Ветер перемен
Эксперты неоднократно отмечали прямую зависимость внедрения альтернативных источников энергии от цен на углеводородное сырье. Как только стоимость нефти возрастала, автоматически увеличивались бюджетные ассигнования в альтернативные источники энергии. Их основные преимущества известны всем: возобновляемость, экологичность, высокий КПД, безопасность поставок и т.д.
Одним из таких источников специалисты отмечают энергию ветра. Казалось бы, здорово, дует бесплатный легкий бриз, крутит лопасти, вырабатывается электроэнергия и никаких проблем. Тем более, ветряные энергосистемы, на сегодняшний день, являются наиболее инновационными в технологическом отношении. Современные турбины имеют высокий КПД (более 85%). Они способны работать более 20 лет.
Те же эксперты утверждают, что в ближайшие годы использование ветра, превзойдет использование природного газа для производства электроэнергии. В настоящий момент, с помощью ветра, получают более 190 ГВт, из которых в прошлом году использовалось около 40. По некоторым оценкам в ближайшие годы эта цифра может достичь тысячи.
История обуздания ветра
В 1890 г. в Дании построили первую ветряную станцию. Через двадцать лет их было уже более семидесяти, единичной мощностью от 5 до 25 КВт. Самые крупные из них достигали 24 м, а диаметр был не более 23 м.
В 1931 году в Ялте построена предтеча современных ветряных станций, высотой 30 м, а мощность составляла 100 КВт.
На протяжении полувека из-за отсутствия технологий о ветряной энергии подзабыли. Только в 80-х гг. XX в. продолжилась история ловли ветра. В 2002 г. была построена станция мощностью в 4,5 МВт, а в 2005 г, ее усилили до 6 МВт. Хозяйка – компания Enercon. Следующий шаг сделала REpower System, в 2004 г., построившая станцию со 120 м ветряком и мощностью 5,0 МВт.
Первый плавающий ветряк был построен в 2007 году в Италии. Ее мощность составляет 80 КВт. В 2009 году, в Норвегии была установлена станция для больших глубин. Мощностью 2,3 МВт и высотой 65 метров.
Ветряные плюсы и минусы
Главным плюсом ветряной энергетики является снижение выбросов вредных веществ, таких как углекислый газ, в атмосферу. Преимущество в компактности, что очень полезно в густонаселенных странах. На территории станции, возможно, заниматься сельским хозяйством. Ветряная энергетика имеет и минусы. Ученые не могут пока с уверенностью сказать, но возможно большое количество ветряных станций может оказать влияние климат. Еще одной проблемой является шум, механический и аэродинамический. В дневное время он достигает 45 дБ, а ночью – 35 дБ. Одним из направлений решения данных проблем является установка ветряных генераторов в море, иногда на значительном расстоянии от берега, но об этом чуть позже.
Процесс установки ветряка проходит за неделю, а вот прохождение всех бюрократических процедур занимает год, а иногда и больше.
Зеленый закон
Законодательство большинства стран позволяет заниматься альтернативной энергетикой. Был создан «Зеленый тариф», сутью которого является привлечение инвестиций в технологии нетрадиционных источников энергии. Он включается в себя обязательное подключение к сети, контракт с сетями на покупку полученной энергии и определенный, заранее согласованный тариф. Все началось с подписания в 1978 г. в США двух законов. Это «Национальный энергетический закон» и «Закон о коммунальном хозяйстве».
Цель первого в экономии энергии, а второго в развитии использования возобновляемых источников энергии. Помимо финансирования и предоставления льгот, предоставляется помощь в ускорении прохождения бюрократических аппаратов, способствование в объединении информации и научном развитии. В Европе сейчас решается вопрос о разделении зон в море по степени важности и возможности взаимодействия отраслей. В Дании и Нидерландах пошли дальше всех: местных жителей, часто выступающих против ветряков, принуждают стать инвесторами и войти в долю.
Как установить
Вначале проводится исследование с помощью анемометров, установленных на высоте до 100 метров. Сбор информацию занимает год или два, после чего объединяется в карты, также называемые программным обеспечением. Карты необходимы инвесторам для принятия решения о целесообразности вкладывания средств. В странах Европы такие карты создаются государством.
Условно стандартный ветряк можно разделить на несколько частей. Это фундамент, ошибки, при строительстве которого может привести к опрокидыванию ветряка. Башня, в ее основании устанавливается силовой шкаф, для управления силовыми контурами. В том числе система пожаротушения, система для передачи данных и система защиты от молний. Сквозь башню проходит лестница. На башню с помощью поворотного механизма крепится гондола. Внутри устанавливается электрический генератор, тормозная система и трансмиссия. Снаружи крепятся лопасти, и устанавливается анемометр.
