журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
рубрики
ГЛАВНЫЕ СОБЫТИЯ МЕСЯЦА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Ядерная энергетика

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Собственность

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Регулирование

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Тенденции

ТЕМА НОМЕРА. Итоги и перспективы

ГАЗ И НЕФТЬ. Нефтерынок

ГАЗ И НЕФТЬ. Сектор газа

ГАЗ И НЕФТЬ. Конфликты

ГАЗ И НЕФТЬ. Проекты

ГАЗ И НЕФТЬ. Тенденции

УГОЛЬ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"ТЭК" – №1, 2002

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Тенденции

Как ветер деньги надувает

Похоже, что самый быстрорастущий в мире сегмент энергетики – ветроэнергетика – медленно, но верно выходит на уровень рентабельности. Правда, остаются еще проблемы: согласование нестабильности генерации со стабильностью потребления и выделение значительных территорий, свободных не только от хозяйственного применения, но и, к примеру, от массовых миграций птиц.

ГолландскаЯ теориЯ

и американскаЯ прибыль

В то же время, по мнению голландской исследовательской группы NOW (Университет технологий города Дельфта), теоретически "ветряки" способны поддерживать напряжение в электросети на постоянном уровне. Но лишь при условии установки на ветрогенераторах мощной электроники, которая будет эффективно исправлять пики и колебания напряжения в сети. Более того, голландские исследователи уверены, что современные ветроэлектрогенераторы – это прекрасное средство разрешения проблем, связанных с колебаниями напряжения в сети. Такие колебания происходят, когда спрос на энергию увеличивается внезапно (например какой-либо завод или фабрика включает сразу все свое энергоемкое оборудование) или же за счет уменьшения поставки энергопитания (например близлежащая электростанция внезапно вышла из строя).

Инженеры-электрики из дельфтского университета основывают свои выводы о стабильности подачи электроэнергии, генерируемой ветрогенераторами, на модели, которую разработали, чтобы изучить колебания напряжения в электросети в масштабе времени от одной секунды до нескольких минут. При этом они исходили из того, что сегодня задача поддержания стабильности напряжения в сети полностью возложена на традиционные электростанции. Однако в будущем именно ветроэлектростанции и другие альтернативные источники энергии будут помогать традиционным генераторам стабилизировать напряжение в сети в случаях возникновения пиковых нагрузок.

Сегодня все большее число ветрогенераторов последнего поколения оборудуются мощными преобразователями электричества, которые гарантируют, что будут давать стабильное напряжение независимо от скорости вращения лопастей генератора. Электронная система таких ветрогенераторов позволяет рационально использовать свойства переменного тока. Переменное напряжение обнуляется сотни раз в секунду. От ветрогенератора электроэнергия поступает в сеть, когда сеть загружена. В те же моменты времени, когда ветра нет и лопасти турбин ветрогенераторов не вращаются, их электроника извлекает энергию из сети за счет работы других электростанций, не зависящих от энергии ветра.

Что же касается рентабельности данной отрасли, то в декабре прошлого года в США был опубликован очередной обзор перспектив ветроэнергетики. В нем отмечено, что энергия ветра стала самым быстрорастущим в мире источником энергии. И основная часть этого роста приходится на США – в основном благодаря технологическим усовершенствованиям, уменьшившим стоимость строительства высокотехнологичных "ветряков". 1 кВт-ч, выработанный при помощи ветра, стоит сейчас в США порядка 3-5 центов вместо 38 центов в начале 80-тых. Это означает, что уже сейчас ветроэнергия ситуационно становится выгоднее природного газа – цена электроэнергии, генерируемой благодаря голубому топливу, составила в Штатах прошлой зимой более 15 цент/кВт-ч.

По данным американской ассоциации ветроэнергетики (American Wind Energy Association – AWEA), продажа ветроэнергии местным энергосистемам в последнюю пятилетку росла ежегодно на 40%, и аналитики ожидают, что в ближайшие 5 лет общая мощность ветрогенерации в стране как минимум утроится. И эти прогнозы не кажутся сегодня фантастикой. Ведь 12 штатов в центральной части США обладают потенциалом использования ветра для выработки вчетверо большего объема энергии, чем сейчас потребляет вся страна. Кроме того, малые ветрогенераторы для домов и ферм предоставляют потребителю возможность использования преимуществ распределенной генерации, которая считается магистральным направлением развития мировой энергетики, – не только обеспечивать собственные потребности в энергии, но и получать прибыль от продажи электричества местной энергосистемы.

