1.2. Потенциал и специфические особенности возобновляемых источников энергии как сетевых генерирующих мощностей.

1.2.1. Ветровая энергия

Ветроэнергетические установки являются основным способом преобразования ветровой энергии в электрическую энергию.

Наиболее распространенным типом ВЭУ является ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей - чаще всего 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Спектр единичных мощностей выпускаемых ветроустановок в мире весьма широк: от нескольких сотен Вт до 2-4 МВт.

Малые ВЭУ (мощностью до 100 кВт) находят широкое применение для автономного питания потребителей, и сферы их использования во многом совпадают с фотопреобразователями. Особенно эффективно использование малых установок для водоснабжения (подъем воды из колодцев и скважин, ирригация). Автономные малые ветроустановки могут комплектоваться аккумуляторами электрической энергии и/или работать совместно с дизельгенераторами. В ряде случаев используются комбинированные ветро-солнечные установки, позволяющие обеспечивать более равномерную выработку электроэнергии, учитывая то обстоятельство, что при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной - наоборот, усиливается.

Крупные ветроустановки (мощностью более 100 кВт), как правило, - сетевые, т.е. предназначены для работы на электрическую сеть.

Удельная стоимость крупных ВЭУ сегодня лежит в интервале 800-1000$/кВт, а малых ВЭУ, как правило, выше, и увеличивается с уменьшением мощности, достигая величины 3000 $/кВт (иногда и выше) для установок мощностью от нескольких сотен Вт до 1 кВт.

Мировые ресурсы ветро­вой энергетики и инте­грация в энергосистемы.

Исследования мировых ветровых ресурсов показы­вают, что данные ресурсы огромны и равномерно распределены практически по всем регионам и странам. Недостаточная сила ветра вряд ли может стать фактором, сдерживающим развитие ветровой энергетики в мире.

Согласно докладу «Возобновляемые источники энергии: получение топлива и электроэнергии» (Michael Grubb and Neils Meyer, “Renewable Ene­rgy Sources for Fuels and Electricity”, 1994), миро­вой потенциал ветровой энергетики достаточен для производства 53 000 ТВт·час электроэнер­гии в год. Это в три раза превышает мировое по­требление электроэнергии - 13 663 ТВт·час в год (по данным Международного энергетического агентства, 2003 г.)⁴

Самый высокий ветровой потенциал был об­наружен в Северной Америке, хотя несколько мощных ветровых потоков были отмечены и в Северной Европе. Кроме того, сильные и посто­янные ветровые потоки были зафиксированы на южной оконечности Южной Америки и на австра­лийском острове Тасмания.

Ветровая энергетика часто характеризуется как «скачкообразный» и по этой причине ненадеж­ный источник энергии. На самом деле остановки и включение ветровых турбин не являются хао­тичными. Их мощность переменна, как в любой другой энергетической системе.

Потоки энергии - как при потреблении, так и при производстве - находятся под воздействием ряда прогнозируемых и непрогнозируемых фак­торов. Например, перемены в погоде заставля­ют людей включать и выключать отопление и освещение.

С другой стороны, в системе энергоснабжения, когда крупная электростанция из-за аварии или плановой остановки отключается от сети, это происходит мгновенно и ведет к немедленным потерям в сети сотен мегаватт. Ветровая энер­гетика не дает таких неожиданных сбоев. Коле­бания воспринимаются мягче, благодаря сотням или тысячам генераторов (что предпочтительнее нескольких крупных электростанций), упрощаю­щих прогнозирование и управление этими коле­баниями. Общий эффект от прекращения ветра в одном определенном месте незначителен, так как ветер всегда есть где-то еще.

Серьезным препятствием для использования огромного потенциала ветровых ресурсов явля­ется отсутствие во многих регионах регулиру­емой или какой бы то ни было сетевой инфра­структуры. Развитие энергосетей требует значи­тельных капиталовложений, хотя привлечение крупных инвестиций в этот сектор неизбежно вне зависимости от выбора способа генерирова­ния энергии.