Пока ветряк не совершенен, и периодически возникают проблемы. Обледенение лопастей, приводящее к поломке генератора. Удары молний вызывают пожары. Кроме того пожар может появиться из-за трения некоторых частей, обрыва кабелей. Особенная проблема это перелеты некоторых видов птиц, из-за чего в это происходит отключение оборудования.
Главным фактором получения мощности является расстояние от земли. Оно должно быть более 100м, потому что потоки ветра расположены слоями и нижние замедляют верхние. Не последнюю роль играет диаметр ротора, чем он больше, тем больше мощности можно получить. Кроме того важна скорость ветра. Идеально она должна составлять 15 м/с., но энергия может поступать при скорости от 3 м/с. Если скорость превысит 25 м/с, происходит отключение. Это еще один минус ветряной энергетики.
Ветряные станции делят по нескольким типам. Это наземные, прибрежные, шельфовые и плавающие. Больше всего наземных станций, они устанавливается на возвышенностях. Крупнейшая наземная ветряная станция существует в штате Техас, близ города Роско. Она раскинулась почти на 400 кв. км, а ее мощность более 780 МВт. В работу запущена в октябре 2009 года.
Прибрежные станции, как следует, из названия ставят неподалеку от берега из-за суточного бриза. Днем он движется с моря, а ночью с берега.
Шельфовые станции могут находиться на расстоянии до 60 км от берега. Так стараются строить в последние годы. Большая часть находится в 20 км, единицы в 100 км. Главное достоинство таких станций, в том, что ветер в море постоянен. Кроме того их не видно с берега, это позволяет делать ветряки большого размера. Также они не занимают землю, которую можно использовать по-другому. Более того существует возможность взаимодействия с другими отраслями. Еще получается финансово выгодней устанавливать станции на использованных месторождениях нефти.
Цена наземной башни, мощностью 1 МВт, в 2008 году была 1,22 млн. евро. В 2010 г. она составила 1,04 млн. евро.
Сегодня
Сегодня в Европе, в разных странах, уже получают от 10 до 15% энергии от общей мощности, с помощью ветра. В Дании – 21%, Португалии – 18%, Испании – 16%. В последние годы Китай и здесь ушел вперед. По количеству станций и производимой энергии он обогнал США. Далее идут Франция, Великобритания и Дания.
Китай также активно наращивает парк ветряных станций. Мощность его ветряной генерации уже составляет более 40 Мвт.
Пока доля в общем балансе энергопотребления – 1,3%, но она ежегодно увеличивается на 15-20%. Учитывая высокое потребление угля для производства электроэнергии, можно сказать, что «ветряки» экономят до 30 млн тонн ежегодно. Пока стоимость кВт/ч держится на уровне 6-8 центов (США – 5).
В Китае пока смонтировано около 75 установок. Да и размеры лопастей в 38 м все еще отстают от европейского масштаба в 60-80 метров, в море, вообще 120-150 метров (Германия). Более того, мощность китайской станции составляет 1 Мвт, в Европе – 2 Мвт.
Россия богата углеводородными ресурсами и поэтому в применении альтернативной энергии находится только в начале пути, сегодня мощность всех ветряных станций немного более 10 МВт. В большинстве своем они расположены в малозаселенных областях. Крупнейшая ветряная станция России расположена в Калининградской области, ее мощность составляет 5 МВт. На втором месте Анадырская ВЭС на Чукотке, мощностью 2,5 МВт. Далее Заполярная ВДЭС, мощность 3 МВт и ВЭС Тюпкильды в Башкирии, мощностью 2,2 МВт. Проблема опять в законах. После преодоления этих вопросов сразу начнется строительство объектов мощностью около 3 ГВт.
Уходим в море
На сегодняшний день наиболее перспективной является оффшорная ветряная энергетика. В ней лидирует Великобритания. Ее крупнейшая станция Thanet имеет мощность 300 МВт. Но самая первая станция этого типа появилась в Дании в 1991 году. Ее мощность составляла 450 КВт, в 2007 г., после замены турбин она стала 5 МВт.
Недавно британская компания Douglas-Westwood выпустила отчет, посвященный мировой оффшорной ветряной энергии. В нем отмечается ее значительный рост. По мнению аналитиков, столь быстро растут и затраты и сложности, с которыми сталкивается проектное финансирование. В документе говорится о том, что, на сегодняшний день, отрасль активно развивается, рекордными объемами и темпами идет строительство ветряных генераторов.