А без бюджета и не туды,

и не сюды

Правда, несмотря на победные реляции о снижении себестоимости ветроэнергии по мере расширения ее производства, отрасль все еще не может обойтись без государственного финансирования. Например, Канада сейчас внедряет механизм стимулирования производства ветроэнергии за счет бюджетного финансирования. Для проектов, одобренных местным энергетическим ведомством, c 31 марта 2002 года и до 1 апреля 2007 года правительство страны обещает обеспечить стимулирующую надбавку в размере 1,2 цент/кВт-ч, которая постепенно снизится до 0,8 цент/кВт-ч. Предполагается, что поддержка проектов по генерации ветроэнергии обойдется канадскому правительству в $260 млн. Несмотря на это, местные ветроэнергетики продолжают требовать бюджетной поддержки отрасли. В частности, бывший президент Канадской ассоциации ветроэнергетики (Canadian Wind Energy Association — CanWEA) Фред Галлахер заявил, что "федеральное правительство предоставило свою половину того, что отрасль считает необходимым для строительства объектов ветроэнергетики. Мы призываем региональные власти профинансировать свою половину". Кроме того, канадские "лоббисты ветра" собираются предложить согражданам покупать "зеленую" энергию немного дороже, чем "обычную". По их мнению, только при мощной финансовой поддержке бюджетов всех уровней и наличии спроса на дорогую, но экологически чистую ветроэнергию отрасль способна сохранить высокие темпы роста. Если это произойдет, то CanWEA надеется, что за счет энергии ветра к 2010 году будет удовлетворяться 5% совокупного спроса на электроэнергию в стране. Предполагается, что установленная мощность канадской ветроэнергетики к этому моменту достигнет уровня в 10ГВт.

К берегу греби, к берегу…

Одним из наиболее перспективных направлений развития ветроэнергетики считается развитие сети прибрежных ветроэлектростанций. Особенно популярно данное "веяние" в Европе, где в июле ветроэнергетика получила политическую поддержку. Именно тогда Европейский парламент проголосовал за поддержку генерации электричества из возобновляемых источников энергии.

Местные аналитики прогнозируют, что к 2020 году доля прибрежной ветроэнергетики в совокупной мощности всей европейской ветроэнергетики достигнет одной трети. На днях Европейская ассоциация ветроэнергии (European Wind Energy Association – EWEA) заявила о возможном увеличении установленной мощности прибрежных электростанций с нынешних 86МВт до 50ГВт к 2020 году. При этом ассоциация подчеркнула, что "европейские моря представляют огромный ресурс для местной и свободной от выбросов генерации электричества". EWEA цитирует исследования, оценивающие потенциал прибрежных ветроэлектростанций в Европе в 3000 ТВт-ч электроэнергии в год – это эквивалентно размеру нынешнего потребления электричества во всех 15 странах Европейского Союза. Только проекты, уже находящиеся в стадии разработки, должны к 2010 году увеличить установленную мощность европейских ветроэлектростанций до 5ГВт. Например, министр энергетики Бельгии Оливье Делез в конце 2001 года анонсировал планы поддержки строительства ветроэлектростанций у бельгийского побережья Северного моря.

Не отстает от Бельгии и Великобритания. В апреле правительство страны заключило договор со строителями прибрежных ветроэлектростанций, которые собираются возвести их на морском дне примерно в 5,5 км от британского берега. Предполагается, что построенная таким образом система будет состоять из 30 ветротурбин диаметром примерно 60 м и мощностью 3МВт каждая.

Как заставить работать ветер

Принимая во внимание радужные перспективы развития ветроэнергетики во всем мире (а значит и в Украине), нелишне ознакомиться с технической стороной вопроса. На самом деле принцип действия всех ветродвигателей одинаков: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу генератора, вырабатывающего электроэнергию, или водяному насосу. Чем больше диаметр ветроколеса, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше мощность агрегата. Традиционная компоновка ветряков – с горизонтальной осью вращения – неплохое решение для агрегатов малых размеров и мощностей. Когда же размах лопастей вырос, такая компоновка оказалась неэффективной, так как на разной высоте ветер дует в разные стороны. В этом случае не только не удается оптимально ориентировать агрегат по ветру, но и возникает опасность разрушения лопастей. Кроме того, концы лопастей крупной установки, двигаясь с большой скоростью, создают громкий шум.

