Ветроэнергетика: пути развития

Ускоренные темпы развития мировой ветроэнергетики выявили необходимость качественной модернизации генерирующих устройств при их применении на континентальных территориях.

В настоящее время 89 91 процент всех промышленных ветрогенераторов в мире представляют из себя горизонтально-осевые системы (HAWT), имеющие пропеллерно-лопастные турбины и сосредоточенные в пределах морских побережий и шельфов с сильными (12 25 м / с), устойчивыми ветрами.



Ветроэнергетика офшорных зон

Такие ветроустановки получили название офшорных. По данным Всемирной ветроэнергетической ассоциации (WWEA), в списке стран, обладающих ветроэнергетическими мощностями суммарно более 1000 МВт, только Австрия (последняя, двадцатая позиция) не имеет выхода к морю.

Подобная крайняя диспропорция – главное противоречие современной ветроэнергетики: мощности сосредоточены там, где они меньше всего нужны, так как на морские побережья легче и дешевле всего доставлять традиционные энергоносители (уголь, нефтепродукты, сжиженный газ).

На деле область успешного применения ветрогенераторов HAWT еще более ограничена, привязана к атмосферным фронтам от океанских течений, например, Гольфстрима, и к благоприятным географическим широтам. Вот почему офшорная ветроэнергетика на севере Западной Европы развивается динамично, а средиземноморские и черноморские страны прогрессируют в этом направлении очень медленно. Если на атлантическом побережье башням ветроэнергетических установок (ВЭУ) достаточно высоты в 40 45 метров, то дислокация их же на Крымском полуострове требует вертикального подъема турбин на 100 метров. Метеоусловия для ветрогенерации на большинстве высокоширотных побережий российского Дальнего Востока не столь благоприятны, как на юге Китая и в Индии.

Следующим природным фактором, ограничивающим применение систем HAWT в офшорных зонах, является суровость и продолжительность зимнего времени года. Тихоходные (20 45 оборотов в минуту) пропеллерно-лопастные турбины промышленной мощности при отрицательных температурах подвержены обледенению, а эффективной защиты от этого пока не существует.

В континентальном климате с преобладанием среднескоростных, переменчивых по направлению и порывистых ветров, при низких температурах офшорные системы HAWT резко утрачивают свои технико-экономические преимущества и непригодны к применению. Именно об этом говорит опыт строительства башкирской, калмыцкой, калининградской и других ВЭС в России, равно как и аналогичных объектов материковой дислокации за рубежом.

Часть башен в составе материковых ветропарков всегда находится в ремонте. Эксплуатационный пробег установок большой и крупной мощности падает с двадцати-двадцати пяти до десяти-двенадцати лет, в обратном порядке возрастают сроки окупаемости капиталовложений, получения прибыли от которых не предвидится. Отсюда понятно решение, принятое Бельгией, о прекращении работы ветропарков на суше и их возвращении в благоприятные офшорные позиции.

Между тем энергетический запрос континентальных территорий по меньшей мере в сто раз превышает потребности офшорных зон. Но офшорные ветрогенераторы HAWT промышленной мощности не поддаются адаптации к материковому климату, а попытки решить проблему в направлении развития малой ветроэнергетики не приводят к успеху, поскольку энергоснабжение от маломощных ветряков в десять и более раз дороже, чем от сетевых источников, а их полный износ в турбулентных потоках происходит всего за полтора-два года.

Весь мировой опыт приводит к выводу, что создание материковой ветроэнергетической индустрии на базе пропеллерно-лопастных систем HAWT любого уровня мощности невозможно. С такой технологией ветроэнергетика не в состоянии вырваться из офшорных зон.



Материковые виндроторы

В истории техники известны вертикально-осевые ветрогенераторы (VAWT), или виндроторы, успешно работающие на среднескоростных (6 9 м / с) ветрах в неустойчивых воздушных средах, ортогональные турбины которых самостоятельно ориентируются на ветер, работают в более скоростных режимах 120 300 оборотов в минуту, что позволяет устранять обледенение. Единственным слабым местом виндроторов является их недостаточная для промышленных целей мощность, которая на практике не превышает пока 15 20 кВт.