В 2011 году был пик сооружения ветряков в оффшорной зоне, в последующие годы возможен небольшой спад. До 2013 года в рынок оффшорных ветрогенераторов будет вложено более 21 млрд евро. С 2009-2013 годы будет построено мощностей на 6,6 Гвт по всему миру, пока используется мощностей на 2 Гвт, то есть предполагается ежегодно вкладывать в ветряные оффшоры по 6 млрд. Наиболее крупным игроком останется Великобритания с новыми мощностями в 3 Гвт до 2013 года (10 млрд евро). Для устранения законодательных помех, был изменен механизм лицензирования на рынке.
На втором месте за лидером следует Германия, в которой планируется сгенерировать 1,5 Гвт мощностей. Свободные рыночные механизмы и недавние договоренности страны по присоединению к общеевропейской энергетической сети помогли Германии запустить один из крупнейших рынков в мире в ближайшее десятилетие. Почетное третье место занимает Дания. Ее новые сейчас находятся в активной фазе строительства и проведения тендеров. К 2013 году мощности страны возрастут на 875 Мвт.
Активно продвигается китайская экспансия на оффшоры. Быстрые темпы развития позволят рынку ветряной энергии в этой стране расти весьма уверенно. Китай также надеется осуществлять поставки оборудования для европейских оффшорных ветряных проектов.
Основными статьями расходов при строительстве типовой оффшорной ветроустановки являются основания агрегата – 15% (монтаж – 5%), турбины – 45% (монтаж – 5%), кабельное хозяйство – 15% (монтаж – 4%), трансформаторная станция – 2% (монтаж, контроль трафика, промышленная безопасность и др. – 4%), другие статьи расходов.
Экологические претензии
Главными являются физическое воздействие на птиц, акустический шум и вибрации, помехи для прохождения радиоволн, отчуждение земельных участков.
Сегодня ветрогенераторные установки имеют высоту более 100 метров и диаметр лопастей в среднем 80 метров. Частота вращения лопастей составляет 8-14 об/мин. Для птиц это уже достаточно медленно движущийся объект. Механический шум от лопастей при скорости ветра 10 м/с уровень шума составляет примерно 95-103 дБ, при удалении на 100 м от установки он снижается в 2 раза (в ЕС приняты стандарты не менее 300 метров). Блокировка земельных участков при грамотном размещении ветряков не возможна. Помехи для прохождения радиоволн устранены благодаря изготовлению лопастей из стекловолокна без включения металла.
Ветряные перспективы
Для преодоления эффекта «полного штиля» в Европе создается проект Посейдон, разработка идеи использования силы ветра и силы волн. В Японии, пошли дальше: в заливе Хаката создадут станцию для ловли сразу трех сил – волн, ветра и солнца. Проект состоит из трех этапов.
Во-первых, будет 18-метровая платформа для применения приливных волн, здесь будет генератор мощностью 3,6 КВт. Далее в двух километрах от берега ставится 60-метровая платформа для ветряка с генератором мощностью 100 КВт. В завершении возводится платформа площадью 150 м, на ней оборудование мощностью 2 МВт. Здесь в свободных местах между башнями установят солнечные батареи.
Кроме того, в мире продолжаются разработки и испытания ветрогенераторов мощностью 5—8 МВт как для наземного базирования, так и для установки в море.
Норвежская компания Hydro ведет разработки плавающих ветрогенераторов для морских ветрогенераторных станций, применяемых на больших глубинах. Hydro уже запустило демонстрационную версию мощностью 3 МВт. Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 8 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров.
Компания Magenn изготовила станцию легче воздуха с установленным на ней ветрогенератором. Аппарат взлетает на высоту 120—300 метров. При этом отпадает необходимость строить башню и занимать территорию на земле. Летающий «ветряк» функционирует в диапазоне скоростей ветра от 1 м/с до 28 м/с. Такая станция легка и мобильна. Ее можно перемещать в ветряные регионы или быстро монтировать в местах техногенных и природных катастроф. Фирма Windrotor усовершенствовала конструкцию ротора мощной турбины. Конструкция позволяет значительно увеличить его размеры и повысить коэффициент использования энергии ветра. Возможно, что эта конструкция станет новой серией роторов ветровых турбин.
Добавим, что эксперты утверждают, что к 2030 г. до 15% энергии в мире будет производиться с помощью ветра.
Вадим Егоров