Современный уровень интеграции ветростан­ций в электрические сети демонстрирует, что подключение ветровой энергетики к крупным системам реально. Опыт интеграции ветростан­ций мощностью более 40 ГВт, установленных в Европе, показывает, каким образом происходит интеграция высокого, среднего и низкого уров­ней в различных условиях, а также узкие места и проблемы такой интеграции.

Ветроэнергетические ресурсы России. Возможности создания ветроэнергетической отрасли в электроэнергетике России.

В перспективных для применения ВЭУ регионах среднегодовая скорость ветра должна быть 4 – 6 м/с и более. Россия располагает значительными ресурсами ветровой энергии, они сосредоточены главным образом в тех регионах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Такая ситуация характерна для всего Арктического побережья от Кольского полуострова до Чукотки, а также для побережья и островных территорий Берингова и Охотского морей. География распределения ветроэнергетических ресурсов позволяет рационально их использовать как автономными ВЭУ, так и крупными ВЭС в составе местных энергетических систем.

В России энергия ветра может быть эффективно использована в следующих регионах:

области: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская;

края: Краснодарский, Приморский, Хабаровский;

а также: Дагестан, Калмыкия, Карелия, Коми, Ненецкий автономный округ, Таймырский автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.

Оцененные технические запасы ВЭР страны почти в 15 раз превышают годовую выработку всех электростанций страны в настоящее время.⁵

Допустимая по технико-энергетическим нормативам суммарная электрогенерация российских ВЭС может составить ≈ 60 – 90 ТВт·ч/год, для размещения которых в районах со среднегодовыми значениями КИУМ (коэффициента использования установленной мощности) ≥ 30% требуются суммарные площади < 0,7% территории РФ.⁶

При разведанных запасах ВЭР технически и экономически целесообразным и реальным для России представляется доведение к 2030 г. доли выработки электроэнергии ВЭС до 7 – 10% (при 25 – 35 ГВт установленной мощности) в суммарном энергобалансе страны. Для этого в ближайшие 5 – 7 лет нужно довести суммарную мощность ВЭС до 2 – 4 ГВт (1 – 2% от суммарных электрогенерирующих мощностей РФ) с дальнейшим ее наращиванием по 2 – 3 ГВт в год.⁷

Для реализации такого проекта необходимо создать новую для страны ветроэнергетическую отрасль со следующими интегральными параметрами:⁸

Суммарные к 2020 г. объемы инвестиций ≈ 25 – 37 млрд. EURO (исходя из капитальных вложений 1400 EURO/кВт);

Число подготовленных для отрасли технических специалистов к 2030 г. ≈ 15 – 25 тысяч при ориентации на импорт ВЭУ и до 50 тысяч при использовании ВЭУ отечественного производства;

Ежегодный объем сэкономленного условного топлива к 2020 и 2030 г. ≈ 16 – 24 млн. тонн примерной стоимостью 5 – 7 млрд. EURO в современных экспортных ценах на топливо. (Экспортный тариф на нефть складывается из средней цены на топливо за миновавший месяц);

Суммарный объем замещенного топлива к 2020 г. составит ≈ 80 – 120 млн. тонн стоимостью ≈ 30 – 40 млрд. EURO в современных экспортных ценах, что превышает вложенные в ВЭС инвестиции.

На сегодняшний день, несмотря на наличие значительных ресурсов ветровой энергии, в России по ряду объективных причин, рассмотренных в пункте 1.2.2., имеет место существенное отставание от мирового уровня. Ветроэнергетика России пока находится лишь в начальной стадии освоения, хотя ее потенциал, несомненно, способен в радикально сжатые сроки изменить ситуацию, сложившуюся в топливно-энергетическом комплексе страны.

Суммарная установленная мощность России, стран СНГ, Балтии и Восточной Европы рекомендуется к 2020 г. на уровне 130 ГВт (для сравнения, Китай ≈ 170 ГВт, США и Канада ≈ 310 ГВт).⁹

В настоящее время Россия имеет ничтожную по сравнению со странами-лидерами суммарную установленную мощность. По имеющимся данным на 2005 год в России действуют ВЭС суммарной установленной мощности около 14, что составляет 0,007% от всех ее электрогенерирующих мощностей.¹⁰