По мнению автора, создание материковой ветроэнергетики осуществимо исключительно с применением вертикально-осевых турбин, или виндроторов (так называемая WR-генерация), на условиях модернизации этих установок до промышленно значимых мощностей.

В свою очередь, достижение виндроторами промышленных мощностей возможно посредством совершенствования аэродинамических качеств, от чего трудно ожидать резкого скачка эффективности, а также на условиях обеспечения в пять-двадцать и более раз большей, чем сейчас, площади, ометаемой их ортогональными турбинами. Решение этих задач возможно двумя путями: первый – усиление конструктивно-силовых схем виндроторов; второй – применение WR-кассетных конструкций или кластерных моделей VAWT.

Другая стратегия развития ветроэнергетики континентальных стран, включая Россию, сегодня ошибочна в силу уровня развития техники и климатических условий.

Автономность – сильный козырь ветроэнергетики
Важной особенностью ветроэнергетики является нецелесообразность подключения ВЭУ к единой энергетической системе, поскольку такое подключение повышает риски дестабилизации ЕЭС. Сетевая интеграция ветроустановок и станций не только сложна, технико-экономически не оправданна, но и практически невозможна. Автономность, являясь сильной стороной альтернативного энергоснабжения, должна не подвергаться сомнению, а всемерно использоваться на практике.

Цена электричества от ветра в лучшем случае (при применении крупных ветрогенерирующих объектов) на 50 60 процентов превышает стоимость сетевого питания. С учетом иных, кроме автономности, достоинств ветрогенерации (возобновляемость, экология) данный экономический показатель принято справедливо считать приемлемым. Будет неправильным достигнутый ценовой показатель ухудшать, в том числе затратами на строительство и эксплуатацию протяженных линий электропередачи.

Когда разница в цене на электричество отличается на проценты, а не в десятки раз, имеется возможность решить проблему единого тарифа фискальной политикой государства.

Сегодня, по данным НИИ энергетических сооружений, 20 миллионов сельских жителей России, или 54 процента сельского населения страны, относятся к потребителям, не имеющим централизованного электроснабжения либо имеющим нестабильные коммуникационные связи с ЕЭС. Эта категория граждан сезонно увеличивается в два-три раза за счет горожан, выезжающих в сельскую местность на летний отдых.

Согласно переписи 2010 года, в России насчитывается 102,2 тысячи сельских населенных пунктов с количеством жителей до ста человек, или 68 процентов от общего числа сельских поселений. При этом в последние двадцать лет характерно устойчивое снижение удельного веса крупных сельских поселений (с населением более ста человек) с 49 до 32 процентов.

Создание материковых ветрогенерирующих мощностей в России следует начать с решения проблем сельских потребителей, на принципах строительства:
∙ модернизированных WR-генераторов кустового энергоснабжения десяти-ста домохозяйств, фермерских сельхозпроизводителей;
∙ WR-генераторов крупной мощности от 400 кВт в виде автономных установок или виндроторных ветропарков модернизированного типа.

Генерирующие компании ЕЭС инвестируют в автономную ветроэнергетику либо выкупают по рыночной стоимости освободившиеся мощности.



Будущее ветроэнергетики

Экспертная оценка энергетического потенциала атмосферных потоков в пределах России составляет 30 процентов от достигнутой мощности всех электростанций страны, или порядка 60 70 ГВт.

Минэнерго РФ, считая сведения из регионов достоверными, понижает планку возможностей ВЭУ до 14 ГВт.

По мнению IFC, объем внутреннего рынка России составляет 27 миллиардов евро, или 30 35 ГВт (среднее значение между теоретическими расчетами и данными Минэнерго РФ от регионов). При этом, называя цену вопроса, Международная финансовая корпорация исходит из того, что зависимость РФ от импортного ветроэнергетического оборудования будет и далее сохраняться на уровне существующих 80 процентов.