Однако главное препятствие на пути широкого использования энергии ветра все же связано с экономической целесообразностью – мощность агрегата остается небольшой и эксплуатационные расходы оказываются значительными. В итоге себестоимость энергии не позволяет ветрякам с горизонтальной осью успешно конкурировать с традиционными источниками энергии. По прогнозам фирмы Боинг (США) на текущее столетие, длина лопастей крыльчатых ветродвигателей не превысит 60 м, что позволит создать ветроагрегаты традиционной компоновки мощностью 7 МВт. Сегодня самые крупные из них – вдвое "слабее".

Большинство типов ветродвигателей известны весьма давно. Они делятся на две группы: ветродвигатели с горизонтальной осью вращения (крыльчатые) и ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные: лопастные и ортогональные). Типы крыльчатых ветродвигателей различаются только количеством лопастей.

Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастей-крыльев, требуется устройство автоматического поворота оси вращения. С этой целью применяют крыло-стабилизатор. Карусельные ветродвигатели обладают тем преимуществом, что могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ветродвигателей намного выше, чем у карусельных. Широкое распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется высокой скоростью их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без мультипликатора. Скорость вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с числом лопастей больше трех практически не используются.

Различие в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется. Карусельные ветродвигатели тихоходны, и это позволяет использовать простые электрические схемы, например с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничительное требование – использование многополюсного генератора, работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов (повышающих редукторов) неэффективно из-за низкого КПД последних. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции можно считать ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем, "откуда ветер дует", что весьма существенно для приземных рыскающих потоков. Ветродвигатели подобного типа сегодня активно строятся в странах Запада. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое регулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки.

Ортогональные ветроагрегаты, как полагают специалисты, перспективны для большой энергетики. Сегодня перед "ветропоклонниками" ортогональных конструкций стоят определенные трудности. Среди них, в частности, проблема запуска. В ортогональных установках используется тот же профиль крыла, что и в дозвуковом самолете. Самолет, прежде чем "опереться" на подъемную силу крыла, должен разбежаться. Так же обстоит дело и с ортогональной установкой. Сначала к ней нужно подвести энергию – раскрутить и довести до определенных аэродинамических параметров, а уже потом она сама перейдет из режима двигателя в режим генератора.

Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при скорости 14-16 м/с. Предварительные расчеты ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до 20000 кВт. В реалистичной установке мощностью 2000 кВт диаметр кольца, по которому движутся крылья, составляет около 80 м. У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми – взять числом, а не размером. Снабдив каждый электрогенератор отдельным преобразователем, можно просуммировать выходную мощность, вырабатываемую генераторами. В этом случае повышается надежность и живучесть ветроустановки.

ПриЯтные и неприЯтные

неожиданности

Реально работающие ветроагрегаты порождают ряд отрицательных явлений. Например, распространение ветрогенераторов может затруднить прием телепередач и создавать мощные звуковые колебания. Появление экспериментального ветродвигателя на Оркнейских островах (Великобритания) в 1986 году вызвало многочисленные жалобы телезрителей из ближайших населенных пунктов. В итоге около ветростанции был построен телевизионный ретранслятор. Лопасти крыльчатой ветряной турбины были выполнены из стеклопластика, который не отражает и не поглощает радиоволны. Помехи создавал стальной каркас лопастей и имеющиеся на них металлические полоски, предназначенные для отвода ударов молний. Они отражали и рассеивали ультракоротковолновoй сигнал. Отраженный сигнал смешивался с прямым, идущим от передатчика, и создавал на экранах помехи.

Построенная в 1980 году в городке Бун (США) ветроэлектростанция мощностью 2 тыс. кВт действовала безотказно, но вызывала нарекания жителей городка. Во время работы ветряка в окнах дребезжали стекла и звенела посуда на полках. Было установлено, что 60-метровый винт при определенной скорости вращения издавал инфразвук. Он не ощущается человеческим ухом, но вызывает низкочастотные колебания предметов и небезопасен для человека. После доработки лопастей от инфразвуковых колебаний удалось избавиться.

Ветродвигатели могут не только вырабатывать энергию. Способность привлекать внимание вращением используется для рекламы. Наиболее простой – однолопастный карусельный ветродвигатель представляет собой прямоугольную пластинку с отогнутыми краями. Закрепленный на стене, он начинает вращаться даже при незначительном ветре. На большой площади крыльев карусельный трех-четырех лопастный ветродвигатель может вращать рекламные плакаты и небольшой генератор. Запасенная в аккумуляторе электроэнергия может освещать крылья с рекламой в ночное время, а в безветренную погоду и вращать их.

Антон ПЫРЬЕВ, по материалам WSJ, Energy Outlook, FT

 
© агенство "Стандарт"