57 года.

Безусловно, данный расчет является упрощенным, т.к. во внимание не берется зависимость КПД ВЭУ и электронных приборов от метеоусловий, амортизация оборудования, флуктуации стоимости киловатт-часа, скидок в стоимости ВЭУ и многое другое. При желании потребитель может произвести более точные расчеты, воспользовавшись услугами специалистов.

Приведенные выше расчеты были основаны на сравнении цены ВЭУ с предлагаемыми тарифами на электроэнергию. Однако, если в месте, предполагае-

мом под размещение ветроэнергетической установки, вообще нет линий электропередач (ЛЭП), или ближайшая линия находится в нескольких километрах, необходимо принять во внимание, что стоимость проведения ЛЭП составляет ориентировочно 1 млн руб. за километр. После прокладки ЛЭП ее необходимо обслуживать, при этом оплачивая энергетической компании каждый потребленный киловатт-час по все возрастающим тарифам, опасаясь, что вырастающие рядом здания могут создать дефицит электроэнергии. Например, предполагаемое место размещения ВЭУ находится в 40 км от ближайшей ЛЭП. Потребителем является отдельно стоящий среднестатистический небольшой коттедж с потреблением 500 кВтч в месяц, или 500 кВтч/30 дней/24 ч = 0,7 кВт мгновенной мощности потребления. Данный расчет также является упрощенным, т.к. он не учитывает график наличия/отсутствия ветра, ряд особенностей энергопотребления, в частности, пики, график потребления и т.д. Тем не менее, он отражает усредненный вариант, в котором потребителю достаточно 3 установок номиналом 3 кВт каждая, выдающих на скорости ветра 4-4,5 м/с (т.е. средней для России) ориентировочно 0,23 кВт, или в целом 0,7 кВт мгновенной мощности. В этом случае явно выгодней приобрести 3 установки по 300 000 рублей, чем проложить ЛЭП стоимостью 40 млн рублей, чтобы еще и оплачивать каждый киловатт-час.

Однако ситуация меняется, если это не отдельный коттедж, а один из 100 домов, вновь выстроенных в данном месте. При проведении ЛЭП для них стоимостью 40 млн рублей стоимость проведения для каждого коттеджа составит всего 400 000 руб. Тогда стоит задуматься, что лучше - провести ЛЭП за указанную сумму и быть коллективным пользователем или приобрести 3 ВЭУ общей стоимостью 1 200 000 рублей... Пожалуй, мнение должно склониться к коллективному пользованию. Но при аварийном отключении электроэнергии зимой, а тем более, когда теплоснабжение также основано на электричестве, вариант приобретения автономного источника питания вспомнится непременно.

Список литературы

1. Соломин Е.В. О компании // Сайт ООО «ГРЦ-Вертикаль». www.src-vertical.com. Челябинск: 2007.

2. ГОСТ Р 51237-98. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения. № 460 от 25.12.1998.

3. ГОСТ Р 51991-2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Общие технические требования. № 516 СТ от 25.12.2002.

4. ГОСТ Р 51990-2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Классификация. № 515 СТ от 25.12.2002.

5. Перспективная программа развития национальных стандартов, обеспечивающих их гармонизацию с международными стандартами в научно-технической и производственной сферах на 2008-2012 годы. М., 2007. С. 1-35.

гхп

— TATA — CXJ

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 2 (82) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010