Организация автономного энергоснабжения потребителей от ветра в сельской местности, в малых населенных пунктах высвободит мощности ТЭКа России для нужд больших городов, крупных промышленных объектов, что потребует финансирования на первом этапе модернизации в объеме 4 5 миллиардов евро, сопоставимого со стоимостью ветроэнергетической программы Германии. Такое совпадение не случайно, поскольку расчеты основываются на ценах за оборудование, работы и услуги от западноевропейских монополистов.

Данное положение может быть качественно изменено исключительно на основе международной кооперации по промышленному освоению модернизированных систем WR-генерации материкового назначения. Вложенные средства будут пообъектно окупаться за четыре-пять лет, чего от зарубежных технологических систем HAWT ожидать не приходится.

Экспортный потенциал инновационного ветроэнергетического машиностроения материкового назначения оценивается в денежном выражении по меньшей мере в 0,9 миллиарда евро за 1 ГВт мощности и может дать в перспективе большие выгоды, чем продажи российского вооружения.

Первые инвестиции российского частного бизнеса в объекты ветроэнергетики были направлены за рубеж: Газпромбанк и ОАО «Лукойл» приобрели ветропарки во Франции и Болгарии, соответственно. Открытые сведения о сделках не содержат признаков инвестиций в прогрессивные технологии, далеки они от вложений в оте­чественную энергетику и альтернативные инновации.

Следует признать, что мировая, а вместе с ней и российская ветроэнергетика не может предложить инвесторам заманчивые инновационные проекты, так как доминирующие в ней технологии без качественных и принципиальных новаций тиражируются более тридцати лет и продолжают оставаться в практически неизменном виде. Отсутствие интеллектуального обновления, упорный отказ от модернизации, хотя бы видимости адаптации оборудования под материковые условия применения, и стали одной из причин нарастающих затруднений в области мирового ветроэнергетического машиностроения, что косвенно подтверждается политикой IFC: активным предложением кредитов через правительства субъектов РФ (Мурманская, Калужская области и др.) на условиях закупки по импорту морально устаревших неликвидов.

По официальным сведениям Минсельхоза России, подобную по направленности настойчивость в масштабе 50 МВт проявляет компания Zeag Zeiter Energie-Agentur GmbH (Германия) в отношении Саратовской области, что является не единичной попыткой и примером межгосударственных деловых отношений на более низком уровне.

Для России, других континентальных стран характерно понимание необходимости освоения ВИЭ, но нет уверенности в результативности от инвестиций в существующие технологии не материкового назначения. Резкий контраст – данные форума «Атомэкспо-2012», где заявлены потребности регионов в ветроэнергетических мощностях на уровне порядка 10 ГВт, и реально достигнутый практический результат в 14 МВт. При этом вполне серьезно озвучены программы и планы строительства ветрогенерирующих объектов по 50 200 МВт при фактическом и реально достигнутом неустойчивом потенциале станций на суше в пределах 0,3 2,5 МВт.



Выводы

Материковая ветроиндустрия затребована и может быть создана только посредством решительной «деофшоризации» мощностей на основе развития и применения технологии виндроторной генерации.

Существующие технологии WR-генерации подлежат модернизации в целях повышения энергопотенциала автономных ВЭУ и кластерных систем.

Программы строительства объектов материковой ветроэнергетики мощностью в сотни мегаватт безосновательны и бесперспективны. Действенный проект индустриального развития предполагает среднемощные установки, их станции и ветропарки модернизированного типа.

Внешние финансовые заимствования на начальном этапе рассматриваемого проекта имеют под собой оправдание и прагматический смысл единственно тогда и только тогда, если в целевом порядке направлены на модернизацию, выполнение НИОКР и пилотные испытания индустриальных ветрогенерирующих систем, эффективно адаптированных для материкового применения.